Pembuatan Beton High Strength Berbasis M
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Pembuatan Beton High-Strength Berbasis Mikrosilika dari Abu
Vulkanik Gunung Merapi
C ANDRA KURNIAWAN, PERDAMEAN S EBAYANG , DAN M ULJADI
Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Komplek PUSPIPTEK Tangerang, Indonesia
Email : candra.kurniawan@lipi.go.id
ANTON KUSWOYO
Departemen Fisika-FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru, Indonesia
INTISARI : Telah dilakukan penelitian berupa pembuatan beton high-strength berbasis mikrosilika dari abu vulkanik
Gunung Merapi. Ada dua treatmen yang dilakukan, yaitu: beton-semen dan beton-polimer. Bahan baku pembuatan beton
berupa semen portland, resin epoxy (cair), abu vulkanik, agregat halus dan agregat kasar. Sampel beton dicetak dengan
menggunakan pipa paralon dengan diameter dalam 2,75 cm dengan panjang cetakan adalah dua kali diameternya. Betonsemen dibuat dengan kandungan 40% pasta (semen-air), aggregate 60% dan nilai FAS 0,6. Ada tiga komposisi beton,:
beton normal (beton A), beton abu vulkanik 100 mesh (beton B), dan beton abu vulkanik mikro size (beton C). Beton
polimer (resin epoxy) dibuat menggunakan abu vulkanik mikro size dengan perbandingan resin terhadap kompositnya 1 :
5 (beton D) dan 1 : 3 (beton E). Parameter pengujian sampel meliputi uji densitas, porositas dan mekanik (kuat tekan).
Hasil karakteristik beton menunjukkan bahwa beton dengan kualitas terbaik dihasilkan oleh Beton E (rasio resinkomposit 1 : 3) dengan karakteristik densitas = 2,09 gr/cm3, porositas = 1,58 %, dan kuat tekan sebesar 850,50 kgf/cm2.
Tampak bahwa penambahan abu vulkanik sebagai campuran pada beton baik yang berukuran 100 mesh maupun mikro
size dapat menghasilkan beton mutu tinggi yang ringan dengan kepadatan tinggi.
KATA KUNCI : beton high-strength, resin epoxy, abu vulkanik, mikrosilika, semen portland
ABSTRACT : Has done research on the topic of making high-strength concrete based mikrosilika from volcanic ash of
Mount Merapi. There are two treatments created, cement-concrete and polymer-concrete. The raw materials use for
making this concrete is portland cement, epoxy resin (liquid), volcanic ash, fine aggregate and coarse aggregate.
Concrete samples were formed using paralon pipe with a diameter of 2.75 cm and mold length is twice the diameter.
Cement-concrete containing 40% pastes (cement-water) and FAS value of 0.6, has three kinds of composition: normal
concrete (concrete A), volcanic ash concrete 100 mesh (concrete B),and volcanic ash concrete microstructure (concrete
C). Polymer concrete (epoxy)created using micro volcanic ash with resin-concrete ratio of 1 : 5 composite (concrete D)
and 1 : 3 (concrete E). Test parameters used for sample are measurement for density, porosity and mechanical
(compressive strength). The results showed that the concrete characteristics of concrete with the highest quality
produced by Concrete E (ratio of composite resin-1: 3) with the characteristic density gr/cm3 = 2.09, porosity = 1.58%,
and compressive strength of 850.50 kgf/cm2 . It shows that the addition of volcanic ash as concrete mix in both the size of
micro and 100 mesh can produce lightweight high-strength concrete with high density.
KEYWORDS : high strength concrete, epoxy resin, volcanic ash, microsilica, portland cement
1 PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara kepulauan yang dikelilingi oleh rangkaian pegunungan berapi paling
aktif di dunia. Pada akhir tahun 2010 yang lalu diperlihatkan peristiwa meletusnya gunung Merapi di
Magelang, Jawa Tengah. Dalam letusan tersebut Merapi juga mengeluarkan material abu vulkanik dan awan
panas. Awan panas yang terdiri atas material abu vulkanik dan gas ini memiliki temperatur 200 – 700 0C
yang disebut Wedhus Gembel karena bentuknya saat meluncur turbulen mirip dengan bulu Kambing/Domba
dengan laju luncur mencapai 200 km/jam dan jarak tempuh bisa mencapai 15 km dari puncak Merapi.
