KETAHANAN KUAT TEKAN PASTA GEOPOLIMER MOLARITAS 8 MOL DAN 12 MOL TERHADAP AGRESIFITAS NaCL Srie Subekti, Dosen D-III Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
ABSTRAK Fly ash adalah Abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri, fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat. Semen merupakan bahan yang paling penting digunakan dalam pembuatan beton konvensional. Pada saat proses memproduksi semen, terjadi pula CO2 ke udara yang besarnya sebanding dengan jumlah semen yang diproduksi, dengan kata lain, bahwa untuk memproduksi 1 ton semen sama dengan memproduksi 1 ton CO2 kedalam udara ( Davidovits 1994 ). Pasta Geopolimer diperkenalkan sebagai suatu jenis pasta lain yang 100% tidak menggunakan semen. Fly ash digunakan sebagai bahan alternatif pengganti semen dan sebagai aktivatornya digunakan NaOH dan Sodium Silikat (Na2 SiO3). Berdasarkan molaritas NaOH yang digunakan adalah sebagai berikut : 1) Larutan NaOH 8 Mol dengan perbandingan massa larutan antara
2)
Na2 SiO3 = 0,5;1,5 NaOH Larutan NaOH 12 Mol dengan perbandingan massa larutan antara
Na2 SiO3 NaOH
= 0,5;1,5
Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini adalah untuk pasta berdiameter 20 mm tinggi 40 mm. Curing dilakukan dengan dibungkus plastik selama 4 hari kemudian dibuka dan dibiarkan diudara bebas selama 28 hari baru dimasukkan dalam rendaman NaCℓ agar sama dengan larutan air laut selat Madura, dibuat dari larutan air PDAM dicampur NaCℓ dengan PH = 7. Rendaman air tawar dan larutan NaCℓ dilakukan selama 0 hari, 30 hari, 60 hari, 90 hari, 120 hari. Dari hasil test terlihat benda uji binder geopolimer semakin tinggi molaritas dan semakin besar perbandingan
Na2 SiO3 NaOH
didapat kuat tekan dalam rendaman 120 hari untuk 12 mol 1,5 adalah 126,96
Mpa dan untuk 8 mol 1,5 adalah 119,70 Mpa Kata kunci : aktivator, fly ash, kuat tekan, pasta geopolimer
PENDAHULUAN Batu bara merupakan salah satu bahan dasar untuk proses pembakaran, yang masih digunakan pada suatu industri atau perusahaan-perusahaan tertentu seperti pada PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap). Dari proses pembakaran akan menghasilkan sisa pembakaran yang berupa abu terbang yang sering disebut Fly Ash. Mengingat makin meningkatnya limbah Fly Ash diantaranya dari PLTU Suralaya, PLTU Paiton, dan PLTU Bukit Asam (Andriati Amir Husin, Tahun 2007), penggunaan Fly Ash, pada khususnya dalam produksi beton, mempunyai manfaat lingkungan yang significant: yaitu mengurangi produksi gas rumah kaca, memperbaiki daya tahan beton, mengurangi penggunaan energy, mengurangi jumlah Fly Ash yang harus dibuang di land fill, dan menghemat sumber daya alam dan material (ACAA 2003) dalam Hardjito dkk 2005. Fly Ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen, tetapi dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silica yang dikandung oleh Fly Ash akan bereaksi secara kimia dan menghasilkan zat yang
memiliki kemampuan mengikat ( D Hardjito dkk, 2005). Beton geopolimer adalah sejenis beton yang 100% tidak menggunakan semen. Fly Ash sebagai sumber material untuk membuat pasta yang dibutuhkan dalam campuran beton. Beton geopolimer ini terbentuk dari reaksi kimia bukan dari reaksi hidrasi seperti pada beton biasa (Davidovits, 1999). Alkali aktivator yang umum digunakan untuk membuat geopolimer adalah kombinasi antara Sodium Hidroksida dengan Sodium Silikat (Davidovits, 1999). Garam air laut, larutan Sulfat yang terkandung dalam tanah atau air tanah juga dapat menggerogoti beton akibatnya beton akan retak-retak, bahkan menjadi lembek atau soft, MgSO4 bahkan mampu melarutkan beton, sehingga yang tertinggal hanyalah batu-batu dan pasir tanpa semen (Sudarmadi M, 2006). Oleh karena itu, hal ini merupakan pemicu untuk meneliti dengan judul : Ketahanan kuat A-535
ISBN 978-979-18342-1-6
Tekan Pasta Geopolimer Molaritas 8 Mol dan 12 Mol terhadap Agresifitas NaCl.
