Pengelolaan Limbah Kaca Sebagai Bahan Dasar Perhiasan

Sampah merupakan salah satu permasalahan yang tengah dihadapi oleh kota-kota besar, khususnya sampah anorganik (non-biodegradable). Cara mengatasinya agar tidak mencemari lingkungan masih menjadi persoalan besar. Penanganan sampah anorganik yang terencana memiliki prospek untuk memecahkan permasalahan tersebut. Pemanfaatan limbah kaca berbentuk pecahan kecil memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan dasar perhiasan. Salah satunya adalah membentuk menjadi batu-batuan hias melalui proses pelelehan berdasarkan penelitian terhadap jenis-jenis limbah kaca dan klasifikasinya.
Penelitian juga dilakukan pada pembuatan cetakan logam (kuningan) pembentuk batu-batuan hias kaca. Demikian pula pada jenis-jenis logam yang akan digunakan sebagai ikatan. Logam terpilih adalah tembaga, karena selain harganya yang relatif terjangkau juga mudah dibentuk dan diwarna.
Penelitian ini bersifat eksploratif yang meliputi aspek-aspek teknis, estetis dan fungsional. Hal ini mencangkup pembuatan cetakan, penekan kaca, pengolahan logam pengikat, proses finishing logam, perakitan elemen dekoratif, dan penyempurnaannya. Pentahapan penelitian meliputi seleksi dan pengolahan limbah kaca, pengembangan cetakan, pengembangan perakitan dan pengembangan desain elemen dekoratif limbah kaca dengan ikatan tembaga dan kuningan. Hasilnya adalah sejumlah batu-batuan hias dalam aneka bentuk, ukuran, dan warna kaca serta perhiasan dalam berbagai perangkat gelang dan kalung.
Limbah kaca yang dimanfaatkan (didaur ulang) untuk pembuatan elemen dekoratif, dapat digunakan sebagai perhiasan dengan harga yang relatif terjangkau. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi alternatif pilihan perhiasan yang sudah ada di pasar baik dari segi estetik maupun harga, khususnya bila dibandingkan dengan perhiasan dari batu dan logam mulia atau perhiasan impor. Pada konteks sosial diharapkan hasil-hasil penelitian ini dapat meningkatkan apresiasi masyarakat terhadap produk-produk kria, dan selain itu pula memperluas wawasannya tentang potensi yang terdapat pada barang-barang limbah.
Hasil limbah kaca khususnya di kota-kota metropolitan sepert Jakarta maupun. Surabaya terus meningkat. Hal ini disebabkan terus berkembangnya tingkat konsumsi masyarakat terhadap minuman yang menggunakan kaca sebagai kemasan. Belum lagi limbah kaca yang dihasilkan oleh industri dan perusahaan komersial. Menurut penelitian yang telah dilakukan, hanya sebagian kecil dari limbah kaca tersebut yang di daur ulang, isanya limbah aca tersebut dibuang ke lahan-lahan terbuka atau hanya sekadar ditimbun dalam tanah.
Kaca merupakan material yang reaktif, bila ditambahkan pada beton yang menggunakan semen portland. Hal ini akan menyebabkan masalah durability pada jangka panjang, yang dinamakan alkali-silica reaction (ASR) Akibat dari ASR adalah ASR gel yang akan menyebabkan beton mengembang karena absorbsi uap yang lembab. ASR adalah proses kemofisika yang memungkinkan terjadinya kerusakan secara mekanis, pengembangan dan ekspansi. Hal ini tergantung kepada komposisinya.
Dari ekspansi yang telah diamati, hasil dari ekspansi yang elastik maupun non-elastik disebabkan oleh kumulatif dari tekanan hidrostatik, dimana tergantung kepada modul elastik dari matriks agregat, kekentalan dari ASR gel, permeability dari matriks, dan ukuran dari agregat. ASR telah diteliti pada beberapa terowongan, jembatan dan pintu air yang terdapat di Belanda. Pada beberapa kerusakan yang terlihat pada beton, diduga akibat pengaruh dari ASR. Pada seluruh kasus kerusakan beton secara umum, penyebab dari kerusakan beton tentu saja tidak dapat dipastikan hanya akibat ASR saja, karena fenomena kerusakan yang terjadi sangat bervariasi tergantung kepada ciri keretakan struktur yang terjadi. Pada beberapa kasus kerusakan beton, shrinkage dan frost (embun beku) dapat turut berperan sebagai penyebabnya.
