5
Universitas Kristen Petra
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Fly Ash
Fly ash (FA) merupakan abu limbah pembakaran batu bara di pembangkit tenaga listrik. Fly ash telah banyak digunakan untuk meningkatkan sustainability beton. Meskipun begitu, penggunaan fly ash dalam industri hanya sekitar 25%
dari produksi fly ash di seluruh dunia. Fly ash pada umumnya berbentuk bulat dan sangat halus <1μm (Rivera et al., 2014).
Penggolongan fly ash dibagi menjadi 2 golongan, yaitu fly ash kelas F dan C. Fly ash kelas F merupakan fly ash yang mengandung CaO (kalsium oksida) kurang dari 10% yang dihasilkan dari pembakaran bitumen batu bara. Fly ash kelas F disebut juga disebut Low Calcium FlyAsh (LCFA), serta tidak memiliki sifat cementitious dan hanya bersifat pozzolanic.
Sedangkan fly ash kelas C merupakan tipe fly ash yang mengandung CaO diatas 10% yang dihasilkan dari pembakaran sub-bitumen batu bara (batu bara muda). Fly ash kelas C disebut juga High Calcium Fly Ash (HCFA), serta mengandung CaO tinggi sehingga memiliki sifat cementitious.
Fly ash merupakan material pozzolanic. Material ini umumnya memiliki tipikal kandungan SiO2 (silika) dan Al2O3 (aluminium) dalam kadar yang tinggi, serta rendah kadar CaO (kalsium). Oleh karena itu, reaktivitasnya sangat rendah atau bahkan tidak ada sama sekali saat bereaksi dengan air. Namun dengan adanya penambahan air dan Ca(OH)2, pozzolan akan bereaksi untuk membentuk properti cementitious. Pada umumnya reaksi pozzolanic adalah sebagai berikut:
Ca(OH)2 Ca++ + 2[OH]- ...(1)
Ca++ + 2[OH]- + SiO2 CSH ...(2)
Ca++ + 2[OH]- + Al2O3 CAH ...(3)
Kandungan kalsium dalam fly ash kelas C dapat menghasilkan reaksi (1), (2), dan (3) tanpa penambahan kalsium dari sumber eksternal (Roskos, Cross, Berry, & Stephens, 2011).
6
Universitas Kristen Petra
2.2 Pengaruh Fly Ash pada Kualitas Beton
Pengaruh dari menggunakan fly ash ini secara teknis adalah menggantikan semen dalam beton termasuk peningkatan workability, mengurangi pendarahan, mengurangi kenaikan suhu dalam beton, mengurangi penyusutan, serta dapat mengurangi korosi tulangan dalam beton. Dari prespektif biaya, menggunakan fly ash dapat mengurangi biaya produksi beton dan pembuangan limbah fly ash (Rivera, Martínez, Castro, & Mauricio, 2015).
Peningkatan workability
Karena bentuk partikel fly ash yang sangat halus dan bentuknya bulat, hal ini menyebabkan kebutuhan air dari campuran beton berkurang.
Selain itu kelecakan campuran beton akan meningkat dan akan memudahkan saat proses pengadukan beton.
Pengurangan penyusutan, korosi tulangan.
Ukuran partikel yang sangat halus membuat fly ash dapat mengisi celah kecil dalam campuran beton. Hal ini dapat meningkatkan kepadatan beton sehingga lebih kedap air, tulangan pada beton lebih tahan korosi, dan memperkecil susut beton.
2.3 Beton 100% Fly Ash
Pada umumnya, fly ash hanya digunakan untuk menggantikan kurang dari 25% semen pada campuran beton. Dengan memahami karakter fly ash yang dapat menggantikan penggunaan semen, fly ash memiliki potensial untuk digunakan dalam kadar yang tinggi sehingga dapat mereduksi pencemaran lingkungan akibat pemakaian semen (Berry et al., 2009). Selama beberapa tahun terakhir ini, telah dilakukan penelitian mengenai penggunaan beton 100% fly ash. Pada awalnya, penelitian ini didasarkan pada motivasi untuk meminimalisasi segudang dampak lingkungan yang berkaitan dengan beton pada umumnya dengan menggunakan material daur ulang seperti dalam hal ini, fly ash kelas C yang memiliki kadar CaO tinggi atau High Calcium Fly Ash (HCFA) (Cross & Stephens, 2008).
Pada campuran beton 100% fly ash digunakan rasio w/cm (water to cementitious material) antara 0,2–0,24. Rasio w/cm yang lebih rendah dari campuran beton dengan menggunakan semen ini disebabkan oleh partikel fly ash
7
Universitas Kristen Petra
yang berbentuk bulat sehingga dapat mempermudah kelecakan dengan w/cm yang rendah (Berry et al., 2009).
2.4 Boraks
Berkaitan dengan setting time High Calcium Fly Ash (HCFA) yang lebih cepat dibandingkan dengan Low Calcium Fly Ash (LCFA), maka akan terjadi flash set atau proses pengikatan beton yang cepat. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dalam campuran beton 100% fly ash ditambahkan boraks yang bekerja secara efektif sebagai retarder (memperlambat setting time) (Berry et al., 2009).
Boraks merupakan mineral alami yang terdiri dari boron, sodium, oksigen dan air. Kandungan borkas tersebut sangat efisien digunakan sebagai retarder.
Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan persentase rasio boraks yang digunakan dengan kuat tekan 28 hari dari berbagai macam jenis fly ash yang digunakan (Cross & Stephens, 2008).
Tabel 2.1 Tabel Perbandingan Rasio Boraks dan Kuat Tekan Beton (Cross &
Stephens, 2008)
Binder
Borax as a % of Weight of Fly Ash for 2,5 hr Set
Timea
Slumpb (in)
28 day Compressive Strengthb (psi) Port
Neal 0,15 4 3870
Dave
Johnston 0,38 4 3580
Council
Bluffs 0,1 5 1270
Corette 0,45 5 3870
a from mortar mixtures
b from concrete mixtures
8
Universitas Kristen Petra
2.5 Kalsium Oksida
Kalsium oksida (CaO) merupakan senyawa kimia berupa kristal basa.
Kalsium oksida berkontribusi dalam hal meningkatakan kekuatan dan mengurangi permeabilitas pada campuran beton. Selain itu, kalsium hidroksida juga berperan dalam mengurangi jumlah penyusutan yang terjadi saat campuran beton mengering (Wawasan Ilmu Kimia, 2014).
Kalsium oksida terbuat dari dekomposisi termal bahan-bahan seperti batu gamping (limestone), atau cangkang mollusca, yang mengandung kalsium karbonat (CaCO3; mineral kalsit) sebagai kapur bakar (lime klin). Proses kalsinasi atau pembakaran kapur pada kalsium oksida dapat dilakukan dengan cara memanaskan material di atas 825 °C (1517 °F). Proses tersebut bertujuan untuk membebaskan molekul karbon dioksida (CO2). Kapur ini tidak stabil dan ketika didinginkan dapat secara spontan bereaksi dengan CO2 dari udara sampai cukup waktu akan diubah kembali menjadi kalsium karbonat (Wawasan Ilmu Kimia, 2014).
2.6 Kalsium Hidroksida
Kalsium hidroksida adalah senyawa kimia yang dapat berupa kristal tak berwarna atau bubuk putih. Senyawa ini dihasilkan melalui reaksi kalsium oksida (CaO) dengan air, seperti rumus kimia berikut :
CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63,7 kJ/mol of CaO)...(4)
Penambahan senyawa kalsium dalam campuran beton dapat menambah kekuatan beton dan mempercepat proses pengerasan beton. Kalsium hidroksida merupakan basa kuat yang diperoleh melalui proses kalsinasi (pemanasan) kalsium karbonat hingga bertransformasi ke dalam oksida kalsium. Kalsium hidroksida berbentuk bubuk putih dengan pH yang tinggi yaitu sekitar 12,6 dan memiliki kadar kelarutan 1,2g/L pada suhu 25oC (Azima, 2014).
Kalsium hidroksida memiliki peranan yang sama dengan kalsium oksida, yaitu berkontribusi dalam hal meningkatkan kekuatan dan mengurangi permeabilitas pada campuran beton. Selain itu, kalsium hidroksida juga berperan dalam mengurangi jumlah penyusutan yang terjadi saat campuran beton mengering (Wawasan Ilmu Kimia, 2014).
9
Universitas Kristen Petra
Dalam pemakaiannya, 1, 2, dan 3% berat kalsium oksida menggantikan penggunaan fly ash pada campuran. Sedangkan, untuk kalsium hidroksida, 1,3;
2,6; dan 3,9% berat ditambahkan untuk menjaga konten molar yang sama dari Ca2+ di kedua campuran. Nilai molar yang dikutip dari Ca2+ merupakan tambahan komponen kalsium dan mengabaikan 1,74% kandungan kalsium yang terdapat dalam fly ash (Temuujin , Riessen, Williams, 2009).
1.7 Superplasticizer
Superplasticizer adalah admixture tambahan yang digunakan dalam pembuatan beton mutu tinggi. Sifat-sifat superplasticizer diantaranya adalah menghilangkan gaya permukaan pada partikel semen sehingga dapat lebih menyebar, melepaskan air yang terikat dalam kelompok partikel semen untuk menghasilkan daya ikat antar partikel yang lebih kuat. Penggunaan superplasticizer dapat meningkatkan flowability dari campuran beton tanpa harus mengubah kebutuhan water content dari campuran tersebut. Namun, hal ini perlu disertai penggunaan dosis superplasticizer yang tepat, karena apabila digunakan secara berlebih terutama saat keadaan water content yang tinggi justru dapat menyebabkan terjadinya ketidakseragaman campuran beton dan akhirnya mengarah ke segregasi (Kwan & Fung, 2013). Penambahan superplasticizer maksimal 2% dari berat cementitious. Lebih dari itu akan mengakibatkan penurunan mutu beton (Hardjito, Wallah, Sumajouw, & Rangan, 2007).
