PERANAN KERAMIK SEBAGAI BAHAN BANGUNAN TEKNIK

Pemakaian benda-benda keramik  sudah dimulai sejak 10.000 tahun yang lalu. Hasil penggalian barang kuno di Mesir, terdapat keramik yang dibuat  5000 tahun sebelum Masehi, dan penggunaan bata merah sudah sejak 3000 tahun sebelum Masehi.

Keramik Bangunan

Perkembangan keramik di Eropa dimulai pada masa kejayaan Romawi Yunanai, dan mulai berkembang pesat pada abad 18. Keramik yang terkenal berasal dari Tiongkok sejak 2600 tahun sebelum Masehi. Keramik dari daerah ini terkenal di seluruh dunia karena terbuat dari sejenis tanah putih yang dapat dibakar porselen. Tanah ini disebut dengan tanah Kaolin. 

Dengan berkembangnya teknologi, pada abad terakhir ini, pemakaian bahan keramik tidak hanya terbatas pada bahan bangunan dan  alat rumah tangga, tetapi  sudah meningkat pada keramik untuk bidang teknik, antara lain keramik untuk teknik listrik dan teknik suhu tinggi seperti isolator listrik, busi kendaraan, transistor dan kapasitor, bata tahan api, ceramic metal, fibre optic, silicon, dll. 

Untuk di Indonesia,  perkembangan industri keramik berjalan lambat. Bata merah sudah digunakan sejak jaman Majapahit dan Sriwijaya. Sampai awal abad 20, industri keramik yang dominan di Indonesia adalah industri bata dan genteng, ubin merah, alat-alat sanitair dan pipa tanah. Sedangkan pada bidang keramik halus adalah grabah alat rumah tangga, pot atau vas bunga, isolator listrik tegangan rendah dan bata tahan api bata samot. Untuk keramik teknik, Indonesia masih mengimpor dari Negara lain, terutama dari Amerika misalnya untuk isolator listrik tegangan menengah dan tinggi, keramik listrik lainnya serta bata tahan api. Kesulitan yang dihadapi bagi perkembangan keramik halus dan keramik teknik di Indonesia adalah belum adanya industri pengolahan bahan baku dari alam yang dijadikan bahan mentah siap pakai.

Ditinjau dari kata keramik yang berasal dari kata bahasa Yunani keramos yang berarti  bahan yang dibakar, maka yang disebut produk keramik  adalah mencakup macam-macam produk yang dibuat melalui proses pembakaran. 

BAHAN BAKU KERAMIK

Bahan baku keramik berupa oksida-oksida mineral yang terdapat di alam berupa batuan maupun pelapukan dari batuan. Jenis oksida tersebut adalah : SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O dan Na2O. Oksida-oksida ini banyak terdapat pada tanah liat (lempung), yang terdapat dalam bentuk batuan adalah feldspar, kwarsa dan batu kapur.

Bahan baku keramik yang banyak digunakan adalah :

(1) Tanah Liat/lempung

Tanah liat merupakan jenis tanah hasil penguraian batuan alam terutama batuan feldspar yang mengandung alumina silikat hidrat. Jenis tanah ini bersifat plastis bila basah dan akan mengeras/membatu bila dipanasi pada suhu tinggi. Lempung terdiri dari butiran-butiran halus yang mengandung bermacam-macam mineral sehingga pada umumnya lempung tidak mempunyai susunan kimia tertentu.

Jenis-jenis tanah liat menurut susunan mineralnya :
a. Lempung Kaolinit
Susunan kimianya adalah Al2O3.2SiO2.2H2O disebut juga mineral kaolin. Lempung ini berwarna putih bila kadar besinya rendah.
b. Lempung Monmorilonit.
Berwarna  kelabu sampai hijau, bila basah bersifat sangat plastis dan mudah mengembang, bila kering keras dan mudah hancur. Karena sifatnya yang mudah mengembang, serta sifat susut kering yang tinggi maka lempung jenis ini, dalam bidang keramik jarang dipakai.
c. Lempung Illit
Lempung ini mengandung illit yaitu sejenis kristal hidromika yang mempunyai sifat susut muainya rendah.  

d. Lempung klorit 
Bentuk kristalnya monokolin, warna khas hijau dan berkilap kaca hingga pudar seperti tanah. Bersifat susut bakar rendah  sehingga baik untuk bahan keramik.

