bab ii teori dasar - · pdf fileproses produksi semen melibatkan penghalusan bahan –...

13
BAB II TEORI DASAR Bab ini merupakan tinjauan pustaka yang mencakup dasar teori material beton beserta komposisi dasar penyusun-penyusunnya, bahan tambah yang umum digunakan, aspek kimia material beton, proses pengerjaan beton serta metoda karakterisasi. 2.1 Beton Beton adalah material konstruksi yang terdiri dari agregat (umumnya berupa batu dan pasir) yang diikat dengan pasta yang terbuat dari campuran antara semen dengan air. Komponen penyusun beton yang secara umum terdiri dari semen, agregat, air dan bahan tambah (admixture) bercampur menghasilkan suatu bentukan yang padat dan kuat. Ketika dicampur dengan air, semen akan bereaksi dan membentuk pasta yang kemudian akan mengeras dan mengikat agregat dalam campuran beton. Reaksi yang berlangsung antara semen dengan air ini merupakan reaksi hidrasi. Secara umum, beton memiliki kekuatan tekan yang tinggi tetapi kekuatan tariknya rendah. Dalam aplikasinya sebagai material konstruksi, beton sering ditambahkan dengan bahan penguat, contohnya baja dan polimer. Komponen pembentuk beton dapat dibagi kedalam 4 bagian, yaitu : Semen. Air. Agregat. Bahan tambah (admixture). 2.1.1 Semen Semen adalah suatu bahan pengikat yang terbuat dari campuran antara batu kapur (limestone) dan lempung (clay) yang dihaluskan, dibakar, ditambahkan dengan gipsum dan kemudian dihaluskan kembali sampai kehalusan tertentu. Semen dapat berfungsi sebagai pengikat dalam campuran beton dengan cara bereaksi dengan air membentuk pasta yang kemudian mengeras sekaligus mengikat agregat membentuk beton. Semen yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen portland tipe I. Portland merupakan 4

Upload: lylien

Post on 06-Feb-2018

217 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

BAB II

TEORI DASAR

Bab ini merupakan tinjauan pustaka yang mencakup dasar teori material beton

beserta komposisi dasar penyusun-penyusunnya, bahan tambah yang umum digunakan,

aspek kimia material beton, proses pengerjaan beton serta metoda karakterisasi.

2.1 Beton

Beton adalah material konstruksi yang terdiri dari agregat (umumnya berupa batu

dan pasir) yang diikat dengan pasta yang terbuat dari campuran antara semen dengan air.

Komponen penyusun beton yang secara umum terdiri dari semen, agregat, air dan bahan

tambah (admixture) bercampur menghasilkan suatu bentukan yang padat dan kuat. Ketika

dicampur dengan air, semen akan bereaksi dan membentuk pasta yang kemudian akan

mengeras dan mengikat agregat dalam campuran beton. Reaksi yang berlangsung antara

semen dengan air ini merupakan reaksi hidrasi. Secara umum, beton memiliki kekuatan

tekan yang tinggi tetapi kekuatan tariknya rendah. Dalam aplikasinya sebagai material

konstruksi, beton sering ditambahkan dengan bahan penguat, contohnya baja dan

polimer.

Komponen pembentuk beton dapat dibagi kedalam 4 bagian, yaitu :

• Semen.

• Air.

• Agregat.

• Bahan tambah (admixture).

2.1.1 Semen

Semen adalah suatu bahan pengikat yang terbuat dari campuran antara batu kapur

(limestone) dan lempung (clay) yang dihaluskan, dibakar, ditambahkan dengan gipsum

dan kemudian dihaluskan kembali sampai kehalusan tertentu. Semen dapat berfungsi

sebagai pengikat dalam campuran beton dengan cara bereaksi dengan air membentuk

pasta yang kemudian mengeras sekaligus mengikat agregat membentuk beton. Semen

yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen portland tipe I. Portland merupakan

4

Page 2: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

nama yang dipakai Joseph Aspdin ketika pertama kali mempatenkan produk hasil

pembakaran campuran kapur (lime) dan lempung (clay) pada tahun 1824. Nama ini

diambil dari kemiripan warna antara semen yang dihasilkan dengan warna batu portland

(portland stone). Menurut ASTM C 150, semen portland didefenisikan sebagai “a

hydraulic cement produced by pulverizing clinker consisting essentially of hydraulic

calcium silicates, usually containing one or more of the forms of calcium sulfate as an

interground addition” atau dapat diartikan sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan

menghaluskan klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik yang umumnya

mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling

bersama-sama dengan bahan utamanya.

