Pemanfaatan Bahan Additive Abu Sekam Padi Pada Cement Portland PT Semen Baturaja (Persero) PDF

Preview

Summary

PEMANFAATAN BAHAN ADDITIVE ABU SEKAM PADI PADA CEMENT PORTLAND PT SEMEN BATURAJA (PERSERO) Triyulia Ningsih, Rahmi Chairunnisa, Siti Miskah* Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662 Email: [email protected] Abst...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Pemanfaatan Bahan Additive Abu Sekam Padi Pada Cement Portland PT Semen Baturaja (Persero) Siti Miskah Jurnal Teknik Kimia

Cite this paper

Downloaded from Academia.edu 

Get the citation in MLA, APA, or Chicago styles

Related papers Laporan Semen OPC Fifi Milda Sari Mkalah SEMEN ali al iman PENGENALAN T EKNOLOGI BET ON Yuliadin Rumpin

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

PEMANFAATAN BAHAN ADDITIVE ABU SEKAM PADI PADA CEMENT PORTLAND PT SEMEN BATURAJA (PERSERO)

Triyulia Ningsih, Rahmi Chairunnisa, Siti Miskah* Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662 Email: [email protected]

Abstrak Sekam padi merupakan salah satu limbah pertanian yang belum banyak dimanfaatkan menjadi produk yang mempunyai nilai tambah. Sekam padi memiliki komponen kimia SiO 2, Fe2O3, dan Al2O3 yang dapat ditambahkan sebagai bahan additive pada semen. Kandungan komponen kimia dari abu sekam padi yaitu SiO2 sebesar 93,65%, Fe2O3 sebesar 2,74%dan Al2O3 sebesar 0,78%. Pada penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh penambahan abu sekam padi terhadap pengujian kimia dan fisika semen. Perlakuan awal dengan membakar sekam padi pada suhu tinggi 500-600oC sehingga menjadi abu. Abu sekam padi yang dihasilkan dijadikan bahan addivite semen lalu semen campuran dengan penambahan abu sekam padi pada komposisi yang berbeda di uji sifat kimia dan fisikanya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi semen campuran yang paling baik yaitu pada semen 1 dengan penambahan abu sekam sebesar 5%. Hal ini ditunjukkan dari uji kuat tekan pada 3hari, 7hari, dan 28 hari yang semakin meningkat mencapai nilai kuat tekan sebesar 430 kg/cm2 serta pada uji autoclave mengalami pemuaian sebesar 0,0604%. Kata kunci: abu sekam padi, semen portland, uji kuat tekan, uji autoclave

Abstract Rice husk is one of the agricultural wasted that has not been harnessed into products that have added value. Rice husk has a chemical component of SiO2, Fe2O3, and Al2O3 can be added as an additive material in cement. The content of chemical components of the rice husk ash: 93.65% SiO2, Fe2O3 of 2.74% and 0.78% of Al2O3. The study aims to determine the effect of the addition of rice husk ash on the chemical and physical testing of cement. The first treatment by burning rice husk at 500-600oC high temperature so that it becomes ash. The resulting rice husk ash used as cement and cement additive material mixture with the addition of rice husk ash on the composition of the different tests and physicochemical properties. The results showed that the composition of the cement mixture that is best in cement 1 with the addition of rice husk ash by 5%. It is shown from the compressive strength test at 3 days, 7 days, and 28 days increased reaching a value of compressive strength of 430 kg/cm 2 and the autoclave test expansion experienced by 0.0604%. Keywords: rice husk ash, portland cement, the compressive strength test, autoclave test

