Pengaruh Molaritas Naoh dan Modulus Alkali (Na2o / Sio2) Terhadap Setting Time Fly Ash – Based Geopolymer

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI

(Na

2

O / SiO

2

) TERHADAP

SETTING TIME

FLY ASH – BASED GEOPOLYMER

(Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na2O / SiO2)

on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer)

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh :

ERVIN NINGTYAS

NIM I 1106029

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

commit to user

ii

PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI

(Na

2

O / SiO

2

) TERHADAP

SETTING TIME

FLY ASH – BASED GEOPOLYMER

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh :

ERVIN NINGTYAS

NIM I 1106029

Persetujuan :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

S. A. Kristiawan, ST, MSc, (Eng), Ph.D Ir. Sunarmasto, MT

(3)

commit to user

iii

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI

(Na

2

O / SiO

2

) TERHADAP

SETTING TIME

FLY ASH – BASED GEOPOLYMER

SKRIPSI

Disusun Oleh :

ERVIN NINGTYAS

NIM I 1106029

Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari : Senin, 15 November 2010

1. S A Kristiawan, ST, MSc, (Eng), Ph.D __________________ NIP. 19690501 199512 1 001

2. Ir. Sunarmasto, MT __________________ NIP. 19560717 198703 1 003

3. Edy Purwanto, ST, MT __________________ NIP. 19680912 199702 1 001

4. Endah Safitri, ST, MT __________________

NIP. 19701212 200003 2 001

Disahkan,

Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS

Ir. Agus Sumarsono, MT NIP. 19570814 198601 1 001

Mengetahui, Disahkan,

a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS

(4)

commit to user

iv

MOTTO

Jangan pernah merasa khawatir karena

kekhawatiran adalah penyebab aktivitas dan

pikiran kita

menjadi tidak produktif. . . .

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karyaku ini untuk :

Bapak dan Ibuku, atas cinta, kasih sayang, doa, dan dukungan yang kalian berikan selama ini

Adikku Fery di rumah, Umi, om Har, mb Bhekti, dan seluruh keluargaku atas doa dan dukungannya

Seseorang yang masih menjadi rahasia Allah untuk menjadi pendamping hidupku kelak

Temen2 satu kelompokku, temen2 angkatan 2006, 2004, 2005, 2007,

anak2 Mess UFO, anak2 GAMARESA, anak2 HMTE dan yang lainnya

yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu, terimakasih atas persahabatan yang kita jalin selama ini

Special thanks to PAK IWAN, PAK MASTO atas bimbingannya

(5)

commit to user

v

(6)

commit to user

ABSTRAK

Ervin Ningtyas, 2010. ”PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS

ALKALI (Na2O / SiO2) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH – BASED

GEOPOLYMER”. Skripsi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk dikembangkan lebih lanjut. Namun penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH).

Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 yang mempunyai setting time paling cepat, untuk kemudian

dapat dibuat grafik hubungan pengaruh penambahan molaritas NaOH dan variasi modulus alkali (Na2O/SiO2)pada geopolymer terhadap konstanta A.

Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah dengan mengadakan suatu percobaan di laboratorium secara langsung untuk mendapatkan data atau hasil yang menghubungkan antara variabel bebas dan variabel terikat yang diamati. Dalam percobaan ini akan dicatat jatuhnya penetrasi sehingga akan didapatkan waktu inital dan final setting time sebagai titik tembaknya.

Dari hasil analisis, pengaruh molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2

terhadap setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power yaitu P = A(t – t0)B dengan A dan B sebagai konstanta. Pada molaritas

NaOH maupun modulus alkali Na2O/SiO2, didapatkan konstanta B yang setara

yaitu sebesar -0,23 untuk molaritas NaOH dan -0,18 untuk modulus alkali Na2O/SiO2. Untuk konstanta A tergantung pada variasi jumlah molaritas dan

modulus alkalinya. Dari grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A didapatkan persamaan y = 1,357x2 – 20,21x + 121,9 dengan variabel x sebagai molaritas NaOH dan y sebagai konstanta A. Dari grafik hubungan antara modulus alkali Na2O/SiO2 dan konstanta A didapatkan persamaan y = 14,28x2 – 43,65x +

77,25 dengan variabel x sebagai modulus alkali (Na2O/SiO2) dan y sebagai

konstanta A. Dari kedua persamaan ini didapatkan komposisi molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A

terkecil dan setting time tercepat yaitu pada molaritas 8 molar dan modulus alkali 1,25.

Kata kunci : Fly ash, Geopolymer, Setting time, Modulus alkali Na2O/SiO2,

Molaritas NaOH

(7)

commit to user

vii

PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan

rahmat dan hidayah-Nya maka penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan S-1

di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengambil judul skripsi “Pengaruh Molaritas NaOH dan Modulus

Alkali (Na2O / SiO2) Terhadap Setting Time Fly Ash – Based Geopolymer”.

Skripsi ini tidak dapat terselesaikan tanpa bantuan dari pihak-pihak yang ada di

sekitar penulis, karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima

kasih sebesar-besarnya kepada:

1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

3. Bapak S. A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I.

4. Bapak Ir. Sunarmasto, MT selaku Dosen Pembimbing II.

5. Tim Penguji Pendadaran.

6. Bapak S. J. Legowo, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik.

7. Staf pengelola/laboran Laboratorium Bahan Bangunan dan Struktur Jurusan

Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.

8. Teman-teman Tim : Rahma, Ika, Vely, Cahyo, Riza, Agus, Windha, Heri,

Fahri, Andi, Ari, Dimas, Uus, mb Dwi, dan Rosyid yang telah membantu

selama di laboratorium.

9. Teman-teman Mahasiswa Sipil 2006 UNS.

(8)

commit to user

viii

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu

saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati demi

kesempurnaan penelitian selanjutnya. Akhir kata semoga skripsi ini dapat

memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada

khususnya.