Proses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya

seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini yang

dilanjutkan dengan penambahan gipsum dan penghalusan tahap akhir. Proses produksi

semen dapat dilihat dalam gambar di bawah ini:

Gambar 2.1 Proses produksi semen

5

Page 3: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

Bahan baku pembuatan semen berupa kapur (lime) dan lempung (clay) digiling

atau dihaluskan terlebih dahulu menggunakan crusher. Setelah melalui proses

penimbangan (proportioning), bahan – bahan dasar ini kemudian dihaluskan lagi dan

ditambahkan dengan air membentuk larutan pekat yang disebut slurry. Proses

dilanjutkan dengan pembakaran menggunakan rotary mill menghasilkan klinker. Setelah

itu dilakukan penambahan gipsum dilanjutkan dengan proses penggilingan sampai

mencapai kehalusan atau ukuran semen yang ditentukan.

Semen portland memiliki komposisi kimia sebagai berikut :

Kandungan (%)

CaO 60 – 67

SiO2 17 – 25

Al2O3 3,0 – 8,0

Fe2O3 0,5 – 6,0

MgO 0,1 – 5,5

Na2O + K2O 0,5 – 1,3

SO3 1,0 – 3,0

Tabel 2.1 Kandungan oksida pada semen portland

Senyawa – senyawa utama yang terdapat di dalam semen portland antara lain :

C3S (tricalcium silicate – 3CaO.SiO2), C2S (dicalcium silicate – 2CaO.SiO2), C3A

(tricalcium aluminate – 3CaO.Al2O3) dan C4AF (tetracalcium aluminoferrite -

4CaO.Al2O3.Fe2O3). Komposisi senyawa – senyawa ini dapat dilihat pada tabel di bawah

ini :

Senyawa Kandungan (%)

C3S 45 – 65

C2S 10 – 25

C3A 7 – 12

C4AF 5 – 11

Tabel 2.2 Komposisi senyawa semen portland

6

Page 4: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

Ketika dicampur dengan air, senyawa – senyawa tersebut di atas akan mengalami

reaksi hidrasi. C3S dan C2S adalah senyawa utama yang berkontribusi terhadap kekuatan

pasta hasil hidrasi semen. C3S bereaksi dengan cepat dengan air dan menyumbangkan

kekuatan awal beton sedangkan C2S bereaksi dengan lebih lambat dibandingkan C3S.

Berikut ini adalah beberapa karakteristik dasar senyawa – senyawa penyusun semen:

Senyawa C3S C2A C3A C4AF

Kecepatan reaksi dengan air sedang lambat cepat Sedang

Kontribusi terhadap kekuatan awal baik buruk baik baik

Kontribusi terhadap kekuatan akhir baik Sangat baik sedang sedang

Tabel 2.3 Karakteristik senyawa penyusun semen

Semen portland memiliki beberapa tipe yang dapat dijabarkan sebagai berikut :

1. Semen portland tipe I, semen untuk penggunaan secara umum, yang diterapkan

pada keadaan lingkungan biasa.

2. Semen portland tipe II, semen yang memiliki ketahanan terhadap serangan sulfat

yang cukup baik.

3. Semen portland tipe III, semen yang memiliki laju pengerasan awal yang tinggi,

digunakan untuk konstruksi yang membutuhkan kekerasan awal yang tinggi.