1. PENDAHULUAN Padi merupakan produk utama pertanian di negara-negara agraris, termasuk Indonesia. Sekam padi merupakan produk samping yang melimpah dari hasil penggilingan padi dan selama ini hanya digunakan sebagai bahan bakar Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

untuk pembakaran batu merah, pembakaran untuk memasak atau dibuang begitu saja. Abu sekam padi juga bisa dimanfaatkan sebagai bahan tambahan pozzolan. Penambahan bahan ketiga seperti pozzolan pada semen perlu dilakukan untuk menambah kualitas produk semen yang dihasilkan. Pozzolan adalah bahan Page 59

tambahan yang berasal dari alam atau batuan, yang sebagian basar terdiri dari unsur-unsur silika dan alumina yang reaktif. Pozzolan sendiri tidak memiliki sifat semen. Tetapi dalam keadaan halus bereaksi dengan batu kapur bebas dan air akan menjadi suatu massa padat yang tidak larut dalam air (Tjokrodimuldjo, 1996). Dari hasil penelitian sebelumnya telah dilaporkan bahwa kuat tekan mortar dengan adanya penambahan bahan additive berupa trass akan meningkat seiring bertambahnya waktu. Dengan komposisi trass sebesar 5% maka kuat tekan pada 3 hari 249 kg/cm2, 7 hari sebesar 361 kg/cm2, dan pada 28 hari sebesar 420 kg/cm2 (PT Semen Baturaja). Oleh karena itu, diharapkan agar kuat tekan mengalami peningkatan dengan adanya penambahan abu sekam padi. Sejauh ini, kajian pemanfaatan abu sekam padi sebagai sumber silika pada pembuatan semen belum banyak dilakukan meskipun memiliki keuntungan seperti bahan terbaharukan dan tidak merusak lingkungan. Oleh karena kandungan silika yang tinggi dan kadar besi yang rendah diharapkan abu sekam padi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan semen. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dilakukan pemanfaatan abu sekam padi sebagai additive pembuatan salah satu komponen semen. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: 1) Mengetahui komposisi ideal semen dengan penambahan abu sekam padi dari berbagai komposisi semen 2) Mengetahui pengaruh komponen kimia terhadap sifat fisika semen dengan adanya penambahan dari abu sekam padi dari berbagai komposisi semen. Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh komponen kimia terhadap sifat fisika semen dengan penambahan abu sekam padi pada semen dengan berbagai komposisi dan bagaimana mengetahui komposisi ideal pada semen. Semen berasal dari kata “cement” dalam bahasa asing atau Inggris yang berarti pengikat atau perekat. Kata “cement” itu sendiri diambil dari kata latin “cementum” yaitu nama yang diberikan kepada batu kapur yang serbuknya telah digunakan sebagai bahan adukan (mortar) lebih dari 2000 tahun yang lalu di negara Italia. Dalam perkembangannya, arti kata “cement” mengalami sedikit perubahan, misalnya pada abad pertengahan semen diartikan sebagai segala macam bahan pengikat/perekat seperti “rubber cement”, termasuk pula portland cement. Semen dapat diartikan sebagai pengikat (bonding material) yang digunakan bersama-sama batu kerikil, pasir, batu, dan lain-lain untuk pembuatan bangunan, gedung, saluran air, dan Page 60