Beton sebagai material komposit memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan bahan konstruksi
lainnya. Di antaranya adalah sifatnya yang mudah dibentuk sesuai dengan konstruksi yang dibutuhkan,
memiliki kekuatan yang tinggi untuk memikul beban berat dan biaya perawatannya tergolong ekonomis.
Penambahan material tertentu ke dalam struktur beton secara umum dimaksudkan untuk memperoleh kualitas
beton yang lebih baik, sehingga dapat dipelajari struktur dan karakteristik yang dihasilkan.
15
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Tabel 1. Karakteristik Abu Vulkanik Merapi
Abu Vulkanik sebagai material alami yang dikeluarkan dari Merapi selain dapat menutupi lahan dan
mengakibatkan rusaknya sebagian besar tanaman sekitarnya, namun juga memiliki kemungkinan
pemanfaatan lain yang lebih menguntungkan. Secara umum komposisi abu vulkanik terdiri atas Silika dan
Kuarsa. Komposisi yang dominan pada abu vulkanik Merapi seperti yang ditunjukkan pada Tb.1 adalah
silika, alumina, besi, dan kalsium [1], sehingga merupakan material yang dapat digunakan sebagai bahan
campuran atau dimanfaatkan sebagai material subtitusi semen jika ditambahkan kapur (CaCO3).
Ukuran (Size) partikel campuran sebagai komponen beton mempengaruhi sifat fisikanya adalah
densitas, porositas dan kuat tekan. Hal ini dapat dipahami karena semakin kecil ukuran partikel campuran
maka celah-celah udara (rongga) yang ada pada beton akan semakin sedikit sehingga pengecilan ukuran
partikel campuran akan meningkatkan densitas dan mengecilkan nilai porositas pada beton, sehingga secara
teori jika beton memiliki kepadatan yang lebih tinggi maka kuat tekannya juga akan meningkat. Kandungan
Silika (SiO2) yang terdapat dalam abu vulkanik yang dihaluskan ukurannya menjadi berorde mikrometer
(µm) disebut mikrosilika. Penggunaan mikrosilika dalam pembuatan beton sebagai material tambahan
diharapkan dapat mampu meningkatkan kualitas beton menjadi beton mutu tinggi (high strength). Suatu
beton bisa disebut sebagai beton mutu tinggi (high strength) jika memiliki kuat tekan minimal sekitar 490,3
kgf/cm2 [2].
Pada penelitian ini dibuat beberapa jenis beton dengan menggunakan bahan campuran dari abu
vulkanik gunung Merapi. Beton-semen adalah beton yang menggunakan perekat semen dengan variasi
ukuran partikel campuran abu gunung Merapi menggunakan ayakan 100 mesh dan ukuran mikro. Beton
polimer (epoxy) menggunakan variasi komposisi resin : komposit sebesar 1 : 3 dan 1 : 5. Dari hasil
pembuatan beton ini kemudian akan diuji sifat-sifat fisiknya seperti densitas, porositas dan kuat tekannya.
2. METODOLOGI
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen portland, agregat kasar (kerikil kecil),
agregat halus (Pasir), abu vulkanik Merapi, aquades, dan resin epoxy (cair) sebagai bahan polimer.
Eksperimen dilakukan dengan membuat dua jenis beton: beton-semen (semen portland + agregat + air) dan
beton polimer (resin epoxy cair + agregat).