Surakarta, November 2010

(9)

HALAMAN MOTTO DAN PESEMBAHAN ... iv

ABSTRAK ... v

(10)

commit to user

x

2.3. Potensi Fly Ash - Based Geopolymer Mortar ... 11

2.4. Alkaline Activator (Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida) ... 11

2.4.1. Sodium Silikat ... 12

2.4.2. Sodium Hidroksida ... 13

2.5. Molaritas ... 14

2.6. Modulus Alkali ... 15

2.7. Setting Time ... 16

2.8. Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali terhadap Setting Time ... 17

BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Tinjauan Umum ... 19

3.2. Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji ... 19

3.2.1. Air ... 20

3.2.2. Fly Ash ... 20

3.2.3. Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida ... 21

3.3. Benda Uji ... 21

3.3.1. Jenis Benda Uji ... 21

3.3.2. Pembuatan Benda Uji ... 23

3.4. Prosedur Pengujian Benda Uji ... 24

3.4.1. Alat-alat yang Digunakan ... 24

3.4.2. Prosedur Pengujian Setting Time ... 25

BAB 4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis data ... 28

4.1.1. Pengamatan berdasar Molaritas NaOH ... 28

4.1.2. Pengamatan berdasar Modulus Alkali (Na2O/SiO2) ... 34

(11)

commit to user

xi

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ... 42

5.2. Saran ... 43

DAFTAR PUSTAKA ... 44

(12)

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al .... 7

Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash dengan Sodium Silikat ... 13 Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly

ash dengan Sodium Hidroksida ... 14 Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan fly ash - based

geopolymer ... 20 Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian ... 27

Gambar 4.1. Hubungan Molaritas NaOH dan Waktu Tercapainya Setting Time .. 29

Gambar 4.2. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 6 ... 30

Gambar 4.3. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 7 ... 31

Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power .. . 34

Gambar 4.8. Hubungan Modulus Alkali Na2O/SiO2 dan Waktu Tercapainya

Setting Time ... 35 Gambar 4.9. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time

untuk G.Mal 1 ... 36

Gambar 4.10. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,25 ... 37

Gambar 4.11.Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time

(13)

commit to user

xiii

Gambar 4.12. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,75 ... 38

Gambar 4.13. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 2 ... 38

Gambar 4.14. Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi

(14)

commit to user

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian ... 21

Tabel 3.2. Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH ... 22

Tabel 3.3. Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali

Na2O/SiO2 ... 23

Tabel 4.1. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Molaritas NaOH ... 29

Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol ... 33

Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2 ... 35

(15)

commit to user

xv

DAFTAR NOTASI

M = molaritas (Molar) P = penetrasi resistance

A & B = konstanta t = waktu penetrasi

t0 = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca ( skala

penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas )

r = koefisien korelasi

(16)

adukan beton sebelum, segera atau selama pengadukan beton. Tujuannya untuk

mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan beton

segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer

adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas (mengurangi sifat getas) dan

sebagainya.

Beton merupakan bahan struktur yang sering digunakan dalam sebuah konstruksi.

Hal ini disebabkan beton mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan

bahan-bahan lain diantaranya adalah harga yang relatif murah dikarenakan

material dasar beton dari bahan-bahan lokal, memiliki kuat desak yang tinggi,

kemampuannya untuk dicetak menjadi bentuk yang sangat beragam, serta

ketahanannya yang baik terhadap cuaca dan lingkungan sekitar. Selain memiliki

kelebihan beton juga memiliki kelemahan antara lain seperti kecenderungan untuk

retak, mempunyai berat sendiri yang besar, kualitas beton tergantung pada sifat

bahan dan cara pelaksanaanya, mempunyai kuat tarik yang sangat rendah,

mengalami kesulitan dalam pembongkaran, serta terjadinya deformasi antara lain

berupa rangkak (creep) dan susut (shrinkage).

Beton dapat mengalami kerusakan karena berbagai faktor seperti serangan asam,

korosi, beban yang berlebih dan lain-lain. Kerusakan-kerusakan yang timbul

diantaranya terjadi retak-retak, delaminasi, spalling (terlepasnya bagian beton

(17)

commit to user

2

atau rontok), scalling (pengelupasan), void (berlubang). Perbaikan konstruksi beton pada suatu konstruksi bangunan yang diakibatkan oleh kerusakan-kerusakan

tersebut sangat diperlukan karena bertujuan untuk mengembalikan daya dukung

konstruksi beton kepada kondisi yang direncanakan. Kerusakan atau perubahan

yang terjadi pada permukaan struktur dan massa struktur beton tidak serta merta

merusak konstruksi beton secara keseluruhan, beberapa metode dan bahan dapat

dilakukan untuk mengatasi kerusakan tersebut seperti metode penambalan

(patching), grouting, beton tembak (shotcrete) dan coating sebagai bahan pelapis.

Metode dan bahan yang dipakai harus disesuaikan dengan kondisi kerusakan

permukaan yang terjadi sehingga daya dukung konstruksi dapat dikembalikan

seperti semula sesuai dengan yang direncanakan tanpa penambahan kapasitas.

Dalam perbaikan beton dengan cara penambalan (patching) perlu diperhatikan

syarat-syarat material yang digunakan untuk patch repair. Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk material patch repair yaitu diantaranya mampu menyatu atau melekat erat dengan beton yang akan di patch repair, dapat menyesuaikan

bentuk beton yang akan di patch repair dan tidak mengurangi kekuatan beton setelah dilakukan patch repair. Harga jenis material patch repair beton di pasaran

yang beredar relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair

yang dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar.

Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan

perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan

yang direkatkan. Pada penelitian ini, mortar yang digunakan sebagai material

repair dikembangkan lebih lanjut menjadi geopolymer mortar berbahan dasar fly ash.

Geopolymer mortar adalah mortar yang terbuat dari campuran agregat halus

(pasir), fly ash sebagai pengganti semen, air, dan alkaline activator sebagai pengikatnya yaitu sodium silikat dan sodium hidroksida. Penggantian semen

(18)

commit to user

3

potensial digunakan sebagai patch repair karena mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya rendah, tahan terhadap api dan

serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki nilai susut yang lebih rendah

dibandingkan mortar semen biasa.

Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk

dikembangkan lebih lanjut. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Namun

penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH).

Dalam pembuatan fly ash – based geopolymer mortar ini, digunakan variasi molaritas NaOH dan modulus alkali (Na2O / SiO2) untuk mendapatkan fly ash –

based geopolymer mortar yang memenuhi persyaratan setting time sebagai

material repair.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka dapat diambil suatu rumusan

masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh molaritas NaOH terhadap setting time fly ash – based

geopolymer ?

