Jurusan Teknik Sipil Fakultas TeknikUniversitas Riau, Pekanbaru,edysaputra_eng@yahoo.com
Monita Olivia
Jurusan Teknik Sipil Fakultas TeknikUniversitas Riau, Pekanbaru, monita.1306@yahoo.com
Abstrak
Limbah agro-industri seperti hasil pembakaran batu bara (abu terbang) dan sisa pembakaran kelapa sawit (abu sawit)dapat dimanfaatkan sebagaibahan dasar geopolimer. Kedua bahan kaya kandungan silika inidiaktifkan dengan campuran larutan NaOH 14 M dan natrium silikat (Na2SiO3) dalam
perbandingan tertentu.Tujuan penelitian adalah untukmengkaji pengaruhparameter terhadap kuat tekan mortargeopolimer dari campuran abu terbang dan abu sawit. Parameter pengujianadalah rasio modulus aktivator (Ms = 0,50-1,25), dosis larutan aktivator (%Na2O = 16,5-34,5), suhu perawatan
(28-110ºC), tipe pengolahan abu (tanpa diolah, lolos saringan no. 100, lolos saringan no. 200, dibakar di tungku/furnace), dan rest period dari 0-7 hari. Perbandingan optimum campuran abu terbang dan abu sawit adalah 75:25. Hasil penelitian menunjukkan bahwakuat tekan mortar meningkat sesuai dengan peningkatan modulus aktivator, dosis aktivator, dan suhu perawatan. Pengolahan abu dan rest
period mempengaruhi kuat tekan mortar yang dihasilkan. Kuat tekan mortar geopolimer campuran
cenderung turun pada umur 28 hariuntukvariasi campuran.
Kata kunci: abu sawit, abu terbang, dosis larutan aktivator, modulus aktivator, perawatan, rest period
1. PENDAHULUAN
Geopolimer adalah salah satu bahan perekat alternatif selain semen yang memanfaatkan limbah agro-industri. Pada tahun 1980-an, Joseph Davidovits menemukanjenis perekat ini pada material-material buangan hasil sampingan mengandung silikon dan alumunium pada abu terbang dan slag. Binder geopolimer menguntungkandari segi pemanfaatan limbah hasil sampingan industri maupun perkebunan (agro)sebagai bahan dasar, tetapiperbedaan komposisi kimia, karakteristik dan sumber material akan mempengaruhi hasil akhir kekuatan bahan ini. Selain menggunakan satu jenis bahan dasar, geopolimer dapat dibuat dari dua atau tiga jenis bahan seperti campuran abu terbang dengan abu sawit (Ariffin et al. 2011), abu terbang dengan slag (Yang et al. 2012), dan slag dengan abu sawit(Yusuf, 2014).Pencampuran bahan dasar tersebut pada umumnya bertujuan untuk memperbaiki sifat-sifat geopolimer yang dihasilkan seperti reaktivitas campuran, sifat mekanis dan ketahanan jangka panjang.Mortar geopolimer campuran ini mempunyai kelebihan, yaitu kuat tekan yang relatif lebih tinggi, volume stabil (Ariffin et al. 2011, Bhutta et al. 2013), tahan terhadap serangan asam sulfat (Bhutta et al. 2014), dan tahan terhadap temperatur yang tinggi (Hussin et al. 2014).
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
Larutan alkali yang biasa digunakan dalam proses geopolimerisasi adalah kombinasi dari natrium hidroksida (NaOH) atau potassium hidroksida (KOH) dengan natrium silikat atau potassium silikat (Hardjito dan Rangan, 2005). Penelitian geopolimer sebelumnyamenjelaskan bahwa penggunaan campuran NaOH dan natrium silikat sebagai larutan alkali aktivator menghasilkan kuat tekan terbaik (Adam, 2009; Olivia, 2011).Konsentrasi NaOH dapat menentukan hasil akhir kuat tekan benda uji geopolimer, dimana kuat tekan akan meningkat seiring meningkatnya konsentrasi NaOH. Konsentarasi natrium hidroksida yang biasanya digunakan berkisar 6-16M (Hardjito, 2005).Modulus aktivator yang digunakan penelitian terdahulu berkisar antara 1,31-1,36 (Hardjito, 2005) dan 0,75-1,25 (Adam, 2009), sedangkan dosis optimum Na2O yang digunakan untuk beton
geopolimer bervariasi dengan rentang berkisar 5,3-5,7% (Hardjito, 2005) dan 7,5-15% (Adam, 2009).Penelitian mengenai parameter binder geopolimer dari campuran abu terbang dan abu sawit hingga kini masih terbatas, sehingga pada tulisan ini akan dikaji tentang faktor-faktor yang mempengaruhi mortar geopolimer yang dibuat dari campuran abu terbang dan abu sawit.
