Fly Ash : Overview
Fly ash merupakan satu bahan tambah (additive) yang cukup populer saat ini untuk digunakan sebagai :
(PP No. 85 tahun 1999 tentang Pengelolaan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun). |
Sekilas tentang batu bara
Batu bara, sebagai sumber penghasil fly ash, berdasarkan ASTM D.388 dikelompokkan menjadi 4, yaitu :
Limbah pembakaran batu bara sendiri terbagi atas 2 kelompok :
Bagan pemisahan & penampungan fly ash di power plant : |
Lignite adalah kategori terendah dari batu bara, mempunyai kemampuan menghasilkan panas terendah dan kadar air tertinggi, sering disebut "brown coal" karena bersifat agak lunak dan berwarna coklat atau hitam, dan pada umumnya digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.
Mempunyai kemampuan menghasilkan panas kurang dari 8300 British Thermal Units per pound batu bara, mempunyai kadar karbon antara 60% - 70% dalam abu kering. lignite coal -- klik untuk memperbesar gambar
|
Sub-bituminous coal adalah kategori menegah (intermediate) di antara lignite dan bituminous coal, mempunyai kemampuan membangkitkan panas, pembakaran dan kadar kelembaban sedang, digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.
Mempunyai kadar karbon 71% - 77% dalam abu kering dan kemampuan membangkitkan panas antara 8.300 - 13.000 British Thermal Units per pound batu bara. sub-bituminous coal -- klik untuk memperbesar gambar
|
Bituminous coal adalah jenis batu bara yang paling umum, disebut juga batu bara hitam (black coal), pada umumnya batu bara jenis ini mempunyai kemampuan menghasilkan panas yang tinggi dan kelembaban yang rendah, dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik atau melebur bijih besi.
Mempunyai kadar karbon antara 77% - 87% dalam abu kering, kemampuan membangkitkan panas di atas 13.000 British thermal Unit per pound batu bara. bituminous coal -- klik untuk memperbesar gambar
|
Definisi, properti dan pengelompokan
Definisi :
SNI 03-6414-2002 mendefinisikan pengertian fly ash/abu terbang : Abu terbang adalah limbah hasil pembakaran batu bara pada tungku pembangkit listrik tenaga uap yang berbentuk halus, bundar dan bersifat pozolanik ASTM C-618 mendefinisikan bahan yang bersifat pozolan sebagai : a siliceous or siliceous and aluminous material which, in itself, possesses little or no cementitious value but which will, in finely divided form in the presence of moisture, react chemically with calcium hydroxide at ordinary temperature to form compounds possessing cementitious properties Dengan demikian pengertian fly ash sebagai bahan pozolanic, adalah :
Properti : Fly ash terutama terdiri atas senyawa silicate glass yang mengandung silika (Si), alumina (Al), ferrum (fe), dan kalsium (Ca). Kandungan kecil senyawa lain yang terdapat dalam fly ash adalah magnesium (Mg), sulfur (S), sodium (Na), potassium (P), dan karbon (C). Kandungan bahan berbahaya yang ada dalam fly ash antara lain : arsenic, berilium, boron, cadmium, chromium,cobalt, lead, mangan, merkuri, selenium, strontium, thallium, vanadium, juga mengandung dioksin dan senyawa PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon). Fly ash umumnya terdiri dari partikel solid yang berbentuk bulat, dan sebagian adalah partikel bulat berongga serta partikel bulat yang berisi partikel-partikel bulat lain yang lebih kecil. Ukuran partikel fly ash bervariasi mulai yang lebih kecil dari1 μm (micrometer) sampai yang lebih besar dari 100 μm (beberapa literatur menyebutkan ukuran 0,5 μm - 300 μm), dengan sebagian besar partikel berukuran kurang dari 20 μm. Umumnya hanya sekitar 10% sampai 30% ukuran partikel fly ash lebih besar dari 50 μm. Luas permukaan fly ash umumnya berkisar 300 m2/kg - 500 m2/kg fly ash, dengan batas bawah 200 m2/kg dan batas atas 700 m2/kg. Specific Gravity (Gs) fly ash bervariasi, ada beberapa institusi yang memberikan rentang nilai specific gravity, rentang terbesar yang diberikan dari institusi-institusi tersebut adalah antara 1,6 - 3,1. Pada umumnya specific gravity material fly ash berkisar antara 1,9 - 2,55. Massa jenis fly ash dalam kondisi loose berkisar 540 - 860 kg/m3, dan dalam kondisi dipadatkan dengan penggetaran dalam kemasan pada umumnya mempunyai massa jenis 1.120 - 1.500 kg/m3. Pengelompokan : Penggolongan fly ash pada umumnya dilakukan dengan memperhatikan kadar senyawa kimiawi (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3), kadar CaO (high calcium dan low calcium), dan kadar karbon (high carbon dan low carbon). Kandungan karbon berpengaruh pada Loss on Ignition, yang ditetapkan LOI tidak boleh lebih dari 6% (fly ash kelas F dan C) atau 10 % (fly ash kelas N) Canadian Standard CSA A-23.5 mengatur kadar CaO dalam fly ash yang diperbolehkan dan pengklasifikasiannya yaitu :
