Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-31
EFFEK SIFAT POZOLAN ABU GUNUNG BROMO PADA MORTAR
SEBAGAI BAHAN BANGUNAN
RIDHO BAYUAJI1),M JIHAD1) , CAHYADI1), TATAS1), AMIEN WIDODO2)
1)
Prodi DIII Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
2)
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan ITS Surabaya Indonesia 60111, email: bayuaji@ce.its.ac.id
Abstrak—Studi ini meneliti sifat fisik dan kimia Abu Vulkanik gunung Bromo (AVB),
salah satu mineral bumi yang mempunyai mempunyai karakter pozzolan. Untuk mengetahui keaktifan sifat pozolan AVB pada mortar, maka dilakukan analisa perkembangan efek pozolan AVB pada proses hidrasi dengan ujite kan dan resapan pada campuran mortar di Laboratorium. Benda uji mortar mempunyai dimensi kubus 50 mm dan dilakukan uji tekan dengan standar SNI 03-6825-2002 dan dan resapan pada usia proses hidrasi; 7, 14, 21, 28 hari untuk kuat tekan dan 28 hari untuk uji resapan. Penelitian ini member kesimpulan bahwa AVB efektif sebagai bahan subtitusi semen pada campuran mortar sebagai bahan bangunan.
Kata Kunci— abu vulkanik gunung Bromo, pozolan, mortar, kuat tekan, resapan
1. PENDAHULUAN
Jalur pegunungan Sirkum Pasifik dan jalur Sirkum Mediteran merupakan terusan daratan yang mempola daratan Indonesia. Di sepanjang dua jalur ini membentang gunung api aktif, sekitar 200 dan 70 berada di Pulau Jawa yang siap mengeluarkan muntahan abu vulkanik kapan saja.
Salah satu dalam catatan sejarah menunjukkan bahwa pada bulan November 2010 terjadi erupsi gunung Bromo yang terus menerus dan menyebabkan hujan abu vulkanik yang berakibat, lahan pertanian dan rumah-rumah penduduk tertutup AVB (abu vulkanik gunung Bromo) dengan tebal minimal 20 cm dengan radius 2 km dari dinding kaldera Laut
Pasir[1]. Pemanfaatan AV di dalam penelitian
campuran beton masih terbatas. Studi ini dikategorikan teknologi beton dengan memanfaatkan mineral bumi, laterized concrete. Tujuan studi ini mengetahui efek sifat Pozolan AVB pada mortar sebagai bahan Penelitian ini mencoba untuk mengambil
hikmah dalam bidang teknologi yaitu memanfaatkan bahan pozolan lokal yang tersedia seperti abu vulkanik, abu sekam padi, abu serbuk gergaji, abu sekam padi-padian, abu bakar pulverish, baggase abu, dan lainnya
dalam beton. Upaya mengeksplorasi AV (abuvulkanik) untuk penelitian pendahuluan [2-5]dan menggunakan potensinya dalam teknologi beton[6-10] telah dilakukan. Hariyanto[11] juga telah melakukan pemanfaatan AV dalam bentuk trass sebagai bahan pozolan untuk campuran mortar. Hal yang sangat signifikan dari pemanfaatan AV ini adalah limbah alam lokal yang ekonomissebagai material pengganti sebagian dan atau bahan tambahan semen untuk mendapatkan beton dengan kemampuan kekuatan dan keawetan yang tinggi[12]. Selain itu, pemanfaatan limbah alam lokal adalah upaya gerakan global dalam penyelematan lingkungan, hemat energi dan sumber daya [9].
Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-32 bangunan yang merupakan kelanjutan makalah
sebelumnya[13].
2. DASAR TEORI
Bahan pozolan didefinisikan bahan bukan semen yang mengandung silika dan alumina [3]. Karakter butiran yang halus akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida (CH), pada suhu normal dan dengan adanya air akan membentuk produk yang tidak larut, yaitu Calsium Silikat Hidrat (CSH)yang mempunyai sifat seperti semen[14].
Definisi reaksi pozolanik pada suatu komposisi adalah reaksi kimia antara pozolan (S) dan kalsium hidroksida (CH) dengan adanya air (H). Hal ini dapat digeneralisasi dengan persamaan yang disederhanakan ditunjukkan pada persamaan (1)[15].
Pozolan + CH + H C-S-H (1) Ada banyak manfaat dari menggunakan bahan pozolanpada semen campuran dan beton di antaranya adalah:
1. Kemampuan mengubah CHmenjadi CSH, sehingga akan mengurangi volume dan ukuran rongga kapiler. Hal ini akan memperbaiki semen sebagai bahan pengikat pada campuran beton terhadap kekuatan dan keawetanmaterial beton. 2. Pozolan juga dapat digunakan sebagai
bahan pengganti semen ( harga pozolan lebih murah dari material semen yang digantikannya). Hal ini mendorong penggunaan produk limbah dan dengan demikian menghemat energi dan sumber daya.