2. BAHAN DAN METODE
Pada penelitian ini digunakan abu terbangdan abu sawit yang berasal dari daerah Kabupaten Pelalawan. Pada Tabel 2.1 dapat dilihat komposisi kimia abu terbang dan abu sawit yang mempunyai kandungan SiO2 masing-masing sebesar 37,98% dan 64,36%.
Besarnya nilai SiO2yang terkandung menunjukkan bahwa kedua abu dari Pelalawan ini
telah memenuhi syarat kimia sesuai ASTM C 618tentang golongan bahan pozzolan untuk dijadikan binder geopolimer.
Table 2.1 Komposisi kimia abu terbang dan abu sawit (%)
Tipe SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Ti2O2 MnO P2O5 SO3 H2O - HD Abu terbang 37,98 20,52 2,17 2,10 23,76 0,58 0,24 0,03 3,54 0,18 1,73 8,64 Abu sawit 64,36 4,36 3,41 7,92 4,58 5,57 0,87 0,10 3,64 0,04 0,59 4,97
Studi parameterdilakukan untuk melihat pengaruh parameter terhadap campuran geopolimer dan membandingkannya dengan campuran kontrol. Parameter yang diuji dapat dilihat pada Tabel 2.2. Untuk tiap variasi campuran, mix 4 digunakan sebagai campuran pembanding yang memiliki modulus aktivator (Ms) = 1,25, dosis dari kandungan Na2O =
22,5%, dirawat pada suhu 110ºC, abu lolos saringan No. 200 dan rest period3 hari.
Komposisi mix design untuk mortar geopolimer terdapat pada Tabel 2.3. Perbandingan pasir dengan binder ditetapkan 2,75 sesuai ASTM C 109. Perencanaan komposisi campuran menggunakan metode absolute volume. Metode ini mengasumsikan bahwa volume padat mortar sama dengan total volume keseluruhan bahan-bahan penyusunnya.
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
Table 2.2 Parameter yang dikaji
Mix %Na2O Ms Suhu (OC)
Rest period
(hari) Pengolahan campuran abu
1 22.5 0.50 110 3 Abu lolos saringan No. 200
2 22.5 0.75 110 3 Abu lolos saringan No. 200
3 22.5 1.00 110 3 Abu lolos saringan No. 200
4 22.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 200
5 16.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 200
6 28.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 200
7 34.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 200
8 22.5 1.25 75 3 Abu lolos saringan No. 200
9 22.5 1.25 60 3 Abu lolos saringan No. 200
10 22.5 1.25 28 3 Abu lolos saringan No. 200
11 22.5 1.25 110 3 Abu tanpa pengolahan
12 22.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 100
13 22.5 1.25 110 3 Abu lolos saringan No. 200, di furnace 1 jam suhu 500OC
14 22.5 1.25 110 0 Abu lolos saringan No. 200
15 22.5 1.25 110 1 Abu lolos saringan No. 200
16 22.5 1.25 110 5 Abu lolos saringan No. 200
17 22.5 1.25 110 7 Abu lolos saringan No. 200
Table 2.3 Komposisi campuran geopolimer
Mix w/s s/b FA + POFA (kg/m3) Agregat halus (kg/m3) Air (kg/m3) Sodium silikat (kg/m3) NaOH (kg/m3) SP (kg/m3) 1 0.45 2.75 453.12 1246.07 70.67 160.30 194.68 6.80 2 0.45 2.75 445.87 1226.14 55.32 236.61 163.28 6.69 3 0.45 2.75 438.85 1206.84 40.46 310.51 132.87 6.58 4 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 5 0.54 2.75 427.20 1174.81 122.88 277.08 74.97 6.41 6 0.54 2.75 391.93 1077.81 40.80 439.07 118.81 5.88 7 0.54 2.75 376.39 1035.08 4.64 510.44 138.12 5.65 8 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 9 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 10 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 11 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 12 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 13 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 14 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 15 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 16 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48 17 0.45 2.75 432.05 1188.14 26.06 382.12 103.40 6.48
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
Kombinasi antara larutan NaOH 14 M dengan Natrium silikat, serta bahan tambah kimia
superpalsticizer jenis sikament-NN untuk workability digunakan sebagai larutan kimia