Penggunaan agregat kaca pada beton di saat ini telah menjadi realita di dunia konstruksi. Hal ini disebabkan karena penggunaan agregat kaca dapat menekan biaya bahan baku beton. Dalam Final Report yang berjudul Recycled Materials in Portland Cement Concrete’ yang disusun oleh Prof. Dr. Farhad Ansari dari Dept. of Civil and Materials Engineering Universityof Illinois at Chicago, agregat kaca dapat digunakan pada beton untuk menghasilkan mutu yang tinggi. Namun seringkali dijumpai permasalahan yaitu timbulnya retak – retak pada beton yang komposisinya menggunakan agregat kaca.
Memanfaatkan limbah kaca sebagai ‘green engineering’
Selama beberapa tahun terakhir, telah diadakan penelitian untuk mengembangkan material baru, seperti agregat kaca, di dalam bahan konstruksi. Di samping itu, terdapat sejumlah alasan dari segi lingkungan, diupayakan agar limbah kaca tidak terus bertambah dan memenuhi tempat tempat pembuangan. Limbah kaca tidak seperti limbah kertas atau limbah organik lainnya, yang bisa terdekomposisi bila dibuang di lahan-lahan terbuka. Dari penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, dibutuhkan biaya yang cukup besar untuk mengangkut limbah-limbah kaca tersebut ke tempat pembuangan.

Unsur pokok dari kaca adalah silica. Terdapat indikasi bahwa terjadi pengembangan (expansion) pada volume beton, meskipun menggunakan low alkali cement. Pada beton konvensional, perubahan volume dapat terjadi pada saat sebelum maupun setelah setting selesai, berupa penyusutan ataupun pengembangan. Pada beton yang menggunakan agregat kaca, shrinkage dapat digunakan sebagai salah satu indikator mengenai penyusutan dan pengembangan yang terjadi ataupun kombinasi dari kedua fenomena tersebut. Salah satu kendala penggunaan agregat kaca pada beton adalah terjadinya Alkali Silica Reaction (ASR) antara pasta semen dan agregat kaca. Karena itu, perlu diberikan perhatian khusus pada ASR (Alkali Silica Reaction), khususnya pada beton yang menggunakan agregat kaca.Columbia University telah melakukan riset yang menyelidikipenggunaan agregat kaca pada beton.
Aspek penting dari ASR pada beton dengan agregat kaca juga telah dipelajari. Warna dari agregat kaca juga mempunyai peranan penting. Agregat kaca yang berwarna hijau ternyata tidak menyebabkan ekspansi. Spesifikasi dari produk beton dengan menggunakan kaca sebagai agregat masih dalam perkembangan, termasuk concrete masonry blocks dengan 10% agregat kaca yang warnanya bermacam-macam, dan 100% gregat kaca yang hanya terdiri dari satu macam warna saja, yang dipakai untuk menambah nilai segi arsitektural dan aplikasi dari segi dekoratif.
Permasalahan pembuangan limbah kaca di New York mendorong evaluasi ulang untuk situasi ini. Sebuah riset komprehensif dilakukan oleh Columbia University sejak tahun 1994 untuk mempelajari kecocokan dari campuran warna agregat kaca yang dipakai pada concrete masonry blocks. Aspek penting dari ASR pada beton yang menggunakan agregat kaca telah dipelajari dengan eksperimen menggunakan standard test ASTM C 1260 dan metode praktis untuk mengurangi efek yang berbahaya yang disebabkan ASR.

ASR membutuhkan perhatian serius, khususnya dalam industri betonkarena kemungkinan terjadinya juga reaksi dengan beberapa agregat alami, dan kerugian lainnya yang terjadi setelah jangka waktu yang lama. Struktur kimia yang sederhana dan amorphous dari soda-lime glass membuatnya menjadi agregat yang ideal untuk diteliti aspek fundamental dari ASR.Rintangan yang utama dalam mempelajari ASR adalah sifatnya yang long-term .