Klasifikasi bahan pozolan[16] terbagi menjadi dua bagian, pozolan alam (natural) dan buatan (sintetis), contoh pozolan alam adalah: tufa, abu vulkanis, tanah diatomae dan trass adalah sebutan pozolan alam yang terkenal di Indonesia. Selanjutnya contoh pozolanbuatan adalah hasil pembakaran tanah liat, abu sekam padi, abu ampas tebu dan hasil pembakaran batu bara (fly ash)
3. METODOLOGI
.
Untuk mencapai tujuan penelitian ini, maka dilakukan eksperimen di laboratorium Prodi DIII Teknik Sipil FTSP ITS dan Laboratorium Energi LPPM-ITS. Adapun material yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai kriteria sebagai berikut:
Semen Gresik tipe I digunakan sebagai material pengikat campuran. Alasan kenapa dipilih tipe I agar diketahui perbedaan perkembangan hidrasi pada kondisi normal dibandingkan dengan akibat tambahan pozolan pada semen normal. Sifat fisik dan kimia semen diuraikan pada tabel 1.Densiti dan luas partikel semen diketahui masing-masing 3,15 dan 359 m2
Parameter
/kg.
TABLE 1:PROPERTI SEMEN SEBAGAI BAHAN PENGIKAT SNI 15- 2049-2004 Hasil Tes Komposisi Kimia Al2O3 6.03 SiO2 20.65 Fe2O3 3.44 CaO 65.96 MgO Max 6.00 2.05 SO Max 3.50 3 2.22 Loss on Ignition Max 5.00 3.96 Free Lime 1.09 Insoluble residue 2.37 Alkali (Na2O+0,658K20) 0.38
Propoerti X-Ray Difraction
Tricalcium Silicate (C3S) 56.68
Dicalcium Silicate (C2S) 11.00
Tricalcium Aluminate (C3A) 7.72
Tetracalcium Aluminate
Ferrite (C4AF) 8.91
Properti Fisik
Kehalusan
-Blaine specific surface (m2
Min 280
/kg) 359
Waktu setting, Vicat Test:
- Initial set (minutes) Min 45 125 - final set (menit)
Max 375 240 Autoclave test: -Expansion (%) Max 0.8 0.10 Kuat Tekan: - 3 hari (kg/cm2) Min 255
Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-33 125 - 7 hari (kg/cm2 Min 200 ) 316 - 28 hari (kg/cm2 Min 280 ) 411
False set (%) Min 50 77,36
Agregat halus yang digunakan dalam eksperimen ini adalah pasir alami quartzite yang diperoleh dari depo Mojokerto. Modulushalusbutirsebesar 3,119, diameter butiran dari 0,149 mm hingga4,76 mm,tergolongdalamzona 3, kelembaban 1,46%, beratjenis 2,73 gr/cm3, resapansebesar 0,77%, buckling 15,38 %, kandunganorganikrendah, kandungan lumpur 3%.
AVB yang digunakan diperoleh dari empat lokasi (Sapikerep, Ngadisari, Ngadirejo Tengah, NgadirejoAtas), sesuai dengan hasil penelitian sebelumnya maka pada penelitian ini digunakan AVB dari lokasi Ngadirejo Tengah yang mempunyai propertis yaitu: densiti relatifnya = 2,44; partikel butiran pada besaran 150-600µm dan 100% lolos 600µm; luas permukaan partikel yang diobservasi QuantachromeAutosorbiQ= 11.648 m2/g; uji percepatan reaksi pozolan dengan ASTM C 1240 (2004) = 88%; dan data unsur kimia yang terkandung pada AVB pada Tabel 2. Pada gambar 1, puncak kuat pada sudut 21.5°mengindikasikan puncak cristobalite dan pada sudut 27,5o, tridymite.
Komposisi kimia dominan AVB yaitu SiO2,
Al2O3
Komposisidalamsenyawaoksida
dan Fe2O3 denganberatmasing-masingsecaraberurutan 39%, 25,5% dan 15,2 mempunyai jumlah total 79,2%, dikategorikan jenis pozolan F[17].