pengaktif. Agregat halus untuk binder berasal dari sungai Kampar Riau. Pembuatan mortar geopolimer dengan perbandingan optimum campuran abu terbang dan abu sawit sebesar 75:25 dari uji coba campuran. Benda uji dibuat menjadi mortar ukuran 50x50x50 mm. Mortar dirawat pada suhu tinggi sesuai variasi, dan dibiarkan hingga umur 7 dan 28 hari untuk diuji kuat tekan pada umur
3. HASIL, ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
3.1 Variasi modulus aktivator (Ms) dan variasi dosis aktivator (%Na2O)
Hasil kuat tekan campuran berdasarkan variasi modulus aktivator dapat dilihat pada Gambar 3.1 Secara umum kuat tekan mortar meningkat dengan peningkatan modulus aktivator hingga Ms = 1,25. Kuat tekan mortar geopolimer tertinggi diperoleh pada umur mortar 7 hari padamix 4Ms 1.25,yaitu sebesar20,67 MPa. Natrium silikat tidak hanya meningkatkan hasil akhir kuat tekan, namun juga merekatkan partikel abu yang telah dilarutkan oleh NaOHdengan agregat.Hasil penelitian terdahulu olehAdam (2009) menunjukkan hal serupa, yakni peningkatan kuat tekan mortar geopolimer abu terbang menggunakan modulus aktivator 1,0-1,25.
Gambar 3.1 Pengaruh modulus aktivator (Ms) terhadap kuat tekan
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
Pada Gambar 3.2, dapat dilihat pengaruh kuat tekan mortar terhadap variasi dosis aktivator. Kadar silikat yang terlalu tinggi dapat mengurangi reaktivitas dan menunda terjadinya proses kristalisasi geopolimer (Sindhunata et al. 2006).
3.2 Variasi suhu danRest period
Hasil kuat tekan mortar geopolimer campuran abu terbang dan abu sawit berdasarkan suhu perawatan dapat dilihat pada Gambar 3.3. Mortar geopolimer yang dirawat pada suhu tinggimix 4 (110°C) memberikan kuat tekan tertinggi, terjadi peningkatan kuat tekan mortar sekitar 51,96% dibanding saat mortar dirawat pada suhu 28°C.Berdasarkan penelitian Ariffin et al.(2011)dapat disimpulkan bahwa geopolimer campuran abu terbang dan abu sawit dengan suhu perawatan 90°C menghasilkan kuat tekan tertinggi.
Perubahan kuat tekan mortar berdasarkan rest period dapat dilihat padaGambar 3.4. Kuat tekan terendah diberikan olehmix 14 dengan rest period 0 hari, yakni sebesar 13,07 MPa, sedangkan campuran denganrest period 3 harimengalami peningkatan kuat tekan signifikan sebesar 58,15%. Penelitian sebelumnya oleh Olivia et al. (2014) memperlihatkan peningkatan kuat tekan maksimum untuk campuran dengan rest period selama 3 hari.
Gambar 2.3 Pengaruh suhu perawatan terhadap kuat tekan
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
3.3 Variasi pengolahan abu
Hasil kuat tekan mortar geopolimer berdasarkan pengolahan abu dapat dilihat pada Gambar 3.4.Campuran mortar dengan abu tanpa disaring (mix 11) menghasilkan mortar dengan kuat tekan terendah dibandingkan dengan mortar lainnya. Penyaringan tidak hanya menghilangkan material asing serta cangkang dan serabut yang tidak terbakar ditungku boiler, tetapi juga untuk meningkatkan kehalusan partikel abu sawit. Tingkat kehalusan partikel abu sawit berpengaruh terhadap reaktivitas selama proses polimerisasi. Semakin tinggi tingkat kehalusan maka abu sawit akan semakin reaktif (Tangchirapat et al. 2002)
Gambar 5. Pengaruh pengolahan abu
Pada penelitian ini,secara umum kuat tekan campuran dengan variasi modulus aktivator (Ms), variasi dosis aktivator (%Na2O), variasi suhu perawatan, variasi pengolahan abu dan
variasi rest period mengalami penurunan pada umur 28 hari. Temuan serupa diperoleholehWulandari (2015)yang menggunakan bahan dasar abu terbang dan abu sawit dengan kandungan kimia sama untuk mortar geopolimer. Penurunan kuat tekan mortar geopolimer abu terbang dan geopolimer abu sawit dapat diamati pada umur 28 hari. Mortar abu terbang yang tidak direndam memiliki kuat tekan sebesar 22 MPa pada umur 7 hari dan mengalami penurunan kuat tekan menjadi 17,73 MPa pada umur 28 hari. Mortar abu sawit tanpa direndamjuga mengalami penurunan setelah umur 28 hari. Hal ini menunjukkan bahwa perlu penelitian lanjutan untuk mengetahui penyebab terjadinya penurunan kuat tekan geopolimer campuran abu terbang dan abu sawit tersebut.
