Prodi Diploma Teknik Sipil FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember [email protected]
Abstrak
Teknologi beton geopolimer adalah teknologi beton ramah lingkungan yang berpotensi untuk terus dikembangkan sebagai material konstruksi pada proyek infrastruktur. Faktor utama yang menjadi daya tarik beton geopolimer adalah pada proses geopolimerisasi, proses yang merubah hasil limbah industri yang mengandung alumino-silikat oksida menjadi produk geopolimer dengan kekuatan mekanik tinggi tanpa menggunakan semen. Penelitian ini bertujuan mengetahui karakteristik kekuatan beton geopolimer dengan meneliti pengaruh air laut terhadap mikrostruktur beton geopolimer. Pengujian yang dilakukan adalah Uji kuat tekan pada benda uji silinder diameter 100 mm dan tinggi 200 mm pada umur 28 hari dan mikrostruktur beton geopolimer dilakukan dengan scanning electron microscope (SEM) pada benda uji dengan ketebalan 2 mm pada umur 28. Penelitian ini memberi kesimpulan bahwa kuat tekan dan mikrostruktur beton geopolimer dengan perawatan di lingkungan air laut memberi pengaruh lebih baik dibandingkan dengan pengaruh akibat dirawat pada suhu ruang.
Kata Kunci: beton geopolimer, kuat tekan, mikrostruktur, beton ramah lingkungan
1. Pendahuluan
Beton merupakan material konstruksi bangunan yang paling banyak digunakan karena selain mudah dalam pelaksanaannya, juga dikarenakan kemudahan dalam mendapatkan bahan-bahan dasar pembentuknya, dimana beton dibentuk oleh semen, agregat halus, agregat kasar dan air.(Neville, 1995) Dalam hal ini, semen memegang peranan penting karena semen berfungsi membentuk pasta untuk mengikat agregat.
Dari hasil riset sebelumnya (B. Vijaya Rangan et al., 1987,Davidovits, 1994,Hardjito, 2004) menyebutkan bahwa proses produksi semen tidak ramah terhadap lingkungan sekitar, hal ini yang memberi latar belakang penelitian ini. Pada proses memproduksi
semen terjadi pula emisi CO2 ke udara sebanding
dengan 1 : 1 yang artinya apabila diproduksi 1 ton semen sama dengan memproduksi 1 ton gas emisi
CO2(PBL, 2008) ke udara sehingga dapat
menyebabkan gas asam beracun di langit yang berakibat menipisnya lapisan ozon di bumi dan menyebabkan efek rumah kaca yang sering kita kenal dengan istilah global warming (Davidovits, 1994).
Seiring dengan berkembangnya teknologi, banyak para ahli material memikirkan bagaimana cara
untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Sedangkan sebagai larutan alkalinya digunakan sodium hidroksida (NaOH) yang berfungsi untuk membantu proses pengikatan antar partikel.
Fly ash (abu layang) seringkali dimanfaatkan sebagai agregat dalam pembuatan beton ringan geopolymer karena selain mempunyai kadar Al dan Si yang tinggi, penambahan fly ash juga akan menurunkan kepadatan (densitas) beton sehingga memenuhi kriteria sebagai beton ringan, di sisi lain pemanfaatan fly ash juga dapat menurunkan kuat tekan dari beton itu sendiri. Rumusan masalah penelitian ini terletak pada pemahaman polimerisasi merupakan kunci kekuatan dan keawetan pada beton geopolimer yang terus diteliti sampai saat ini. Salah satunya adalah mencari komposisi beton geopolimer yang mempunyai kekuatan dan keawetan akibat pengaruh di lingkungan korosif. Pada penelitian sebelumnya(MS Darmawan et al., 2014) telah ditentukan komposisi optimal untuk binder dan beton geopolimer dengan pengaruh lingkungan korosif. Untuk itu tujuan penelitian ini melanjutkan studi komposisi penyusun beton geopolimer dan pengaruh lingkungan korosif pada mikrostruktur pada beton geopolimer dengan fly ash.