TABEL 2.KOMPOSISI KIMIA AVB
Berat (%) Al2O3 25 SiO2 39 Fe2O3 15,2 CaO 9,74 K2O 3,94 TiO2 1,59 MnO 0,23 V2O5 0,03 CuO 0,049 Ag2O 0,7 BaO 0,21 Eu2O3 0,1 Re2O7 0,18 Y2O3 0,8 Br 1,8 PbO 1,6
Gambar 1. Hasil identifikasi AVB dengan test XRD
Gambar 2. Hasil identifikasi partikel AVB dengan test SEM
Komposisi campuran mortar dengan subtitusi AVB mengacu standar mortar untuk pekerjaan sipil[18] disusun sesuai dengan tabel 3
TABLE 3.KOMPOSISI CAMPURAN MORTAR DENGAN SUBTITUSI AVB
AVB Semen Pasir Air
(gr) (gr) (gr) (ml) 0 500 1375 242 50 450 1375 242 100 400 1375 242 150 350 1375 242 200 300 1375 242 tridymite cristobalite
Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-34 Benda uji mortar mempunyaidimensikubus
50 mm dandilakukanujitekandenganstandar SNI 03-6825-2002padausia proses hidrasi; 7, 14, 21, 28 hari untuk kuat tekan dan28 hari untuk uji resapan. Mortar dibuka dari cetakan dengan waktu minimal 24 jam dari awal waktu mencetak. Penyimpanan dan perawatan benda uji mortar dilakukan dengan cara direndam dalam air. Uji yang dilaksanakan di laboratorium adalah uji resapan dan kuat tekan.
Test resapan dilakukan pada masing-masing komposisi, dengan cara berat basah dikurangi berat kering oven dibagi berat basah dikali 100% atau dirumuskan sebagai berikut:
(2)
Untuk mengetahui seberapa besar beban yang mampu ditahan oleh mortar, maka dilakukan pengujian kuat tekan mortar arah vertikal sampe benda uji hancur. Adapun rumus yang digunakan untuk mencari kuat tekan[18] adalah :
(3)
Keterangan:
Pmaks : gaya tekan maksimum, (N) A : luas penampang benda uji, (mm2)
4. HASIL
Hubungan resapan dan jumlah AVB pada komposisi campuran mortar ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Grafik nilai resapan dengan prosentase AVB
Gambar tersebut menjelaskan semakin besar jumlah AVB pada mortar mengakibatkan nilai resapan semakin tinggi, antara 1,6% s.d 17,5% dari nilai resapan mortar kontrol. Nilai standar resapan mortar pada penelitian ini mempunyai perbandingan lebih kecil dari penelitian sebelumnya[11]. Hal ini disebabkan rasio semen dan pasir lebih besar dari 0,25. Nilai resapan rasio semen dan pasir 0,364 memperkecil resapan sampai 3,7 kali dari rasio 0,25 semen dan pasir.
Korelasi persentase AVB dengan resapan diajukan dengan model pada gambar 4 persamaan y = 0,0104x + 2,464, yang nilai korelasi 0,8948, dimana y = nilai resapan dan x adalah jumlah AVB.
Gambar 4. Model yang diajukan antara nilai resapan dengan prosentase AVB
Perkembangan kuat tekan mortar dari usia 7 s.d 28 hari dan pengaruh akibat subtitusi AVB ditunjukkan pada gambar 5.
Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-35
Gambar 5. Hubungan nilai kuat tekan dengan prosentase AVB
Dengan memperhatikan gambar 5,diperoleh analisa dengan menghubungkan antara kuat tekan benda uji dan umur mortar sebagai berikut:
Pada komposisi mortar tanpa subsitusi AVB (komposisi kontrol) menunjukkan kuat tekan pada umur 7 hari dengan rata-rata 23,33 N/mm2
5. KESIMPULAN DAN SARAN
, nilai kuat tekan pada umur 14, 21 dan 28 hari dibandingkan kuat tekan umur 7 hari menunjukkan kenaikan perkembangan kuat tekan 5,7%, 12% dan 20% secara berurutan.
Komposisicampuranmortar
dengansubsitusiAVB 10%
memilikikuattekanpadaumur 7 hari dengan nilai 7,43% lebih besar dari komposisi kontrol. Nilai kuat tekan pada umur 14, 21 dan 28 hari berturut-turut: 5,4%, 8,2 % dan 14,3% dibandingkan komposisi kontrol. Efek sifat fisik dan kimia AVB menunjukkqn perkembangan yang efektif merubah CH menjadi CSH sehingga menunjukkan kuat tekan lebih besar dari kontrol.
Namun, kuat tekan mortar dengan tambahan AVB mulai prosentase 20% s.d. 40% memberikan efek kuat tekan mortar menjadi lebih kecil dari komposisi kontrol, hasil ini menunjukkan optimum kapasitas sifat fisik dan kimia AVB dalam meningkatkan kuat tekan mortar sejumlah 10%.
