2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kalsium hidroksida
Kalsium hidroksida merupakan senyawa kimia yang didapatkan dengan cara pencampuran air dengan kalsium oksida. Perumusan secara kimianya dapat dilihat sebagai berikut:
CaO + H2O Ca(OH)2
Ketika senyawa ini dicampurkan dengan pozzolan kemudian dicampur dengan air, maka dihasilkan campuran yang bersifat cementitous. (Shakhashiri, 2003)
2.2 Limbah Karbit
Limbah karbit merupakan limbah yang sebagian besar terdiri dari Ca(OH)2.
Limbah karbit ini merupakan limbah dari pembuatan gas asetilen. Gas ini digunakan di seluruh dunia sebagai penerangan, las, pemotongan metal, dan untuk mematangkan buah. Limbah karbit ini didapatkan dari proses reaksi kalsium karbit (CaC2) dan air (H2O) menjadi gas asetilen (C2H2) dan kalsium hidroksida
(Ca(OH)2). Reaksi kimianya dapat dilihat seperti berikut: (Makaratat et al., 2010).
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2
2.3 Penelitian yang pernah dilakukan
2.3.1 Peningkatan kekuatan mortar dengan penambahan CaO dan Ca(OH)2 Penelitian ini dilakukan oleh Handoyo & Sutanto (2016). Salah satu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi pengaruh penggunaan kalsium hidroksida dan kalsium oksida terhadap kuat tekan dan setting time mortar 100% fly ash. Material-material yang digunakan dalam penelitian ini adalah fly ash tipe C yang berasal dari PLTU Paiton, Probolinggo. Kalsium hidroksida berasal dari Brataco. Kalsium oksida berasal dari batu gamping yang ditumbuk dan diayak. Boraks yang digunakan adalah Sodium Tetraborate 10-Hydrate, Na2B4O7.10H2.
Superplasticiser (SP) yang digunakan adalah Viscocrete 1003 tipe polycarbonate dari Sika.
Dalam penelitian ini digunakan kombinasi Ca(OH)2 dan CaO sebagai
pengganti fly ash sebesar 0%, 3%, 5%, 7.5% dan 10% yang dihitung berdasarkan berat fly ash kontrol. Penambahan boraks sebanyak 0.8%, 1%, 1.2% dihitung berdasarkan berat cementitious dilakukan pada variasi CaO dan Ca(OH)2 sebesar
7.5% dan 10% karena campuran tersebut mengalami flash set. Setiap komposisi campuran dibuat sebanyak 3 bekisting, 1 bekisting terdiri dari 3 benda uji dengan ukuran 5x5x5 cm. Semua sampel diukur kuat tekannya pada umur 7, 14, dan 28 hari dan diambil rata-ratanya dari 3 benda uji. Tiap campuran memiliki kandungan SP yang berbeda-beda, tetapi memiliki water/cementitious (0.23) dan flow yang tetap.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa dengan penambahan CaO dan Ca(OH)2 dapat mempercepat setting time dibandingkan dengan fly ash tanpa
penambahan kalsium. Dari hasil percobaan didapati bahwa dengan penambahan kalsium yang hanya 3-5% ini dapat mempercepat final setting time hingga 100 menit. Sedangkan boraks pada campuran yang menggunakan penggantian fly ash dengan kalsium sebesar 7.5% dan 10% terbukti dapat memperlambat final setting time antara 200-600 menit tergantung dari kadar boraks yang digunakan.
Dari hasil kuat tekan beton terbukti bahwa penambahan CaO dan Ca(OH)2
dapat meningkatkan kuat tekan mortar 100% FA. Dimana kuat tekan mortar kontrol yang semula sekitar 12 MPa pada usia 28 hari, setelah ditambahkan kalsium oksida mampu mencapai kekuatan 24.53 MPa, sedangkan ketika ditambahkan kalsium hidroksida mampu mencapai kekuatan 37.47 MPa pada umur 28 hari.
Penelitian ini menunjukkan bahwa pensubstitusian senyawa kalsium hidroksida lebih berpengaruh terhadap peningkatan kuat tekan mortar dibandingkan dengan kalsium oksida. Selain itu, penambahan boraks pada campuran juga terbukti dapat meningkatkan kuat tekan dari mortar.