bangunan-bangunan lain. Semen juga merupakan suatu perekat (binders) hidrolis terhadap senyawa anorganik, dan daya rekat semen akan timbul jika semen tersebut bereaksi dengan air (Agus Yulianto, 1995). Semen Portland didefinisikan sebagai produk yang didapatkan dari penggilingan halus klinker yang terdiri terutama dari kalsium silikat hidraulik dan mengandung satu atau dua bentuk kalsium silikat sebagai tambahan antar giling. Kalsium silikat hidraulik mempunyai kemampuan mengeras tanpa pengeringan atau reaksi dengan karbon dioksida udara, dan arena itu berbeda dengan perekat anorganik seperti Plaster Paris. Reaksi yang berlangsung pada pengerasan semen adalah hidrasi dan hidrolisis (George, 1996). Sifat-sifat Fisik Bahan Baku yaitu: a) Batu Kapur Warna : Putih, abu-abu, kuning tua, jingga dan hitam. Berat jenis : 2,6 – 3,3 Kg/m3 Kekerasan : berkisar antara 1,8 – 3 skala mohs, tergantung umur, semakin tua maka kekerasan akan semakin besar. Bentuk : kristal yang halus b) Pasir Besi Warna : kilat metalik, warna gelap, kemerahan dan kecoklatan. Kekerasan : 5,5 – 6,5 skala mohs Bentuk : butiran halus seperti pasir c) Pasir Silika Warna : kuning hingga kecoklatan bergantung dari jenisnya Bentuk : mirip batu kapur, tetapi lebih lunak d) Tanah Liat Warna : coklat kemerahan Bentuk : butiran kasar yang agak lengket e) Gypsum Warna : putih Bentuk : mirip bubuk kasar (PT. Semen Baturaja (Persero), 2001) Semua senyawa utama untuk semen terdapat dalam batu kapur dan tanah liat, tetapi tidak semua batu kapur dan tanah liat memiliki komposisi kimia yang memenuhi untuk membuat semen dengan kualitas semen yang diinginkan. Oleh karena itu, pada proses pembuatan semen, bahan baku utama tersebut biasanya ditambah bahan lain sebagai koreksi bahan kimia yang kurang, yaitu berupa pasir besi dan pasir silika. Senyawa kimia yang terdapat dalam bahan baku dan yang diperlukan adalah Oksida Kalsium (CaO), Oksida Silika (SiO2), Oksida Aluminium (Al2O3) dan Oksida Besi (Fe2O3). Di samping Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

senyawa-senyawa tersebut, terdapat juga senyawa-senyawa lain yang keberadaannya tidak diinginkan dan harus dibatasi, seperti Magnesium Oksida (MgO), Alkali, Klorida, Sulfur, dan Fosfor. a) Oksida Kalsium (CaO) Oksida kalsium merupakan komponen yang terbesar jumlahnya, dan akan bereaksi dengan oksida silikat, aluminium silikat, alumina, dan oksida besi dan membentuk senyawa mineral potensial penyusun semen. b) Oksida Silikat/ Silisium (SiO2) Oksida silikat merupakan oksida komponen terbesar kedua setelah oksida kalsium. Oksida ini juga sangat menentukan dalam pembentukan mineral potensial. Oksida silikat diperoleh dari penguraian dan dekomposisi mineral-mineral montmorilnit, kaolinit, ataupun ilit yang berasal dari tanah liat. Disamping itu, oksida silikat dapat juga diperoleh dari batuan pasir silika (silica sand). c) Oksida Aluminium/Alumina (Al2O3) Oksida aluminium bersama oksida kalsium membentuk oksida kalsium aluminat (C3A). Oksida aluminium bersama dengan oksida besi dan oksida kalsium dalam pembakaran di kiln akan membentuk senyawa kalsium alumina ferrit (C4AF). Oksida aluminium sebagian besar diperoleh dari tanah liat (clay). Oksida alumina selain ikut ambil bagian dalam reaksi-reaksi pembentukan mineral potensial juga berperan untuk menurunkan titik leleh pada proses pembakaran di kiln. Oksida alumina ini juga menentukan tingkat kekentalan lelehan hasil pembakaran di kiln dengan nilai berbanding lurus. d) Oksida Besi (ferrit) (Fe2O3) Oksida besi bersama oksida kalsium dan aluminium pada proses pembakaran di kiln akan bereaksi membentuk senyawa kalsium alumina ferrit (C4AF). Oksida besi juga bersifat menurunkan titik leleh dan juga menentukan tingkat fase cair dalam klinkerisasi dengan nilainya berbanding lurus. e) Oksida Magnesium (MgO) Oksida magnesium tidak berperan dalam membentuk mineral potensial, bahkan keberadaannya dalam semen akan merugikan karena akan menurunkan kualitas semen. Kadar MgO bebas dalam semen dibatasi paling tinggi 2 % dan akan bereaksi dengan air. MgO + H2O Mg(OH) 2 Reaksi ini berlangsung sangat lambat, sedangkan proses pengerasan semen sudah selesai dan Mg(OH)2 menempati ruangan yang lebih besar dari MgO dan hal ini akan menyebabkan pecahnya ikatan pasta semen yang Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