4. Semen portland tipe IV, semen yang memiliki panas hidrasi yang rendah.

5. Semen portland tipe V, semen yang memiliki ketahanan sulfat yang tinggi.

7

Page 5: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

Gambaran kontribusi senyawa – senyawa penyusun semen terhadap kekuatan

beton dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Grafik 2.1 Kenaikan kekuatan berbanding waktu empat komponen kimia semen

portland

Dari gambar di atas terlihat bahwa C3S memiliki kontribusi yang paling besar

terhadap kekuatan beton di usia dini (di awal reaksi hidrasi).

Bentuk reaksi hidrasi senyawa pada semen adalah sebagai berikut :

i) 2C3S + 6H2O C3S2.3H2O + 3Ca(OH)2

Calcium silicate hydrate Calcium hydroxide

ii) 2C2S + 4H2O C3S2.3H2O + Ca(OH)2

iii) C3A + 6H2O C3A.6H2O (CAH)

Calcium aluminate hydrate

Hasil reaksi diatas berupa senyawa kalsium silikat hidrat (C3S2.3H2O/ CSH), yang

merupakan hasil utama reaksi hidrasi, dan senyawa kalsium hidroksida Ca(OH)2 yang

merupakan hasil samping yang memiliki ikatan yang lebih lemah dibandingkan CSH dan

CAH. Sedangkan rekasi C3A dengan air berlangsung sangat cepat, sehingga biasanya

dapat dicegah dengan menambahkan gypsum pada klinker semen.

Reaksi-reaksi hidrasi lain yang dapat terjadi dalam campuran beton adalah

sebagai berikut :

Ca(OH)2 + [SiO2, Al3O3] C3S2H3, C3AH6

(senyawa bahan tambahan)

8

Page 6: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

C3A + 3(CaSO4. 2H2O) + 20 H2O C6AS3H32

gypsum ettringite

2.1.2 Agregat

Menurut ASTM C 125, agregat dapat didefenisikan sebagai ”granular material,

such as sand, gravel, crushed stone, or iron blast-furnace slag, used with a cementing

medium to form hydraulic-cement concrete or mortar” atau dapat diartikan sebagai

material dengan bentuk granular seperti pasir, batu pecahan, atau slag hasil pelelehan

besi, yang dicampurkan dengan media sementisius membentuk beton semen hidrolik atau

mortar.

Berdasarkan ukurannya, agregat yang dipakai sebagai bahan campuran beton

dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu agregat kasar dan agegat halus. Agregat kasar

adalah agregat yang ukuran butirnya lebih besar dari 4,75 mm sedangkan agegat halus

adalah agregat yang berukuran lebih kecil dari 4,75 mm.

Pada campuran beton, agregat dapat mengisi 60 – 80 % dari volume beton. Untuk

mendapatkan beton dengan sifat – sifat mekanik yang baik, agregat yang digunakan harus

memiliki gradasi yang baik. Selain itu, agregat juga harus memiliki kekuatan yang tinggi,

serta memiliki ukuran dan bentuk partikel yang sesuai. Bentuk partikel agregat akan

mempengaruhi luas permukaan spesifik (specific surface), yaitu luas permukaan per

satuan berat agregat. Agregat dengan bentuk spherical (bulat) akan memiliki luas

permukaan spesifik yang lebih kecil dibandingkan agregat dengan bentuk pelat atau

serpih dengan berat yang sama. Luas permukaan spesifik mempengaruhi besarnya

kebutuhan air dalam campuran beton karena dalam proses pencampuran air akan

menutupi permukaan dari partikel agregat. Semakin kecil luas permukaan partikel

agregat semakin kecil pula jumlah air yang dibutuhkan dalam campuran.

Karakter pori agregat dapat mempengaruhi rasio air semen dalam campuran.

Karena memiliki pori, agregat dapat menyerap maupun menyumbang air sehingga dapat

mempengaruhi jumlah air dalam campuran. Jumlah air dalam campuran berpengaruh

terhadap kelecakan (workability) dari campuran beton. Ditinjau dari kadar kelembaban

agregat, ada beberapa kondisi yang dapat dialami agregat, antara lain :

9

Page 7: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

1. Kering oven (oven dry), yaitu kondisi dimana seluruh air yang ada telah

dihilangkan, baik air yang ada di permukaan maupun yang berada dalam pori. Pemanasan

pada 105°C dilakukan selama 24 jam untuk memperoleh kondisi ini, dan ditimbang

hingga mempunyai berat konstan.