Adapun tahapan preparasi mulai dari pencucian abu vulkanik Merapi dari unsur pengotor dengan
menggunakan air bersih. Abu yang telah bersih kemudian dikeringkan dalam oven selama 8 jam pada suhu
100oC, kemudian disaring hingga lolos ayakan 100 mesh sehingga diperoleh abu vulkanik dengan diameter
maksimal 0,15 mm. Ada dua perlakuan terhadap abu vulkanik. Pertama abu vulkanik yang diayak pada
ayakan 100 mesh, dan yang kedua abu vulkanik dibuat dalam ukuran mikro. Pembuatan abu vulkanik dalam
skala mikrometer dilakukan dengan menggunakan alat Planetary Ball Mill (PBM) dengan cara sampel
digerus dalam PBM selama 30 jam, kemudian dianalisis ukuran partikelnya menggunakan Particle Size
Analizer (PSA) sehingga didapatkan abu vulkanik dengan ukuran submikron (
Volume 29, Mei 2011
Pembuatan Beton High-Strength Berbasis Mikrosilika dari Abu
Vulkanik Gunung Merapi
C ANDRA KURNIAWAN, PERDAMEAN S EBAYANG , DAN M ULJADI
Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Komplek PUSPIPTEK Tangerang, Indonesia
Email : candra.kurniawan@lipi.go.id
ANTON KUSWOYO
Departemen Fisika-FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru, Indonesia
INTISARI : Telah dilakukan penelitian berupa pembuatan beton high-strength berbasis mikrosilika dari abu vulkanik
Gunung Merapi. Ada dua treatmen yang dilakukan, yaitu: beton-semen dan beton-polimer. Bahan baku pembuatan beton
berupa semen portland, resin epoxy (cair), abu vulkanik, agregat halus dan agregat kasar. Sampel beton dicetak dengan
menggunakan pipa paralon dengan diameter dalam 2,75 cm dengan panjang cetakan adalah dua kali diameternya. Betonsemen dibuat dengan kandungan 40% pasta (semen-air), aggregate 60% dan nilai FAS 0,6. Ada tiga komposisi beton,:
beton normal (beton A), beton abu vulkanik 100 mesh (beton B), dan beton abu vulkanik mikro size (beton C). Beton
polimer (resin epoxy) dibuat menggunakan abu vulkanik mikro size dengan perbandingan resin terhadap kompositnya 1 :
5 (beton D) dan 1 : 3 (beton E). Parameter pengujian sampel meliputi uji densitas, porositas dan mekanik (kuat tekan).
Hasil karakteristik beton menunjukkan bahwa beton dengan kualitas terbaik dihasilkan oleh Beton E (rasio resinkomposit 1 : 3) dengan karakteristik densitas = 2,09 gr/cm3, porositas = 1,58 %, dan kuat tekan sebesar 850,50 kgf/cm2.
Tampak bahwa penambahan abu vulkanik sebagai campuran pada beton baik yang berukuran 100 mesh maupun mikro
size dapat menghasilkan beton mutu tinggi yang ringan dengan kepadatan tinggi.
KATA KUNCI : beton high-strength, resin epoxy, abu vulkanik, mikrosilika, semen portland
ABSTRACT : Has done research on the topic of making high-strength concrete based mikrosilika from volcanic ash of
Mount Merapi. There are two treatments created, cement-concrete and polymer-concrete. The raw materials use for
making this concrete is portland cement, epoxy resin (liquid), volcanic ash, fine aggregate and coarse aggregate.
Concrete samples were formed using paralon pipe with a diameter of 2.75 cm and mold length is twice the diameter.
Cement-concrete containing 40% pastes (cement-water) and FAS value of 0.6, has three kinds of composition: normal
concrete (concrete A), volcanic ash concrete 100 mesh (concrete B),and volcanic ash concrete microstructure (concrete
C). Polymer concrete (epoxy)created using micro volcanic ash with resin-concrete ratio of 1 : 5 composite (concrete D)
and 1 : 3 (concrete E). Test parameters used for sample are measurement for density, porosity and mechanical
(compressive strength). The results showed that the concrete characteristics of concrete with the highest quality
produced by Concrete E (ratio of composite resin-1: 3) with the characteristic density gr/cm3 = 2.09, porosity = 1.58%,
and compressive strength of 850.50 kgf/cm2 . It shows that the addition of volcanic ash as concrete mix in both the size of
micro and 100 mesh can produce lightweight high-strength concrete with high density.
KEYWORDS : high strength concrete, epoxy resin, volcanic ash, microsilica, portland cement
1 PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara kepulauan yang dikelilingi oleh rangkaian pegunungan berapi paling
aktif di dunia. Pada akhir tahun 2010 yang lalu diperlihatkan peristiwa meletusnya gunung Merapi di
Magelang, Jawa Tengah. Dalam letusan tersebut Merapi juga mengeluarkan material abu vulkanik dan awan
panas. Awan panas yang terdiri atas material abu vulkanik dan gas ini memiliki temperatur 200 – 700 0C
yang disebut Wedhus Gembel karena bentuknya saat meluncur turbulen mirip dengan bulu Kambing/Domba
dengan laju luncur mencapai 200 km/jam dan jarak tempuh bisa mencapai 15 km dari puncak Merapi.