sudah mengeras sehingga menimbulkan keretakan pada hasil penyemenan. Sekam yang dibakar disebut dengan abu sekam padi. Pembakaran sekam pada proses pembuatan batu bata dapat mencapai suhu 600700 °C dalam waktu sekitar 1 sampai 2 jam. yang mengandung unsure silikat yang tinggi yang dapat di manfaatkan sebagai bahan pozzolan buatan. Sekitar 20 % dari bobot padi adalah sekam padi dan kurang lebih 15 % dari komposisi sekam adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar (Hara, 1986). Nilai paling umum kandungan silika dari abu sekam adalah 94 - 96 %, dengan Pozzolanic Activity Index 87% dan apabila nilainya mendekati atau di bawah 90 % kemungkinan disebabkan oleh sampel sekam yang telah terkontaminasi dengan zat lain yang kandungan silikanya rendah. Silika yang terdapat dalam sekam ada dalam bentuk amorf terhidrat (Houston,1972).

Gambar 1. Sekam Padi dan Abu Sekam Padi

Tabel 1. Komposisi Kimia Abu Sekam Padi Senyawa Kimia Komposisi ( %) SiO2 88,92 Fe2O3 0,608 Al2O3 0,674 ( sumber : laboratorium analitik Univ.Udayana) Adapun Syarat-Syarat Fisika Semen Portland yaitu: Kekuatan tekan (Compressity Strength) Kuat tekan merupakan kemampuan semen untuk menahan atau memikul suatu beban. Pada umumnya kekuatan tekan diukur pada normal curring (perawatan) sampai umur 28 hari dengan membuat semen menjadi mortar. Mortar adalah campuran semen, pasir dan air yang memiliki persentase komposisi yang berbeda. Kontribusi Page 61

yang diberikan oleh semen terhadap peningkatan kekuatan mortar terutama terdapat dalam tiga fakor, yaitu: 1) Faktor Air Semen (FAS) Secara umum diketahui bahwa semakin tinggi nilai FAS, semakin rendah mutu kekuatan mortar. Namun demikian, nilai FAS yang semakin rendah tidak selalu berarti bahwa kekuatan mortar semakin tinggi. Nilai FAS yang rendah akan menyebabkan kesulitan dalam pengerjaan, yaitu kesulitan dalam pelaksanaan pemadatan yang pada akhirnya akan menyebabkan mutu mortar menurun. Umumnya nilai FAS minimum yang diberikan sekitar 0.4 dan maksimum 0.65. Rata-rata ketebalan lapisan yang memisahkan antar partikel dalam mortar sangat bergantung pada faktor air semen yang digunakan dan kehalusan butir semennya. 2) Kehalusan Butir Semen Makin halus partikel semen, maka akan menghasilkan kekuatan tekan yang tinggi. Hal ini karena makin luas permukaan yang bereaksi dengan air dan bercampur dengan agregat. Kehalusan butir semen merupakan sifat fisika dari semen, semakin halus butiran semen, proses hidrasi semen akan semakin cepat sehingga kekuatan mortar akan lebih cepat tercapai. Semakin halus butir semen, waktu yang dibutuhkan semen untuk mengeras semakin cepat. 3) Komposisi Kimia Komposisi kimia semen akan menyebabkan perbedaan dari sifat-sifat semen, secara tidak langsung akan menyebabkan perbedaan naiknya kekuatan dari mortar yang akan dibuat. Jika mortar menggunakan bahan kimia yang dapat mempercepat waktu pengikatan maka kadar kimia senyawa kimia C3S dalam semen harus diperbanyak, jika sebaliknya maka harus dikurangi. Kontribusi komponen utama semen terhadap kuat tekan semen yaitu: a) C3S memberikan kekuatan yang besar pada fase permulaan (28 hari) dan memberikan efek penambahan kekuatan yang kontinyu pada waktu berikutnya. b) C2S memberikan kontribusi yang besar pada kekuatan tekan pada umur yang lebih panjang. c) C3A, mempengaruhi kekuatan tekan sampai tingkat tertentu. Pada umur 28 hari, pengaruh ini makin kecil sampai nol pada umur setelah 1 atau 2 tahun. d) C4AF, tidak memberikan kontribusi yang berarti pada pengembangan kekuatan tekan, bahkan akan mengakibatkan ekspansi yang Page 62