2.3.2 Pengaruh penambahan kalsium hidroksida dan silica fume terhadap kuat tekan awal beton
Penelitian ini dilakukan oleh Barbhuiya, Gbagbo, Russell, & Basheer, (2009), bertujuan untuk mengevaluasi karakteristik dan kuat tekan awal beton yang menggunakan substitusi fly ash, silica fume, dan kalsium hidroksida sebagai
pengganti semen. Penelitian ini menggunakan 2 mix design yang berbeda. Yang pertama adalah dengan melakukan substitusi semen dengan fly ash sebanyak 30% dengan water/cementitious 0.35, kedua, melakukan substitusi semen dengan fly ash sebanyak 50% dengan water/cementitious 0.30. Substitusi fly ash dengan kalsium hidroksida yang digunakan sebanyak 5% dari cementitious material, sedangkan substitusi fly ash dengan silica fume sebanyak 5% dari kandungan semen. Setiap mix design dibuat 9 sampel kubus berukuran 15cm yang diukur kekuatannya pada umur 3, 7 dan 28 hari. Semua sampel dimasukkan ke dalam cetakan dan dilakukan curing pada suhu ruangan yang berkisar 20°C dan ditutup dengan plastik selama 24 jam. Setelah itu bekisting dibuka dan kemudian sampel di-curing di dalam air dengan suhu ruangan berkisar 23°C hingga waktu pengetesan.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa dengan penggantian kalsium hidroksida pada beton dapat meningkatkan kuat tekan awal dan kuat tekan akhir beton hingga mencapai 5-10MPa. Selain itu, pengaruh penggantian silica fume justru lebih signifikan, yaitu mampu meningkatkan kuat tekan awal dan kuat tekan akhir beton hingga mencapai 10-20 MPa.
2.3.3 Pengaruh penambahan limbah karbit pada mortar 100% Fly Ash Penelitian ini dilakukan oleh Makaratat, Jaturapitakkul, & Laosamathikul, (2010). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur efek dari penambahan limbah karbit terhadap setting time, kuat tekan, kuat tarik dan modulus elastisitas dari beton 100% fly ash. Pasir yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasir sungai lokal dengan fineness modulus sebesar 3.2 dengan specific gravity 2.61. Agregat kasarnya didapat dari penghancuran batu kapur dengan besar maksimum sebesar 19mm, fineness modulus 6.9 dan specific gravity 2.73.
Limbah karbit didapatkan dari area pembuangan pabrik gas asetilen. Karena limbah karbit mempunyai kadar air yang tinggi (52%), maka dilakukan pengeringan di bawah matahari selama 3-4 hari untuk mengurangi kelembabannya menjadi 2-4%. Selanjutnya limbah karbit digiling hingga berat limbah karbit yang tertahan di ayakan berukuran 0.045 mm tersisa 3%. Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe C yang didapatkan dari pembangkit listrik yang berada di bagian tengah negara
Thailand, dekat Bangkok. Superplasticizer digunakan dalam penelitian ini yang bertujuan untuk menjaga slump agar berkisar antara 50–100mm.
Seluruh mix design yang digunakan dalam penelitian ini memiliki perbandingan limbah karbit : fly ash sebesar 30:70. Sedangkan water/cementitious yang digunakan pada mix design adalah 0.45, 0.53, dan 0.65.
Pengetesan kuat tekan sampel dilakukan pada umur 7, 28, 60, 90, dan 180 hari pada sampel silinder diameter 10cm dan tinggi 20cm, yang hasilnya diperoleh dengan menguji 3 buah sampel tiap mix design yang diambil rata-ratanya tiap kali pengetesan.
Dari hasil penelitian mengenai setting time, diketahui bahwa karena reaksi hidrasi pada campuran yang menggunakan fly ash tidak seperti reaksi hidrasi pada campuran yang menggunakan semen. Nilai initial setting time maupun final setting time menjadi lebih lama bila dibandingkan dengan beton normal yang menggunakan semen. Hasil initial setting time untuk campuran yang menggunakan fly ash menjadi 7 – 22 jam lebih lama bila dibandingkan dengan beton kontrol, sedangkan pada final setting time, campuran yang menggunakan fly ash menjadi 23 – 44 jam lebih lama dibandingkan dengan beton kontrol. Perbedaan lama setting time ini diketahui akibat faktor dari water/cementitious campuran, dimana semakin rendah nilai water/cementitious yang digunakan, maka setting time pada campuran cenderung menjadi lebih cepat.
Dari hasil tes kuat tekan beton, diketahui bahwa seiring bertambahnya waktu, kuat tekan semakin meningkat, dengan nilai kuat tekan beton yang paling tinggi mencapai 34.5 MPa pada beton dengan water/cementitious 0.45. Begitu pula seiring berkurangnya kandungan air dari campuran, kuat tekan beton juga semakin meningkat.