jumlah kapur dalam semen, mengurangi kadar semen dalam beton dan mengurangi semen untuk pembangunan dalam dunia konstruksi.
PERMASALAHAN Jika pasta semen dibuat menggunakan bahan Fly Ash tahan terhadap lingkungan agresif (air laut Selat Madura) maka permasalahan yang timbul adalah sebagai berikut: 1) Bagaimana perkembangan kuat tekan dan seberapa besar tingkat ketahanan yang terjadi pada pasta geopolimer agar tahan terhadap lingkungan agresif dengan komposisi sebagai berikut : • Kadar Sodium hidroksida adalah 8 mol dan 12 Mol. • Perbandingan Sodium silikat dengan Sodium Hidroksida adalah 0,5 dan 1,5 • Massa aktivator dalam binder adalah 26% sedangkan massa Fly Ash dalam binder 74% • Pengetesan dilakukan pada pasta dalam umur rendaman air tawar dan NaCl 0 hari, 30 hari, 45 hari,60 hari, 90 hari, dan 120 hari. TUJUAN MASALAH Untuk mengetahui perkembangan kuat tekan dan besarnya tingkat porositas yang terjadi pada pasta geopolimer dengan komposisi seperti tersebut di atas, dan di lingkungan agresif. TINJAUAN PUSTAKA Manufaktur semen Portland melepaskan karbondioksida (CO2) yang merupakan kontributor signifikan emisi gas rumah kaca ke atmosfer. Setiap produksi 1 ton semen Portland berkontribusi dengan 1 ton CO2. Secara global produksi semen Portland dunia berkontribusi 1,6 Milyard Ton CO2 atau sekitar 7% dari total penyebab efek rumah kaca diseluruh dunia [M.D.J. Sumajouw dkk, 2006]. Fly Ash sumber pengikat geopolimer, terdapat diseluruh dunia. Dari taksiran 1998, produksi abu batu bara global lebih besar dari 390 juta ton tiap tahun tapi penggunaannya kurang dari 15% [ Malhotra, 1999 ] Di USA produksi tahunan Fly Ash kurang lebih 63 juta ton, yang dipakai pada industri beton hanya 18% s/d 20% [ M.D.J. Sumajouw Dkk, 2006]. Dimasa mendatang, produksi Fly Ash akan meningkat khususnya di Negara Cina dan India, ditaksir pada tahun 2010 mencapai sekitar 780 juta ton tiap tahun [M.D.J. Sumajouw dkk, 2006].