Beton sebagai material komposit memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan bahan konstruksi
lainnya. Di antaranya adalah sifatnya yang mudah dibentuk sesuai dengan konstruksi yang dibutuhkan,
memiliki kekuatan yang tinggi untuk memikul beban berat dan biaya perawatannya tergolong ekonomis.
Penambahan material tertentu ke dalam struktur beton secara umum dimaksudkan untuk memperoleh kualitas
beton yang lebih baik, sehingga dapat dipelajari struktur dan karakteristik yang dihasilkan.
15
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Tabel 1. Karakteristik Abu Vulkanik Merapi
Abu Vulkanik sebagai material alami yang dikeluarkan dari Merapi selain dapat menutupi lahan dan
mengakibatkan rusaknya sebagian besar tanaman sekitarnya, namun juga memiliki kemungkinan
pemanfaatan lain yang lebih menguntungkan. Secara umum komposisi abu vulkanik terdiri atas Silika dan
Kuarsa. Komposisi yang dominan pada abu vulkanik Merapi seperti yang ditunjukkan pada Tb.1 adalah
silika, alumina, besi, dan kalsium [1], sehingga merupakan material yang dapat digunakan sebagai bahan
campuran atau dimanfaatkan sebagai material subtitusi semen jika ditambahkan kapur (CaCO3).
Ukuran (Size) partikel campuran sebagai komponen beton mempengaruhi sifat fisikanya adalah
densitas, porositas dan kuat tekan. Hal ini dapat dipahami karena semakin kecil ukuran partikel campuran
maka celah-celah udara (rongga) yang ada pada beton akan semakin sedikit sehingga pengecilan ukuran
partikel campuran akan meningkatkan densitas dan mengecilkan nilai porositas pada beton, sehingga secara
teori jika beton memiliki kepadatan yang lebih tinggi maka kuat tekannya juga akan meningkat. Kandungan
Silika (SiO2) yang terdapat dalam abu vulkanik yang dihaluskan ukurannya menjadi berorde mikrometer
(µm) disebut mikrosilika. Penggunaan mikrosilika dalam pembuatan beton sebagai material tambahan
diharapkan dapat mampu meningkatkan kualitas beton menjadi beton mutu tinggi (high strength). Suatu
beton bisa disebut sebagai beton mutu tinggi (high strength) jika memiliki kuat tekan minimal sekitar 490,3
kgf/cm2 [2].
Pada penelitian ini dibuat beberapa jenis beton dengan menggunakan bahan campuran dari abu
vulkanik gunung Merapi. Beton-semen adalah beton yang menggunakan perekat semen dengan variasi
ukuran partikel campuran abu gunung Merapi menggunakan ayakan 100 mesh dan ukuran mikro. Beton
polimer (epoxy) menggunakan variasi komposisi resin : komposit sebesar 1 : 3 dan 1 : 5. Dari hasil
pembuatan beton ini kemudian akan diuji sifat-sifat fisiknya seperti densitas, porositas dan kuat tekannya.
2. METODOLOGI
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen portland, agregat kasar (kerikil kecil),
agregat halus (Pasir), abu vulkanik Merapi, aquades, dan resin epoxy (cair) sebagai bahan polimer.
Eksperimen dilakukan dengan membuat dua jenis beton: beton-semen (semen portland + agregat + air) dan
beton polimer (resin epoxy cair + agregat).
Adapun tahapan preparasi mulai dari pencucian abu vulkanik Merapi dari unsur pengotor dengan
menggunakan air bersih. Abu yang telah bersih kemudian dikeringkan dalam oven selama 8 jam pada suhu
100oC, kemudian disaring hingga lolos ayakan 100 mesh sehingga diperoleh abu vulkanik dengan diameter
maksimal 0,15 mm. Ada dua perlakuan terhadap abu vulkanik. Pertama abu vulkanik yang diayak pada
ayakan 100 mesh, dan yang kedua abu vulkanik dibuat dalam ukuran mikro. Pembuatan abu vulkanik dalam
skala mikrometer dilakukan dengan menggunakan alat Planetary Ball Mill (PBM) dengan cara sampel
digerus dalam PBM selama 30 jam, kemudian dianalisis ukuran partikelnya menggunakan Particle Size
Analizer (PSA) sehingga didapatkan abu vulkanik dengan ukuran submikron (