4. KESIMPULAN
Campuran abu terbang dan abu sawit paling optimum yaitu 75:25 yang menghasilkan kuat tekan diatas 20 MPa.Peningkatan jumlah modulus aktivator dan suhu perawatan pada mortar geopolimer campuran abu terbang dan abu sawit dapat meningkatkan kuat tekan.Dosis aktivator (%Na2O) diatas 22,5% dalam larutan alkali aktivator akan menurunkan kuat tekan mortar.Campuran abu dengan lolos saringan No. 200 menghasilkan kuat tekan optimum.Rest period melebihi 3 hari dapat menurunkan kuat tekan mortar geopolimer campuran abu terbang dan abu sawit. Penurunan kuat tekan pada umur 28 hari menunjukkan bahwa penelitian lanjutan perlu dilakukan.
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
DAFTAR PUSTAKA
Adam, A.A. 2009. Strength and Durability Properties of Alkali Activated Slag and Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Thesis for PhD Degree. Department of Civil Engineering, RMIT (unpublished).
Ariffin, M.A.M., Hussin, M.W. & Bhutta, M.A.R. 2011. Mix design and compressive strength of geopolymer concrete containing blended ash from agro-industrial wastes. Advanced Materials Research 339: 452–457.
Bhutta, M.A.R. et al., 2013. Sulfate and Sulfuric Acid Resistance of Geopolymer Mortars Using Waste Blended Ash. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 61:3, pp.1–5.
Available at:
http://www.jurnalteknologi.utm.my/index.php/jurnalteknologi/article/view/1762 [Accessed May 18, 2014].
Bhutta, M.A.R. et al., 2014. Sulphate Resistance of Geopolymer Concrete Prepared from Blended Waste Fuel Ash. American Soecity of Civil Engineers, pp.1–6.
Hardjito, D., 2005. Studies on Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Curtin University of Technology.
Hardjito, D. & Rangan, B. V, 2005. Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Hussin, M.W. et al., 2014. Performance of blended ash geopolymer concrete at elevated
temperatures. Material and Structures.
Olivia, M., 2011. Durability Related Properties of Low Calcium Fly Ash Based Geopolymer Concrete. Curtin University of Technology.
Olivia, M., Putri, W.A.H., Darmayanti, L., Sitompul, R.S., Kamaldi, A. & Djauhari, Z. 2014. Parametric study on the compressive strength of plam oil fuel ash (POFA) geopolymer mortar. The International Conference on Environmentally Friendly Civil Engineering Construction and Materials (EFCECM 2014). Manado, Indonesia, 13-14 November 2015.
Sindhunata et al., 2006. Effect of Curing Temperature and Silicate Concentration on Fly- Ash-Based Geopolymerization. American Chemical Society, 45(April), pp.3559–
3568.
Tangchirapat, W. et al., 2002. Use of waste ash from palm oil industry in concrete.
Yang, T., Yao, X., Zhang, Z., Wang, H. 2012. Mechanical property and structure of alkali- activated fly ash and slag blends. Journal of Sustainable Cement-Based Materials 1(4): 167-178.
Yusuf, M.O., Johari, M.A.M., Ahmad, Z.A., and Maslehuddin, M. 2014. Strength and microstructure of alkali-activated binary blended binder containing palm oil fuel ash and ground blast-furnace slag. Construction and Building Materials 52: 504-510.
Aldi, N.I., Edy, S., Monita, O., Kajian Parameter Mortar Geopolimer Menggunakan Campuran Abu Terbang (Fly Ash) dan Abu Sawit (Palm Oli Fuel Ash)
Wulandari, C., 2015. Durabilitas Mortar Geopolimer FA dan POFA di Lingkungan Asam. Riau University.
Harnedi, M., Numerical Modelling of Pile Bearing Capacity Distribution