Jenis Lempung menurut cara terbentuknya adalah :
a. Lempung Primer
Lempung primer disebut lempung residu, merupakan lempung yang terdapat di sekitar batuan induknya yang lapuk. Lempung ini tidak tercampur dengan bahan lain. Sebagai contoh misalnya, lapuknya flespar akan membentuk kaolin yang bercampur silika. Lempung kaolin ini bersifat baik sebagai keramik putih.
b.  Lempung endapan ataupun lempung sekunder.
Lempung ini berasal dari  lempung lapukan batuan induk, kemudian terbawa arus air, angina atau es sehingga jauh dari batuan asalnya kemudian mengendap di suatu tempat. Jenis lempung ini antara lain : lempung alluvial (lempung yg mengendap sepanjang aliran sungai, rawa atau cekungan di darat), Lempung estuarin ( lempung yang mengendap di muara sungai), Lempung lakustrin (lempung danau atau rawa), Lempung marine ( lempung yang mengendap di laut ), Lempung  glacial  (lempung yang terbawa angin atau aliran es ).

(2) Felspar

Felspar merupakan  jenis batuan  yang tidak terlalu keras, tersusun dari mineral alumina silikat. Ada dua  jenis yaitu flespar kalium (mengandung K2O) disebut orthoclase feldspar dan felspar natrium (mengandung Na2O) disebut plagioclase felspar.  Felspar  di industri keramik dipakai sebagai sebagai  bahan pelebur (merendahkan suhu leleh), glasir, gelas atau kaca. 

(3) Kwarsa

Berbentuk batuan keras atau pasir. Pemakaian dalam industri keramik yaitu :
-  Campuran dalam pembuatan keramik putih dan keramik halus.
-  Campuran pembuatan glasir dan email. 

-  Bahan dasar pembuatan gelas atau kaca.
-  Bahan dasar pembuatan batu tahan api jenis silika.

Batu pasir kwarsa yang berkadar kwarsa tinggi dapat dipakai sebagai bata silika alam untuk bata tahan api.

(4) Batu Kapur

Dalam industri keramik digunakan sebagai bahan campuran. 

Sifat-sifat bahan mentah
Sifat bahan mentah keramik yang diperlukan adalah sifat fisik dan sifat kimianya, tetapi yang lebih dominan adalah sifat fisiknya. Sifat fisik yang menonjol untuk industri keramik adalah :  Susunan butiran.  Susunan butiran bahan, akan mempengaruhi sifat fisik lainnya, misalnya keplstisan, susut kering, susut bakar, titik lebur, kekuatan masa keramik dan daya serap air. Suatu jenis lempung yang sama bila susunan butirnya berbeda maka pemakaian untuk pembuatan produk keramik juga berbeda.

Sifat kimia dari bahan mentah juga harus diketahui karena erat hubungannya dengan susunan mineral yang dikandung serta produk yang dituju. Susunan kimia bahan berhubungan dengan sifat susut, titik lebur, kelakuan selama pembakaran serta sifat ketahanan kimia dari produk akhir.

PROSES PEMBUATAN KERAMIK BANGUNAN  

1. Penyiapan bahan mentah, meliputi : penggalian bahan mentah, penimbunan dan penggilingan. 

• Penggalian bahan mentah, bahan mentah yang digunakan untuk keramikpada umumnya adalah lempung/tanah liat. Sebagian besar lempung merupakan bentuk endapan yang terletak di permukaan bumi sehingga penggaliannya dilakukan dengan cara terbuka. 
• Penimbunan, bahan mentah hasil galian sebaiknya ditimbun dahulu. Selama dalam penimbunan, lempung ini diberikan air, jika perlu direndam dalam air. Hal ini perlu dilakukan agar partikel-partikel yang semula di bawah dan kurang menyerap air menjadi lebih lapuk dan menyerap air. Selain itu juga untuk melarutkan garam sulfat yang merugikan. Pada saat penimbunan ini, biasanya juga dilakukan pencampuran dengan bahan lain, misalnya pasir. 
• Penggilingan, Untuk lempung yang berbentuk bongkahan yang keras, sebelum ditimbun digiling terlebih dahulu. Penggilingan dilakukan dengan menggunakan  kollegrang  yang dasarnya berlubang-lubang untuk mendapatkan susunan besar butir yang lebih homogen. Selama digiling didalam alat ini, bahan yang sudah menjadi tepung ditambah dengan air sambil digiling, sehingga keluar dari kollegrang, bahan sudah berbentuk lempung basah. Untuk mendapatkan lempung yang lebih homogen, dilakukan penggilingan lagi di  pugmill  (mixer). Selesai dari pugmill, bahan diolah lagi di dalam extruder. Di dalam alat ini lempung diaduk dan ditekan, sehingga dihasilkan lempung yang benar-benar padat berbentuk kolom segi empat atau bulat. 