2. Kering udara (air dry), seluruh air yang ada di permukaan telah dihilangkan,

namun masih menyisakan air di dalam pori internalnya.

3. Jenuh dengan permukaan kering (saturated surface dry), seluruh pori masih terisi

air, namun dengan permukaan yang kering. Agregat pada keadaan ini tidak dapat

mempengaruhi kadar air dalam campuran beton, sebab tak dapat lagi menyerap maupun

menyumbang air. Agregat seperti ini ideal untuk dijadikan komponen penyusun dalam

beton.

4. Basah (wet), dimana seluruh pori yang ada terisi air dan mempunyai permukaan

yang dilapisi air. Agregat tipe ini tidak akan mampu lagi menyerap air, namun akan

menyumbang air pada proses pencampuran beton sehingga rasio air semen dalam beton

dapat berubah.

2.1.3 Air

Air dibutuhkan pada pembuatan beton untuk memicu reaksi hidrasi pada semen,

membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pengerjaan beton. Reaksi hidrasi

adalah suatu reaksi kimia dimana senyawa utama di dalam semen membentuk ikatan

kimia dengan molekul air membentuk hidrat atau produk hidrasi. Reaksi hidrasi yang

berlangsung antara semen dengan air bersifat sensitif terhadap beberapa bahan kimia

yang mungkin terkandung dalam air pencampur, sehingga dianjurkan untuk

menggunakan air bersih untuk digunakan sebagai air pencampur dalam proses mixing

campuran beton. Air yang dapat diminum (potable water) umumnya dapat digunakan

dalam campuran beton. Air dengan kadar pengotor yang besar dapat mengganggu

jalannya reaksi hidrasi sehingga dapat menurunkan kekuatan beton.

Air memiliki peranan yang sangat penting dalam proses pencampuran beton

karena mempengaruhi rasio air semen (water cement ratio) campuran beton. Penggunaan

air yang terlalu banyak dapat menurunkan kekuatan beton sementara jika terlalu sedikit

dapat menurunkan kelecakan (workability) beton tersebut. Beton harus memiliki

10

Page 8: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

kelecakan yang baik agar dapat dibentuk dengan mudah sesuai dengan konstruksi yang

diinginkan. Karena beton harus memiliki kekuatan yang tinggi sekaligus memiliki

kelecakan yang baik, maka perencanaan dan perhitungan rasio air semen harus dilakukan

dengan tepat.

2.1.4 Admixture

Berdasarkan ASTM C 125, bahan tambah (admixture) didefinisikan sebagai

“material other than water, aggregates, hydraulic cementitious material, and fiber

reinforcement that is used as an ingredient of a cementitious mixture to modify its freshly

mixed, setting, or hardened properties and that is added to the batch before or during its

mixing” atau dapat diartikan material selain air, agregat, semen dan serat yang digunakan

sebagai bahan pencampuran beton untuk mengubah beberapa sifat semen atau beton yang

dihasilkan yang ditambahkan sebelum atau selama pencampuran. Bahan tambahan ada

yang berupa additive dan admixture. Admixture adalah bahan tambah yang ditambahkan

pada campuran beton pada tahap pencampurannya, sedangkan additive merupakan bahan

yang ditambahkan pada semen pada tahap pembuatannya.