e)

halus berupa retak-retak rambut, apabila kandungan MgO dalam semen cukup tinggi. Gypsum sebagai bahan baku tambahan dalam semen sangat mempengaruhi proses pengikatan. Senyawa C3A bereaksi dengan air untuk membentuk pengerasan pada semen. Reaksinya mula-mula tergantung pada jumlah pemakaian gypsum sehingga setelah reaksi ini selesai, proses kekakuan tidak terbentuk lagi dan terjadilah pengerasan. Semakin kecil kandungan C3A semakin lama waktu pengikatan dan sebaliknya.

Pemuaian dan Penyusutan Autoclave merupakan proses sterilisasi pada yang memanfaatkan panas dan tekanan uap dalam chamber. Semen akan mengalami pemuaian dan penyusutan jika dilakukan pengujian dengan autoclave ini. Hal ini disebabkan adanya tekanan dan suhu yang tinggi di dalam autoclave. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Sedangkan penyusutan (shrinkage) terjadi karena volume berkurang karena adanya air yang menguap dalam adonan semen. Semen yang baik adalah jika penyusutannya sekecil mungkin. Kandungan air dari adonan semen dengan air yang telah mengeras, dapat diklasifikasikan menjadi tiga macam, yaitu : a) Air (H2O) yang telah terkait dalam senyawasenyawa hidrat yang telah mengeras. Air ini terkait dengan ikatan kimiawi, biasanya disebut “combined water” atau “non evavorable water”. b) Adsorber water atau gel water yaitu H2O yang terikat secara ikatan fisika dalam molekul-molekul cement gel. c) Air bebas (free water) adalah air yang terdapat di antara fase padat dan pasta, air ini disebut “capillary water”. Syarat-syarat kimia Semen yang harus dipenuhi : 1) LOI dinyatakan sebagai zat yang akan terbebaskan sebagai gas pada saat terpanaskan atau dibakar. Apabila nilai LOI semakin tinggi pada kiln feed maka berarti semakin sedikit kiln feed yang berubah menjadi klinker. 2) Free lime adalah batu kapur yang tertinggal dalam semen dalam keadaan bebas, dikarenakan batu kapur tersebut tidak bereaksi dengan senyawa-senyawa asam selama proses klinkerisasi. Hal ini dapat terjadi karena ukuran partikel kiln feed tidak Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

cukup halus, pembakaran klinker kurang sempurna, kandungan CaO yang terlalu tinggi dalam kiln feed, dan dekomposisi mineral klinker selama proses pendinginan. 3) Liquid fase dibutuhkan untuk pembentukan C3S pada waktu proses klinkerisasi. Liquid fase yang normal berkisar antara 23 – 28 %. Liquid fase yang ideal adalah sekitar 25 %. Keadaan ini sangat baik untuk pembentukan C3S yang cepat melalui pelarutan C2S dan CaO bebas, kemudahan klinker digiling, keawetan fire brick, dan pemakaian bahan bakar yang lebih hemat. 4) Insoluble Residue dalah zat pengotor yang tetap tinggal setelah semen tersebut direaksikan dengan asam klorida (HCl), dan natrium karbonat (Na2CO3). Insoluble residue dibatasi untuk mencegah tercampurnya Semen Portland dengan bahan-bahan alami lainnya yang tidak dapat dibatasi dari persyaratan fisika (Syafri, 1996).