2. Pembentukan Produk Keramik

Proses pembentukan produk keramik sangat menentukan sifat fisik suatu produk keramik. Cara pembentukan keramik tergantung pada : tujuan pemakaian, sifat bentuknya dan bahan dasarnya. Ada empat cara pembentukan produk keramik, yaitu :

a. Cara pembentukan dengan proses lempung lembek  (soft mud process). Cara ini biasanya digunakan untuk membentuk produk keramik yang pembentukannya dikehendaki dengan lembek sehingga dapat dilakukan pembentukan dengan tangan. Cara ini biasanya dipakai untuk benda-benda khusus yang tidak dapat dikerjakan dengan alat lain, misalnya untuk produk keramik halus yang cara pembentukannya dengan proses putar.  Di dalam proses ini, lempung bersifat lembek dengan kandungan air 25 – 40 %, dengan syarat lempung masih cukup lkuat menahan beratnya sendiri sehingga tidak terjadi perubahan bentuk.

b. Cara pembuatan dengan proses lempung kaku (Stiff mud). Masa yang dipakai berupa lempung kau yang cukup berat bila dicetak/dibentuk dengan tangan.Kadar air lempung kaku dalam cara ini kurang lebih 15 – 30 %. Biasanya cara ini memerlukan alat pembentuk extruder sehingga dari alat ini dikeluarkan suatu kolom tanah yang kaku. Kemudian kolom tanah ini dibentuk/dipotong, lalu dibentuk kembali menjadi produk tertentu. Cara ini biasanya dipakai dalam pembuatan produk keramik berat dan keramik banhan bangunan, misalnya genteng keramik, bata merah, bata berlubang, pipa tanah dan bentuk produk keramik kasar lainnya. 

c. Cara Pembentukan dengan masa slip. Cara ini dipakai bila lempung yang akan dicetak disiapkan dalam bentuk bubur yang halus sekali dan berbentuk lumpur cair. Biasanya lempung terdiri dari susunan butiran yang halus sekali. Kandungan air dalam lempung ini 12  –  50 %. Cara ini biasanya dilakukan dengan membuat cetakan dari gips yang telah dibakar dan dengan cara mencetak tersebut dapat dibuat produk yang sama. Selain itu,juga memungkinkan untuk membentuk benda-benda yang sulit dibentuk dengan cara tangan atau mesin. Cara pembuatan ini biasanya digunakan untuk membuat produk sanitair (closet, wastafel, dll).

d. Cara Pembentukan dengan proses kering. Dalam cara ini dipakai lempung/masa campuran yang berkadar air rendah 4 – 12 %, sehingga masa tadi lembab. Cara membentuknya biasanya dengan alat kempa (press) yang bertekanan tinggi untuk mendapatkan produk yang mempunyai kepadatan tinggi pula. Cara ini umumnya dipakai untuk membuat produk keramik yang mempunyai kepadatan tinggi tetapi hasil bakarannya tidak sampai meleleh, misalnya dalam pembuatan produk ubin keramik, bata klinker dan bata tahan api.

3. Pengeringan

Pada saat keramik selesai dibentuk, biasanya mengandung air antara 7-30 % tergantung cara pembentukkannya. Keramik ini masih dalam kondisi mentah dan basah sehingga untuk mengurangi kadar airnya perlu dikeringkan lebih dulu.  Tujuan pengeringan adalah untuk mnguapkan air yang masih terkandung di dalam produk mentah tadi, sehingga pada saat dibakar tidak banyak terjadi kerusakan, tidak berubah sifat maupun bentuknya. Pada saat pengeringan, akan terjadi penyusutan  karena air di dalam bahan mentah akan menguap sehingga butir-butir masa lempung akan mendekat satu sama lain. Penyusutan akan terhenti apabila air yang menguap telah mencapai ± ½ - 1/3 kali. Apabila penyusutan telah selesai, maka  produk kering sudah tidak mengalami perubahan bentuk lagi .