2. Bagaimana pengaruh modulus alkali (Na2O / SiO2) terhadap setting time fly

(19)

commit to user

4

1.3. Batasan Masalah

Agar penelitian ini tidak terlalu luas tinjauannya dan tidak menyimpang dari

rumusan masalah di atas maka perlu adanya pembatasan masalah yang ditinjau,

tinjauan tersebut dibatasi oleh:

1. Repair material yang dikembangkan adalah geopolymer.

2. Fly Ash yang digunakan yaitu tipe C yang diambil dari P.T. Jaya Ready Mix,

Sukoharjo.

3. Alkaline activator yang digunakan adalah Sodium Hidroksida (NaOH) dan

Sodium Silikat (Na2SiO3) jenis BE 58 R 2,3.

4. Batas penentuan setting time dari polimerisasi fly ash – based geopolymer serupa dengan batas penentuan setting time dari hidrasi semen.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh komposisi campuran sodium

silikat dan sodium hidroksida yang akan menghasilkan geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time.

1.5. Manfaat Penelitian

1.5.1. Manfaat Teoritis

Dengan adanya penelitian ini, maka didapat komposisi formula campuran fly ash–

based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat digunakan dalam pekerjaan patch repair (penambalan) dengan kinerja yang baik.

1.5.2. Manfaat Praktis

Hasil penelitian ini dapat menjadi petunjuk praktis di lapangan mengenai

komposisi formula fly ash–based geopolymer yang paling efektif untuk digunakan

(20)

dicampur dengan air dan semen sebagai pengikat dan pengisi antara agregat kasar

dan halus, seringkali ditambahkan admixture atau additive bila diperlukan

(Subakti, 1994). Beton juga dapat didefinisikan sebagai bahan bangunan dan

konstruksi yang sifat-sifatnya dapat ditentukan terlebih dahulu dengan

mengadakan perencanaan dan pengawasan yang teliti terhadap bahan-bahan

pembentuknya (Samekto, 2001).

Beton adalah material yang tahan lama namun terkadang masih ada beton yang

perlu diperbaiki, masalahnya adalah defisiensi secara struktural, estetika atau

keduanya. Secara umum defisiensi dapat disebabkan oleh desain yang salah,

kualitas kerja yang jelek, lingkungan agresif yang tidak normal, beban struktural

yang berlebihan, kecelakaan, dan kombinasinya. Perbaikan dan restorasi menjadi

perlu untuk mengembalikan beton kepada kondisi yang memuaskan dari

kemampuan struktural, ketahanan, maupun penampilan ( Nugraha, 2007:226).

Salah satu metode untuk memperbaiki kerusakan tersebut adalah dengan

penambalan (patch repair). Harga material patch repair yang beredar di pasaran

saat ini relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair yang

dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar yang tentunya lebih murah.

Material yang sering dipakai adalah monomer mortar dan geopolymer mortar.

Geopolymer adalah sebuah senyawa silikat alumino anorganik yang disintesiskan dari bahan-bahan produk sampingan seperti fly ash (abu terbang), abu kulit padi (rice husk ash) dan lain-lain, yang banyak mengandung silikon dan alumunium

(Davidovits, 1997). Geopolymer mortar dihasilkan dengan sepenuhnya

(21)

commit to user

6

mengganti semen portland biasa (OPC) dengan fly ash. Dari konferensi Concrete

2001 yang diselenggarakan di Perth, Australia, dilaporkan penggunaan HVFA

(high volume fly ash) concrete atau beton dengan kandungan fly ash tinggi pada sejumlah proyek infrastruktur, demikian pula penggunaan bahan buangan lain

seperti slag, menunjukkan hasil memuaskan di lapangan. Dalam waktu singkat di

masa mendatang, penggunaan beton jenis ini diperkirakan akan meningkat dengan

cepat. Selain lebih ramah lingkungan, dapat mengurangi jumlah energi yang

diperlukan karena berkurangnya pemakaian semen, lebih awet dan lebih murah,

bahan ini juga tetap menunjukkan perilaku mekanik yang memuaskan.

Perkembangan mutakhir yang menjanjikan adalah penggunaan fly ash sepenuhnya

sebagai pengganti semen lewat proses yang disebut polimerisasi anorganik

(kadang disebut geopolimer) yang dipelopori oleh seorang ilmuwan Perancis,

Prof. Joseph Davidovits, sekitar 20 tahun lalu.

Fly ash–based geopolymer mortar sendiri tidak dapat mengeras seperti halnya semen, maka dibutuhkan alkaline activator sebagai pengikatnya. Fly ash–based

geopolymer mortar dengan metode aktivasi larutan alkali adalah mortar yang menggunakan fly ash sebagai bahan pengganti semen seluruhnya dengan menggunakan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na2SiO3) sebagai

alkali aktivator untuk mengikat fly ash.

2.2. Fly Ash – Based Geopolymer Mortar

2.2.1. Mortar

Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan

perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan

yang direkatkan.

Tjokrodimuljo (1996), menyebutkan bahwa mortar yang baik harus mempunyai

(22)

commit to user

7

diangkut, dipasang, dan diratakan), melekat dengan baik dengan batu, cepat

kering/keras, tahan terhadap rembesan air, dan tidak timbul retak-retak setelah

dipasang.

2.2.2. Geopolymer

Geopolymer adalah senyawa anorganik silikat alumino yang disintesiskan dari bahan-bahan yang banyak mengandung silikon dan aluminium lewat proses

polimerisasi. Dalam reaksi polimerisasi ini Alumunium (Al) dan Silica (Si)

mempunyai peranan penting dalam ikatan polimerisasi (Davidovits, 1994). Proses

polimerisasi menghasilkan suatu rantai dalam bentuk tiga struktur dimensional

dimana masing-masing terdiri dari bentuk ikatan-ikatan polymeric Si-O-O-Al

(Polysialate). Polysialate-polysialate ini dibagi dalam 3 jenis yaitu Polysialate

O), Polysialate-Siloxo O-Si-O) dan Polysialate-Disiloxo

(Si-O-Al-O-Si-O-Si-O). Proses geopolimerisasi adalah suatu reaksi kimia antara

aluminosilika oksida (Si2O5, Al2O2) dengan alkali polysialate.

Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al

Sumber : About geopolymerization, Geopolymer Institute, 2006. http://www.geopolymer.org/science/about-geopolymerization

Geopolymer merupakan polimer anorganik aluminosilikat yang sangat kompleks. Salah satu parameter proses geopolimerisasi adalah reaktan yang digunakan, yaitu

SiO2, H2O dan NaOH. SiO2 meningkatkan kuat tekan namun keberadaan H2O

(23)

commit to user

8

NaOH berlebih justru menghambat solidifikasi geopolimer (H. Fansuri et al.

2007 dalam Akta Kimindo Vol. 3 No.2 April 2008).

2.2.3. Geopolymer Mortar

Geopolymer mortar adalah mortar dengan bahan pengikat menggunakan material alami. Material alami yang digunakan adalah material yang memiliki kandungan

oksida silika dan alumina tinggi. Fly ash dipilih sebagai bahan dasar penelitian ini

karena kandungan silika dan aluminanya yang tinggi. Fly ash yang digunakan harus diaktifkan dengan larutan alkali berupa sodium hidroksida (NaOH) dan

sodium silikat (Na2SiO3) sebagai katalisatornya untuk meningkatkan reaksi

polimerisasi. Geopolymer mortar sangat potensial digunakan sebagai patch repair

karena mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya

rendah, tahan terhadap api dan serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki

nilai susut yang lebih rendah dibandingkan mortar semen biasa.

2.2.4. Fly Ash

Fly ash adalah material yang berasal dari sisa pembakaran batu bara yang tidak terpakai. Material ini mempunyai kadar bahan semen yang tinggi dan mempunyai

sifat pozzolanik, yaitu dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen

saat proses hidrasi dan membentuk senyawa yang bersifat mengikat pada

temperatur normal dengan adanya air (Himawan, dan Darma, 2000). Komposisi

dari fly ash sebagian besar terdiri dari silikat dioksida (SiO2), alumunium (Al2O3),

besi (Fe2O3), dan kalsium (CaO), serta magnesium, potasium, sodium, titanium,

dan sulfur dalam jumlah yang lebih sedikit. Sebagian besar komposisi kimia dari

fly ash ini tergantung dari tipe batu bara.

Fly ash memiliki butiran yang lebih halus daripada butiran semen dan mempunyai sifat hidrolik. Oleh karena itu fly ash tidak sekedar menambah kekuatan mortar. Secara mekanik fly ash ini akan mengisi ruang kosong (rongga) di antara

(24)

commit to user

9

dihasilkan dari proses hidrasi, dimana mortar hidrolik ini akan lebih kuat daripada

mortar udara (kapur mati + air) (Suhud, 1993).

Fly ash termasuk bahan pozolan buatan yang memiliki sifat pozolanik. Sifat fly ash tersebut membuat fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada umumnya

dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat juga

menurunkan panas hidrasi semen.

Keuntungan pemakaian fly ash pada beton adalah:

1. Beton akan lebih kedap air karena kapur bebas yang dilepas pada proses

hidrasi akan terikat oleh silikat dan alumina aktif yang terkandung di dalam

fly ash dan menambah pembentukan silika gel, yang berubah menjadi kalsium silikat hidrat yang akan menutupi pori–pori yang terbentuk sebagai

akibat dibebaskannya Ca(OH)2.

2. Mempermudah pengerjaan beton karena beton lebih plastis.

3. Mengurangi jumlah air yang digunakan (FAS), sehingga kekuatan beton akan

meningkat.

4. Menurunkan panas hidrasi yang terjadi, sehingga dapat mencegah terjadinya

retak.

5. Relatif dapat menghemat biaya karena akan mengurangi pemakaian semen

(Hidayat, 1993).

Kelemahan pemakaian fly ash pada beton adalah:

1. Pemakaian fly ash kurang baik untuk pengerjaan beton yang memerlukan

waktu pengerasan dan kekuatan awal yang tinggi, karena proses pengerasan

dan penambahan kekuatan betonnya agak lambat.

2. Pengendalian mutu harus sering dilakukan karena mutu fly ash sangat

tergantung pada proses pembakaran (suhu) serta jenis batubaranya (Husin,

(25)

commit to user

10

Menurut (Himawan, dan Darma 26), penggunaan fly ash dalam campuran beton

memiliki berbagai keunggulan, yaitu :

a) Pada beton segar, kehalusan dan bentuk partikel fly ash yang bulat dapat

meningkatkan workability serta mengurangi terjadinya bleeding dan segregasi.

b) Pada beton keras, fly ash dapat meningkatkan kuat tekan beton setelah ± 52

hari, meningkatkan durabilitas beton, meningkatkan kepadatan (density)

beton, serta mengurangi terjadinya penyusutan beton.

2.2.5. Fly Ash-Based Geopolymer Mortar

Mortar geopolymer merupakan senyawa silikat alumina anorganik yang disintesiskan dari bahan sampingan fly ash yang banyak mengandung silikon dan

aluminium. Fly ash merupakan debu yang dihasilkan dari sisa pembakaran Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara.

Geopolymer dapat disintesis dengan mencampur bahan alumino-silikat reaktif (fly ash) dan alkali aktivator (NaOH dan Na2SiO3) untuk meningkatkan reaksi

polimerisasi. Selama pembentukan kimia geopolymer ini pada akhirnya akan

mempengaruhi mutu geopolymer itu. Dapat dikatakan bahwa air tidak mempunyai

peran penting dalam menentukan hidrasi yang berkualitas, dimana proses ini akan

mempengaruhi mutu mortar.

Variabel yang mempengaruhi sifat-sifat adukan mortar dan hasil modifikasi

geopolymer yang diperkeras dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti jenis geopolymer, rasio antara geopolymer dengan semen, rasio air dengan semen, kandungan air dengan kondisi perawatan. Selain itu, sifat-sifat campuran yang

(26)

commit to user

11

2.3. Potensi

Fly Ash-Based Geopolymer Mortar

Geopolymer mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitas rendah, tahan api dan serangan asam, kuat tekan tinggi dan susut rendah

dibandingkan dengan mortar semen biasa. Dalam penelitian ini digunakan fly ash

sebagai bahan dasar geopolymer mortar.