Admixture dapat diklasifikasikan menjadi chemical admixture dan mineral

admixture. Chemical admixture adalah bahan tambah pada campuran beton yang dapat

larut di dalam air sedangkan mineral admixture adalah bahan – bahan tambah yang tidak

dapat larut dalam air. Beberapa contoh chemical admixtures antara lain : water reducer,

retarder, dan accelerator. Water reducer adalah admixture yang dapat digunakan untuk

mengurangi proporsi air dalam campuran beton sehingga menghasilkan rasio air semen

yang rendah namun tetap menjaga konsistensi beton. Retarder adalah bahan tambah yang

dapat memperlambat waktu setting beton. Sebaliknya, accelerator adalah bahan tambah

yang digunakan untuk mempercepat waktu pengikatan beton. Contoh mineral admixtures

antara lain : silica fume, fly ash, slag, rice husk ash (abu sekam padi) dan lainnya. Fly ash

didefinisikan sebagi butiran halus hasil residu pembakaran batubara atau bubuk batubara

(ASTM C 618). Silica fume adalah produk sampingan dari pembuatan paduan besi

dengan silikon. Slag merupakan limbah hasil produksi baja sedangkan abu sekam padi

adalah hasil pembakaran sekam padi yang merupakan lapisan keras yang membungkus

butir beras.

11

Page 9: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

2.2 Abu Ampas Tebu

Abu ampas tebu merupakan hasil samping dari proses penggilingan tebu di pabrik

gula. Tebu adalah tanaman yang sarinya dapat diolah menjadi gula. Tanaman ini hanya

dapat tumbuh di daerah tropis. Di Indonesia, perkebunan tebu menempati luas areal lebih

dari 232 ribu hektar yang tersebar di Medan, Lampung, Semarang, Solo dan Makassar.

Produksi tebu di Indonesia pada tahun 2006 mencapai 10,2 juta ton[1]. Ampas tebu

sebagai hasil samping produksi gula memiliki beragam manfaat, antara lain : untuk

makanan ternak; bahan baku pembuatan pupuk, bahan baku ethyl alcohol, bahan pembuat

particle board, bahan baku pulp dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula.

Dalam pemanfaatannya sebagai bahan bakar boiler di pabrik gula, ampas tebu

dibakar untuk memanaskan air pada boiler sehingga menghasilkan uap yang akan

digunakan untuk menggerakkan pembangkit listrik. Dari proses pembakaran ampas tebu

ini akan dihasikan abu ampas tebu yang berwarna kelabu kehitaman. Di PT PG Jatitujuh,

dibutuhkan sekitar 51 ton ampas tebu tiap jamnya untuk memanaskan 3 buah boiler yang

mereka miliki. Hal ini berarti dalam satu hari dibutuhkan sekitar 1224 ton ampas tebu

untuk dijadikan sebagai bahan bakar boiler tersebut. Dengan asumsi abu ampas tebu

memiliki proporsi sekitar 2 % dari ampas tebu, maka dalam satu hari akan dihasilkan

kira – kira 24,48 ton abu ampas tebu di pabrik ini.

Proses produksi yang berlangsung di PT PG Jatitujh dapat ditunjukkan secara

sedaerhana melalui skema di bawah ini :

Gambar 2.2 Skema pengolahan tebu

Mill

Kristal gula

Evaporator

Nira Murni

Purifier

Abu Ampas Tebu

Boiler

Nira

Ampas Tebu

Tebu

12

Page 10: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

Dari skema di atas tampak bahwa boiler yang terdapat di PT PG Jatitujuh digunakan

untuk menggerakkan purifier dan evaporator untuk menghasilkan kristal gula.

Abu ampas tebu yang digunakan pada penelitian ini adalah abu ampas tebu yang

lolos saringan 0,6 mm. Namun demikian, abu ampas tebu ini tidak dihaluskan terlebih

dahulu sebelum disaring. Untuk melihat morfologi dari abu ampas tebu ini dilakukan

Scanning Electron Microscopy (SEM) dan pengambilan gambar dengan menggunakan

kamera digital. Hasil pengambilan gambar dan analisis SEM dapat dilihat pada bagian

4.11.

Dari hasil analisis kimia basah tampak bahwa abu ampas tebu ini memiliki kadar

silika yang relatif tinggi sehingga memiliki prospek untuk dijadikan sebagai bahan

substitusi semen dalam campuran beton. Bahan ini diharapkan akan bereaksi secara

pozzolanik dengan kalsium hidroksida hasil reaksi hidrasi semen untuk menghasilkan

senyawa kalsium silikat hidrat yang berkontribusi dalam menaikkan kekuatan tekan

beton. Sebagai perbandingan, berikut ini adalah data beberapa komposisi senyawa yang

dimiliki bahan- bahan pozzolan lainnya.