Fly Ash bisa dijadikan sebagai bahan tambahan campuran beton, untuk meningkatkan kualitas beton dalam hal kekuatan, kekedapan air dan ketahanan terhadap sulfat [ Sofwan Hadi ; 2000]. Beton Fly ash lebih tahan terhadap serangan oleh sulfat, mild acid, soft water [ lime hungry water ] dari air laut [ America’s Coal Ash Leader ; thn 2007]. Sebagai campuran beton, mutu fly ash harus memenuhi persyaratan kimia dan fisik berdasarkan ASTM C 618, bisa dilihat dalam tabel berikut: Tabel 1. Persyaratan Kimia Kelas N
F
C
Silikon dioksida (SiO2) + Aluminium oksida (Al2O3) + Ferum trioksida
70.0
70.0
50.0
Sulfur trioksida (SO3), max , %
4.0
5.0
5.0
Kandungan Pelembab, max, %
3.0
3.0
3.0
Reduksi dari pembakaran, max, %
10.0
6.0A
6.0
Sumber : ASTM C 618 Tabel 2. Persyaratan Fisik Kelas N
F
C
34.0
34.0
34.0
75 C
75 C
75 C
75 C
75 C
75 C
115.0
105.0
105.0
Kehalusan : Sejumlah penahan pada saat ayakan basah pada ayakan 45 mm (No.325), min, % Aktifitas kekuatan index B Dengan PC, berumur 7 hari , min, persen dari kontrol Dengan PC, berumur 28 hari , min, persen dari kontrol Kebutuhan air, max, persen dari kontrol
Sumber : ASTM C 618 SNI 03-2847-2002 a. Air yang digunakan pada campuran beton harus bersih dan bebas dari bahan-bahan yang merugikan terhadap beton atau tulangan. b. Air pencampur yang digunakan pada beton pra tegang atau pada beton tidak boleh
Usaha untuk mengatasi masalah diatas adalah membuat beton lebih ramah lingkungan [Hardjito ; 2005] menjelaskan bahwa emisi gas CO2 dari industri semen dapat ditekan dengan mengurangi A-536 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
mengandung ion khlorida dalam jumlah yang membahayakan. c. Air yang tidak dapat diminum tidak boleh digunakan pada beton, kecuali ketentuan berikut terpenuhi: 1. Pemilihan proporsi campuran beton harus didasarkan pada campuran beton yang menggunakan air dari sumber yang sama. 2. Hasil pengujian pada umur 7 sampai 28 hari pada kubus uji mortar yang dibuat dari adukan dengan air yang tidak dapat diminum harus mempunyai kekuatan sekurangkurangnya sama dengan 90% dari kekuatan benda uji yang dibuat dengan air yang dapat diminum.
METODOLOGI PENELITIAN Binder Geopolimer (ukuran 2x4 cm2)
74 % Fly Ash
NaOH 8 M
Sodium Chlorida (NaCl) tidak merusak beton karena tidak bereaksi dengan kalsium hidroksida ataupun semen gel. Lain halnya MgCl2 (Magnesium Chlorida) yang bereaksi dengan Ca(OH)2, kalsium hidroksida secara perlahan-lahan dan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut : MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 Disini CaCl2 mudah terlarut dalam air sehingga keluar dari beton dan menyebabkan beton keropos dan akhirnya kekuatan beton pun turun. Selain kerusakan di atas serangan air laut juga menyebabkan terjadinya pengembangan (expantion) pada beton akibat adanya pembentukan garam dan kristalisasi di dalam beton akibat garam air laut.
NaOH 12 M
Ratio Massa Sodium Silikat dengan Sodium Hidroksida
Na2SiO3 = 0.5 NaOH
Serangan Air Laut Menurut Hasan Bardja (1992) komposisi kimia air laut berbeda-beda tergantung lokasinya. Pada umumnya air laut mengandung 3,6 – 4 % garam yang terlarut yang terdiri dari 75% - 78% sodium chloride (NaCl), 10% - 11% Magnesium Sulfat (Mg2SO4), dan sisanya kalsium sulfat (Ca2SO4) dan potassium sulfat (K2SO4).
26% Alkaline Liquid
Na2SiO3 = 1.5 NaOH
Gambar 1. Diagram Alir Komposisi Binder Geopolimer Persiapan Bahan 1.
PULVERISED Fly Ash Sebagai material dasar digunakan Fly Ash (abu terbang kelas F) untuk pembuatan pasta geopolimer, Fly Ash yang digunakan berasal dari PLTU Paiton, Probolinggo. Air Air diambil dari PDAM kota Surabaya setelah diuji di laboratorium TAKI. Alkali Aktivator Jenis Alkali aktivator yang digunakan adalah Sodium Silikat (Na2SiO3) dan Sodium Hidroksida yang digunakan adalah larutan (NaOH) 8Mol, 12 Mol.
