3. METODE PENELITIAN
3.1. Umum
Dalam bab ini dijelaskan mengenai karakteristik material – material dan alat – alat yang digunakan serta langkah-langkah pembuatan beton dan pengambilan data dari pengujian atau tes yang dilakukan dengan harapan mampu memberikan gambaran secara umum mengenai penelitian yang dilakukan.
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa pengaruh proporsi perbandingan alkali activator dan metode pencampuran terhadap initial setting
time, kuat tekan dan workability pada beton geopolimer dengan fly ash tipe C, dan
menganalisa pengaruh metode curing terhadap kuat tekan beton geopolimer dengan fly ash tipe C.
3.2. Material
Material yang digunakan di tes terlebih dahulu di laboratorium untuk mengetahui karakteristik dari setiap material tersebut. Pengujian dilakukan pada awal penelitian untuk mengetahui kelayakan dari material – material tersebut. Material yang digunakan antara lain agregat halus berupa pasir silika, air mineral,
fly ash tipe C dari PLTU Paiton sebagai bahan dasar pembuatan mortar
geopolimer, larutan sodium silikat dan larutan NaOH sebagai alkali activator. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa beton. Agregat halus atau pasir yang digunakan berupa pasir silika. Penggunaan pasir silika bertujuan untuk menjaga konsistensi beton dikarenakan pasir silika memiliki keseragaman yang baik. Pasir silika yang didapat terlebih dahulu dikeringkan, lalu dilakukan pengujian gradasi ayakan berdasarkan ASTM (ASTM C778-13, 2014). Pengujian gradasi dilakukan agar setiap beton yang dibuat memiliki gradasi pasir yang sama dan konsisten. Setelah itu, pasir yang digunakan harus dipastikan dalam keadaan SSD (Saturated Surface Dry). Untuk agregat kasar yang digunakan berupa batu pecah dalam kondisi SSD. Agregat kasar didapat dari ready mix yang ada di Surabaya dengan ukuran lolos ayakan 25 mm dengan gradasi nomor 6 ASTM C33 (ASTM C33-90, 1993).
Larutan alkali activator yang digunakan adalah kombinasi antara larutan sodium hidroksida (NaOH) dan larutan sodium silikat. Kadar molaritas dari larutan sodium hidroksida yang digunakan sebesar 8 Molar. Larutan sodium silikat yang digunakan memiliki kadar air 46.06%. Perbandingan massa larutan sodium silikat dan larutan hidroksida adalah 0.66, 1.5, dan 2.5. Dalam hal ini pengambilan perbandingan 0.66 didasari pada penelitian yang dilakukan oleh Erlando et al., (2018), dimana perbandingan padatan NaOH dan larutan sodium silikat sebesar 2.5 yang dikonversi menjadi larutan per larutan sebesar 0.66. Dalam pembuatan larutan NaOH, NaOH padat dilarutkan terlebih dahulu di dalam air sesuai dengan molaritas yang diinginkan. Pencampuran ini menghasilkan panas pada larutan sehingga larutan NaOH harus didiamkan selama satu hari untuk mencapai suhu ruang dahulu sebelum dilakukan mixing.
3.3. Alat yang Digunakan
Peralatan yang digunakan antara lain bekisting silinder ukuran 10 cm x 20 cm, sekop, kapi, ember, bor mixer, sarung tangan, pengayak pasir, oven, dan timbangan digital. Semua alat yang digunakan harus dalam kondisi bersih sehingga tidak mempengaruhi hasil penelitian. Sebelum beton dimasukkan ke dalam bekisting, bekisting harus dilapisi terlebih dahulu dengan oli agar material tidak melekat pada bekisting ketika sudah mengeras. Setelah material tercampur secara merata, lalu campuran dituangkan ke dalam bekisting yang telah disiapkan. Kemudian dilakukan perojokan untuk memastikan tidak adanya rongga udara yang tersisa. Setelah itu dilakukan curing pada benda uji.
Curing dilakukan dengan cara dioven dan non oven. Namun, sebelum
di-curing bekisting dibungkus terlebih dahulu dengan menggunakan plastik untuk
mencegah terjadinya penguapan. Curing oven dilakukan pada suhu 60oC selama 24 jam. Sedangkan pada curing non oven, benda uji didiamkan pada suhu ruang. Setelah dioven, bekisting dikeluarkan kemudian dilakukan pelepasan bekisting. Untuk sampel non oven bekisting dilepas setelah didiamkan selama satu hari. Setelah itu sampel dimasukkan kedalam plastik dan disimpan. Pada hari ke 7 dan 28 sampel di uji kuat tekan dengan menggunakan alat tes tekan. Semua peralatan
yang digunakan telah disiapkan di Laboratorium Beton dan Konstruksi Universitas Kristen Petra.
