## Pengaruh Fraksi Volume Pasir Terhadap Kekuatan Bending, Densitas Dan Porositas Keramik Berbahan Dasar Tanah Liat
Iyas Muzalif Bachtiar 1) , Sudarsono 2) , Abd. Kadir 3)
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Halu Oleo
2,3 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Halu Oleo Jl. H.E.A Mokodompit Kampus Baru Tridharma Anduonohu, Kendari
Email Penulis: iyas.muzalif@icloud.com Article Info Abstrak Available online December 14, 2019 Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  fraksi  volume  pasir terhadap kekuatan bending, densitas, dan porositas keramik berbahan dasar tanah liat.  Pada  penelitian  ini  menggunakan  bahan  tanah  liat  dan  pasir,  dengan  fraksi volume tanah liat dan pasir yaitu 90:10 %, 80:20 %, 70:30 %, 60:40 % dan 50:50 %.
Bahan  yang  telah  dicampur  sesuai  dengan  perbandingan  fraksinya  dicetak menggunakan cetakan berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 50 mm, lebar 8 mm dan tebal 7 mm, dengan tekanan kompaksi sebesar 175 kgf/cm 2 (2500 psi), selanjutnya dilakukan proses sintering pada temperatur 800 o C selama 1 jam. Pengujian densitas, porositas dan bending dilakukan terhadap bahan keramik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai densitas pada fraksi volume 80:20 % diperoleh nilai densitas rata-rata tertinggi sebesar 0,513 gr/cm³, dan pada fraksi volume 50:50 %  diperoleh  nilai  densitas  rata-rata  terendah  0,458  gr/cm³.  Pada  pengujian porositas  dengan  fraksi  volume  50:50  %  diperoleh  nilai  porositas  tertinggi  sebesar 67,619 %, dan pada fraksi volume 80:20 % diperoleh nilai porositas terendah 44,381 %.  Dan  untuk  pengujian  bending,  pengaruh  fraksi  volume  terhadap  kekuatan bending  didapatkan  nilai  kekuatan  bending  tertinggi  sebesar  0,516  N/mm²  untuk fraksi volume 80:20 % dan nilai kekuatan bending terendah diperoleh dengan nilai 0,075 N/mm² untuk fraksi volume 50:50 %.
Kata kunci: Sintering, densitas, porositas, bending, keramik.

## Abstract
The purpose of this study was to determine the effect of adding clay-based ceramic material  sand  to  physical  strength  using  bending,  density  and  porosity  testing methods.  In  this  study  using  clay  and  sand  with  a  volume  fraction  of  clay:  sand  ie 90:10  %,  80:20  %,  70:30  %,  60:  40  %  and  50:50  %  printed  using  mold  rectangular size 50 mm long, 8 mm wide and 7 mm thick, then the compaction process is carried out with a pressure of 175 kgf/cm 2 or 2500 psi, then the sintering process is carried out at a temperature of 800 O C for 1 hour. The tests carried out are density, porosity and bending tests. The results showed that the density value of the volume fraction of  80:20  %  obtained  the  highest  average  density  value  of  0.513  gr/cm³,  and  the volume  fraction  of  50:50  %  obtained  the  lowest  average  density  value  of  0.458 gr/cm³. In porosity testing with a volume fraction of 50: 50 %, the highest porosity value  was  67.619  %,  and  the  volume  fraction  of  80:20  %  obtained  the  lowest porosity value of 44.381 %. And for bending testing, the effect of volume fraction on bending strength obtained the highest bending strength value of 0.516 N/mm² for volume fraction of 80: 20 % and the lowest bending strength value obtained with a value of 0.075 N/mm² for 50: 50 % volume fraction.
Keywords : Sintering, density, porosity, bending, ceramic.
ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY

## Iyas Muzalif Bachtiar, Sudarsono, Abdul Kadir

## 1. Pendahuluan
Keramik  merupakan  bahan  material  yang banyak  dimanfaatkan  masyarakat  Indonesia sebagai  produk  kerajinan  dan  sebagai  bahan material bangunan. Produk dari kerajian keramik dapat berupa porselen, ubin, kendi, patung, atau kerajinan  yang  tidak  banyak  menerima  beban kerja secara terus menerus. Keramik merupakan bahan  komposit  yang  memiliki  tahanan  suhu tinggi,  keausan  dan  korosi  yang  lebih  baik  dari pada super alloy namun memiliki sifat getas [1]. Untuk  mendapatkan  keramik  yang  baik, dibutuhkan uji mekanis keramik.  Kajian penelitian  tentang  kekuatan  mekanis  masih sangat  jarang  dilakukan  karena  belum  menjadi perhatian utama dalam produksi keramik. Untuk meningkatkan  kualitas  produk  keramik  perlu rekayasa  sifat  mekanis  sehingga  meminimalisir cacat  atau  rusak  saat  pengiriman  maupun ketahanan  pada  produk  keramik.  Kekerasan keramik  kaolin  semakin  naik  seiring  dengan naiknya  suhu  sinter  dan  tekanan  kompaksi  [2]. Material  keramik  berkembang  dengan  pesat, perkembangan  tersebut  meliputi  kuat  tekan keramik,  struktur  dalam  berupa  porositas, densitas  keramik  dan  juga  komposisi  keramik. Penelitian  mengenai  kuat  tekan  keramik  dan pengujian  porositas  dengan  bahan  yang berbeda-beda  masih  jarang  dilakukan.  Uji  kuat tekan  dan  porositas  bisa  digunakan  untuk menentukan kualitas keramik yang baik.

## 1.1. Keramik
Keramik adalah bahan padat anorganik yang bukan  logam  [3].  Barang  yang  terbuat  dari keramik  seperti:  keramik  cina,  porselen,  gelas, semen,  refraktori  (bahan-bahan  topi),  sejak dahulu  telah  dipergunakan  dalam  kehidupan manusia  sehari-hari.  Bahan  keramik  adalah bahan  dasar  penyusun  kerak  bumi,  yaitu:  SiO 2 , Al 2 O 3 ,  CaO,  MgO,  K 2 O,  Na 2 O,  yang  banyak tersedia  di  alam:  SiO 2 ,  Al 2 O 3 ,  atau  MgO  masing- masing  dapat  dipakai  sebagai  bahan  keramik tersendiri, sedangkan banyak bahan lainnya yang tersiri  dari  campuran  silikat  tunggal  atau campuran dari berbagai silikat.
1.2. Tanah Liat/lempung ( clay )
Tanah  lempung  atau clay merupakan mineral  yang  terbentuk  dari  batuan  sedimen yang  tersusun  atas  kelompok  alumina  silikat
seperti Al, Fe, Mg, dan Si [4]. Clay akan menjadi keras  dan  kaku  dalam  keadaan  kering,  dan bersifat  plastis  dan  lengket  ketika  dalam keadaan basah, serta bersifat vitreus bila dibakar pada  temperatur  tinggi.  Permeabilitas  lempung (kemampuan  lempung  meloloskan  air)  sangat rendah [5].

## 1.3. Pasir
Pasir  adalah  bahan  bangunan  yang  banyak dipergunakan  dari  struktur  paling  bawah  hingga paling  atas  dalam  bangunan.  Baik  sebagai  pasir urug, adukan hingga campuran beton.

## 1.4. Pengujian Bending
Pengujian  bending  adalah  salah  satu pengujian  yang  sudah  lama  dipakai  karena dapat  dilakukan  pada  bahan  uji  berbentuk standard  dan  tidak  perlu  menggunakan  mesin uji khusus atau mesin uji seperti biasanya [6].
Untuk mengetahui kekuatan bending suatu material  dapat  dilakukan  dengan  pengujian bending  terhadap  material  komposit  tersebut. Kekuatan  bending  atau  kekuatan  lengkung adalah  tegangan  bending  terbesar  yang  dapat diterima  akibat  pembebanan  luar  tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan.  Besar  kekuatan  bending  tergantung pada jenis material dan pembebanan.
Kekuatan  bending  pada  sisi  bagian  atas sama  nilai  dengan  kekuatan  bending  pada  sisi bagian  bawah.  Pengujian  dilakukan four-point bending .  Sehingga  kekuatan  bending (four-point bending test) dapat dihitung dengan menggunakan rumus sesuai standar JIS R 161.
σ b = 3PL 4bd 2 (1)
Dimana: σ b = tegangan lengkung (N/mm²) P   = beban atau gaya yang terjadi (N) L   = jarak point (mm) b   = lebar spesimen (mm) d   = tebal spesimen (mm)