2. 3.
Code Contoh No. Senyawa 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Silikon dioksida Fery oksida Aluminium oksida Calsium oksida Magnesium oksida Natrium oksida Oksida belerang Air -
Nama Kimia SiO2 F2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O SO3 H2O LO1
Hasil Analisa (%) 69,32 5,71 3,82 9,96 6,64 1,47 1,67 0,3 0,34
Tabel 3. Hasil Analisa Kimia Fly Ash Sumber : Hasil Analisa Lab TAKI – ITS
A-537 ISBN 978-979-18342-1-6
Fly Ash
Gambar 2. Fly Ash Sodium Silikat Gambar 5. Binder Direndam dalam Larutan NaCl dan Air Tawar Lingkungan Agresif
Gambar 3. Sodium silikat
Cara Membuat Larutan NaCl adalah sebagai berikut : Larutan NaCl dibuat agar sama dengan air laut Selat Madura. Cara sebagai berikut : berdasarkan komposisi dari pengetesan air laut di laboratorium teknik lingkungan adalah :
Larutan Aktivator Tabel 4. Hasil Pengetesan Air Laut
Gambar 4. Larutan aktivator Rencana Komposisi Binder Setelah diketahui komposisi kimia dari Fly Ash, kemudian membuat komposisi binder berdasarkan hasil penelitian dari jurnal yang terdahulu, digunakan komposisi binder sebagai berikut : 1. Kadar Sodium Hidroksida sebesar 8 M dan 12 M 2. Perbandingan antara Sodium Silikat dengan Sodium Hidroksida diambil 0,5 dan 1,5 3. Massa Aktivator dalam binder sebesar 26 %, sedangkan massa Fly Ash dalam binder 74 %. Binder dibuat dengan ukuran 2 cm x 4 cm
No
Parameter
Satuan
Laut Perak
1.
NaCl
Mg/L
28.215,00
2.
CaCO3
Mg/L
785,70
3.
MgCO3
Mg/L
3915,00
Sumber: Laboratorium Teknik Lingkungan ITS (2007) Larutan NaCl dibuat dengan mencampurkan 1 liter Air PDAM dengan NaCl 28,215 gram agar sama dengan air laut selat Madura, oleh karena itu dijaga PH-nya = 7 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Tabel 5. Hasil Uji Kuat Tekan Binder Geopolimer 8 Mol 0,5 Rendaman
Curing Curing adalah perlindungan yang diberikan pada binder. Dalam curing , binder dimasukkan dalam sebuah plastik selama 4 hari, dan dibiarkan terbuka dalam ruangan pada suhu kamar selama 28 hari, kemudian direndam dalam larutan agresif ; air laut selama 0 hari, 30 hari, 60 hari, 90 hari dan 120 hari. Kemudian dilakukan uji tes kuat tekan pada umur binder 0 hari, 30 hari, 60 hari, 90 hari, 120 hari.