3.4. Metode Tes dan Pengujian
Pengujian initial setting time beton geopolimer dilakukan pada kondisi mortar dengan menggunakan alat penetrometer. Mortar didapatkan dari hasil penyaringan beton segar terhadap agregat kasarnya sehingga menyisakan campuran pasta dengan pasir. Pengujian ini dilakukan pada suhu ruangan dan pencatatan waktu dimulai saat larutan alkali activator bertemu dengan fly ash. Beton geopolimer yang sudah tercampur kemudian disaring dan dicetak ke dalam bekisting kubus berukuran 15 x 15 x 15 cm. Pengujian initial setting time dilakukan dengan menekan penetreometer pada mortar geopolimer dan dilakukan pembacaan pada alat. Pengujian dilakukan dengan interval waktu setiap 10 menit. Pengujian initial setting time yang dilakukan sesuai dengan ASTM C403 (ASTM C403-90, 1993).
Pengujian workability beton geopolimer dilakukan dengan metode slump
test. Pengujian ini diawali dengan menaruh kerucut uji pada permukaan yang
datar dan kaku. Setelah itu, sampel beton segar dituangkan pada kerucut dalam 3 lapisan yaitu, 1/3, 2/3 dan 3/3 dari tinggi kerucut. Setiap lapisan dilakukan perojokan sebanyak 25 kali. Setelah kerucut terisi penuh dan telah dilakukan perojokan, kerucut diangkat secara vertical dan diletakkan di sebelah benda uji secara terbalik. Lalu selisih tinggi beton segar diukur terhadap tinggi kerucut dengan menggunakan penggaris. Pengujian ini didasari pada ASTM C143 (ASTM C143-90a, 1993).
Pengujian kuat tekan beton geopolimer dilakukan setelah beton mencapai umur 7 dan 28 hari. Sampel beton geopolimer diuji dengan menggunakan alat tes tekan dengan load rate 4 di Laboratorium Beton dan Konstruksi Universitas Kristen Petra berdasarkan ASTM C39 (ASTM C39-86, 1993).
3.5. Komposisi Campuran
Pada penelitian yang telah dilakukan terdapat 3 komposisi campuran beton yang berbeda. Setiap komposisi campuran memiliki 3 perbandingan alkali
activator yang berbeda. Alkali activator yang digunakan berupa larutan NaOH 8
Molar dan larutan sodium silikat dengan kadar air 46.06%. Perbandingan massa larutan sodium silikat dengan larutan NaOH adalah 0.66, 1.5, dan 2.5. Untuk komposisi campuran beton per m3 dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Komposisi Campuran Dalam Pembuatan 1 m3 Beton Geopolimer
Mix Design A B C Kerikil (Kg) 1124 1124 1305 Pasir (Kg) 959 786 734 Fly ash (Kg) 460 625 495 W/FA 0.35 Molaritas 8M Perbandingan Na2SiO3/NaOH 0.66 1.5 2.5 0.66 1.5 2.5 0.66 1.5 2.5 Na2SiO3(l) (Kg) 101.4 168.8 212.8 138 229.8 289.6 109.3 182 229.8 NaOH(s) (Kg) 40.6 29.6 22.3 55.2 40.2 30.4 43.73 31.8 24.1 Water (Kg) 114.1 83 62.8 155.3 113 85.4 123 89.5 67.6
Penggunaan mix design A didasari pada penelitian sebelumnya pada kondisi mortar yang dilakukan oleh Surya & Lairenz (2019) dengan perbandingan pasir dan fly ash sebesar 1 : 2 serta penentuan jumlah kerikil berdasarkan beberapa percobaan pembuatan beton geopolimer yang telah dilakukan sebelumnya dan jumlahnya diambil dari sampel yang memiliki tingkat kepadatan yang paling tinggi. Sedangkan penggunaan mix design B didasari dari hasil kerusakan yang terjadi saat pengetesan kuat tekan dari sampel mix design A. Dari kerusakan yang terjadi, terlihat kurangnya ikatan antar agregat pada sampel yang mengindikasikan campuran mengalami kekurangan pasta sehingga pada mix design B kami menambahkan jumlah pasta dan mengurangi jumlah pasir dari mix design A. Sedangkan pada mix design C, komposisi agregat dan pasta diambil dari komposisi campuran yang dilakukan oleh Topark-Ngarm et al. (2015) sebagai pembanding pada mix design A dan mix design B. Contoh perhitungan mix design dapat dilihat pada Lampiran 3.
3.6. Metode Pembuatan Beton Geopolimer
3.6.1. Umum
Metode pembuatan beton geopolimer yang kami lakukan menggunakan metode terpisah, seperti pada Tabel 3.2. (FH)-S-A yaitu fly ash dicampur dengan larutan NaOH terlebih dahulu, lalu ditambahkan larutan sodium silikat, kemudian ditambahkan agregat kasar dan agregat halus secara bersamaan. Semua pembuatan benda uji dilakukan secara manual tanpa menggunakan mesin molen.
