Foto: Lapis Fondasi Jalan dengan Limbah Faba

Pertumbuhan sektor industri di Indonesia terus didorong untuk meningkatkan perekonomian nasional. Peningkatan sektor industri berdampak negatif dengan adanya peningkatan jumlah limbah yang dihasilkan. Limbah industri jika tidak ditangani akan menimbulkan pencemaran dan berdampak buruk bagi lingkungan. Seperti yang dijelaskan pada sebuah penelitian terkait studi pemanfaatan ampas nikel untuk konstruksi beton oleh A. Harlia (2016) bahwa masalah limbah mendapat perhatian serius dari pemerintah yang terus-menerus berusaha mengembangkan teknologi penggunaan dan peningkatan daya guna limbah industri menuju aplikasi teknologi material berkelanjutan atau sustainable material.

Pada saat yang sama, sektor jalan menghadapi masalah terkait kelangkaan bahan alam, sehingga sulit diperoleh. Swamy, et.al (2012) menjelaskan penggunaan material alam yang cukup besar untuk membangun jalan dan infrastruktur lain, menyebabkan ketersediaan material alam tersebut sudah mulai berkurang secara bertahap. Biaya untuk pengadaan dan proses memperoleh agregat kian hari kian meningkat. Selanjutnya, Ahmed dan Lovell (1991) mengatakan kelayakan teknis, konsekuensi lingkungan, dan manfaat ekonomi menjadi hal utama yang diperhitungkan dalam pemanfaatan limbah sebagai material konstruksi jalan.

 Salah satu jenis limbah industri dengan jumlah yang melimpah adalah abu dari pembakaran batu bara. Sebagian besar pasokan listrik di Indonesia menggunakan batu bara sebagai bahan bakar.

Berdasarkan hasil penelitian Damayanti (2018), diperkirakan sampai dengan tahun 2050 kontribusi batu bara sebagai sumber energi masih tinggi yaitu mencapai 31%. Selain itu program pembangunan beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) baru dengan kapasitas total 35.000 MW juga akan berpengaruh terhadap semakin meningkatnya volume limbah abu batubara sehingga sangat diperlukan pemanfaatan dan penyerapan yang masif untuk menjaga keseimbangan lingkungan. Salah satu jenis limbah sisa pembakaran batubara terdiri dari Fly Ash dan Bottom Ash (FABA).

Fly ash adalah abu yang berterbangan di atas tungku pembakaran batubara, sementara bottom ash merupakan hasil pembakaran batubara yang mengendap di tungku pembakaran batubara. Pada umumnya proporsi limbah FABA dalam proses pembakaran adalah terdiri dari 80%-90% Fly Ash dan 10%-20% Bottom Ash (Darwis dan Hidayat, 2015).

PLTU Labuan Angin merupakan unit yang bertanggung jawab terhadap kegiatan pembangkitan listrik di Sumatera Bagian Utara yang mencakup Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam, Sumatera Utara, Riau, dan Kepulauan Riau. PLTU Labuhan Angin terletak di Kabupaten Tapanuli Tengah dengan kapasitas terpasang 2 x 115 MW. PLTU Labuhan Angin menggunakan batubara sebagai bahan bakar. Limbah FABA yang dihasilkan mencapai 60 ton per hari.

Balai Bahan Jalan, Bina Teknik Jalan dan Jembatan, Direktorat Jenderal Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum dan Pekerjaan Rakyat telah melakukan kajian pemanfaatan limbah untuk bahan konstruksi jalan termasuk limbah FABA dari PLTU Labuan Angin. Hasil pengujian laboratorium menunjukan bahwa limbah tersebut dapat digunakan sebagai bahan lapis fondasi jalan dengan menambahkan semen sebagai bahan stabilisasi. Campuran dengan komposisi tertentu antara fly ash, bottom ash, dan semen diproses untuk mendapatkan daya dukung yang disyaratkan.

Untuk mengetahui efektifitas dari hasil pengujian laboratorium maka Balai Bahan Jalan bekerja sama dengan PLTU Labuan Angin melakukan penerapan atau uji coba lapangan. Pelaksanaan uji coba tersebut dilaksanakan di Jalan Nasional Osward Siahaan Km 15, Kolang, Tapanuli Tengah, Sumatera Utara. Lokasi pemanfaatan dilaksanakan dengan panjang jalan 150 m dan lebar jalan 6,38 m. Pelaksanaan uji coba limbah FABA diawali dengan membongkar perkerasan eksisting kemudian mengganti dengan konstruksi baru. Uji coba lapangan tersebut dilaksanakan pada bulan Desember 2020 sampai dengan Januari 2021.