Kuat Tekan (MPa) 0 hr
30 hr
60 hr
90 hr
120 hr
NaCl
64.43
85.79
94.89
100.8
102.58
Tawar
64.43
75.83
82.79
89.69
90.13
A-538 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Gambar 6. Hubungan Kuat Tekan dengan Umur Binder 8 Mol 0,5
Gambar 8. Hubungan Kuat Tekan dengan Umur Binder 12 Mol 0,5
Tabel 6. Hasil Uji Kuat Tekan Binder Geopolimer 8 Mol 1,5
Tabel 8. Hasil Uji Kuat Tekan Binder Geopolimer 12 Mol 1,5
Rendaman
Kuat Tekan (MPa)
Rendaman
0 hr
0 hr
30 hr
60 hr
90 hr
120 hr
NaCl
71.57
89.26
100.74
119.48
119.7
NaCl
72.83
Tawar
71.57
84.06
90.99
99.87
99.98
Tawar
72.83
Sumber : Hasil Penelitian
Kuat Tekan (MPa) 30 60 hr 90 hr hr 95 107.02 124.57 85.9
90.1
102.37
120 hr 126.96 103.23
Sumber : Hasil Penelitian
Gambar 7. Hubungan Kuat Tekan dengan Umur Binder 8 Mol 1,5
Gambar 9. Hubungan Kuat Tekan dengan Umur Binder 12 Mol 1,5
Tes Porositas Binder Geopolimer Tabel 7. Hasil Uji Kuat Tekan Binder Geopolimer 12 Mol 1,5 Kuat Tekan (MPa) Rendaman NaCl Tawar
0 hr 70.3 6 70.3 6
30 hr 88.8 8 80.3 8
60 hr
90 hr
120 hr
102.47
118.5 1
118.1 8
90.56
99.44
99.66
Pengukuran porositas pada benda uji pasta yang diperoleh adalah angka pori yang biasa disebut porositas terbuka dan porositas tertutup. Pengukuran angka pori dilakukan setelah benda uji pasta melampaui umur rendaman air tawar, larutan NaCl.
Sumber : Hasil Penelitian
A-539 ISBN 978-979-18342-1-6
Tabel 9. Hasil Tes Porositas Binder Umur Rendaman 90 Hari. No.
Kode Beton
Pt (%)
Po (%)
Pf (%)
A2 = 8 mol 0.5 /NaCl 1
A2' = 8 mol 0,5 /NaCl
32.59
27.22
5.37
2
A3 = 8 mol 1,5 /Tawar A3' = 8 mol 1,5 /Tawar
34.86
30.09
4.77
27.7
21.34
6.36
29.57
24.25
5.32
B2 = 8 mol 1,5 /NaCl 3
B2' = 8 mol 1,5 /NaCl B3 = 8 mol 1,5 /Tawar
4
B3' = 8 mol 1,5 /Tawar C2 = 12 mol 1,5 /NaCl
5
C2' = 12 mol 1,5 /NaCl
23.41
16.78
6.63
6
C3 = 12 mol 1,5 /Tawar C3' = 12 mol 1,5 /Tawar
27.6
22.15
5.45
7
D2 = 12 mol 0,5 /NaCl D2' = 12 mol 0,5 /NaCl
30.7
24.39
6.31
D3 = 12 mol 0,5 /Tawar 8
D3' = 12 mol 0,5 /Tawar
33.26
27.97
5.29
Sumber: Hasil Penelitian
Gambar 11. Grafik Porositas Terbuka Binder Geopolimer Umur Rendaman 90 Hari
KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1.
Molaritas larutan sodium hidroksida dan rasio perbandingan
antara
Na 2 SiO3
NaOH
semakin tinggi akan didapatkan kuat tekan semakin tinggi pula. Hal ini dapat dilihat pada hasil kuat tekan binder. Binder Geopolimer 12 Mol dan Perbandingan
Na 2 SiO3
NaOH
=
1,5 dalam rendaman Larutan NaCl selama 120 hari kuat tekannya sebesar 126,96 MPa yaitu naik sebesar 74,31 % terhadap nilai awal, sedangkan binder geopolimer 8 Mol dan perbandingan
Na 2 SiO3
NaOH
= 1,5 dalam
rendaman Larutan NaCl selama 120 hari memiliki kuat tekan yang lebih rendah yaitu 119,7 MPa – naik 59,23 % terhadap nilai awal.
Gambar 10. Grafik Porositas Tertutup Binder Geopolimer Umur Rendaman 90 Hari 2.