## 1.5. Pengujian Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material yang didefinisikan sebagai massa persatuan  unit  volume.  Terdapat  dua  jenis densitas  yaitu bulk  density dan true  density . Dalam  hal  ini  yang  diukur  adalah bulk  density
yang merupakan  densitas sampel  termasuk  pori atau rongga.
Untuk  menghitung  nilai  serapan  air, densitas  dan  porositas  menggunakan  rumus berdasarkan pada standar ASTM C 20-92.
Rumus perhitungan densitas adalah:
ρ b = m k m b − (m g − m t ) ρ air (2)
Dimana: ρ b = bulk density (gr) m k = massa kering (gr) m b = massa basah (gr) m g = massa ketika spesimen digantung dalam air (gr)
m t = massa tali (gr) ρ air = massa jenis air (gr)

## 1.6. Pengujian Porositas
Pengujian  porositas  dilakukan  dengan menggunakan metode archimedes untuk menentukan  ukuran  dari  ruang  kosong  diantara material  keramik,  dan  merupakan  fraksi  dari volume  ruang  kosong  terhadap  total  volume, yang  bernilai  0  dan  1,  atau  sebagai  presentase antara  0-100  %.  Nilai  porositas  dihitung menggunakan  rumus  berdasarkan  pada  standar ASTM C 20-92.
Rumus perhitungan porositas adalah:
Φ = Volume Pori Volume total spesimen 100%                  (3)
Dimana: ɸ = porositas m k = massa kering (gr) m b = massa basah (gr)

## 2. Metodologi Penelitian
Adapun alat yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan  digital, cetakan, komposit, sieve  analysis, Jangka  sorong,  dan tungku furnance .  Sedangkan  bahan  yang digunakan adalah tanah liat dan pasir.
Adapun prosedur penelitian adalah:
1. Menyiapkan  alat  dan  bahan  dimana  bahan yang dipakai yaitu Tanah liat dan Pasir;
2. Tanah  liat  dan  pasir  di mesh dalam  kondisi kering dengan mesh 100;
3. Menimbang  bahan  paduan  tanah  liat  dan pasir;
4. Pencampuran  tanah  liat:  pasir  dengan  fraksi volume  90:10  %,  80:20  %,  70:30  %,  60:40  % dan 50:50 %.
5. Pencetakan  spesimen  uji  dengan  ukuran cetakan yang telah ditentukan sesuai standar uji bending yaitu panjang 50 mm, lebar 7 mm dan tebal 5 mm.
6. Membuat  spesimen  uji  bending  sebanyak  25 buah  dengan  masing-masing  fraksi  volume sebanyak 5 buah.
7. Proses sintering dengan suhu 800 o C
8. Pengujian material
a) Uji bending
b) Uji densitas
c) Uji porositas

## 3. Hasil dan Pembahasan
Adapun  nilai  densitas,  porositas  dan kekuatan  bending  komposit  keramik  berbahan tanah liat dan pasir dengan  fraksi volume 90:10 %, 80:20 %. 70:30 %, 60:40 % dan 50:50 %, dapat dilihat pada Gambar 1,2 dan 3.
Gambar 1. Grafik pengaruh fraksi volume terhadap densitas keramik berbahan tanah liat dan pasir
Gambar  1.  menunjukan  nilai  densitas  pada fraksi volume clay dan pasir 90:10 % yaitu 0,499 gr/cm 3 kemudian  meningkat  menjadi  0,513 gr/cm 3 untuk fraksi volume clay dan pasir 80:20 %.  Peningkatan  nilai  densitas  tidak  seiring dengan  peningkatan  volume  pasir  pada  fraksi 70:30  %  sampai  fraksi  50:50  %,  dimana  pada fraksi  tersebut  nilai  densitas  terus  mengalami penurunan. Nilai densitas terkecil yaitu terdapat pada fraksi clay : pasir, 50:50 % dan nilai densitas terbesar terdapat pada fraksi 80:20 yaitu sebesar 0,513 gr/cm 3 .
Meningkatnya  nilai  densitas  fraksi  80:20  % dikarenakan  silika  telah  mengalami  fase  kegelas