Kajian dan Uji Coba Lapangan Limbah FABA sebagai Bahan Jalan

Pengujian lapangan limbah FABA sebagai bahan lapis fondasi jalan dilakukan secara berurutan dan istematis yang meliputi 5 tahap pengujian sebagai berikut:

1. Pengujian Kadar Logam Berat

Tahap pertama melakukan pengujian kadar logam berat, hal ini dilakukan karena pada saat pelaksanaan kajian dan uji coba, status limbah FABA masih termasuk dalam kategori limbah Bahan Beracun dan Berbahaya (B3). PP 101 Tahun 2014 menyebutkan bahwa pemanfaatan limbah B3 harus dilakukan pengujian untuk mengetahui kandungan zat berbahaya dalam limbah, salah satu cara adalah dengan uji Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCPL). Uji karakteristik beracun melalui TCLP untuk mengetahui konstentrasi zat pencemar pada FABA dari PLTU Labuan Angin selanjutnya dibandingkan dengan persyaratan spesifikasi pada PP 101 Tahun 2014. Hasil uji TCLP limbah FABA dari PLTU Labuan Angin terdapat pada Tabel 1.

Berdasarkan hasil pengujian TCLP menunjukkan kadar kandungan bahan beracun lebih kecil dari kolom

TCLP-A dan TCLP-B sehingga limbah FABA PLTU Labuan Angin dapat digunakan untuk bahan kontruksi jalan sebagai pengganti agregat alam.

2. Pengujian Karakteristik Kimia

Tahap kedua, komposisi kimia limbah harus diuji, pengujian ini diperlukan untuk mengetahui unsur kimia penyusun sebagai dasar penentuan jenis bahan pengikat yang cocok digunakan. Hasil pengujian uji karakteristik kimia FABA PLTU Labuan Angin terdapat pada Tabel 2.

Pengujian karakteristik kimia limbah FABA dari PLTU Labuan Angin menunjukkan bahwa senyawa SiO2 atau silika sangat dominan pada limbah FABA. Silika merupakan senyawa yang penting dalam proses hidrasi semen, yang berarti ikatan yang lebih kuat terjadi ketika beraksi dengan semen dan air. Sifat silika cenderung tidak sesuai dengan aspal, keberadaan silika akan mengurangi daya rekat dengan aspal. Artinya, pemanfaatan FABA dari PLTU Labuan Angin akan mengarah pada penggunaan semen sebagai bahan pengikat.

Tidak hanya senyawa silika, pengujian karakteristik kimia mengamati hasil nilai LoI. LoI adalah nilai besarnya jumlah karbon yang tidak terbakar.

LoI merupakan kandungan karbon dalam abu terbang, diukur dengan menggunakan Loss Of Ignition Method, yaitu suatu keadaan hilangnya potensi nyala dari abu terbang batu bara. Dalam kaitannya dengan sifat fisik FABA yakni semakin tinggi nilai LoI atau kandungan karbon yang belum terbakar semakin tinggi, maka ikatan yang terjadi antara mineral dalam FABA dengan semen akan semakin lemah karena adanya penghalang karbon. Kadar LoI pada FABA PLTU Labuan Angin ini masih memenuhi persyaratan sebesar kurang dari 6%, sehingga dimungkinkan tidak ada atau ada karbon yang menghalangi ikatan dengan bahan pengikat.

3. Pengujian Sifat Fisik atau Mutu Bahan

Tahap ketiga, sifat fisik atau mutu FABA menjadi dasar arah pemanfaatan untuk bahan jalan. asil pengujian sifat fisik FABA PLTU Labuan Angin sesuai pada Tabel 3.

Berdasarkan hasil uji fisik dan bentuk fisik, maka untuk dapat memanfaatkan limbah FABA secara massif, paling efektif adalah dimanfaatkan sebagai bahan lapis fondasi jalan. Bentuk fisik bottom ash yang menyerupai pasir dan fly ash yang identik dengan semen akan menjadi campuran lapis fondasi yang dapat menggantikan agregat alam. Ketentuan sebagai lapis fondasi jalan adalah mencampur fly ash dan bottom ash pada komposisi tersentu sampai mencapai nilai daya dukung yang disyaratkan.

4. Pengujian Lapis Fondasi FABA

Tahap keempat, uji pemanfaatan FABA sebagai lapis fondasi ini dipilih semen untuk bahan pengikat, karena unsur utama semen dan FABA dari PLTU Labuan Angin yang tidak jauh berbeda serta semen mudah diperoleh. Pada rencana campuran lapis fondasi yang dirancang, fly ash sebagai agregat halus sementara bottom ash sebagai agregat kasar akan dicampur dengan semen sebagai bahan pengikat.

Nilai keberterimaan adalah capaian daya dukung campuran pada waktu 7 hari harus mencapai rentang syarat (25-40) kg/cm2 dengan nilai target uji laboratorium minimal mencapai 30 kg/cm2. Selain nilai daya dukung, derajat kepadatan juga menjadi persyaratan keberterimaan. Perbandingan kepadatan lapangan terhadap kepadatan laboratorium harus lebih dari 98%. Hasil pengujian kepadatan dan daya dukung dengan memanfaatkan FABA dari PLTU Labuan Angin terdapat pada

Tabel4.

Pada Tabel 4, komposisi 20% fly ash + 80% bottom ash + 9% semen dan 25% fly ash + 75% bottom ash + 9% semen, pada kedua komposisi tersebut nilai daya dukungnya mencapai 30 kg/cm2. Komposisi tersebut akan menjadi acuan pelaksanaan lapangan.