Untuk Tes Porositas bider Geopolimer , secara keseluruhan dapat disimpulkan jika semakin tinggi molaritas larutan Sodium Hidroksida dan semakin tinggi pula perbandingan
Na 2 SiO3
NaOH
maka angka pori tertutup
akan semakin tinggi dan angka pori terbuka semakin kecil. Sehingga binder memiliki kuat tekan yang lebih tinggi. Pada binder 12 mol 1,5 dalam rendaman NaCl – 90 hari memiliki angka pori tertutup terbesar yaitu 6,63 % dan pada umur rendaman yang sama, angka pori tertutup binder 8 mol 0,5 dalam rendaman NaCl lebih rendah yaitu 6,36 % SARAN A-540 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Mengingat penelitian ini masih mungkin untuk dikembangkan lebih lanjut, maka terdapat beberapa saran yaitu : 1.
Pada tes benda uji yang bisa memanfaatkan sisa benda uji jenis tes sebelumnya lebih baik dilakukan agar didapat hasil yang lebih sesuai dan ekonomis.
2.
Perlu dilakukan pengecekan awal terhadap kondisi alat – alat tes yang akan dipakai agar nantinya tidak menghambat proses penelitian.
3.
Agar didapat kuat tekan binder yang optimum maka sebaiknya memakai Sodium Hidroksida (NaOH) murni dengan great 1 dan pada saat mencetak binder harus ditutup selama 24 jam baru dilepas dari cetakan.
Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia. Internet News Group (2007), The Modern Pozzolan Improving Concrete Performance Enhancing Our Environment, America’s Coal Ash Leader, www.flyash.com. Khatulistiani, Utari. (1997), Sifat Phisik dan Mekanik Beton dengan Tambahan Bahan Lateks – Emulsion Pada Lingkungan Agresif , Tesis Magister., Instiut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya. Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan Teknik Sipil ITS. (1995), Praktikum Teknologi Beton, Petunjuk Pratikum, Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS, Surabaya. Mulyono, Tri, (2005), Teknologi Beton, Edisi II, CV. Andi Offset.,Yogyakarta.
DAFTAR PUSTAKA ACI Committee E-701 (2001), Cementitious Materials for Concrete, American Concrete Institute, Detroit. Allahverdi, Ali., and Skvara, F. (2005), “ Mechanism of Corrosion at Relatively High Concentrations “, Sulfuric Acid Attack on Hardened Paste of Geopolymer Cements, Vol. 49, No.4, hal. 225-229. ASTM Committee C 29/C 29M – 97 (1997) ASTM Committee C 39 / C 29M-97 (1997) ASTM Committee C 117-95 (1995) ASTM Committee C 127 – 01 (2001) ASTM Committee C 128 – 01 (2001) ASTM Committee C 131 – 03 (2003) ASTM Committee C 150 – 02a (2002a) ASTM Committee C 192/ C 192M – 02 (2002b) ASTM Committee C 618 – 03 (2003) Hadi, Sofwan. (2000), Studi Pengaruh Ukuran Butir dan Komposisi Abu Terbang PLTU Suralaya Sebagai Bahan Pengisi Pozzolan, Tesis Magister., Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Nawy, Edward G, (1990), Beton Bertulang [Suatu Pendekatan Dasar], Edisi 1, PT. Eresco, Bandung. SNI 03-2847-2002 : Tata cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, Standard Nasional Indonesia. Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. Sudarmadi. (2006), Garam Sulfat dan Klorida, Laten Bagi Kekuatan Beton Bangunan. 28 Agustus 2006. Sumajouw, M.D.J., and Rangan, B.V. (2006), “ Low - Calcium Fly Ash – Based Geopolimer Concrete : Reinforced Beams And Columns ”, Research Report GC3 Faculty of Engineering Curtin Universitiy Of Technology Perth, Australia. Triwulan., Raka, IGP., dan Sadji. (1997), “ Perubahan Tegangan Tekan Beton Fly Ash Karena Pengaruh Steam Curing “. Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan Dasar, Direktorat Pembinaan Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Hardjito, Djwantoro., and Rangan, B.V. (2005), “ Development and Properties of LowCalcium Fly Ash – Based Geopolymer Concrete ”. Research Report GC 1 A-541 ISBN 978-979-18342-1-6
Halaman ini sengaja dikosongkan
A-542 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