Hasil dari kerusakan yang ditim bulkan ASR membutuhkan waktu beberapa tahun untuk menunjukkan ciri-cirinya. Proses ASR meliputi reaksi kimia yang heterogen antara reaksi padat dan cair. Oleh karena itu, area perm ukaan dari agregat dipengaruhi oleh ukurannya. Ekspansi biasanya tidak tampak hingga 3 sam pai 4 hari. Komposisi kimia dari ASR gel adalah factor penting di dalam menentukan ekspansi. Teori klasik untuk menjelaskan perilaku dari pessimum(ekspansi maksimum) didasarkan pada mekanisme yang berkaitan dengan perbandingan Na 2O/ SiO 2 dalam ASR gel products . 2.1.2. Pengaruh Kandungan Kaca Ekspansi m eningkat dengan tetap seiring dengan bertambahnya dosis dari agregat kaca.
2.1.3. Pengaruh Jenis Kaca
Ekspansi yang disebabkan Pyrex Glass dan Fused Silica adalah kelipatan dari ekspansi yang disebabkan Clear soda-lime Glass. Selain itu, Fused Silica adalah yang paling reaktif diantara jenis lainnya, diikuti oleh Pyrex Glass dan Soda-lime Glass .
Reaktifitas ternyata berhubungan dengan jumlah kandungan dari amorphous silica. Juga tergantung ke pada faktor lain, misalnya jumlah kandungan dari C aO. Tang mengkorelasikan reaktifitas dari kaca menjadi reactivity index yang didefinisikan dengan : K=(CaO+Al 2O3)/( S iO 2+ Na 2O) Terlihat bahwa pengurangan kandungan CaO dan Al 2O3 (diiringi dengan penambahan kandungan Na 2O dan SiO 2) menyebabkan peningkatan reaktiftas. Fused Silica hampir 100% terdiri dari amorphous silica glass. Pyrex memiliki 2 fase borosilicate yang mengandung 80% silica glass dan 20%
sodium-borate glass.
Fase kedua m enimbulkan microporosity yang lebih besar. Dan kedua fase ini diharapkan memberi reaksi pada rate yang berbeda di dalam highly alkaline pore solution. Soda-lime Glass mengandung silica antara 65-8 0%, tergantung pada komposisinya. Kaca dianggap sebagai material yang hanya memiliki 1 fase, meskipun pada beberapa jenis kaca buram (tidak tembus cahaya) memiliki 2 fase yang dapat menyebabkan rate reaksi yang berbeda. Pessimum (ekspansi maksimum) tergantung kepada reaktifitas dari agregat. Agregat yang reaktif, menyebabkan turunnya pessimum size . Material yang highly pozzolanic sekalipun tidak dapat dijamin bebas dari ASR, kecuali partikel penyusunnya sangat halus.
2.1.4. Pengaruh Warna Kaca
Menurut survei di kota New York, lim bah kaca terdiri dari 6 2 % kaca bening, 19 % kaca yang berwarna hijau, 14 % kaca yang berwarna kekuningkuningan dan 5% kaca lainnya. Dari pe nelitian yang telah dilakukan, kaca bening menyebabkan ekspansi yang lebih besar, Kaca yang berwarna hijau bukan hanya tidak reaktif, tetapi malah mengurangi ekspansi dari pasir yang agak reaktif.
Kesimpulan dari penelitian tersebut adalah kaca berwarna hijau yang digiling halus, merupakan cara yang murah untuk menekan efek dari ASR. Semakin halus kaca yang berwarna hijau digiling, maka tingkat keefektifannya semakin meningkat. Warna dari kaca didapatkan dengan menambahkan oksida tertentu dalam lelehan kaca, misalnya Fe 2O3 untuk kaca kekuning-kuningan dan Cr 2O3 untuk kaca hijau yang berwarna hijau. Keefektifan dari kaca yang berwarna hijau untuk menekan efek dari ASR sangat berhubungandenganjumlah kandungan Cr 2O3 di dalamnya. Tetapi Cr 2O3 yang ditambahkan langsung pada campuran beton, sebaliknya meningkatkan ekspansi dan perlu diperhatikan.