## Iyas Muzalif Bachtiar, Sudarsono, Abdul Kadir
dan mengikat  unsur-unsur lain yang terkandung dalam  badan  keramik,  sehingga  ikatan  yang terbentuk  antara  material  penyusun  keramik tersebut  semakin  kuat.  Ikatan  yang  kuat menunjukan  kerapatan  yang  tinggi  antara partikel,  sehingga  nilai  densitasnya  semakin tinggi.  Sedangkan  penurunan  nilai  densitas  dari fraksi 80:20 % sampai fraksi 50:50 % disebabkan oleh  sebagian  material  penyusun  keramik berubah  menjadi  fase  gas,  adanya  fase  gas menyebabkan  terbentuknya  ruang  kosong sehingga kerapatannya berkurang.
Gambar 2. Grafik pengaruh fraksi volume terhadap porositas keramik berbahan tanah liat dan pasir
Gambar  2  menunjukan  nilai  porositas tertinggi  yaitu  pada  fraksi  volume clay :  pasir 50:50 % dengan nilai sebesar 67,619 % dan nilai terendah yaitu pada fraksi volume clay : pasir 80: 20  dengan  nilai  44,381  %.  Berbeda  halnya dengan densitas, nilai densitas tertinggi terdapat pada  fraksi  volume clay dan  pasir  80:20  % dengan  nilai  0,513  gr/cm 3 .  Perbedaan  tersebut menyatakan bahwa pada keramik clay dan pasir 80:20 yang dibuat terdapat pori-pori yang sedikit dan memiliki kerapatan massa yang besar.
Semakin  menurunnya  nilai  porositas  dari 67,619 % (fraksi 50:50 %) hingga 44,381 % (fraksi 80:20  %)  dikarenakan  pori-pori  lempung  atau tanah  liat  pada  badan  keramik  terisi  oleh butiran-butiran  pasir  yang  banyak  mengandung silika,  dimana clay sebagai  matriks  mengikat antar permukaan silika dengan sempurna. Hal ini ditunjukan  pula  pada  nilai  densitas  yang  juga semakin  tinggi.  Densitas  yang  semakin  tinggi menunjukkan material keramik tersebut memiliki  kerapatan  antar  partikel  yang  tinggi. Sedangkan peningkatan nilai porositas 44,381 % (fraksi  80:20)  kenilai  porositas  51,048  %  (fraksi 90:10)  disebabkan  karena  sebagian  material penyusun keramik tersebut  berubah kefase gas,
sehingga  membentuk  ruang  kosong  antara partikelnya.  Semakin  banyak  ruang  kosongnya maka  nilai  porositasnya  semakin  tinggi.  Namun nilai  porositas  yang  terbentuk  pada  fraksi clay dan pasir 90:10 masih lebih kecil dibanding nilai porositas pada fraksi 70:30 %, 60:40 % dan 50:50 %.
Gambar 3. Grafik pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan bending keramik berbahan tanah liat dan pasir
Gambar  3  menunjukan  bahwa  nilai kekuatan  bending  tertinggi  terdapat  pada  fraksi clay dan  pasir  80:20  %  dengan  nilai  sebesar 0,516  N/mm²,  dan  nilai  kekuatan  bending terendah terdapat pada fraksi 50:50 dengan nilai 0,075 N/mm². Nilai kekuatan bending pada fraksi 90:10  %  yaitu  0,385  N/mm²  lebih  tinggi dibandingkan nilai kekuatan bending pada fraksi 70:30  %  (0,31  N/mm²),  60:40  %  (0,126  N/mm²) dan 50:50 % (0,075 N/mm²).
Penurunan  nilai  kekuatan  bending  dari fraksi 80:20 % sampai fraksi 50:50 % disebabkan kerapatan massa yang rendah sehingga porositas tinggi.  Ikatan  yang  kuat  antara  partikel menyebabkan  distribusi  tegangan  yang  merata saat  keramik  menerima  beban  bending. Berdasarkan Gambar 3, fraksi 80:20 mempunyai nilai  bending  yang  tinggi  sebesar  0,516  N/mm² disebabkan partikel penyusun keramik membentuk  ikatan  yang  semakin  kuat  sehingga nilai kekuatan bendingnya semakin tinggi. Fraksi clay dan  pasir  70:30  %,  60:40  %  dan  50:50  %, sangat  rendah  dikarenakan  porositas  yang terbentuk  akibat  adanya  fase  gas  menjadi  titik konsentrasi  tegangan  yang  menjadi  awal terbentuknya crack atau  retakan.  Semakin  lama material  keramik  menerima  beban,  maka  akan mengalami  perubahan  penyusutan  yang  cepat, Sehingga  nilai  kekuatan  bendingnya  menurun dari 0,31 N/mm² sampai 0,075 N/mm².