Senyawa Semen

portland

Slag Silica

Fume

Fly Ash Abu

sekam

padi

Abu

ampas

tebu

CaO % 60 – 67 30-46 0,1-0,6 2-7 0,55 3,91

SiO2 % 17 – 25 30-40 85-98 40-55 93,81 70,7

Al2O3 % 3,0 – 8,0 10-20 0,2-0,6 20-30 1,1 6,59

Fe2O3 % 0,5 – 6,0 4 0,3-1 5-10 0,19 1,03

MgO % 0,1 – 4,0 2-16 0,3-3,5 1-4 0,4 2,87

SO3 % 1,0 – 3,0 3 - 0,4-2 - -

Na2O % - 3 0,8-1,8 1-2 0,23 -

K2O % - 3 1,5-3,5 1-5 0,017 -

Tabel 2.4 Komposisi kimiawi beberapa bahan tambah

Hasil analisis kimia basah yang dilakukan pada Balai Besar Bahan dan Barang

Teknik (B4T) dapat dilihat pada bagian 4.1.1.

13

Page 11: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

2.3 Karakterisasi dan Pengujian

Sifat-sifat dari material sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat mikrostrukturnya.

Beberapa teknik dan metoda diperlukan untuk mengakarakterisasi material sehingga

sifat-sifat dari material dapat diketahui. Beberapa teknik karakterisasi material yang

digunakan dalam penelitian ini adalah analisis kimia, XRD dan SEM.

2.3.1 Analisis Kimia Basah

Analisis kimia diperlukan untuk mengetahui komposisi kimia senyawa – senyawa

penyusun material penelitian. Beberapa oksida sering disebut sebagai oksida utama, yaitu

silika (SiO2), alumina (Al2O3), Oksida besi dan titania (Fe2O3 dan TiO2), lime dan

magnesia (CaO, MgO), dan oksida-oksida alkali (K2O, Na2O).

Dalam penelitian ini, digunakan analisis kimia basah (wet chemical analysis)

untuk mendapatkan persentase senyawa-senyawa utama tersebut. Prinsip analisis kimia

basah adalah pelarutan dan penggunaan berbagai teknik (titrasi, spektroskopi).

2.3.2 X-Ray Diffraction (XRD)

Difraksi sinar-x adalah salah satu metode karakterisasi yang dapat digunakan

untuk menentukan senyawa-senyawa yang terdapat dalam suatu material sampel. Pada

metode ini, sinar-x dihasilkan dengan menembakkan elektron ke suatu material target

(contoh: Cu). Elektron ini berasal dari suatu sumber elektron berupa filamen (katoda)

yang bergerak menuju material target (anoda) akibat adanya beda potensial. Interaksi

antara elektron ini dengan material target akan menghasilkan sinar-x yang memiliki

panjang gelombang tertentu sesuai dengan material target tersebut. Setelah difilter untuk

mendapatkan sinar x yang bersifat monokromatik, sinar x tersebut akan ditembakkan ke

arah sampel yang hendak dikarakterisasi. Sinar-x ini akan bertumbukan dengan atom-

atom yang terdapat pada sampel dan dihamburkan. Sinar-x yang dihamburkan ini akan

saling berinterferensi baik saling menghilangkan (destructive interference) maupun saling

menguatkan (constructive interference). Difraksi terjadi ketika hamburan sinar-x dari

salah satu bidang atom sefasa dengan hamburan dari bidang atom lainnya. Difraksi sinar-

x ini akan dideteksi oleh detektor dan ditampilkan dalam grafik yang menggambarkan

hubungan antara sudut difraksi (2θ) dengan intensitas. Setiap jenis material akan

14

Page 12: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

menghasilkan peak yang spesifik pada 2θ yang tertentu. Dari harga 2θ yang

menghasilkan peak-peak pada grafik 2θ terhadap intensitasnya, akan dapat dihitung

besarnya d-spacing atau jarak antar bidang seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3

dengan menggunakan hukum Bragg. Nilai d-sapacing yang diperoleh dari perhitungan ini

kemudian dicocokkan dengan data d-spacing yang terdapat pada indeks Hanawalt untuk

mengidentifikasi senyawa apa yang terdapat di dalam material sampel.