Fly ash merupakan limbah dari pembakaran batubara yang banyak dihasilkan oleh PLTU. Fly ash termasuk bahan pozzolan buatan yang memiliki sifat pozzolanik. Karena bersifat pozzolanik, fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada umumnya dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat.

Selain itu fly ash juga dapat menurunkan panas hidrasi semen.

Fly ash cukup baik untuk digunakan sebagai bahan ikat karena kandungan utamanya adalah silikon dioksida (SiO2), alumunium (Al2O3) dan ferrum oksida

(Fe2O3). Oksida-oksida tersebut dapat bereaksi dengan kapur bebas yang

dilepaskan semen ketika bereaksi dengan air. Clarence (1966: 24) menjelaskan

dengan pemakaian fly ash sebesar 20 – 30% terhadap berat semen maka jumlah semen akan berkurang secara signifikan dan dapat menambah kuat tekan beton.

Pengurangan jumlah semen akan menurunkan biaya material sehingga efisiensi

dapat ditingkatkan, sekaligus sebagai bentuk pemanfaatan limbah yang akan

membantu menjaga kelestarian lingkungan.

2.4. Alkaline Activator

(Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida)

Sodium silikat dan sodium hidroksida digunakan sebagai alkaline aktivator

(Hardjito Djuwantoro, dkk, 2004). Sodium silikat mempunyai fungsi untuk

mempercepat reaksi polimerisasi. Sedangkan sodium hidroksida berfungsi untuk

mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash sehingga dapat

(27)

commit to user

12

2.4.1. Sodium Silikat

Sodium silikat merupakan salah satu bahan tertua dan paling aman yang sering

digunakan dalam industri kimia. Hal ini dikarenakan proses produksi yang lebih

sederhana maka sejak 1818 sodium silikat berkembang dengan cepat. Sodium

silikat dapat dibuat dengan 2 proses yaitu proses kering dan proses basah. Pada

proses kering, pasir (SiO2) dicampur dengan sodium carbonate (Na2CO3) atau

dengan pottasium carbonate (K2CO3) pada temperatur 1100 – 1200oC. Hasil

reaksi tersebut menghasilkan kaca (cullets) yang dilarutkan kedalam air dengan

tekanan tinggi menjadi cairan yang bening dan agak kental. Sedangkan pada

proses pembuatan basah, pasir (SiO2) dicampur dengan sodium hidroxide (NaOH)

melalui proses filtrasi akan menghasilkan sodium silikat yang murni (Andi dan

Calvin, 2006).

Sodium silikat terdapat dalam 2 bentuk, yaitu padatan dan larutan. Untuk

campuran beton lebih banyak digunakan dengan bentuk larutan. Sodium silikat

atau yang lebih dikenal dengan water glass, pada mulanya digunakan sebagai campuran dalam pembuatan sabun. Tetapi dalam perkembangannya sodium

silikat dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, antara lain untuk bahan

campuran semen, pengikat keramik, coating, campuran cat serta dalam beberapa keperluan industri, seperti kertas, tekstil dan serat. Beberapa penelitian telah

membuktikan bahwa sodium silikat dapat digunakan untuk bahan campuran

dalam beton (Hartono, B. dan Sutanto, E., 2005). Dalam penelitian ini, sodium

silikat digunakan sebagai salah satu alkaline activator.

Sodium silikat ini merupakan salah satu larutan alkali yang memainkan peranan

penting dalam proses polimerisasi karena sodium silikat mempunyai fungsi untuk

mempercepat reaksi polimerisasi. Reaksi terjadi secara lebih cepat pada larutan

alkali yang banyak mengandung larutan silikat seperti sodium silikat ataupun

potassium siikat dibandingkan larutan alkali yang banyak mengandung larutan

(28)

commit to user

13

fly ash dan sodium silikat membentuk ikatan yang sangat kuat namun banyak terjadi retakan-retakan antar mikrostruktur.

Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash

dengan Sodium Silikat

(Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004)

2.4.2. Sodium Hidroksida

Sodium hidroksida yang digunakan sebagai alkali aktivator berfungsi untuk

mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung di dalam fly ash sehingga dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat. Sedangkan sodium silikat

mempunyai fungsi untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Penambahan sodium

silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH) membuat beton menjadi basa

(Hardjito, Djuwantoro, dkk : Factor Influencing the Compressive Strength of

Fly Ash-Based Geolpolymer Concrete).Gambar 2.3. menunjukkan campuran fly

ash dengan sodium hidroksida yang diamati dalam ukuran mikrostruktur. Terlihat bahwa campuran antara fly ash dan sodium hidroksida membentuk ikatan yang kurang kuat tetapi menghasilkan ikatan yang lebih padat dan tidak ada retakan

(29)

commit to user

14

Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash

dengan Sodium Hidroksida

(Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004)

2.5. Molaritas

Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan. Molaritas dapat

ditentukan dengan rumus :

Dalam pengujian ini akan ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium

hidroksida (NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap

setting time, sehingga juga dapat diketahui apakah dengan penambahan pada konsentrasi hidroksida (NaOH) dapat meningkatkan kekuatan mortar.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin

tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang

semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah

(30)

commit to user

15

2.6. Modulus Alkali

Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin

yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium

silikat (Na2SiO3), dan air distilat (H2O), yang masing-masing komponen memiliki

peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari

material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat.

SiO2 adalah reaktan penting dalam geopolimerisasi, dimana peningkatan

kandungan SiO2 akan memperbesar kuat tekan. Sumber silika (SiO2) yang

dipelajari berasal dari abu layang dan Na-silikat. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa SiO2 berpengaruh positif dan H2O berpengaruh negatif terhadap kuat

tekan. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun NaOH yang

tersisa dapat terdegradasi menjadi Na2O yang pada akhirnya memperlemah

solidifikasi geopolimer.

Pada saat fly ash-based geopolymer dipanaskan, terjadi penguapan molekul-molekul air. Jika di dalam sistem fly ash-based geopolymer sudah tidak lagi terdapat molekul air, penguapan molekul air dapat pula terjadi dari molekul

NaOH yang terdehidrasi menjadi oksida natrium (Windholtz, 1976).

2NaOH(aq) Na2O(s) + H2O(l)

Kondisi seperti ini sudah tentu tidak dikehendaki karena menghambat proses

polimerisasi aluminosilikat pada masa simpan. Itu sebabnya, peningkatan

konsentrasi larutan NaOH yang lebih banyak boleh jadi tidak akan menambah

kekuatan geopolimer yang dihasilkan.