Tabel 3.2 Metode Pembuatan Mix Design Beton Geopolimer
Kode Proses Pencampuran
(FH)-S-A
(Fly ash+
NaOH*) > Sodium silikat >
Agregat (kasar + halus)
mix 5 min mix 10 min mix 5 min
*Larutan NaOH didiamkan selama 1 hari terlebih dahulu untuk mencapai suhu ruang sebelum dilakukan pencampuran.
Pembuatan beton diawali dengan mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan berdasarkan pada komposisi campuran. Setelah alat dan bahan dipastikan dalam kondisi bersih dan siap pakai, NaOH padat dilarutkan terlebih dahulu ke dalam air berdasarkan molaritas pada mix design dan didiamkan selama satu hari pada suhu ruangan. Kemudian pencampuran mix design dilakukan sesuai dengan prosedur. Setelah pencampuran selesai dilakukan, beton segar dituangkan kedalam cetakan silinder berukuran 10 cm x 20 cm dan dilakukan perojokan. Benda uji kemudian dilapisi dengan plastik agar menghindari penguapan berlebih, lalu benda uji dilakukan curing. Contoh dan foto pembuatan dapat dilihat pada Lampiran 1.
3.6.2. Tahap Pertama
Pada tahap ini metode pembuatan yang digunakan adalah metode campur dan terpisah. Metode pembuatan campur merupakan metode dengan tahapan NaOH dan sodium silikat dicampurkan terlebih dahulu hingga merata kurang lebih selama 5 menit. Setelah itu, larutan alkali activator tersebut dicampurkan ke
dalam fly ash selama 5 menit, lalu agregat halus dan agregat kasar dimasukkan secara bersamaan ke dalam campuran dan diaduk hingga merata selama 5 menit. Sedangkan untuk metode pembuatan terpisah dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tahap ini dilakukan hanya untuk pengetesan initial setting time sebagai pembanding terhadap metode pembuatan terpisah.
3.6.3. Tahap Kedua
Pada tahap ini komposisi campuran yang digunakan adalah komposisi campuran B dan C dengan metode pembuatan terpisah. Pada tahap ini curing yang dilakukan hanya curing oven dan pada umur 7 hari, benda uji difoto, diukur, ditimbang, dan dilakukan pengujian kuat tekan beton.
3.6.4. Tahap Ketiga
Pada tahap ini komposisi campuran yang digunakan adalah komposisi campuran A. Komposisi campuran A memiliki persentase kerikil dan pasir sebesar 45% kerikil dan 55% pasir silika, dan persentase fly ash sebesar 50% dari volume pasir silika.
Pada tahap ini benda uji dilakukan curing oven dan non-oven. Untuk benda uji yang dilakukan dengan curing oven, setelah benda uji dikeluarkan dari oven, kemudian cetakan dibuka. Untuk benda uji non-oven, cetakan langsung dibuka setelah dilakukan curing selama 24 jam pada suhu ruangan. Semua benda uji dimasukan kedalam plastik dan disimpan pada suhu ruangan. Pada umur 7 hari dan 28 hari, benda uji difoto, diukur, ditimbang, dilakukan analisa visual dan pengujian kuat tekan beton. Untuk setiap pengujian kuat tekan mix design dilakukan pengujian dengan menggunakan 3 sampel benda uji.
3.7. Curing
Proses curing dilakukan dengan cara non-oven yang diletakan pada suhu ruangan dan oven dengan suhu 60C selama 24 jam di dalam Laboratorium Beton Universitas Kristen Petra. Dalam penelitian ini benda uji beton geopolimer ditutup dengan plastik yang kedap air, selama proses perawatan pada suhu tinggi dan pada lingkungan kering, hal ini dilakukan untuk menghindari penguapan berlebih.
3.8. Diagram Alur Penelitian
Gambaran umum langkah penelitian pembuatan beton geopolimer dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Langkah Pembuatan Beton Geopolimer
START
Mencari Literatur mengenai geopolimer, fly ash,
setting time, konsentrasi alkali activator
Menyiapkan material-material dan alat yang digunakan
Pengujian karakteristik material (batu pecah, pasir, fly ash, larutan alkali activator)
Pembuatan beton metode terpisah dengan molaritas NaOH 8 dan konsentrasi alkali activator (perbandingan sodium silikat:NaOH = 0.66,
1.5, 2.5)
Analisa dan Pembahasan
Curing non-oven
Komposisi Campuran A
Tes setting time
Tes kuat tekan
Slump Test Curing oven
FINISH Komposisi Campuran B
Komposisi Campuran C