Gambar 2.3 Difraksi sinar-X oleh bidang – bidang atom

Sinar datang 1 dan 2 adalah berkas sinar-x yang ditembakkan ke material sampel

yang memiliki bidang atom A-A’ dan bidang B-B’. Bidang atom ini memiliki jarak antar

bidang dhkl yang juga disebut d-spacing. Sinar datang tersebut akan dibelokkan oleh atom

yang terdapat dalam material sampel dengan contoh atom P dan atom Q seperti yang

terlihat pada gambar. Sinar-x yang mengenai atom-atom pada material sampel ini akan

menghasilkan sinar 1’ dan sinar 2’ yang membentuk sudut sebesar θ terhadap bidang A-

A’. Agar difraksi dapat berlangsung maka perbedaan lintasan sinar-X yang terjadi (yaitu

S-Q-T) harus sebesar nλ, dimana n adalah bilangan asli dan λ merupakan panjang

gelombang sinar-X. Maka kondisi difraksi dapat dirumuskan sebagai berikut

nλ = SQ + QT (1)

atau

15

Page 13: BAB II TEORI DASAR - · PDF fileProses produksi semen melibatkan penghalusan bahan – bahan penyusunnya seperti kapur (lime) dan lempung (clay), serta proses pembakaran campuran ini

nλ = dhkl sinθ + dhkl sinθ = 2 dhkl sinθ (2)

Persamaan 2 tersebut merupakan persamaan yang dikenal dengan hukum Bragg.

Dengan mensubstitusikan nilai θ pada rumus tersebut maka kita dapat mengetahui nilai

dhkl dan selanjutnya nilai dhkl tersebut dapat dicocokkan pada indeks Hanawalt hingga kita

dapat mengetahui jenis senyawa dari sampel yang dikarakterisasi.

2.3.3 Scanning Electon Microscopy ( SEM )

SEM adalah metode yang dapat digunakan untuk mengamati morfologi suatu

material dengan perbesaran yang jauh melebihi mikroskop optik biasa. Syarat yang harus

dipenuhi oleh material sampel yang hendak dikarakterisasi menggunakan scanning

electron microscopy adalah harus bersifat konduktif dengan tujuan agar dapat

berinteraksi dengan baik dengan primary electron yang berasal dari electron gun pada

perangkat scanning electron microscope. Sampel material yang tidak bersifat konduktif

harus dilapisi dengan bahan yang konduktif (contoh: emas) agar terbentuk lapisan tipis

yang konduktif pada permukaan sampel.

Pada perangkat scanning electron microscope, elektron yang berasal dari electron

gun akan menumbuk permukaan sampel sehingga terjadi interaksi antara elektron yang

berasal dari electron gun ini (disebut primary electron) dengan elektron yang terdapat

pada permukaan sampel menghasilkan sinar-x, secondary electron, back scattered

electron dan auger electron. Secondary electron inilah yang dimanfaatkan dan dideteksi

menggunakan detektor untuk menghasilkan image dari sampel yang dikarakterisasi.

2.3.4 Pengujian Kuat Tekan Beton

Pengujian kuat tekan beton dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Teknik

Sipil Institut Teknologi Bandung. Pengujian kuat tekan beton dilakukan pada 48 buah

sampel uji yang terdiri dari masing – masing 12 buah sampel untuk tiap komposisi beton.

Tiap komposisi beton diuji kuat tekannya pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing –

masing berjumlah 3 sampel. Tiap sampel diuji tekan sampai mengalami kegagalan/rusak

dan beban tertinggi yang dapat ditahan oleh sampel dicatat dan dikonversi ke dalam

satuan Mega Pascal (Mpa).

16