Penelitian ini membuat beton geopolimer yang direncanakan untuk memastikan komposisi yang baik dari penelitian sebelumnya, guna menghasilkan beton geopolimer yang kuat dan awet. Penelitian ini mengacu pada penelitian dahulu (Darmawan et al., 2012) yang mempunyai kuat tekan tertinggi pada
perbandingan Na2SiO3 dan NaOH sebesar 1,5
dengan tingkat kemolaran 12. Penelitian ini direncanakan 8 komposisi campuran atau 8 kombinasi. Benda uji silinder kuat tekan dengan diameter 100 mm dan tinggi 200 mm tiap-tiap komposisi 3 benda uji pada umur 28 hari. Uji mikrostruktur beton geopolimer dilakukan dengan scanning electron microscope (SEM) pada benda uji
dengan ketebalan 2 mm pada umur 28 hari
.
Komposisi yang direncanakan dalam beton geopolimer saat ini terdiri dari kemolaran sebesar
12M dan 14M, dengan perbandingan Na2SiO3 dan
NaOH sebesar 1,5, fly ash: alkali sebesar 74 : 26 dan 70 : 30 , agregat : pasta 70 : 30 dan agregat kasar:halus 60 : 40. Komposisi tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 dan bagan alir komposisi bahan penyusun beton geopolimer diterangkan pada gambar 1.
3. Hasil dan Pembahasan
Fly ash, sebagai bahan utama penyusun bahan pengikat/binder beton geopolimer. Komposisi kimia dan fasa dari fly ash tergantung kepada mineral-mineral yang berhubungan dengan asal batubara dan tergantung pula kepada kondisi pembakarannya. Apabila fly ash yang dipakai berasal dari industri yang berbeda, maka akan diperoleh fly ash dengan komposisi yang berbeda pula, walaupun dengan jenis mineral yang sama. Oleh sebab itu, fly ash wajib dilakukan uji fisik dan kimia agar diketahui karakter sifat fisik dan kimianya sebelum dimanfaatkan lebih jauh sebagai beton geopolimer yang akan mendapat pengaruh korosi dari air laut. Analisa sifat fisik dan kimia fly ash telah dilakukan di Laboratorium Studi Energi dan Rekayasa LPPM – ITS Surabaya yang meliputi uji. Gambar 2 menerangkan uji derajad kekristalan partikel fly ash dengan analisa XRD.
Tabel 1. Kombinasi Komposisi Beton Geopolimer
Kode Kombinasi Keterangan curing C12-74L ( 12M, 1.5 , 74 : 26 , 70 : 30, 60 : 40) di lingkungan air Laut C12-74R ( 12M, 1.5 , 74 : 26 , 70 : 30, 60 : 40) di suhu ruang C12-70L ( 12M, 1.5 , 70 : 30 , 70 : 30, 60 : 40) di lingkungan air Laut
Kode Kombinasi Keterangan curing C12-70R ( 12M, 1.5 , 70 : 30 , 70 : 30, 60 : 40) di suhu ruang C14-74L ( 14M, 1.5 , 74 : 26 , 70 : 30, 60 : 40) di lingkungan air Laut C14-74R ( 14M, 1.5 , 74 : 26 , 70 : 30, 60 : 40) di suhu ruang C14-70L ( 14M, 1.5 , 70 : 30 , 70 : 30, 60 : 40) di lingkungan air Laut C14-70R ( 14M, 1.5 , 70 : 30 , 70 : 30, 60 : 40) di suhu ruang Beton Geopolimer Bahan pengisi Bahan pengikat
Agregat kasar Agregat halus Fly ash Alkali Aktivator NaOH 12M NaOH 14M Na2SiO3/ NaOH = 1,5 Na2SiO3/ NaOH = 1,5 Gambar 1. Bagan alir komposisi bahan penyusun beton
geopolimer
Gambar2. Hasil analisa XRD fly ash
Kandungan kimia fly ash ditentukan dengan analisa X-Ray Fluorescence (XRF) yang ditampilkan pada tabel 2. Jumlah unsur senyawa SiO2, Al2O3 dan Fe2O3 sama dengan 66,6%, < 70%, fly ash yang digunakan di penelitian ini dikategorikan pozolan tipe C. Gambar 3. Untuk mengetahui mikrostruktur karakter butiran partikel fly ash juga dilakukan analisa Scanning Electron Microscop (SEM) yang dipresentasikan pada gambar 3.