2.3.4 Peningkatan kekuatan mortar dengan penambahan CaO dan Ca(OH)2 dengan 2 metode.
Penelitian ini dilakukan oleh Thomas & Angdiarto (2018). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh penambahan kalsium oksida dan kalsium hidroksida terhadap kuat tekan, tarik, setting time, dan berat jenis dari pasta 100% fly ash tipe C. Fly ash yang digunakan adalah fly ash yang berasal dari PLTU
Paiton, Probolinggo. Air yang digunakan adalah air suling. Superplasticiser yang digunakan adalah polycarbonate dengan merk dagang ViscoCrete-1003 dari Sika. Pasir yang digunakan adalah pasir Lumajang. Uji tekan dilakukan pada umur 7, 28, dan 56 hari.
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk kubus dengan ukuran 5x5x5cm. Kadar kalsium yang ditambahkan adalah 5% & 10% dari berat fly ash. Water/cementitious yang digunakan adalah 0.14-0.29 dengan interval 0.03. Metode A adalah metode dimana CaO dicampur air terlebih dahulu sebanyak 30% dari total kebutuhan air, kemudian hasil reaksinya ditambahkan ke dalam campuran pasta beserta sisa 70% dari total kebutuhan air. Sedangkan metode B adalah pencampuran fly ash dan CaO terlebih dahulu yang kemudian dicampur dengan keseluruhan air.
Dari semua hasil sampel dengan pencampuran metode A dan penambahan Ca(OH)2 sebanyak 10% yang ada, terdapat beberapa sampel yang rusak
dikarenakan masih ada CaO yang belum bereaksi dari mix design yang sudah dibuat. Maka, saat sampel tersebut sudah ada dalam cetakan, CaO yang belum bereaksi tersebut akan bereaksi, yang kemudian mengembang dan mengakibatkan kerusakan pada sampel pasta.
Dilihat dari uji kuat tekan, berat jenis dan water/cementitious, diketahui bahwa semakin tinggi berat jenis dalam satu campuran, semakin tinggi pula kuat tekan yang didapat. Sebaliknya, semakin rendah water/cementitious tiap campuran, maka semakin tinggi kuat tekan yang didapat. Kuat tekan tertinggi dari penelitian ini dicapai pada sampel dengan pencampuran menggunakan metode A, penambahan kalsium 5%, dan water/cementitious 0.14. Kuat tekannya mencapai 40.67 MPa pada 7 hari, 50.53 MPa pada 28 hari, dan 53.47 MPa pada 56 hari.
Pembuatan campuran dengan metode B gagal karena keseluruhan sampel mengalami kerusakan yang diakibatkan reaksi mengembangnya kalsium oksida (CaO) dengan air menjadi kalsium hidroksida (Ca(OH)2) yang menjadikan tiap
sampel rusak.
2.3.5. Penelitian Beton 100% fly ash tipe F
Penelitian ini dilakukan oleh Law (2016) bertujuan untuk mengurangi penggunaan semen dan meningkatkan material pengganti seperti fly ash tipe F.
Dalam penelitian ini digunakan beberapa kombinasi dalam substitusi semen, di antaranya adalah substitusi 50%, 65%, 80%, dan 100%. Pertama, untuk substitusi 50% fly ash, digunakan fly ash kasar dan halus, selain itu juga ditambahkan kombinasi air kapur dalam mix design-nya. Kedua, untuk substitusi 65%, digunakan fly ash halus dan kasar, dan air kapur yang memiliki konsentrasi yang berbeda tiap campurannya. Ketiga, untuk substitusi 80%, digunakan fly ash halus dan kasar, silica fume dan kalsium hidroksida. Dan untuk substitusi 100%, metode yang dilakukan kurang lebih sama dengan metode yang sudah dijelaskan, dimana beton yang mensubstitusi penggunaan semen 100% ini menggunakan nano-engineered HVFA sebagai pengikat tunggalnya. Dari hasil penelitian didapati bahwa, kuat tekan beton substitusi 100% ini berkisar 40% dari kuat tekan beton kontrol pada umur 3 dan 7 hari, dan sekitar 65-70% dari beton kontrol pada umur 28 hari.