Na2O atau NaOH merupakan serbuk putih yang reaktif dengan air dan CO2 di

udara. Reaksi dengan molekul CO2 terjadi di pori-pori geopolymer mortar dan

merubah Na2O menjadi Na2CO3 yang berbentuk kristal jarum berwarna putih

(Windholtz, 1976).

(31)

commit to user

16

2.7. Setting Time

Pengikatan (set) adalah perubahan bentuk dari bentuk cair menjadi bentuk padat,

tetapi masih belum mempunyai kekuatan. Pengikatan ini terjadi akibat reaksi

hidrasi yang terjadi pada permukaan butir fly ash.

Fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator akan membentuk pasta yang plastis dan lecak (workable). Namun setelah selang beberapa waktu, pasta

secara bertahap menjadi kurang plastis, dan akhirnya menjadi keras. Pada proses

ini, tahap pertama dicapai ketika pasta cukup kaku untuk menahan suatu tekanan.

Waktu untuk mencapai tahap ini disebut sebagai waktu ikatan. Waktu tersebut

dihitung sejak fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator. Waktu ikatan dibagi menjadi dua bagian, yaitu waktu ikatan awal (initial setting time)

dan waktu ikatan akhir (final setting time). Waktu dari pencampuran fly ash

dengan air dan alkaline activator sampai saat kehilangan sifat keplastisannya disebut waktu ikatan awal, dan waktu sampai mencapai pastanya menjadi massa

yang keras disebut waktu ikatan akhir. Alat untuk menentukan waktu ikat adalah

vicat. Waktu ikat awal tercapai bila hasil penetrasi (masuknya jarum ke dalam

pasta) mencapai 25 mm sedangkan waktu pengikatan akhir tercapai bila jarum

tidak menembus pasta.

Pengertian waktu ikatan awal adalah penting pada pekerjaan mortar. Waktu ikatan

awal yang cukup lama diperlukan untuk pekerjaan mortar, yaitu waktu

transportasi, penuangan, pemadatan, dan perataan permukaan. Proses ikatan ini

disertai perubahan temperatur. Temperatur naik dengan cepat dari ikatan awal dan

mencapai puncaknya pada waktu berakhirnya ikatan akhir. Waktu ikatan yang

pendek kenaikan temperatur dapat sampai 30 derajat celcius. Dalam praktek lama

waktu ikatan ini dipengaruhi oleh jumlah air campuran yang digunakan dan suhu

(32)

commit to user

17

2.8. Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali

Terhadap

Setting Time

Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik

beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan peningkatan kandungan SiO2. Di lain pihak, peningkatan jumlah air yang

digunakan dalam pembuatan geopolymer menurunkan kuat tekan fly ash-based

geopolymer. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun kelebihan NaOH memperlemah solidifikasi geopolimer.

Pada saat geopolymer mengeras, fly ash menyerap panas yang timbul dari hidrasi

untuk mempercepat reaksi pozzolanic, dengan demikian mendorong terjadinya reaksi antara fly ash dengan calcium dan oksida alkali yang ada. Penggunaan fly ash juga memungkinkan untuk memperlambat setting time. Fly ash kelas F umumnya memperpanjang waktu setting time, sedangkan fly ash kelas C mungkin

bisa memperpanjang, mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada

setting time. Waktu setting time yang lebih panjang dapat meningkatkan perubahan dari keretakan susut plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan

udara yang tinggi.

Kandungan SiO2 dan Na2O dari geopolymer memberikan pengaruh terhadap sifat

fisik dari geopolymer, dimana jika rasio Na2O/SiO2 menurun maka kehomogenan

dan kerapatan mikrostruktur akan meningkat. Penurunan angka banding

Na2O/SiO2 sampai batas kandungan Na2O tertentu juga mengakibatkan

peningkatan kuat tekan geopolymer. Kandungan Na2O yang sangat kecil akan

memperlemah kuat tekan karena kecilnya komponen yang berperan untuk proses

pelarutan unsur silikona dan alumina dari abu layang untuk membentuk

geopolymer, tetapi kandungan Na2O yang sangat tinggi juga akan memperlemah

kuat tekan dan meningkatkan heterogenitas serta menurunkan kerapatan

(33)

commit to user

18

Semakin lama waktu ikat dan semakin tinggi suhu ikat akan memperkuat kuat

tekan dari beton, walaupun pada beberapa penelitian kenaikan kuat tekan tidak

signifikan untuk suhu ikat di atas 60oC dan waktu ikat lebih dari 48 jam.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, setting time dan kadar pori tertutup serta kuat tekan pada binder dengan semakin tinggi rasio sodium silikat terhadap

sodium hidroksida ,menghasilkan nilai yang tidak berbanding linear. Sedangkan

dengan semakin tinggi molaritas, menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas

(34)

commit to user

19

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tinjauan Umum

Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah penelitian suatu masalah,

kasus, gejala atau fenomena tertentu dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan

jawaban yang rasional. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah

metode eksperimen yaitu metode yang dilakukan dengan mengadakan suatu

percobaan langsung untuk mendapatkan suatu data atau hasil yang

menghubungkan antara variabel-variabel yang diselidiki. Metode ini dapat

dilakukan di dalam ataupun di luar laboratorium. Penelitian ini akan dilakukan di

dalam laboratorium.

Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh komposisi campuran geopolymer dengan bahan tambahan yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat menghasilkan beton geopolymer dengan mutu tinggi untuk digunakan sebagai beton struktural. Adapun material yang digunakan, yaitu fly ash telah dilakukan pengujian sebelumnya yang sesuai dengan standard yang berlaku.

Pemecahan masalah pada penelitian ini dengan menggunakan cara statistik, yaitu

dengan urutan kegiatan dalam memperoleh data sampai data itu berguna sebagai

dasar pembuatan keputusan diantaranya melalui proses pengumpulan data,

pengolahan data, analisis data dan cara pengambilan keputusan secara umum

berdasarkan hasil penelitian.