Pengeringan produk mentah dilakukan dengan 2 cara, yaitu :
a. Pengeringan alami, yaitu suatu cara pengeringan yang memanfaatkan matahari dan suhu di sekitar benda tersebut.  Kecepatan pengeringan alami tergantung oleh : suhu udara di sekitarnya, kelembaban udara, kecepatan gerakan udara.

b. Pengeringan buatan, yaitu cara pengeringan dengan menggunakan tungku pemanas sehingga radiasi panas dari tungku dimanfaatkan untuk mengeringkan keramik mentah tadi.

4. Pembakaran  

Pembakaran  produk keramik bertujuan untuk mendapatkan produk yang bersifat tidak berubah bentuknya, keras, cukup kuat menahan beban, tahan air, padat dan tahan terhadap pengaruh cuaca lainnya. Proses yang terjadi pada keramik selama pembakaran terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

a. Tahap penguapan air mekanis sisa pengeringan. Jumlah air yang terkandung di dalam bahan mentah keramik setelah pengeringan ± 3 – 10 %. Pada tahap awal pembakaran, perlu dilakukan pengeringan air bebas ini. Pada tahap ini, pembakaran dilakukan  secara perlahan-lahan dengan suhu relatif rendah ( 40  -  150ºC ) untuk menghindari penguapan secara mendadak yang menyebabkan benda retak. Kenaikan suhu pembakaran biasanya diatur antara 5 atau 10ºC/jam.

b. Tahap Penguapan air mineral. Pada umumnya air yang terkandung di dalam masa lempung tidak lepas pada suhu di bawah 200ºC dan umumnya lepas pada suhu di atas 500ºC  -  700ºC. Pada tahap ini, benda keramik menjadi lebih berpori dan kurang kuat. 

c. Tahap Pembakaran Cepat. Pada tahap ini dimaksudkan agar terjadi sedikit peleburan pada dinding partikel lempung sehingga partikel satu dengan yg lainnya melekat. Untuk beberapa produk keramik yang memerlukan penyerapan air rendah, maka dilakukan peleburan lebih lanjut sehingga pori-pori yang ditinggalkan air bebas maupun air mineral menjadi tertutup.

Jenis jenis tungku pembakaran  :

1. Tungku berkala (periodik). Tungku yang digunakan untuk pembakaran secara berkala, dimana sejumlah bahan keramik dibakar sekaligus sampai masak kemudian tungku didinginkan lagi dan hasil bakarannya dibongkar. Demikian dilakukan berulang secara berkala. Cara ini terlalu boros karena panas yang hilang banyak sekali, terutama panas untuk memanasi badan tungku dan sewaktu tungku dingin kembali.

Jenis-jenis tungku berkala :
a. Tungku  ladang, tungku yang biasa digunakan untuk membakar bata merah, bersifat tidak  permanen. Lamanya pembakaran dari mulai memanasi tungku sampai tungku dingin kembali adalah 5 – 7 hari. Hasil bakaran pada umunya menghasilkan rendamen rendah (60%). 

b. Tungku berkala permanen. Tungku ini berbentuk ruangan permanen (berbentuk segi empat dan lingkaran). Pada sisi bawah tungku diberi lubang-lubang pembakaran. Hasil bakaran pada umumnya merata dan menghasilkan rendamen antara 70 – 85 %.

2. Tungku Kontinu
Tungku yang bekerja secara  terus menerus (tak berhenti) kecuali produksi berhenti. Proses pembakaran berlangsung berhari-hari, berbulan-bulan, dan hasilnya diambil setiap hari atau dalam jangka waktu tertentu.