Fly ash yang dapat digunakan untuk campuran pengganti sebagian semen dalam beton diatur dalam ACI Manual of Concrete Practice 1993 Part 1 226.3R-3 dan ASTM C 618 (Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Portland Cement Concrete), dan dibagi menjadi 3 kelas : Pertimbangan Penggunaan :
Penggunaan fly ash dalam berbagai kebutuhan konstruksi didasari oleh pertimbangan :
|
Fly ash mempunyai kandungan merkuri 1/1.000.000,
dua kali lipat standar kesehatan untuk kandungan merkuri dalam air yang dapat diminum yang ditetapkan EPA sebesar 1/2.000.000 Standar ASTM untuk fly ash :
Standar ACI untuk fly ash :
Standar SNI untuk fly ash :
|
Fly ash kelas F
Fly ash yang mengandung CaO lebih kecil dari 10% yang dihasilkan dari pembakaran anthracite atau bitumen batubara (bitumminous). Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 70%. Kadar CaO < 10% (ASTM 20%, CSA 8%) Kadar karbon (C) berkisar antara 5% -10% Fly ash kelas F disebut juga low-calcium fly ash, yang tidak mempunyai sifat cementitious dan hanya bersifat pozolanic |
Fly ash kelas C
Fly ash yang mengandung CaO di atas 10% yang dihasilkan dari pembakaran lignite atau sub-bitumen batubara (batubara muda / sub-bitumminous). Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 50%. Kadar CaO > 10% (ASTM 20%, CSA menetapkan angka 8-20% untuk tipe CI dan di atas 20% untuk CH ) Kadar karbon (C) sekitar 2% Fly ash kelas C disebut juga high-calcium fly ash Karena kandungan CaO yang cukup tinggi, fly ash tipe C mempunyai sifat cementitious selain juga sifat pozolan. Oleh karena fly ash tipe C mengandung kadar CaO yang cukup tinggi dan mempunyai sifat cementitious, jika terkena air atau kelembaban, akan berhidrasi dan mengeras dalam waktu sekitar 45 menit. |
Fly ash kelas N
Pozzolan alam atau hasil pembakaran yang dapat digolongkan antara lain tanah diatomic, opaline chertz, shales, tuff dan abu vulkanik, yang mana biasa diproses melalui pembakaran atau tidak melalui proses pembakaran. Selain itu juga mempunyai sifat pozzolan yang baik. |
Sifat fly ash yang diharapkan untuk dimanfaatkan
Beberapa sifat atau karakter dari fly ash yang diharapkan untuk dimanfaatkan dan memberikan kelebihan bagi campuran beton, adalah :
a. spherical Shape (bentuk partikel yang hampir bulat sempurna), yang menghasilkan ball bearing effect untuk "melumasi" adukan pasta dan mortar semen sehingga mempunyai kemampuan alir (flowability) dan workability yang lebih baik. b. ukuran partikel yang sangat halus, yang membuat fly ash mampu mengisi celah kecil dalam komposisi adukan beton, sehingga meningkatkan kepadatan beton sehingga lebih impermeable (kedap air), lebih tahan terhadap abrasi, dan memperkecil susut beton c. dalam kadar tertentu dan lingkungan yang mendukung (kelembaban cukup dan suhu normal/kamar), kandungan senyawa silika atau silika + alumina akan mengikat senyawa sisa hasil hidrasi semen (kalsium hidroksida) yang tidak mempunyai kemampuan mengikat, menjadi senyawa baru yang mempunyai sifat cementitious (mengikat) sehingga dalam taraf tertentu akan meningkatkan kekuatan beton yang dihasilkan d. dalam kadar tertentu, membantu meningkatkan ketahanan terhadap sulfat dan garam alkali e. mengurangi reaktifitas silika-alkali f. mengurangi potensi bleeding dan segregasi g. memperpanjang waktu setting sehingga memberikan waktu lebih banyak untuk pengerjaan beton segar h. mengurangi panas hidrasi, sehingga diharapkan mengurangi kemungkinan terjadinya retak selama proses setting dan hardening beton i. membuat biaya produksi beton menjadi lebih murah, karena secara ekonomis fly ash lebih murah dari semen
tingkat variasi fly ash yang dihasilkan, karena merupakan bahan limbah dan belum optimalnya quality control atas produk fly ash dan penggunaannya, memungkinkan pula variasi dalam sifat dan pengaruh penambahan fly ash dalam campuran beton yang membuat manfaat yang diharapkan tidak tercapai dan efek yang merugikan justru timbul
|
Kisaran normal komposisi kimia dari fly ash yang dihasilkan dari berbagai jenis batu bara (nilai dalam persen berat)
pengaruh fly ash dalam campuran beton, karakter dan sifat beton, serta efek berlawanan dari harapan yang muncul, serta pro kontra pemakaiannya, akan dibahas tersendiri
dalam kadar yang terlalu besar, fly ash justru akan menurunkan kuat tekan beton yang dihasilkan
|
Berikut ini bagan siklus pemakaian fly ash dan tabel bahaya fly ash bagi kesehatan :