3.2. Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji

Bahan - bahan penyusun benda uji yang akan digunakan, diuji terlebih dahulu di

dalam laboratorium untuk mengetahui karakteristiknya. Pengujian ini dilakukan

pada awal penelitian untuk mengetahui apakah material - material tersebut layak

(35)

commit to user

20

digunakan atau tidak. Karena beton adalah material yang tidak homogen, maka

material yang akan digunakan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi

kekuatan beton.

(a) fly ash (b) sodium silikat (c) sodium hidroksida

Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan

fly ash-based geopolymer

3.2.1. Air

Air merupakan salah satu unsur dalam pembuatan fly ash-based geopolymer. Air sangat mempengaruhi atau mempunyai peranan penting pada perilaku campuran

beton segar, karena campuran dengan kadar air tinggi akan terjadi bleeding dan segregasi. Fenomena ini biasanya diikuti dengan kekuatan tekan menurun ketika

beton mengeras. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air yang berasal

dari PDAM di Laboratorium Struktur Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air

yang digunakan harus memenui syarat, antara lain memiliki kotoran-kotoran yang

rendah, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak berwarna.

3.2.2. Fly Ash

(36)

commit to user

21

Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian

Oksida Fly Ash tipe C (%)

SiO2 45,27

Al2O3 20,07

Fe2O3 10,59

TiO2 0,82

CaO 13,32

MgO 2,83

K2O 1,59

Na2O 0,98

P2O5 0,41

SO3 1,00

MnO2 0,07

3.2.3. Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida

Di dalam penelitian ini akan digunakan sodium silikat dengan jenis BE 58 R 2,3,

sedangkan sodium hidroksida digunakan sodium hidroksida yang dijual di

toko-toko bahan kimia yang berbentuk serpihan-serpihan padat. Sodium silikat dan

sodium hidroksida ini akan digunakan sebagai alkaline activator yang dapat digunakan untuk mereaksikan unsur-unsur Si dan Al yang terkandung di dalam fly

ash agar terjadi reaksi polimerisasi.

3.3. Benda Uji

3.3.1. Jenis Benda Uji

Benda uji yang digunakan ini, dibuat dengan faktor air semen 0,25 dengan

molaritas dan modulus alkali yang berbeda-beda. Jenis benda uji dan proporsi

(37)

commit to user

22

Tabel 3. 2. Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH

Kode Benda

Uji Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji

(38)

commit to user

23

Tabel 3. 3. Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali Na2O/SiO2

Kode Benda

Uji Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji

G. Mal 1

Pembuatan campuran ini dilakukan setelah menghitung proporsi masing-masing

bahan yang dipergunakan, kemudian mencampur dengan langkah-langkah sebagai

berikut :

(39)

commit to user

24

2. Menimbang bahan – bahan yang akan digunakan sesuai kebutuhan.

3. Melarutkan sodium hidroksida (NaOH) ke dalam air berdasarkan perhitungan

mix design.

4. Menambahkan sodium silikat (Na2SiO3) ke dalam larutan air dan sodium

hidroksida (NaOH) kemudian diaduk sampai homogen selama ± 3 menit

sehingga terbentuk larutan alkaline activator.

5. Alkaline activator kemudian didiamkan selama 24 jam untuk menuntaskan

reaksi eksotermis pelarutan NaOH.

6. Mencampur larutan alkaline activator (NaOH + air + Na2SiO3) tersebut

dengan fly ash sampai benar-benar homogen selama waktu ± 4 - 10 menit sehingga terbentuk larutan fly ash-based geopolymer.

7. Menuangkan adukan ke dalam cincin ebonite dan dilakukan pengujian

penetrasi untuk mendapatkan waktu pengikatan (setting time).

8. Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala sehingga

didapatkan waktu pengikatan awal (initial setting time) dan waktu pengikatan

akhir (final setting time).

9. Mengulangi lagi langkah 2 sampai 8 dengan variasi komposisi, sehingga

didapatkan komposisi awal fly ash-based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time.

3.4. Prosedur Pengujian Benda Uji

3.4.1. Alat-Alat yang Digunakan

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Struktur Teknik, Jurusan Teknik Sipil,

Universitas Sebelas Maret Surakarta, sehingga menggunakan alat-alat yang

terdapat pada laboratorium tersebut.

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

a) Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk menimbang komposisi bahan yang akan

(40)

commit to user

25

b) Vicat Apparatus lengkap dengan cincin ebonite

Vicat Apparatus dan cincin ebonite digunakan untuk pengujian penetrasi

setting time. Cincin ebonite berukuran diameter bawah 70 mm, diameter atas 60 mm, dan tinggi 40 mm.

a. Pengaduk kayu, digunakan untuk mengaduk larutan alkaline activator

(NaOH + air + Na2SiO3).

b. Cetok semen, digunakan untuk mengaduk geopolymer dan memasukkannya pada cincin ebonite.

c. Mangkok stainless steel, digunakan untuk tempat merendam larutan dan

mengaduk geopolymer.

3.4.2. Prosedur Pengujian Setting Time

Setelah membuat campuran fly ash – based geopolymer, maka dilakukan pengujian setting time untuk mengetahui waktu ikat awal (initial setting time) dan

waktu ikat akhir (final setting time). Dalam ini akan digunakan alat uji Vicat Apparatus lengkap dengan cincin ebonite.

Langkah - langkah pengujian Vicat adalah sebagai berikut :

1. Menyetel jarum pada vicat agar menunjuk angka nol pada skala pembacaan di

bagian kanan dan kemudian menguncinya.

2. Memasukkan fly ash – based geopolymer ke dalam cincin ebonite kemudian

meratakan permukaannya.

3. Memasang cincin ebonite di bawah jarum penetrasi (1 mm).

(41)

commit to user

26

5. Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala.

6. Mengulangi langkah no.4 dan 5 dengan selang waktu 60 menit. Cincin harus

selalu dipindahkan dengan jarak minimal 1 cm.

7. Setelah kedalaman penetrasi mencapai 25 mm berarti waktu pengikatan awal

/ initial setting time telah tercapai.