5. Pelaksanaan Uji Coba Lapangan

Tahap terakhir adalah perencanaan desain perkerasan jalan dengan menempatkan lapis fondasi FABA sebagai lapis fondasi atas di bawah lapisan campuran beraspal. Struktur perkerasan jalan dapat dirancang sesuai dengan Gambar 2.

Komposisi yang digunakan pada uji coba lapis fondasi FABA adalah 25% fly ash, 75% bottom ash, dan 9% semen dengan nilai Unconfined Compression strength (UCS) yang diperoleh adalah 33,1 kg/cm2. Berdasarkan hasil pengujian di laboratorium tersebut maka dapat diketahui bahwa untuk melakukan uji coba kebutuhan limbah FABA membutuhkan fly ash sebesar 60 ton dan bottom ash sebesar 455 ton.

Proses utama penerapan uji coba lapangan sebagai berikut :

1. Pencampuran, yaitu mencampur FABA, semen, dan air secara merata dengan menggunakan truck mixer dan excavator. Proses pelaksanaan pencampuran terlihat pada Gambar 4.

2. Pengangkutan dan penghamparan, yaitu proses pengangkutan campuran menuju lokasi penerapan untuk dihamparkan. Penghamparan dilakukan untukmembentukketebalangemburdankemiringan menggunakan mesin grader sebelum dilakukan pemadatan. Proses pelaksanaan pengangkutan dan penghamparan terlihat pada Gambar 5.

3. Pemadatan, yaitu proses untuk memadatkan campuran dengan menggunakan roda besi dan roda karet. Pemadatan awal menggunakan pemadat roda besi sebanyak 6 lintasan, kemudian dilanjutkan pemadat roda karet sebanyak 24 lintasan. Proses pelaksanaan pemadatan terlihat pada Gambar 6.

4. Perawatan, yaitu pemeliharaan pasca campuran dipadatkan dan telah memenuhi persyaratan kepadatan. Pemeliharaan dilakukan dengan menutup lapisan fondasi FABA dengan terpal selama 7 hari. Proses pelaksanaan uji kepadatan dan perawatan terlihat pada Gambar 7.

Setelah empat proses dilalui pada uji coba penerapan limbah FABA selanjutnya dilakukan kontrol kualitas pemadatan campuran di lapangan dengan menggunakan pengujian sandcone. Pengujian ini untuk menentukan kepadatan di tempat dari lapisan tanah atau perkerasan yangfondasi FABA yang telah dipadatkan. Selain itu uji kuat tekan bebas dilakukan sebagai kontrol kualitas terhadap daya dukung campuran dengan pengujian kuat tekan bebas pada umur 7 hari. Hasil kedua pengujian tersebut dapat dilihat pada Tabel 5 dan Tabel 6.

Menurut Tabel 5 derajat kepadatan campuran menunjukan bahwa seluruh derajat kepadatan yang diperoleh memenuhi persyaratan keberterimaan yaitu lebih dari 98%. Daya dukung yang diperoleh sesuai hasil uji pada Tabel 6, telah memenuhi kriteria keberterimaan yaitu masuk dalam rentang (20-40) kg/cm2. Pemenuhan kepadatan dan nilai daya dukung tersebut menjadi syarat untuk dapat melaksanakan pekerjaan lapisan aspal di atasnya seperti yang terlihat pada Gambar 7.

Penutup

Lapis fondasi menggunakan limbah FABA dari PLTU Labuan Angin setelah dilakukan pengujian logam berat (TCLP) dapat disimpulkan bahwa kandungan zat berbahaya dalam limbah pada limbah FABA dari PLTU Labuan Angin berada di bawah acuan TCLP-A dan TCLP-B maka limbah tersebut aman untuk dimanfaatkan. Material silika sebagai karakteristik senyawa kimia yang ditemukan merupakan senyawa paling tinggi dalam limbah FABA dari PLTU Labuan Angin. Sifat fisik terhadap limbah FABA menunjukan bahwa sifat yang identik dengan pasir (bottom ash) dan identik dengan semen (fly ash). Pemanfaatan paling efektif adalah mencampur fly ash, bottom ash, dan semen sebagai lapis fondasi. Pengujian kuat tekan bebas campuran limbah FABA PLTU Labuan Angin memiliki campuran 20% fly ash + 80% bottom ash + 9% semen dan 25% fly ash + 75% bottom ash + 9% semen sehingga menghasilkan daya dukung mencapai lebih dari 30 kg/cm2. Penerapan uji coba lapangan untuk campuran FABA sebagai lapis fondasi jalan menunjukan bahwa nilai kepadatan seluruhnya lebih dari 98% dan daya dukung masuk dalam rentang (25-40) kg/ cm2 oleh karena itu pekerjaan lapisan aspal dapat dilaksanakan sesuai persyaratan.

Sumber : BINEKA, Vol. 3 Edisi April 2022.