2.1.5. Uraian Umum Mengenai ASR
ASR adalah proses kemofisika yang memungkinkan terjadinya kerusakan secara mekanis, pengembangan dan terjadinya ekspansi. Hal ini tergantung kepada komposisinya. Dari ekspansi yang telah diamati, hasil dari ekspansi yang elastik maupun non-elastik disebabkan oleh kumulatif dari tekanan hidrostatik, dimana tergantung kepada modul elastik dari matriks agregat, kekentalan dari ASR gel, permeability dari matriks, dan ukuran dari agregat.
Bila reaksi ini berlanjut dan tekanan internal melebihi kekuatan tarik
dari matriks, akan terbentuk retak-retak di sekitar partikel agregat yang
mengalami reaksi. Proses kimia dan fisika ini mempengaruhi tekanan internal
(tekanan dalam), dimana akan mengakibatkan ekspansi dan microcracking
dari beton.
Concrete Masonry Blocks
Blok bata yang terbuat dari bet on cocok untuk menyerap limbah kaca dalam jumlah yang besar. Concrete blocks pada umumnya terdiri dari 3010 pon kerikil, 5600 pon pasir, 1000 pon se men dan 174 pon air. Dan campuran ini, dapat menghasilkan kurang lebih 250 blok beton. Diadakan pengetesan untuk 4 campuran yang berbeda. Campuran A adalah sebagai acuan/kontro l dan memiliki komposisi yang sama persis seperti di atas. Cam puran B, C, D adalah identik dengan campuran A, kecuali beberapa hal sebagai berikut, pada campuran B, 430 pon pasir digantikan deng an agregat kaca (yang lolos saringan N o.30) yang m emiliki warna yang bermacam-macam. Pada campuran C, 10% dari jum lah semen digantikan dengan agregat kaca (yang lolos saringan No.400). Pada campuran D, pergantian dari campuranB dan campuran C dikombinasi.
Hasil tes kekuatan setelah 28 hari menunjukkan :
Campuran A : 32.2 Mpa
Campuran B : 29.4 Mpa
Campuran C : 31.9 Mpa
Campuran D : 29.4 Mpa
Sekarang, paving blok dengan 100% agregat kaca telah diproduksi, dengan kekuatan yang melebihi 69 Mpa. Sedangkan untuk drying shrinkage menunjukkan :
Campuran A : 0.017%
Campuran B : 0.0286%
Campuran C : 0.03%
Campuran D : 0.026%
Semua hasil ini berada di bawah 0.065% dan sesuai dengan spesifikasi ASTM C90.
Apakah blok bata yang terbuat dari beton (concrete masonry blocks) dengan agregat kaca yang berasal dari limbah ini dapat diproduksi secara ekonomis, tergantung kepada technical feas ibility dan economical feasibility. Technical feasibility telah ditunjukkan, tetapi memproduksi blok beton merupakan bisnis yang sangat kompetitif Digambarkan disini, concrete blocks dapat dijadikan produk komoditi, walaupun menggantikan semen dan pasir dengan agregat kaca memiliki efek ekonomis yang paling baik, tetapi disini ditawarkan kesempatan untuk menyerap limbah kaca dalam jumlah yang besar.
Dengan cara demikian, dapat meringankan masalah pembuangan. Sebagai contoh, bila
suatu pabrik yang dalam waktu setahun menghasilkan 5 juta blocks dimana
menggunakan 10% agregat kaca, berarti telah menyerap 10 ribu ton limbah
kaca. (10 ribu ton adalah 10% dari limbah kaca yang dihasilkan kota New
York dalam setahun).
2.1.7. Produk Beton Arsitektural
Jika limbah kaca ini disortir berdasarkan warna, digolongkanberdasarkan ukuran, dicampur dengan pasta semen dan diperhalus permukaannya, maka glascrete merupakan material yang memiliki nilai tambah. Gl ascrete menghasilkan nilai dekoratif yang tidak terbatas dan aplikasinya dalam dunia arsitektural. Nilai tam bah lainnya adalah dapat menggantikan batu-batuan alami yang lebih mahal harganya, seperti marmer/pualam dan granit. Dapat di pertimbangkan penggunaannya pada ubin lantai atau dinding, panel dinding, meja, bangku dan perabot lainnya. Juga pada bangunan untuk tumbuh-tumbuhan, vas dan paving blok. Kekuatan tekan secara umum cukup memadai, karena untuk 6 000 psi (40 MPa) dapat dengan m udah dicapai. B ila diinginkan kekuatan tarik, maka dapat diperkuat dengan fiber yang cocok.
Ringkasan
1. Ukuran pessimum (ukuran partikel yang menyebabkan ekspansi maksimum) merupakan fungsi dari tipe kaca dan warna. Seiiring dengan bertambahnya reaktivitas dari kaca, maka ukuran pessimum bergeser ke arah ukuran partikel yang lebih kecil.
2. Ekspansi dari m ortar sebanding dengan kandungan kaca
3. Ekspansi ju ga sangat bergantung kepada warna dari kaca. Kaca soda-lime yang bening merupakan yang paling reaktif, diikuti dengan yang berwarna kekuning-kuningan. Kaca yang berwarna hijau tidak menyebabkan ekspansi yang berarti. Korelasi yang erat ditemukan antara ekspansi dan kandungan Cr 2O3. . Kaca berwarna hijau yang digiling halus, merupakan cara yang murah untuk menekan efek dari ASR.
Agregat Kasar dan Agregat Halus
Agregat kasar yang digunakan adalah batu pecah dengan ukuran 20 mm / 40 mm. Hal ini dilakukan agar proporsi dari agregat – agregat terhadap ukuran cetakan dari sample balok dapat mendekati keadaan sebenarnya di lapangan.
Agregat Kaca
Dengan bahan mentah yang banyak dan murah, kaca memiliki ketahanan terhadap abrasi serta ketahanan terhadap cuaca atau serangan kimia yang baik. Kaca biasa berbahan dasar silika-silika dioksida yang memiliki susunan kristal tetrahedral yang acak. Apabila silika didinginkan dengan kecepatan normal akan menghasilkan struktur yang amorphous. Hal ini mungkin bisa dianggap sebagai bentuk kristal yang sangat menyimpang dan bersifat random. Meskipun silika m erupakan dasar penyusun kaca tetapi tidak digunakan dalam bentuk murni karena temperatur lelehnya yang tinggi, sekitar 1700º C. Silika kem udian dimodifikasi dengan mencampurkan sodium karbonat yang pada suhu tinggi akan berubah menjadi sodium oksida dan bereaksi lagi dengan sebagian silika menjadi sodium disilikat, yang akan menghentikan sebagian rangkaian pembentukan silikon-oksigen yang rigid. Material yang terbentuk disebut sebagai ‘ soda glass’ meleleh pada temperature yang lebih rendah, sekitar 800º C. Sayangnya, soda-glass ini mudah larut dalam air, sehingga ditambahkan kalsium karbonat untuk membentuk jaringan campuran baru agar membuat kaca stabil. Komposisi kaca soda-lime adalah kira-kira sebagai berikut :
SiO2 :75%
Na2O :15%
CaO :10%
Binder
Binder adalah bahan pengikat dalam campuran beton yang terdiri dari semen dan bahan pengisi ( fille r ). Filler berfungsi untuk meningkatkan kepadatan ( density ) beton. Filler dapat mengisi rongga – rongga dalam beton dikarenakan ukuran fille r yang lebih kecil daripada semen Kombinasi antara semen dengan filler akan menghasilkan senyawa kalsium silikat hidrat (CSH) yang berfungsi mengikat campuran beton. ( Muntu, dan Gunawan 13 ). 2.4.1. Semen Portland
Definisi Semen Portland
Semen Portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak. Semen Portland, terutama terdiri dari kalsium silikat yang bersifat hidraulis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat serta boleh ditambah dengan bahan lain. 2.4.1.2 Bahan Dasar Semen Portland Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan Semen Portland adalah :
a) Batu kapur : sebagai unsur utama yang mengandung CaO.
b) Tanah liat : sebagai sumber kandungan SiO 2, Al2O3 dan Fe 2O3.
c) Bahan tambahan : mengandung senyawa kalsium sulfat, misalnya
gypsum. Bila perlu, diberi bahan tambahan berupa :
a) Pasir kuarsa atau batu silika : bila kandungan SiO 2 kurang
b) Pasir atau biji besi : bila kandungan Fe 2O3 kurang.