2.3.6. Penelitian untuk mengevaluasi fly ash yang cocok untuk menjadi beton 100% fly ash
Penelitian yang dilakukan oleh Cross & Stephens (2008) bertujuan untuk mengevaluasi fly ash yang berpotensi untuk dijadikan material pengikat tunggal pada pembuatan beton. Pemilihan jenis fly ash dilakukan dengan cara menjadikan fly ash produksi Corette yang terletak di kota Billings, Amerika Serikat sebagai acuan dalam penentuannya, karena fly ash Corette ini sangat cocok digunakan dalam dunia konstruksi. Fly ash yang digunakan diambil dari berbagai sumber pembangkit listrik yaitu dari Port Neal, Dave Johnston, dan Council Bluffs, yang terletak di Amerika Serikat pada kota Sioux City, Glenrock, Council Bluffs, secara berurutan. Sedangkan fly ash kontrol diambil dari PLTU Corette. Mix design dari semua campuran fly ash adalah sama dengan komposisi fly ash : agregat halus : agregat kasar adalah 1.2:1:2. Sedangkan water/cementitious yang digunakan adalah 0.24.
Setelah dilakukan uji kuat tekan untuk ketiga campuran, campuran beton dari Dave Johnston dan Port Neal memiliki nilai kuat tekan 93% dan 100% dari beton kontrol pada 28 hari. Sedangkan kuat tekan untuk beton yang menggunakan fly ash PLTU Council Bluffs kekuatannya hanya mencapai 33% dari beton kontrol. Sebagai kesimpulan, fly ash dari Dave Johnston dipilih sebagai fly ash yang
berpotensi karena memiliki grafik kuat tekan berbanding waktu yang menyerupai beton kontrol.
2.3.7. Penelitian Mengenai Pengaruh Metode Aktivasi Beton yang Menggunakan Fly Ash dan Limbah Karbit sebagai bahan pengikat utamanya
Penelitian ini dilakukan oleh Dueramae, Tangchirapat, Chindaprasirt, & Jaturapitakkul (2013) untuk meningkatkan kuat tekan dari beton yang menggunakan fly ash dan limbah karbit sebagai bahan pengikat utamanya. Metode aktivasi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 3 metode. Metode pertama yang digunakan adalah dengan menambahkan NaOH sebanyak 1% dari berat pengikatnya, lalu metode yang kedua adalah dengan melakukan proses curing pada beton dengan suhu 60°C, dan metode yang ketiga adalah dengan meningkatkan kehalusan dari fly ash dan limbah karbit yang digunakan dengan cara digiling hingga berat yang tertahan pada ayakan no.325 tersisa 1.1% dari total berat yang digiling.
Ketiga metode tersebut dibuat dengan menggunakan water/cementitious ratio yang sama yaitu 0.25 dengan slump dari adonan beton yang digunakan harus berkisar antara 15-20cm. Sedangkan komposisi dari bahan pengikat yang digunakan adalah 70% fly ash dan 30% limbah karbit. Fly ash yang digunakan merupakan tipe C yang didapatkan dari Mae Moh power plant di Provinsi Lumpang, Thailand, sedangkan limbah karbit yang digunakan berasal dari area pembuangan industri gas asetilen.
Pengujian kuat tekan dari beton dilakukan pada umur 1, 3, 7, 28 dan 90 hari dengan kuat tekan dari beton pada setiap umurnya dapat dilihat pada Tabel 3.1 dimana OPC merupakan mix design yang menggunakan semen sebagai bahan pengikat-nya sedangkan OFC merupakan mix design yang menggunakan fly ash dan limbah karbit sebagai bahan pengikat-nya. Sedangkan OFC-C merupakan mix design yang menggunakan metode aktivasi berupa penambahan NaOH, OFC-H merupakan mix design yang menggunakan metode aktivasi berupa curing 60°C dan FFC merupakan mix design yang menggunakan fly ash dan limbah karbit yang sudah digiling sebagai bahan pengikatnya.
Tabel 2.1 Perbandingan Kuat Tekan Beton Mix Design Kuat Tekan (MPa)
1 hari 3 hari 7 hari 28 hari 90 hari
OPC 28 38.9 43.5 51.3 58.3
OFC 2.6 4.2 7.7 19.7 30.6
OFC-C 5.5 13.4 21 34 37.9
OFC-H 2.6 27.3 27.9 37.2 44.2
FFC 10.6 23.4 37.4 55 65.1
Dari hasil uji kuat tekan tersebut dapat disimpulkan bahwa ketiga metode aktivasi tersebut mampu meningkatkan kekuatan beton secara signifikan pada setiap umurnya. Dan metode aktivasi FFC merupakan metode aktivasi yang terbaik dari ketiga metode tersebut. Beton yang menggunakan metode aktivasi FFC mampu memiliki kemampuan kuat tekan hingga 55 MPa pada 28 hari nya dimana kuat tekan tersebut bahkan lebih tinggi dibandingkan dengan beton OPC.