2.

METODOLOGI

Metode yang digunakan adalah eksperimental, dilakukan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh dari penambahan abu sekam padi pada semen. Metode pengujian sifat fisika dan kimia. Proses pengujian melalui tahap-tahap berikut : 1) Preparasi bahan yaitu abu sekam padi, klinker dan gypsum. 2) Penghancuran klinker dan gypsum 3) Pembuatan komposisi campuran antara abu sekam padi, klinker dan gypsum 4) Penggilingan klinker, gypsum dan abu sekam padi pada alat mini mill 5) Pengujian sifat kimia dan sifat fisika Bahan-bahan yang digunakan: 1) Klinker 2) Gypsum 3) Gliserol etanol 4) BaCl2 5) Ammonium Asetat 6) HCl 7) NaOH 8) Indikator Metil Merah 9) NH4NO3 10) Aquades 11) TEA (Tri Etanol Amine) 12) Pasir Ottawa 13) Sekam Padi

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

Peralatan yang digunakan 1) Chusher gypsum 2) Chusher Klinker 3) Mini Mill 4) Seperangkat alat X- ray Spectrometer 5) Spatula 6) Neraca analitik 7) Alat refluks Destruksion 8) Buret digital 9) Botol Aquades 10) Erlenmeyer 250 ml 11) Hot plate 12) Stopwatch 13) Kaca arloji 14) Alat blaine 15) Cawan porselin 16) Furnace 17) Gelas kimia 2000 ml 18) Mixer semen 19) Seperangkat alat kuat tekan Prosedur Penelitian Sekam Padi Pertama-tama disiapkan terlebih dahulu sekam padi dari tempat penggilingan padi, kemudian dikeringkan di bawah matahari dan dibersihkan dari kotoran-kotoran pengikut seperti daun-daun padi, pasir dan kerikil. Kemudian sekam padi dibakar dan dibiarkan menjadi abu sampai ± 1 hari agar proses pengabuan lebih sempurna. Abu yang dihasilkan kemudian diayak agar ukuranya seragam. Kemudian abu yang dihasilkan di analisis dengan menggunakan alat X-ray Spectrometer untuk mengetahui kadar SiO2, Al2O3, Fe2O3. Klinker dan Gypsum Klinker yang di ambil dari klinker storange digiling dengan crusher klinker agar ukuran yang dihasilkan lebih kecil dan gypsum yang di ambil dari gypsum storange dikeringkan dengan pemanasan di atas Hot Plate lalu di masukan kedalam oven selama 3 jam dengan suhu 80ºC untuk menghilangkan kadar airnya. Gypsum kering digiling dengan crusher gypsum. Penggilingan klinker, gypsum dan abu sekam padi pada alat mini mill Sebelum digunakan dilakukan penggilingan dengan mini mill. Klinker, gypsum dan abu sekam padi terlebih dahulu dibuat komposisi campuranya. Setiap campuran sebanyak 1000 gram dibuat masing- masing komposisi :

Page 63

Tabel 2. Komposisi masing-masing semen

partikel semen akan menghasilkan kekuatan tekan makin tinggi. Tabel 5. Hasil Pengamatan Kuat Tekan Semen

Lalu masing-masing campuran semen tersebut di giling dengan alat mini mill selama 1 jam 30 menit dengan kisaran blaine yaitu 40006000 cm2/gr.

3.

HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 3. Data Hasil Pengujian Sifat Kimia

No

Semen

1 2 3 4 5

Semen 1 Semen 2 Semen 3 Semen 4 Semen 5

Kuat Tekan (kg/cm2) 28 3 hari 7 hari hari 269 309 393 307 424 430 220 324 328 210 325 332 131 328 331

Dari tabel hasil analisa kuat tekan semen didapatkan hubungan an...