## 4. Kesimpulan
Adapun  kesimpulan  dari  penelitian  ini adalah:
1. Keramik  dengan  fraksi clay dan  pasir  80:20
%  memiliki  nilai  kerapatan  massa  yang tinggi  sebesar  0,513  gr/cm 3 disebabkan kandungan  hidrated  alumunium  silica  pada clay mempunyai  sifat  daya  ikat  antar partikel.  Daya  ikat  partikel clay dan  pasir dengan  fraksi  80:20  %  mampu  mengikat secara  sempurna  partikel  silica  yang terkandung  dalam  pasir.  Nilai  kerapatan massa  yang  rendah  yaitu  terdapat  pada fraksi  volume  50:50  %  dengan  nilai  0,458 gr/cm 3 .
2. Nilai  porositas  tertinggi  yaitu  67,619  % (fraksi 50:50 %) dan nilai porositas terendah yaitu  44,381  %  (fraksi  80:20  %).  Semakin menurunnya  nilai  porositas  dikarenakan pori-pori  lempung  atau  tanah  liat  pada badan  keramik  terisi  oleh  butiran – butiran pasir yang banyak mengandung silika.
3. Nilai  kekuatan  bending  tertinggi  terdapat pada  fraksi  volume  80:20  %  sebesar  0,516 N/mm 2 dan  nilai  kekuatan  bending terendah terdapat pada fraksi volume 50% : 50%  dengan nilai 0,075 N/mm 2 . Penurunan nilai  kekuatan  bending  dari  fraksi  80:20  % sampai fraksi 50:50 % disebabkan kerapatan massa  yang  rendah  sehingga  porositas tinggi.

## 5. Saran
Adapun saran yang dapat disampaikan pada penelitian ini adalah:
1. Penelitian  ini  dapat  dikembangkan  lagi dengan  uji  SEM  untuk  melihat  bagaimana persebaran pori-pori pada badan keramik.
2. Penelitian  ini  dapat  dikembangkan  dengan melakukan  uji Impack untuk  mengetahui
bagaimana kekerasan pada Keramik.

## Daftar Pustaka
[1]  H.  Subiyanto  and  S.  ,  "Pengaruh  Temperatur Sintering  Terhaap  Sifat  Mekanik  Keramik Isulator Listrik," Jurnal Teknik Mesin, 2003.
[2]  M.  Amin  and  B.  Irwan,  "Pengaruh  Tekanan
Kompaksi  Terhadap  Karakterisasi  Keramik Kaolin Yang Dibuat Dengan Proses
Pressuleress  Sintering," Traksi, pp.  40-54,
2008.
[3]  Yusuf,  "Keramik,"  1998.  [Online].  Available: http://id.m.wikipedia.org.  [Accessed  24  June 2019].
[4]  T.  Delimawati,  "Pembuatan  Keramik  Berpori Sebagai  Filter  Gas  Buang  Dengan  Adtif Karbon Aktif," 2008.
[5]  Arifin,  "Penggunaan  Abu  Batu  Bara  PLTU MPANAU  Sebagai  Bahan  Stabilisasi  Tanah Lempung," SMARTek, pp. 219-228, 2009.
[6]  E.  Supardi,  Pengujian  Logam,  Bandung: Angkasa Bandung, 1999.