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian
eksperimen laboratorium dari effeksifatpozolanAVBpadamortarsebagaibaha
nbangunan sebagai berikut:
1. Jumlahoptimum AVB untuk meningkatkan kuat tekan mortar adalah 10%, pada level ini menunjukkan kemampuan AVB mengikat Ca(OH)2 sisa hidrasi semen yang
akan membentuk CaO.2SiO2.3H2
2. Karakteristik sifat pozolan AVB dapat meningkatkan kuat tekan dipengaruhi:
0 atau tobermorite yang sama dengan hasil hidrasi semen.
a. Sifat kimia AVB yang dominan yaitu SiO2, Al2O3
b. Sifat fisik, kehalusan partikel butiran AVB pada besaran 150-600µm dan luasan partikel = 11.648 m
dan Fe2O3 dengan berat masing-masing secara berurutan 39%, 25,5% dan 15,2 mempunyai jumlah total 79,2%, dikategorikan jenis pozolan F
2
3. Korelasi jumlah AVB dengan resapan dengan model persamaan y = 0,0104x + 2,464, yang nilai korelasi 0,8948dimana y = nilai resapan dan x adalah jumlah AVB dalam persen.
/g
B. Saran
Kehalusanbutiran AVB mempunyaipeluang untuk melanjukan penelitian pemanfaatan AVB sebagai bahan pengisi dalam beton ringan dengan sistem foam agent.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada PT Semen Gresik yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan penelitian ini. Selain itu, diucapkan terima kasih kepada Lab Uji Material Prodi DIII Teknik Sipil yang telah memberikan fasilitas dalam melaksanakan penelitian.
Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-36
REFERENSI
1. Zaennudin, A., Perbandingan antara erupsi Gunung Bromo Tahun 2010 – 2011 dan erupsi Kompleks Gunung Tengger. Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi, 2011. vol. 2 No. 1: p. 21 - 37.
2. A.Hossain, K.M., Blended cement using volcanic ash and pumice. Cement and Concrete Research, 2003.
33: p. 1601–1605.
3. A. Thevarasah, V. Perampalam, and M. Selvaratnam, Some Studies on Pozzolanic Cement. . J Natn. Sci. Coun, 1979. 7 (1): p. 57-63.
4. A.Hossain, K.M., Volcanic ash and pumice as cement additives: pozzolanic, alkali-silica reaction and autoclave expansion characteristics. Cement and Concrete Research, 2005.
35: p. 1141– 1144.
5. A.Hossain, K.M. and M. Lachemi, Corrosion resistance and chloride diffusivity of volcanic ash blended cement mortar. Cement and Concrete Research 2004. 34: p. 695–702.
6. A.Hossain, K.M., Chloride induced corrosion of reinforcement in volcanic ash and pumice based blended concrete. . Cement & Concrete Composites, 2005. 27: p. 381–390. 7. A.Hossain, K.M., Performance of
Volcanic Ash Based Precast and In Situ Blended Cement Concretes in Marine Environment. Journal Of Materials In Civil Engineering, 2005.
November/December: p. 694-702.
8. A.Hossain, K.M., High strength blended cement concrete incorporating volcanic ash: Performance at high temperatures. Cement & Concrete Composites, 2006. 28: p. 535–545. 9. A.Hossain, K.M. and M. Lachemi,
Performance of volcanic ash and pumice based blended cement concrete
in mixed sulfate environment. Cement and Concrete Research, 2006. 36: p. 1123–1133.
10. A.Hossain, K.M. and M. Lachemi, Strength, durability and micro-structural aspects of high performance volcanic ash concrete. Cement and Concrete Research 2007. 37: p. 759– 766.
11. Hariyanto, A.D., I. Satyarno, and Widiasmoro, Pemanfaatan Tras Dari Samigaluh Kulon Progo Sebagai Bahan Pozolan Untuk Campuran Mortar Forum Teknik Sipil, 2009.
XIX: p. 1065-1078.
12. Wang, C., et al., Preparation of Ultra-High PerformanceConcrete with common technology and materials. Cement and Concrete Composites, 2012. 34(4): p. 538–544.
13. R. Bayuaji, et al., Characterization of Pozzolanicity Bromo’s Volcanic Ash in International Seminar On Applied Technology, Science, And Art 3rd Aptecs 2011: Grha ITS Surabaya, Indonesia.
14. A.M.Neville, Properties of Concrete. London, ed. Longman. 2006.
15. P.K. Mehta, P. Kumar Mehta, and P.J.M. Monteiro, Concrete: microstructure, properties, and materials. 2006.
16. Rudianto. Pozzolan. 2010 [cited;
Available from: https://rdianto.wordpress.com/2010/09/
09/pozzolan/.
17. ASTM-C618-03, Standar Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. 2003: 100 Bar Harbor Drive, Conshohocken.
18. SNI-03-6825-2002, Metode pengujian kekuatan tekan mortar semen portland untuk pekerjaan sipil, K. PU, Editor. 2002: Jakarta.