Seminar Nasional ke – 9: Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi
Tabel 2. Komposisi Kimia FlyAsh Jenis senyawa Kadar ( % )
SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 Fe2O3 SO3 P2O5 MnO SrO 31,71 11,75 10,69 4,68 1,71 1,31 0,66 10,70 1,60 0,17 0,09 0,49
Gambar3. Visualisasi mikrostruktur partikel fly ash yang digunakan di penelitian ini
Hasil tes dari kuat tekan beton yang dilakukan di Laboratorium Uji Material Diploma III Teknik Sipil – FTSP – ITS Surabaya ditampilkan pada tabel 3. Tabel 3. Hasil kuat tekan beton geopolimer
Kode
Rata-rata kuat tekan beton geopolimer (N/mm2) C12-74L 5.98 C12-74R 13.36 C12-70L 5.81 C12-70R 12.43 C14-74L 24.99 C14-74R 14.3 C14-70L 14.34 C14-70R 12.94 .
Hasil mikrostruktur beton geopolimer dengan metode SEM pada semua komposisi beton
Gambar 4. Visualisasi mikrostruktur C12-74L dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 5. Visualisasi mikrostruktur C12-74R dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 6. Visualisasi mikrostruktur C12-70L dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 8. Visualisasi mikrostruktur C14-74L dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 9. Visualisasi mikrostruktur C14-74R dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 10. Visualisasi mikrostruktur C14-70L dengan pembesaran 10.000 kali
Gambar 11. Visualisasi mikrostruktur C14-70R dengan pembesaran 10.000 kali
Hasil perbandingan SEM C14-74L yang di curing di air laut dengan C12-74R yang di curing di suhu ruang dapat dicermati bahwa yang dirawat di air laut
lebih padat di bandingkan perawatan pada suhu ruang. Selain itu pori pori yang dirawat di air laut lebih sedikit dibandingkan pori-pori yang dirawat pada suhu ruang.
4. Kesimpulan
Kuat tekan dan mikrostruktur beton geopolimer dengan perawatan di lingkungan air laut memberi pengaruh lebih baik dibandingkan dengan pengaruh akibat dirawat pada suhu ruang. Saran yang diusulkan adalah karakterisasi perawatan beton geopolimer perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan memberikan perawatan suhu antara 60o-70o celsius selama 24 jam sebelum dilakukan perawatan di lingkungan air laut untuk menegaskan bahwa bahwa perawatan beton di lingkungan air laut memberi pengaruh lebih baik dibandingkan perawatan pada suhu ruang.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada LPPM-ITS yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan penelitian hibah laboratorium ini. Selain itu, diucapkan terima kasih kepada Lab Uji Material Prodi DIII Teknik Sipil yang telah memberikan fasilitas dalam melaksanakan penelitian.
Daftar Pustaka
B. Vijaya Rangan, Djwantoro Hardjito, Steenie E. Wallah and Sumajouw aDMJ (1987) Studies on fly ash-based geopolymer concrete In Geopolymer: green chemistry and sustainable development solutions Faculty of Engineering and Computing, Curtin University of Technology, GPO Box U 1987, Perth 6845, Australia
Darmawan MS, Bayuaji R, Wibowo B, Husin NA and Subekti S (2012) Pengaruh Lingkungan Korosif pada Binder Geopolimer dengan Fly Ash. In Seminar Nasional STTNas, Jogjakarta.
Davidovits J (1994) Global Warming Impact on the Cement and Agregate Industries. Word Resource Review Vol.6, No.2: 263-278.
Davidovits J (1994) High-Alkali Cements for 21st Century Concretes. in Concrete Technology, Past, Present and Future. In V Mohan Malhotra Symposium P.K. Metha, ed., Volume SP-144. ACI pp. 383-397. Hardjito D, Wallah, S. E., Sumajouw D. M.J., and
Rangan, B.V. (2004) On the Development of Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. ACI Materials Journal V. 101, No. 6(November-December 2004.): 467-472.
MS Darmawan, R Bayuaji, B Wibowo, NA Husin and Subekti S (2014) The Effect of Chloride Environment on Mechanical Properties Geopolymer Binder with Fly Ash. Key Engineering Materials 594: 648-655.
Neville AM (1995) Properties of Concrete. Longman. PBL (2008) Global CO2 emissions: increase continued in
Seminar Nasional ke – 9: Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi