BAB IV Hasil Pengujian dan Pembahasan

(1)

BAB IV Hasil Pengujian dan Pembahasan

IV.1 Umum

Bab ini menyajikan hasil-hasil eksperimental dan pembahasan yang meliputi; komponen zat di dalam media, identifikasi dan analisis pertumbuhan serta produk metabolik mikroorganisme pada media, aspek kimiawi bubuk slag nikel, efek konsistensi dan waktu pengikatan (setting time), profil mikroorganisme di dalam material beton serta perilaku fisik dan mekanik beton nonintrusi dan terintrusi mikroorganisme.

Pembahasan juga dilakukan terhadap analisis degradasi fisik dan mekanik beton, analisis mikrostruktur dan hubungan antar parameter. Analisis degradasi fisik dan mekanik meliputi; peningkatan porositas dan permeabilitas, kehilangan massa, dan penurunan kekuatan. Sedangkan analisis mikrostruktur beton mencakup; retak mikro, void, unsur-unsur kimia, profil kalsium hidroksida dan kalsium silikat hidrat serta senyawa-senyawa kimia lainnya seperti; ettringite, kalsium karbonat, kalsium magnesium aluminium silikon oksida, dan rankinite.

IV.2 Komponen Zat di dalam Media Air Kelapa

Seperti telah dikemukakan pada bab III bahwa media air kelapa dipilih karena mengandung sejumlah zat-zat yang dapat menjadi sumber pertumbuhan mikroorganisme, seperti terlihat pada tabel IV.1.

Tabel IV.1. Kandungan zat-zat di dalam media

No. Komponen Komposisi (%)

1 Air 95,50 2 Gula total 2,08 3 Kalium oksida 0,69 4 Mineral 0,62 5 Asam fosfat 0,56 6 Zat besi 0,50 7 Nitrogen 0,05

(2)

Zat-zat yang terkandung di dalam media tersebut umumnya merupakan sumber energi dan nutrisi yang diperlukan bagi pertumbuhan mikroorganisme. Khusus untuk gas nitrogen, meskipun prosentasenya relatif kecil tetapi berpotensi sebagai pemacu daya susup mikroorganisme ke dalam pori-pori beton. Selain itu gas nitrogen juga merupakan salah satu unsur yang berperan di dalam proses pembusukan media, sehingga mempercepat pembentukan mikroorganisme. Dalam proses pembusukan tersebut, karbohidrat (gula) merupakan unsur utama di dalam pembentukan zat-zat organik.

IV.3 Identifikasi dan Analisis Pertumbuhan Mikroorganisme

Setelah melalui proses pembusukan (fermentasi), mikroorganisme yang tumbuh pada media teridentifikasi dominan sebagai golongan jamur (Aspergillus niger) dan ragi (Sacchromycodes ludwigi) dengan visualisasi seperti terlihat pada gambar IV.1. Golongan aspergillus niger atau jamur merupakan hal yang sering ditemukan di dalam dunia konstruksi, terutama pada kondisi lingkungan dengan kelembaban yang relatif tinggi. Kedua golongan ini tumbuh dan berkembang dengan ciri pertumbuhan berbentuk koloni dengan ukuran diameter antara 0,05

μm hingga 0,5 μm.

Jamur (Aspergillus niger) Ragi

(Sacchromycodes ludwigi)

(3)

Kedua golongan mikroorganisme tersebut di atas dalam proses metaboliknya mengoksidasi karbohidrat (gula) menjadi alkohol sehingga berperan sebagai substrat baru. Selanjutnya melalui sistim pernafasan aerob, substrat tersebut dibongkar sedemikian sehingga menghasilkan sumber energi baru dan zat-zat organik.

Melalui pengujian kromotografi dengan metode High Performance Liquid Chromotography (HPLC), kedua golongan mikroorganisme tersebut dalam proses metaboliknya memproduksi zat asam berupa asam asetat (CH3COOH). Zat asam ini apabila terintrusi ke dalam pori-pori beton, dapat bereaksi dengan senyawa kalsium hidroksida (CH) dan kalsium silikat hidrat (CSH), sehingga mengakibatkan kerusakan fisik maupun mekanik beton. Bentuk pengrusakannya bersumber dari pelarutan kalsium hidroksida (CH) dan ketidakstabilan kristal kalsium silikat hidrat (CSH) sebagai komponen utama kekuatan beton. Persamaan reaksi kimia yang menunjukkan proses pelarutan tersebut, telah dicontohkan sebelumnya seperti terlihat pada persamaan I.3. Sedangkan persamaan reaksi kimia yang menunjukkan ketidakstabilan kalsium silikat hidrat, terlihat seperti pada persamaan II.5. Reaksi antara asam asetat (CH3COOH) dengan kalsium hidroksida (CH) dan kalsium silikat hidrat (CSH) tersebut merupakan bagian dari proses metabolik mikroorganisme di dalam beton.

Berdasarkan analisis tersebut di atas, dapat diduga bahwa mikroorganisme berpotensi hidup dan berkembang di dalam material beton karena ketersediaan nutrien yang sumber utamanya dari kalsium hidroksida (CH).

Gambar IV.2 menunjukkan kurva pertumbuhan untuk kedua golongan mikroorganisme (jamur dan ragi), dimana pertumbuhannya terjadi dalam beberapa fase, mulai dari fase lag (penyesuaian diri) hingga fase nonaktif (kematian). Kedua golongan mikroorganisme ini memiliki kemampuan penyesuaian diri yang relatif cepat, meskipun substratnya dalam kondisi terisolasi. Hal ini ditunjukkan oleh terbentuknya total koloni pada enam jam pertama yang cukup signifikan yaitu sebesar 8x106 - 8,5x106 cfu/ml (coloni forming unit).

(4)

Pembelahan sel mulai terjadi setelah enam jam pertama hingga 12 jam berikutnya dengan total satuan bentukan koloni antara 8,5x106 - 1,0x107 cfu/ml (fase aktif). Setelah itu aktifitas sel mikroorganisme meningkat secara eksponensial hingga umur substrat mencapai 60 jam dengan total satuan bentukan koloni sebesar 6,7x107 cfu/ml (fase eksponensial). Fase deselerasi ditunjukkan dengan berkurangnya aktifitas sel pada umur substrat 60 hingga 72 jam dengan puncak pertumbuhan koloni mikroorganisme 7,8x107 cfu/ml. Pada fase ini terdapat sel-sel mikroorganisme yang mulai mengalami kematian. Fase stasioner berlangsung relatif sangat cepat dan seolah-olah cenderung langsung memasuki fase kematian, yaitu fase dimana jumlah sel yang mati lebih banyak daripada jumlah sel yang masih hidup. Pada fase kematian ini, pH substrat terlihat konstan dengan nilai pH rata-rata ± 3,5. Meskipun nilai pH tersebut masih dalam batas-batas yang disukai bagi pertumbuhan kedua golongan mikroorganisme tersebut, tetapi karena sumber nutrien dan sumber energi lainnya sudah tidak mencukupi lagi di dalam pertumbuhannya sehingga mikroorganisme tersebut mengalami kematian secara besar-besaran. 1.E+06 1.E+07 1.E+08 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 Waktu (jam) To ta l ko lo n i (cfu /ml ) 0 1 2 3 4 5 6 7 pH Koloni mikroba pH

Gambar IV.2. Kurva pertumbuhan golongan mikoorganisme jamur dan ragi (Aspergillus niger and Sacchromycodes ludwigi)

(5)

IV.4 Aspek Kimiawi Bubuk Slag Nikel

Bubuk slag nikel dengan tekstur butiran seperti diperlihatkan pada gambar IV.3, mengandungan berbagai senyawa kimia sebagaimana yang telah disajikan pada bab III (tabel III.1). Secara garis besar dapat disimpulkan bahwa berdasarkan kriteria yang diatur dalam spesifikasi American Society for Testing and Materials (ASTM C618-93), bubuk slag nikel memenuhi syarat sebagai mineral tambahan di dalam campuran beton. Hal ini dapat diukur melalui parameter-parameter; jumlah senyawa kimia SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 lebih besar dari 70%, SO3 lebih kecil dari 4%, LoI (loss on ignition) lebih kecil dari 10%, dan kadar air yang lebih kecil dari 3%. Selain itu dengan menggunakan persamaan II.9, diperoleh modulus kimia sebesar 0,54 sehingga bubuk slag nikel juga memenuhi kriteria modulus kimia tersebut sebagaimana yang diusulkan oleh Bijen, J. (1996).

Gambar IV.3. Mikrostruktur bubuk slag nikel (perbesaran 500 kali)

Bubuk slag nikel dengan kandungan senyawa kimia SiO2 sebesar 42,45%, dapat memberikan efek pozzolanik melalui reaksi kimia sebagai berikut :

( )

4 4 3 4 4 2 1 sekunder CSH O H . SiO CaO. OH Ca SiO₂ + ₂ → ₂ ₂ (IV.1)

(6)

Bubuk slag nikel juga mengandung senyawa Fe2O3 sebesar 25,71%, dimana apabila bereaksi dengan air (H2O) akan membentuk senyawa besi hidroksida (2FeOOH). Senyawa ini merupakan lapisan pasif yang dapat melindungi baja tulangan terhadap kemungkinan terjadinya korosi.

Disisi lain bubuk slag nikel juga mengandung senyawa MgO sebesar 12,68%, dimana apabila bereaksi dengan air (H2O) akan membentuk senyawa magnesium hidroksida (Mg(OH)2) yang berpotensi menyebabkan ekspansi volume yang biasanya ditandai dengan reta-retak pada matriks setelah beton mengeras.

Selain itu terdapat pula senyawa kimia Na2O dan K2O yang apabila bereaksi dengan air (H2O) akan membentuk senyawa natrium hidroksida (2NaOH) dan kalium hidoksida (2KOH) yang dapat menyebabkan naiknya pH larutan pori beton. Namun disisi lain apabila agregat yang digunakan dalam campuran beton bersifat reaktif, maka senyawa tersebut dapat menyebabkan disintegrasi beton yang pada akhirnya mempengaruhi kekuatan beton.

IV.5 Efek Konsistensi dan Waktu Pengikatan

Gambar IV.4. (a) sampai dengan (h) memperlihatkan hubungan antara kebutuhan air dan penetrasi pada berbagai proporsi campuran semen dan bubuk slag nikel. Melalui hubungan tersebut, konsistensi normal dapat ditentukan yaitu saat penetrasi jarum vicat menembus pasta pada kedalaman 10 ± 1 mm (ASTM C187-86). Kondisi ini merupakan acuan di dalam menentukan jumlah kebutuhan air optimum pada setiap proporsi campuran kedua bahan tersebut.

Prosentase kebutuhan air optimum pada setiap 500 gram campuran semen dan bubuk slag nikel, diperlihatkan seperti pada gambar IV.5. Pada gambar tersebut terlihat bahwa prosentase kebutuhan air berkurang pada setiap pertambahan porsi bubuk slag nikel. Hal ini memberikan indikasi terhadap tingkat kelecakan dan kemudahan pengerjaan (workability) pencampuran beton. Indikasi ini juga akan mengarah kepada efek pengecilan pori, sehingga menyebabkan mikroorganisme terhalang untuk menyusup ke dalam pori-pori beton.

(7)

y = 0.8257x + 119.54 R2_{= 0.9908} 124 126 128 130 132 134 136 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Penetrasi (mm) K ebut uhan ai r (m l) y = 1.4189x + 111.76 R2_{= 0.9932} 118 120 122 124 126 128 130 132 5 7 9 11 13 15 Penetrasi (mm) K e bu tu ha n ai r (m l) (a). M100-0 (b). M90-10 y = 1.3907x + 111.56 R2 = 0.9735 118 120 122 124 126 128 130 132 5 7 9 11 13 15 Penetrasi (mm) K ebutuhan ai r ( m l) y = 1.194x + 112.46 R2_{= 0.9552} 118 120 122 124 126 128 130 132 5 7 9 11 13 15 17 Penetrasi (mm) K e bu tu ha n ai r (m l) (c). M88-12 (d). M86-14 (e). M84-16 (f). M82-18 y = 1.2857x + 110.43 R2 = 0.9643 118 120 122 124 126 128 130 132 5 7 9 11 13 15 17 Penetrasi (mm) K e butuh an a ir (m l) _{y = 1.5354x + 104.13} R2 = 0.998 114 116 118 120 122 124 126 5 7 9 11 13 1 Penetrasi (mm) K eb utuh an air ( m l) 5 y = 1.5354x + 103.37 R2 = 0.998 114 116 118 120 122 124 126 5 7 9 11 13 Penetrasi (mm) K e but uh an a ir (ml) 15 y = 1.5724x + 94.726 R2 = 0.9996 100 105 110 115 120 125 5 7 9 11 13 15 17 Penetrasi (mm) K ebu tu han a ir ( m l) (g). M80-20 (h). M50-50

(8)

25.56 _25.19 _25.09 _24.88 _24.66 23.90 _23.74 22.09 0.00 10.00 20.00 30.00 M100-0 M90-10 M88-12 M86-14 M84-16 M82-18 M80-20 M50-50 K o ns is te ns i n o rm a l ( % )

Gambar IV.5. Prosentase kebutuhan air pada berbagai campuran bahan semen dan bubuk slag nikel dalam kondisi konsistensi normal

Efek lain yang diperlihatkan oleh penggunaan bubuk slag nikel adalah waktu pengikatan (setting time), dimana pada setiap penambahan porsi bubuk slag nikel, waktu yang dibutuhkan dalam proses pengikatan menjadi lebih panjang (lama), seperti terlihat pada gambar IV.6 dan IV.7. Efek ini terjadi karena perubahan komposisi senyawa kimia kapur (CaO) yang berkurang pada setiap penambahan porsi bubuk slag nikel tersebut, seperti terlihat dalam tabel A.6 (lampiran A).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Waktu (menit) Pe n e tr a s i (m m ) M100-0 M90-10 M88-12 M86-14 M84-16 M82-18 M80-20 M50-50

(9)

0 50 100 150 200 250 300 350 W ak tu ( m enit )

Initial setting time (menit) 166 183 185 187 188 189 190 215

Final setting time (menit) 225 255 270 270 270 270 285 300

M100-0 M90-10 M88-12 M86-14 M84-16 M82-18 M80-20 M50-50

Gambar IV.7. Waktu pengikatan (setting time) bahan campuran semen dan bubuk slag nikel

IV.6 Profil Mikroorganisme di dalam Material Beton

Seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa ciri pertumbuhan mikroorganisme adalah berbentuk koloni sehingga pengukuran kuantitasnya dinyatakan sebagai satuan bentukan koloni dalam setiap berat beton yang diamati atau cfu/gr (coloni forming unit per gram). Secara bersamaan pengukuran juga dilakukan terhadap parameter-parameter yang terkait seperti; pH, suhu, dan kelembaban udara. Disamping itu untuk melihat bentuk profil dari jumlah koloni mikroorganisme yang menyusup ke dalam pori-pori beton, pengukuran dilakukan dengan tiga jenis kedalaman (D) yaitu 0-25 mm, 25-50 mm, dan 50-75 mm. Data lengkap hasil pngukuran disajikan dalam Lampiran C, Tabel C.7.a sampai dengan C.9.g dan grafik C.22 sampai C.42.

Selama 300 hari masa intrusi, seluruh benda uji beton tanpa bubuk slag nikel pada ketiga kedalaman (D) tersebut menunjukkan bahwa pertumbuhan mikroorganisme cenderung meningkat secara linier seperti ditunjukkan oleh kurva BI25-0, BI40-0, dan BI60-0 dalam gambar IV.8 sampai dengan gambar IV.16. Peningkatan ini dapat terjadi karena pengaruh porositas dan dukungan sumber nutrien, terutama

(10)

kalsium hidroksida sehingga memungkinkan mikroorganisme tersebut dapat menyusup dan bertahan hidup (survive) di dalam material beton.

Sedangkan pada benda uji beton yang menggunakan bubuk slag nikel, kurva pertumbuhan mikroorganismenya memiliki puncak pertumbuhan dan pada saat tertentu mengalami penurunan secara signifikan bahkan cenderung mengarah kepada fase kematian, seperti yang ditunjukkan oleh seluruh kurva-kurva kecuali kurva BI25-0, BI40-0, dan BI60-0 di dalam gambar IV.8 sampai dengan gambar IV.16. Gejala penurunan pertumbuhan yang cenderung mengarah pada fase kematian tersebut merupakan dampak dari efek pengecilan pori dan efek pozzolanik bubuk slag nikel yang mengakibatkan kuantitas penyusupan dan ketersediaan sumber nutrien dapat berkurang, sehingga mikroorganisme tersebut tidak dapat bertahan hidup lebih lama (survive) di dalam beton.

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Lama intrusi (hari)

T o ta l k o lo ni m ik roo rga n is m e ( c fu /g r)

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

Gambar IV.8. Grafik pertumbuhan mikroorganisme di dalam beton w/c = 0,57 pada kedalaman D = 0-25 mm

(11)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Lama intrusi (hari)

T ot al k ol oni m ik roor gani s m e (c fu/ gr)

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

Gambar IV.9. Grafik pertumbuhan mikroorganisme di dalam beton w/c = 0,57 dengan kedalaman D = 25-50 mm

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03

14 44 74 104 134 164 194 224 254 284 314 344 Lama intrusi (hari)

T o tal k oloni m ik ro or ganis m e ( c fu /gr )

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

(12)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350

Lama intrusi (hari)

T o ta l k o lo n i m ik ro o rg a n is m e ( fc u /g r)

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

Gambar IV.11. Grafik pertumbuhan mikroorganisme di dalam beton w/c = 0,40 dengan kedalaman D = 0-25 mm 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350

Lama intrusi (hari)

T ot al k ol o ni m ik roor g ani s m e ( fc u /gr )

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

(13)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350

Lama intrusi (hari)

T ot al k ol on i m ik roor ga ni s m e ( fc u/ gr )

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

Lama intrusi (hari)

T o tal k o loni m ik ro or gani s m e ( fc u/ gr )

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI60-18 BI60-20

(14)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350

Lama intrusi (hari)

T ot al k ol on i m ik roor ga ni s m e ( fc u/ gr )

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI6-18 BI60-20

Lama intrusi (hari)

T ot al k ol oni m ik roor gani s m e ( fc u/ gr )

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI60-18 BI60-20

(15)

Gambar IV.17 memperlihatkan kontribusi bubuk slag nikel dan pengaruh mutu beton atau rasio air-semen (w/c) terhadap pertumbuhan mikroorganisme di dalam material beton. Secara umum terlihat bahwa mutu beton atau rasio air-semen (w/c) ikut berpengaruh terhadap total koloni mikroorganisme di dalam beton, dimana semakin tinggi mutu beton, total koloni mikroorganisme cenderung semakin berkurang. Secara khusus total koloni mikroorganisme tersebut semakin berkurang akibat penggunaan bubuk slag nikel.

Pada kedalaman 0-25 mm, puncak pertumbuhan total koloni mikroorganisme terendah bertutur-turut adalah 2,4x104 cfu/gr untuk beton dengan w/c = 0,57 (gambar IV.17.a), 9,7x103 cfu/gr untuk w/c = 0,40 (gambar IV.17.b), dan 4,3x103 cfu/gr untuk w/c = 0,30 (gambar IV.17.c). Ketiga puncak pertumbuhan ini diperoleh dengan 16% bubuk slag nikel.

Pada kedalaman 25–50 mm, puncak pertumbuhannya berturut-turut adalah 1,9x103 cfu/gr untuk w/c = 0,57 dengan 14% bubuk slag nikel (gambar IV.17.a), 8,0 x 102 cfu/gr untuk w/c = 0,40 (gambar IV.17.b), dan 7,2 x 102 cfu/gr untuk w/c = 0,30 (gambar IV.17.c), masing-masing dengan 16% bubuk slag nikel. Sedangkan pada kedalaman 50-75 mm adalah sebesar 60 cfu/gr untuk w/c = 0,57 dengan 14% bubuk slag nikel (gambar IV.17.a), 30 cfu/gr untuk w/c = 0,40 (gambar IV.17.b), dan 26 cfu/gr untuk w/c = 0,30 (gambar IV.17.c), masing-masing dengan 16% bubuk slag nikel.

Apabila satuan puncak pertumbuhan total koloni mikroorganisme tersebut (cfu/gr) dikonversikan menjadi satuan cfu/m3 beton, maka diperoleh faktor konversi sebesar 2,36 x 106 dengan berat isi rata-rata beton 2360 gr/m3.

Dengan faktor konversi tersebut, total satuan bentukan koloni mikroorganisme pada seluruh benda uji beton melebihi 106 fcu/m3, sehingga profil kedua golongan mikroorganisme tersebut (jamur dan ragi) tergolong sebagai populasi yang aktif dan survive (Cookson, 1995).

(16)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Slag nikel (%) T ot al kol oni m aks im um (c fu/ gr) D = 0 - 25 mm D = 25 - 50 mm D = 50 - 75 mm

(a). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,57)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Slag nikel (%) To tal k o lo n i ma k sim u m ( cf u /g r) D = 0 - 25 mm D = 25 - 50 mm D = 50 - 75 mm

(b). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,40)

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Slag nikel (%) To tal k o lo n i mak sim u m ( cf u /g r) D = 0 - 25 mm D = 25 - 50 mm D = 50 - 75 mm

(c). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,30)

Gambar IV.17. Grafik hubungan antara total koloni mikroorganisme maksimum dengan prosentase bubuk slag nikel

(17)

1.0E+00 1.0E+02 1.0E+04 1.0E+06 0 - 25 25 - 50 50 - 75 Kedalam, D (mm) T ot al kol oni m aks im um (c fu/ gr) 0% 10% 12% 14% 16% 18% 20%

(a). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,57)

(b). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,40)

(c). Beton dengan rasio air-semen (w/c = 0,30)

Gambar IV.18. Grafik hubungan antara total koloni mikroorganisme maksimum dengan kedalam intrusi

(18)

Karakteristik pertumbuhan mikroorganisme tersebut di atas, secara lengkap disajikan seperti pada tabel IV.2.

Tabel IV.2. Karakteristik pertumbuhan mikroorganisme di dalam material beton Bubuk

slag nikel

(%) C (cfu/gr) t (hari) C (cfu/gr) t (hari) C (cfu/gr) t (hari) 0 1.12E+05 346 1.92E+04 346 3.80E+02 346 10 3.50E+04 226 4.10E+03 196 1.50E+02 256 12 2.39E+04 256 3.30E+03 256 1.20E+02 256 14 2.40E+04 226 1.90E+03 196 6.00E+01 286 16 1.40E+04 226 2.60E+03 196 1.10E+02 256 18 1.90E+04 286 2.50E+03 196 1.30E+02 286 20 2.00E+04 286 1.00E+03 196 1.30E+02 286 0 6.70E+04 346 1.20E+04 286 2.90E+02 346 10 3.10E+04 226 3.70E+03 196 1.20E+02 226 12 1.60E+04 226 1.70E+03 196 1.30E+02 286 14 1.20E+04 256 1.10E+03 196 7.00E+01 286 16 9.70E+03 226 8.00E+02 196 3.00E+01 286 18 1.20E+04 226 1.10E+03 226 5.00E+01 286 20 1.10E+04 226 1.00E+03 196 4.80E+01 316 0 4.00E+04 346 9.20E+03 346 2.40E+02 346 10 2.10E+04 226 2.10E+03 196 7.00E+01 256 12 1.20E+04 226 1.60E+03 196 5.00E+01 256 14 6.70E+03 196 9.80E+02 196 3.00E+01 286 16 4.30E+03 196 7.20E+02 196 2.60E+01 286 18 5.20E+03 226 8.90E+02 196 4.00E+01 316 20 5.10E+03 196 8.50E+02 196 5.00E+01 316 1 2 3 0,57 0,40 0,30 D = 50-75 mm w/c No.

Puncak pertumbuhan mikroorganisme D = 0-25 mm D = 25-50 mm

(19)

Hasil scanning electron microscopy menunjukkan bahwa setelah terintrusi mikroorganisme selama 28 hari, benda uji BI25-0 mengalami pertumbuhan mikroorganisme yang relatif padat dengan ciri pertumbuhan berkelompok, struktur berbentuk tubular, dan pH 11,9 (gambar IV.19.a). Pada benda uji BI40-0, pertumbuhan mikroorganismenya relatif lebih sedikit dibandingkan dengan benda uji BI25-0, dengan ciri tanpa spora atau non reproduksi dan pH 12,08 (gambar IV.19.b). Sedangkan benda uji BI60-0, pertumbuhan mikroorganisme berlangsung dengan area yang relatif kecil dibandingkan BI25-0 dan BI40-0 dengan pH 12,55 (gambar IV.19.c). Dengan menggunakan 16% bubuk slag nikel 16%, pertumbuhan mikroorganisme pada benda uji tersebut berkurang secara signifikan, seperti terlihat pada gambar IV.19.d, e, dan f.

Mikroorganisme Mikroorganisme

Mikroorganisme

(a). BI25-0 (b). BI40-0 (c). BI60-0 (perbesaran 10000 kali) (perbesaran 20000 kali) (perbesaran 20000 kali)

Mikroorganisme

(d). BI25-16 (e). BI40-16 (f). BI60-16

(perbesaran 10000 kali) (perbesaran 20000 kali) (perbesaran 20000 kali)

Gambar IV.19. Hasil Scanning Electron Microscopy (SEM) pertumbuhan mikroorganisme pada beton setelah terintrusi selama 28 hari

(20)

Pada saat puncak pertumbuhan maksimum, produk metabolik mikroorganisme yaitu asam asetat (CH3COOH) membongkar senyawa-senyawa kimia yang mengandung unsur kalsium di dalam beton untuk digunakan sebagai sumber nutriennya. Senyawa kimia yang paling mudah dibongkar adalah kalsium hidroksida (CH) karena senyawa ini memiliki sifat kelarutan (solubility) yang lebih tinggi daripada senyawa kalsium silikat hidrat (CSH). Pembongkaran tersebut akan meningggalkan ruang kosong (pori), sehingga dapat mempengaruhi perilaku fisik dan mekanik beton. Gambar IV.20 memperlihatkan perbedaan mikrostruktur beton pada kondisi tersebut di atas, dimana beton dengan 16% bubuk slag nikel secara umum memiliki dampak yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan beton tanpa bubuk slag nikel.

(a). BI25-0 (b). BI40-0 (c). BI60-0 Void

CH

Void

CH

Void

CH

(perbesaran 2000 kali) (perbesaran 1000 kali) (perbesaran 1000 kali)

CH

Void Void Void

(d). BI25-16 (e). BI40-16 (f). BI60-16 (perbesaran 2000 kali) (perbesaran 1000 kali) (perbesaran 1000 kali)

Gambar IV.20. Hasil Scanning Electron Microscopy (SEM) pembentukan kristal kalsium pada beton saat puncak pertumbuhan mikroorganisme

(21)

Selain hal tersebut di atas, terjadi pula perubahan-perubahan terhadap nilai pH beton, seperti diperlihatkan pada gambar IV.21, IV.22, dan IV.23, dimana pH beton yang menggunakan bubuk slag nikel secara umum lebih tinggi daripada pH beton tanpa bubuk slag nikel. Keadaan ini menunjukkan bahwa reaksi pozzolanik antara SiO2 bubuk slag nikel dengan kalsium hidroksida (CH) hasil sampingan reaksi trikalsium silikat (C3S) dan dikalsium silikat (C2S) semen dengan air, tidak berpengaruh besar terhadap turunnya nilai pH beton. Hal ini dapat terjadi karena adanya kandungan senyawa alkali K2O dan Na2O di dalam bubuk slag nikel yang bereaksi dengan air (H2O), sehingga membentuk kalium hidroksida (2KOH) dan natrium hidroksida (2NaOH) yang secara kimiawi memiliki sifat kebasaan yang relatif tinggi.

Setelah terintrusi mikroorganisme selama 300 hari, seluruh benda uji beton tanpa bubuk slag nikel (BI25-0, BI40-0, dan BI60-0) mengalami penurunan nilai pH yang cukup signifikan, yang semula rata-rata 12,5 hingga 13,0 berubah menjadi 9,6 hingga 12,0. Tingkat penurunan tersebut tergantung pada mutu beton, dimana semakin kecil rasio air-semen (w/c), penurunan nilai pH semakin rendah, demikian pula sebaliknya.

Pada kondisi yang sama, beton yang menggunakan bubuk slag nikel yang semula memiliki nilai pH rata-rata 12,8 hingga 13,6 berubah menjadi 10,6 hingga 12,7. Tingkat penurunannya juga tergantung pada mutu beton, seperti halnya dengan beton tanpa bubuk nikel. Diantara benda uji beton yang menggunakan bubuk slag nikel tersebut, beton dengan 16% bubuk slag nikel (BI25-16, BI40-16, dan BI60-16), memiliki penurunan nilai pH yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan benda uji lainnya.

Meskipun penelitian ini membatasi aspek korosifitas (sub bab I.5), tetapi dengan melihat nilai pH setelah terintrusi mikroorganisme selama 300 hari, dapat diindikasikan bahwa nilai pH tersebut pada beton yang menggunakan bubuk slag nikel masih berada dalam batas-batas yang memungkinkan tidak terjadinya korosi (pH > 11).

(22)

9 10 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH be to n

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

(a). D = 0 – 25 mm 10 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH b e ton

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

(b). D = 25 – 50 mm 10 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH b e to n

BI25-0 BI25-10 BI25-12 BI25-14

BI25-16 BI25-18 BI25-20

(c). D = 50 – 75 mm

Gambar IV.21. Perubahan-perubahan pH pada beton w/c = 0,57 setelah terintrusi mikroorganisme

(23)

10 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH be to n

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

(a). D = 0 – 25 mm 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH be to n

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

(b). D = 25 – 50 mm 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH be to n

BI40-0 BI40-10 BI40-12 BI40-14

BI40-16 BI40-18 BI40-20

(c). D = 50 – 75 mm

(24)

11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH b e ton

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI25-18 BI60-20

(a). D = 0 – 25 mm 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH b e ton

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI60-18 BI60-20

(b). D = 25 – 50 mm 11 12 13 14 14 42 70 98 126 154 182 210 238 266 294 322 350 Waktu (hari) pH b e ton

BI60-0 BI60-10 BI60-12 BI60-14

BI60-16 BI60-18 BI60-20

(c). D = 50 – 75 mm

(25)

IV.7 Perilaku Fisik dan Mekanik Beton IV.7.1 Porositas

Gambar IV.24 memperlihatkan hubungan antara porositas dengan umur pada beton nonintrusi mikroorganisme, masing-masing dengan rasio air-semen (w/c) 0,57, 0,40, dan 0,30. Beton yang menggunakan bubuk slag nikel dengan prosentase 10 hingga 20%, meskipun membutuhkan waktu yang lebih panjang (lama) di dalam proses pengikatannya seperti pada gambar IV.7, tetapi secara umum memiliki porositas yang lebih kecil dibandingkan dengan beton tanpa bubuk slag nikel. Hal ini menunjukkan bahwa bubuk slag nikel tersebut dengan butirannya yang lebih halus daripada butiran semen, selain memiliki sifat pozzolanik juga dapat memberikan efek pengecilan pori sehingga akan berdampak pada berkurangnya kuantitas koloni mikroorganisme dan masa hidupnya di dalam material beton.

Diantara seluruh kurva di dalam gambar IV.24, kurva yang menunjukkan nilai porositas terkecil adalah BNI25-16, BNI40-16, dan BNI60-16 atau beton dengan 16% bubuk slag nikel. Hal ini relatif sama dengan yang ditunjukkan pada gambar IV.17 dimana dengan prosentase tersebut, total koloni mikroorganisme pada saat puncak pertumbuhannya adalah yang terkecil diantara prosentase bubuk slag nikel lainnya. Kurva-kurva yang ditunjukkan tersebut, cenderung mengikuti bentuk persamaan garis eksponensial.

Melalui analisis regresi linier, kurva hubungan antara porositas dan umur (waktu) pada beton nonintrusi mikroorganisme, baik tanpa maupun dengan bubuk slag nikel dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

b a_._t

e

e_ni = (IV.2) dimana :

eni = porositas beton nonintrusi mikroorganisme (%)

t = waktu atau umur beton (hari) a, b = koefisien regresi

(26)

Koefisien regresi (a dan b) dalam persamaan IV.2 tersebut, disajikan seperti pada tabel IV.3.

Tabel IV.3. Koefisien regresi persamaan porositas beton nonintrusi mikroorganisme Kode benda uji a b R2 BNI25-0 3.011 -0.068 0.267 BNI25-10 3.110 -0.118 0.246 BNI25-12 3.249 -0.184 0.155 BNI25-14 3.255 -0.188 0.160 BNI25-16 3.265 -0.199 0.168 BNI25-18 3.272 -0.198 0.122 BNI25-20 3.230 -0.172 0.149 BNI40-0 2.925 -0.094 0.122 BNI40-10 3.067 -0.156 0.010 BNI40-12 3.090 -0.164 0.021 BNI40-14 3.106 -0.174 0.010 BNI40-16 3.126 -0.185 0.024 BNI40-18 3.112 -0.177 0.028 BNI40-20 3.088 -0.162 0.034 BNI60-0 2.780 -0.081 0.134 BNI60-10 2.943 -0.144 0.049 BNI60-12 2.959 -0.152 0.067 BNI60-14 3.002 -0.175 0.085 BNI60-16 3.032 -0.190 0.074 BNI60-18 3.027 -0.186 0.060 BNI60-20 2.964 -0.153 0.037 3 0,30 1 0,57 2 0,40 No. w/c

Koefisien regresi porositas beton nonintrusi mikroorganisme

Efek pengecilan pori yang diberikan oleh bubuk slag nikel pada beton nonintrusi mikroorganisme meningkat seiring dengan pertambahan umur beton, seperti yang diperlihatkan pada gambar IV.25. Terlihat bahwa reduksi porositas terbesar diperoleh dengan penggunaan 16% bubuk slag nikel. Seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa bubuk slag nikel dalam proses pengikatannya (reaksi pozzolanik) membutuhkan waktu yang relatif panjang, sehingga kontribusinya terhadap reduksi porositas beton nonintrusi mikroorganisme, baru terlihat setelah beton berumur di atas 14 hari.

(27)

5 10 15 20 25 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) Po ro si ta s (% )

BNI25-0 BNI25-10 BNI25-12 BNI25-14 BNI25-16 BNI25-18 BNI25-20

(a). Beton dengan w/c = 0,57

5 10 15 20 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) Po ro si ta s (% )

BNI40-0 BNI40-10 BNI40-12 BNI40-14 BNI40-16 BNI40-18 BNI40-20 (b). Beton dengan w/c = 0,40 5 10 15 20 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) Po ro si ta s (% )

BNI60-0 BNI60-10 BNI60-12 BNI60-14 BNI60-16 BNI60-18 BNI60-20

(c). Beton dengan w/c = 0,30

Gambar IV.24. Grafik hubungan antara porositas dan umur beton nonintrusi mikroorganisme

(28)

-10 0 10 20 30 40 50 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) Re du ks i p or os ita s ( % ) 10% 12% 14% 16% 18% 20%

(a). Beton dengan w/c = 0,57

-10 0 10 20 30 40 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) R ed uk si p or os ita s (% ) 10% 12% 14% 16% 18% 20% (b). Beton dengan w/c = 0,40 -10 0 10 20 30 40 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Umur (Hari) R edu ks i p or os it as (% ) 10% 12% 14% 16% 18% 20% (c). Beton dengan w/c = 0,30

Gambar IV.25. Reduksi porositas beton nonintrusi mikroorganisme pada berbagai prosentase bubuk slag nikel

(29)

Untuk beton terintrusi mikroorganisme, hubungan antara porositas dan lama intrusi diperlihatkan seperti pada gambar IV.26. Beton tanpa bubuk slag nikel dengan rasio air-semen (w/c) berturut-turut 0,57, 0,40, dan 0,30, sangat rentan terhadap serangan mikroorganisme. Hal ini diperlihatkan oleh kurva BI25-0, BI40-0, dan BI60-0, dimana porositasnya meningkat seiring dengan pertambahan waktu (lama intrusi). Peningkatan porositas tersebut terjadi karena dampak aktifitas metabolik mikroorganisme, dimana senyawa kalsium hidroksida (CH) di dalam beton mengalami dekomposisi dalam bentuk pelarutan sehingga mengakibatkan terbentuknya ruang kosong (void), seperti yang diperlihatkan pada gambar IV.28.

Mekanisme pelarutan tersebut terjadi secara bio-kimia, dimana mikroorganisme dalam proses metaboliknya menyusun, mengambil dan membongkar zat-zat makanan dari senyawa kalsium hidroksida melalui dua jalur sebagaimana yang dikemukakan sebelumnya yaitu jalur anabolisme dan jalur katabolisme.

Jalur anabolisme yaitu jalur dimana mikroorganisme di dalam menyusun sumber nutriennya berlangsung secara biosintesis sedemikian sehingga membentuk senyawa kompleks berupa garam elektrolit (Ca(COOH)2), seperti yang

digambarkan pada persamaan I.3. Sedangkan jalur katabolisme adalah jalur dimana senyawa kompleks tersebut dibongkar sedemikian rupa sehingga terurai menjadi produk yang lebih sederhana. Selanjutnya mikroorganisme tersebut mengambil unsur kalsium sebagai nutrien dan membuang sisa pembongkarannya sehingga akan terbentuk zat-zat organik baru, seperti yang digambarkan pada persamaan I.5.

Senyawa kalsium silikat hidrat (CSH) dapat pula mengalami hal yang sama, namun prosesnya tidak semudah seperti pada proses pelarutan kalsium hidroksida. Hal ini disebabkan karena gel silika pada CSH sangat sulit didekomposisikan oleh zat-zat organik termasuk asam asetat, kecuali pada kondisi dimana konsentrasi ion hidrogen dari zat asam tersebut cukup tinggi.

(30)

Pada kondisi terintrusi mikroorganisme, kurva porositas beton yang menggunakan bubuk slag nikel secara umum bentuknya mirip dengan kurva porositas pada beton nonintrusi mikroorganisme. Diantara kurva-kurva yang diperlihatkan pada gambar IV.26, kurva BI25-16, BI40-16, dan BI60-16 masing-masing memiliki porositas terkecil diantara kurva-kurva lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa beton dengan 16% bubuk slag nikel tersebut memiliki kontribusi tertinggi, baik dalam kondisi nonintrusi maupun terintrusi mikroorganisme. Reduksi porositas beton yang diberikan oleh penggunaan bubuk slag nikel dalam tersebut diperlihatkan pada gambar IV.27.

Dengan analisis regresi linier, persamaan kurva-kurva porositas beton terintrusi mikroorganisme dapat dinyatakan seperti pada persamaan kurva porositas beton nonintrusi mikroorganisme (persamaan IV.2) dengan koefisien regresi seperti tercantum pada tabel IV.4.

Tabel IV.4. Koefisien regresi persamaan porositas beton terintrusi mikroorganisme Kode benda uji a b R2 BI25-0 2.693 0.055 0.023 BI25-10 2.865 -0.034 0.091 BI25-12 3.000 -0.103 0.152 BI25-14 3.036 -0.118 0.175 BI25-16 2.996 -0.126 0.055 BI25-18 3.059 -0.132 0.042 BI25-20 2.980 -0.094 0.120 BI40-0 2.607 0.020 0.008 BI40-10 2.886 -0.092 0.059 BI40-12 2.925 -0.106 0.138 BI40-14 2.932 -0.116 0.066 BI40-16 2.951 -0.131 0.058 BI40-18 2.939 -0.122 0.093 BI40-20 2.924 -0.105 0.106 BI60-0 2.494 0.021 0.008 BI60-10 2.831 -0.097 0.129 BI60-12 2.844 -0.105 0.212 BI60-14 2.895 -0.135 0.200 BI60-16 2.909 -0.150 0.173 BI60-18 2.887 -0.137 0.142 BI60-20 2.780 -0.090 0.154 2 0,40 3 0,30

Koefisien regresi porositas beton terintrusi mikroorganisme

1 0,57