2.4.1.3 Senyawa Utama Pada Semen Portland
Senyawa utama yang terbentuk pada Semen Portland, yaitu :
a) C3S : Trikalsiumsilikat(58%–69%)
b) C2S : Dikalsiumsilikat(8%–15%)
c) C3A : Trikalsiumaluminat(2%–15%)
d) C4AF : Tetrakalsiumalumina errit (6%–14%)
Shrinkage
Saat pasta semen berada pada kondisi plastis, terjadi kontraksi penyusutan volumetrik yang mana skalanya sekitar 1% lebih besar dari volume kering semen sebenarnya. Kontraksi ini dikenal sebagai plastic shrinkage, karena proses ini terjadi pada saat beton masih berada pada fase plastis. (A.M. Neville,p-371). Perubahan volume juga dapat terjadi pada saat setelah setting selesai, dan bisa berupa penyusutan (shrinkage) ataupun pengembangan ( swelling). Hidrasi yang terus m enerus, karena masih ada air yang tersisa, menyebabkan terjadinya pengembangan, tetapi jika tidak ada perubahan kelembaban ke atau dari pasta, menyebabkan shrinkage terjadi. (A.M. Neville,p-373) . Pengetesan di lapangan dan di laboratorium bisa menjadi cukup memusingkan. Pengetesan di lapangan yang menggunakan komponen beton yang sama, dapat menghasilkan nilai yang bervariasi antara 100 – 200 % dari pengetesan di laboratorium. Shrinkage bisa menjadi salah satu penyebab retak. ( American Concrete In stitute, Designing for Creep & Shrinkage in Concrete nStructures, 1982 p-27) . Fenom ena drying shrinkage pada beton dimulai sesegera mungkin saat beton ditaruh. Perubahan volume selama fase plastis beton adalah penyebab utama perubahan volume yang mana secara langsung mempengaruhi tegangan tarik yang dapat menyebabkan retak. (American Concrete In stitute, Designing for Creep & Shrinkage in Concrete S tructures, 1982 p-36) . Ga mbar cracking pada beton dapat dlihat pada gambar 2.6.
Pengujian shrinkage Beton
Ruang Lingkup
Pengetesan ini mencakup apparatus dan peralatan yang digunakan untuk persiapan specimen untuk penentuan perubahan panjang pada pasta semen yang telah mengeras, mortar dan beton. (ASTM C 490 – 93a p-245) .
Prosedur Pengetesan 2.6.2.1.Persiapan Cetakan
Join-join pada cetakan, garis kontak dari cetakan dan pelat dasar harus ditutup dengan rapat untuk mencegah kebocoran air dari specimen yang baru dicetak. Lapisi dengan tipis permukaan interior dari cetakan dengan minyak mineral. (ASTM C 490 – 93a p-247) .
Pengetesan
Pengetesan dilakukan setelah specimen terpasang pada apparatus. Prosedur pengetesan yang dilakukan adalah (ASTM C 490 – 93a p-247) :
a) Letakkan posisi batang penunjuk dial pada suatu acuan yang sama untuk setiap spesimen yang dibandingkan pada suhu ruang yang ditetapkan.
b) Catat pem bacaan minimum dari dial untuk setiap perubahan yang
terjadi pada pembacaan dial .
Temperatur dan kelembaban.
Temperatur ruangan harus dijaga pada suhu antara 20 ºC dan 27,5 ºC (68 ºF dan 81,5 ºF) Kelem baban relatifnya tidak boleh lebih dari 50 %. (ASTM C 490 – 93a p-248) .
http://onlinebuku.com/2009/01/22/pengelolaan-limbah-kaca-sebagai-bahan-dasar-perhiasan/

Solusi :
Limbah kaca dimanfaatkan (didaur ulang) untuk pembuatan elemen dekoratif, dapat digunakan sebagai perhiasan dengan harga yang relatif terjangkau. Dan akan menambah nilai ekonomis.