8. Mengulangi lagi langkah no.6 dengan selang waktu yang sama.

9. Setelah kedalaman penetrasi tidak menembus permukaan fly ash – based

(42)

commit to user

27

Tahap-tahap penelitian ini dapat dilihat secara skematis dalam bentuk bagan alir

sebagai berikut :

Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian

Mulai

Persiapan Bahan

NaOH Air Na2SiO3

Pengujian Setting Time

Komposisi fly ash-based geopolymer

yang memenuhi persyaratan setting time

Analisis dan Pembahasan Didiamkan selama

24 jam

Kesimpulan

Selesai

Alkaline Activator + Fly Ash

Komposisi awal

(43)

4.1.1. Pengamatan berdasar Molaritas NaOH

Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan, yang dapat

dirumuskan sebagai berikut :

Dalam pengujian ini ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium hidroksida

(NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap setting time. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin

tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang

semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah

solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na2O.

Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Molaritas NaOH 6 Molar sampai dengan 10 Molar ( G.Mol 6 - G.Mol 10 )

dapat dilihat pada Tabel 4.1.

(44)

hubungan seperti pada Gambar 4.1. berikut :

Gambar 4.1. Hubungan Molaritas NaOH dan Waktu Tercapainya Setting Time

(45)

commit to user

30

Dari Gambar 4.1. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mol 8 memiliki waktu initial dan

final setting time yang paling cepat.

Polivka dan Klein (1960) menyatakan bahwa pengaruh molaritas NaOH terhadap

setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power,

t0 = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca

(skala penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas)

Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat

grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar 4.6.

Gambar 4.2. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time

(46)

commit to user

31

untuk G.Mol 7

(47)

commit to user

32

untuk G.Mol 9

untuk G.Mol 10

Persamaan – persamaan yang terdapat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar

4.6. akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi.

(48)

commit to user

33

Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan –

persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut :

Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.2. berikut :

Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol

Molaritas

Dari Tabel 4.2. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi

power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang

didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada

fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk

itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A dari

(49)

commit to user

34

Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power

Dari Gambar 4.7. di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi molaritas NaOH

yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada Molaritas 8 Molar.

4.1.2. Pengamatan berdasar Modulus Alkali Na2O/SiO2

Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin

yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium

silikat (Na2SiO3), dan air distilat (H2O), yang masing-masing komponen memiliki

peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari

material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat.

Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2 Modulus Alkali 1 sampai dengan Modulus

Alkali 2 ( G.Mal 1 - G.Mal 2 ) dapat dilihat pada Tabel 4.3.

y = 1,357x2_{- 20,21x + 121,9}

K

o

n

st

an

ta

A

(50)

commit to user

35

Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2

Modulus Alkali Na2O/SiO2

Mix

Design _SettingInitial Time

hubungan seperti pada Gambar 4.8. berikut :

(51)

commit to user

36

Dari Gambar 4.8. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mal 1,25 memiliki waktu initial

dan final setting time yang paling cepat.

Pengaruh modulus alkali Na2O/SiO2 terhadap setting time juga dapat

direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan berbentuk fungsi power seperti

yang telah dinyatakan oleh Polivka dan Klein (1960), yaitu pada persamaan

(4.2.).

Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat

grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time yang dapat dilihat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar 4.13.

(52)

commit to user

37

untuk G.Mal 1,25

(53)

commit to user

38

untuk G.Mal 1,75

(54)

commit to user

39

Persamaan – persamaan yang terdapat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar

4.13. akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi.

Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan –

persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (4.3.), (4.4.), dan (4.5.).

Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.4. berikut :

Tabel 4.4. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mal

Modulus

Alkali

Fungsi Power

Persamaan Koef. Korelasi

1 P = 50 (t – 62) – 0,18 0,904

1.25 P = 42.5 (t – 2) – 0,18 0,960

1.5 P = 45 (t – 4) – 0,18 0,920

1.75 P = 47 (t – 2) – 0,18 0,990

2 P = 44 (t – 2) – 0,18 0,771

Dari Tabel 4.4. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi

power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang

didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada

fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk

itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara modulus alkali dan konstanta A dari

(55)

commit to user

40

Gambar 4.14. Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi

Power

Dari Gambar 4.14. di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi modulus alkali

Na2O/SiO2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting

time tercepat yaitu pada modulus alkali 1,25.

4.2. Pembahasan

Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik

beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan peningkatan kandungan SiO2. Fly ash sendiri mungkin bisa memperpanjang,

mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada setting time. Waktu setting time yang lebih panjang dapat meningkatkan perubahan dari keretakan susut plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan udara yang tinggi.

(56)

commit to user

41

diperoleh pada molaritas 8 Molar yaitu pada 16,67 jam untuk initial setting time dan 25,17 jam untuk final setting time. Hal ini menunjukkan bahwa dengan semakin tinggi molaritas akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat, namun pada jumlah yang berlebih justru akan semakin lama

karena akan memperlemah solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na2O.

Berbeda dengan pengamatan berdasar Molaritas NaOH, pengamatan berdasar

Modulus Alkali Na2O/SiO2 yang dapat kita lihat dari Tabel 4.3. dan Gambar 4.8.

mengalami peningkatan kecepatan yang sangat signifikan dari modulus alkali 1 ke

modulus alkali 1,25 dan kemudian menurun ketika modulus alkali dinaikkan

menjadi 1,5 dan 1,75 tapi kemudian mengalami peningkatan kecepatan lagi pada

modulus alkali 2. Setting time tercepat diperoleh pada modulus alkali 1,25 yaitu

pada 19,33 jam untuk initial setting time dan 28,67 jam untuk final setting time. Hal ini menunjukkan bahwa setting time, dengan semakin tinggi atau semakin rendah rasio sodium silikat terhadap sodium hidroksida menghasilkan nilai yang

tidak berbanding linear. Kandungan SiO2 dan Na2O dari geopolymer memberikan

pengaruh terhadap sifat fisik dari geopolymer, dimana jika rasio Na2O/SiO2

menurun maka kehomogenan dan kerapatan mikrostruktur akan meningkat.

Penurunan angka banding Na2O/SiO2 sampai batas kandungan Na2O tertentu juga

mengakibatkan peningkatan kuat tekan geopolymer. Kandungan Na2O yang

sangat kecil akan memperlemah kuat tekan karena kecilnya komponen yang

berperan untuk proses pelarutan unsur silikona dan alumina dari abu layang untuk

membentuk geopolymer, tetapi kandungan Na2O yang sangat tinggi juga akan

memperlemah kuat tekan dan meningkatkan heterogenitas serta menurunkan