Jenis tungku ini ada 2, yaitu :
a. Tungku kamar, dikenal dengan tungku Hofman. Berbentuk lorong yang bersekat-sekat menjadi beberapa ruangan. Dengan tungku ini hasil produksi cukup besar, dimana 1 kamar menghasilkan ± 3500 bata dan lebih hemat bahan bakar. Umumnya dipakai untu produksi keramik bangunan skala besar
(bata & genteng). 

b. Tungku terowongan. Berbentuk terowongan yang beratap. Pemabakaran dari samping, masa yang dibakar berjalan melalui lorong ini dengan kereta/lori. Jenis tungku ini termasuk modern untuk saat ini dg bahan bakar cair atau gas. Umumnya dipakai untuk produksi keramik halus, produk-produk keramik missal yang mutu dan harganya tinggi seperti produk sanitair. 

MACAM-MACAM BAHAN BANGUNAN KERAMIK BERAT

1. BATA MERAH BIASA

• Kuat tekan rata-rata bata merah produk industri kecil : 50 kg/cm2, untuk produk industri menengah atau besar rata-rata mencapai 150  –  200 kg/cm2. 
• Penyerapan air bata merah produk industri kecil mencapai 40 % dengan derajat penyerapan 70g/dm2/menit. Sedangkan untuk produk industri menengah yang menggunakan mesin, penyerapan airnya 20  –  24 % dengan derajat penyerapan 10 – 20 g/dm2/menit.
• Untuk pekerjaan yang baik, penyerapan air bata merah 10  –  20 g/dm2/menit. 
• Di dalam bata merah tidak boleh mengandung garam sulfat, karena apabila garam ini mongering akan berubah menjadi kristal yang merusak jaringan tanah di dalam bata. 
• Untuk dinding pemikul, kuat tekan bata minimum 50 kg/cm2. 
• Didalam SII 021, ukuran bata ada 3 macam, yaitu : 

M 6   = 55 x 110 x 230 mm → Untuk tembok ½ bata tanpa memikul beban.

M 5a = 65 x 90 x 190 mm → Untuk tembok ½ bata tanpa memikul beban.  

M 5b = 65 x 140 x 190 mm→ Untuk tembok ½ bata tanpa memikul beban.

Penyimpangan ukuran untuk panjang, mak 4 mm sedangkan untuk lebar dan tebal mak 2 mm. Ukuran bata sangat penting pada saat pemasangan bata untuk konstruksi.  Penyimpangan ukuran yang terlampau besar mengakibatkan ketebalan siar adukan bata tidak sama tebal. Tebal siar maksimum untuk pasangan bata adalah 3 mm. Apabila tebal siar lebih dari 3 mm maka kekuatan tembok turun 15 %. Untuk konstruksi dinding bata yang baik, tebal siar maksimum 20 % dari tinggi tembok dan mak 10 % dari panjang tembok.

2. BATA BERLUBANG

• Menurut SII 0604-81 bata berlubang adalah bata yang pada permukaannya terdapat lubang-lubang, dan jumlah luas lubang itu 15  –  35 % luas penampang batanya. 
• Bata jenis ini dibuat dengan Extruder, dan diproduksi oleh industri menengah/besar. 
• Syarat mutu bata ini lebih tinggi dibandingkan bata biasa. Bata  jenis ini terdapat 5 kelas menurut kuat tekannya, yaitu 250, 200, 150, 100 dan 50 kg/cm2. Syarat lain yang penting adalah penyerapan airnya tidak boleh lebih dari 20 %, untuk mutu rendah mak 22 %.
• Bata jenis ini biasa dipakai untuk konstruksi tembok pemikul,  kecuali untuk yang mutu rendah untuk partisi. 
• Manfaat utama penggunaan bata berlubang adalah :

1. Bagi industri, pembuatannya lebih menguntungkan karena bahan yang dipakai lebih sedikit dibandingkan bata pejal serta pengeringannya lebih cepat.
2. Bagi pemakainya,  dinding dengan bata ini lebih baik daya sekatnya terhadap suhu panas/dingin, serta lebih meredam suara dibandingkan dengan bata pejal.

• Permukaan sisi bata ini cukup rata dan seragam sehingga dinding tidak perlu diplester.

3. BATA MERAH PELAPIS  

• Cara pembuatannya sama dengan bata berlubang. 
• Ukuran panjang dan lebar biasanya sama dengan bata biasa dengan ketebalan 10 mm. 
• Persyaratan yang harus dipenuhi adalah : penyimpangan ukuran panjang dan lebarnya mak 2 %, penyerapan air mak 15 % dan tidak boleh mengandung garam sulfat. 
• Penggunaannya untuk melapis dinding agar permukaannya terlihat seperti bata sesungguhnya dengan siar sambungan yang rapi. 

4. BATA BERONGGA 

Yang dimaksud bata berongga adalah bila lubang-lubang pada salah satu penampang sisi bata, berjumlah 35  –  75 % luas penampangnya. Biasa disebut bata karawang. Cara pembuatan dan syarat mutunya sama dengan bata berlubang, kecuali syarat kuat tekannya. Persyaratan kuat tekan untuk bata berongga ada 2 macam yaitu syarat kuat tekan sejajar lubang dan kuat tekan tegak lurus lubang. Syarat kuat tekan sejajar lubang biasanya 30 – 50 % lebih tinggi daripada kuat tekan tegak lurus lubang. Penentuan kuat tekan dari dua arah ini perlu diketahui, karena di dalam penggunaannya bata berrongga menahan beban dari 2 arah tersebut. 

Bata ini biasanya digunakan untuk elemen pembentuk balok/tiang yang menahan beban lentur seperti balok beton. Juga dipakai sebagai elemen pengisi untuk pembuatan dinding dan lantai.

5. BATA KLINKER

Disebut juga bata pelapis jalan (paving blok) adalah jenis bata keramik bakaran keras (vitreous brick), dimana bata ini dibakar pada suhu hampir mencapai titik lelehnya.  Bahan bakunya adalah tanah liat tahan api dicampur dengan atau tanpa serpih (lempung keras) yang bermutu baik. Pembuatannya dibentuk dengan proses lempung kaku ( stiff mud) dengan pres tekanan tinggi sehingga mencapai kepadatan yang optimal. Suhu pembakaran yang digunakan biasanya 1200 ºC. 

Bata klinker terutama dipakai untuk melapis permukaan jalan raya. Bata jenis ini belum dibuat di Indonesia. Syarat mutu :
-  tahan air, tahan cuaca, tahan gesekan, dan mempunyai kuat tekan tinggi.
-   Ketahan aus dengan Ratler Test (Los Angeles test), untuk ukuran 8 ½ x 4 x 2 ½ in mak 26 %, ukuran 8 ½ x 4 x 3 in mak 24 %, ukuran 8 ½ x 3 ½  x 4 in mak 22 %.
-  Penyerapan air mak 2 %

-  Kepadatan (berat volume) minimum 2,30.
-  Kekerasan dibanding skala Moh’s min 6.
-  Kuat tekan rata-rata min 280 kg/cm2. Biasanya bias mencapai 500 kg/cm2.
-  Kuat lentur 105 – 175 kg/cm2. biasanya bisa mencapai 200 kg/cm2.

6. UBIN TAHAN ASAM 

  

Cara pembuatan dan bahan-bahannya sama dengan bata klinker. Biasanya digunakan sebagai pelapis lantai yang harus tahan terhadap asam keras (HCl, asam sulfat, dll)

7. BATA BERGLASIR  

Termasuk jenis bata lapis/bata berlubang. Terbuat dari lempung serpih dengan proses extruder. Permukaannya dilapisi glasir untuk memperendah penyerapan airnya. Pengglasiran dilakukan pada saat bata mentah, glasir akan menggelas pada saat bata masak.

8. GENTENG KERAMIK  

Bahan dan proses pembuatannya sama dengan bata merah yang menggunanakan extruder. Bentuk-bentuk genteng keramik di Indonesia yaitu : genteng datar bentuk echt (genteng kodok), genteng S lengkung cekung/vlam, genteng palentong (S datar), genteng ukuran besar model marsiles, romano, dll. Ukuran genteng menurut SII-022-61 : Ukuran kecil, jumlah genteng 25 buah/m2, ukuran sedang jumlah genteng 20 buah/m2, ukuran besar jumlah genteng 15 buah/m2

Untuk di Indonesia, genteng keramik merupakan penutup atap yang paling murah dan paling baik.Sifat-sifat genteng keramik  : tahan lama, penyekat panas yang baik dan tahan api. Kemiringan atap untuk genteng keramik 35° - 60°.