IV-67 ISBN

(1)

Pemaparan Hasil Penelitian Geoteknologi 2015

“Meningkatkan Kualitas dan Diseminasi hasil Penelitian Melalui Pemberdayaan Kerjasama Ilmiah”

IV-67

Keta ha na n M iner al d an E ne rgi Keta ha na n M iner al d an E ne rgi

PENINGKATAN NILAI TAMBAH SILIKA AMORF (SIO

2

) LAPANGAN PANASBUMI

DIENG SEBAGAI GEOMATERIAL

UPGRADING BENEFICIAL VALUE OF AMORPHOUS SILICA (SIO2) FROM DIENG

GEOTHERMAL FIELD AS GEOMATERIAL

B.D. Erlangga

1

_{, Eko Tri S. Agustinus}

1

_{, Happy Sembiring}

1

_{, Aditya Wibawa}

1

_,

Atet Saepuloh

1

_{, Endro B. Santosa}

1

_{, Fuad Saebani}

1

1Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI

Kompleks LIPI Gd. 70, Jl Sangkuriang Bandung 40135

Email: [email protected]

Abstrak

Silika amorf (SiO2) merupakan mineral ikutan dari produksi PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi)

lapangan panasbumi Dieng.Material tersebut hingga kini belum dimanfaatkan dan masih ditampung di TPA (Tempat Penampungan Akhir) yang berpotensi terjadinya degradasi lingkungan.Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh prototipe produk geomaterial (beton tanpa semen), sehingga dapat memberikan nilai tambah material tersebut dan sekaligus mengurangi terjadinya degradasi lingkungan. Metoda penelitian yangdilakukanadalahmemformulasikan antara bahan baku dan bahan aditif untuk menghasilkan material baru (geomaterial). Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan material ini adalah silika amorf, sedangkan bahan aditif berupa water glass, abu sekam padi dan agregat halus. Contoh geomaterial dibuat dalam bentuk kubus dengan panjang sisi 10cm.Parameter yang digunakan sebagai indikator kualitas dari contoh geomaterial adalah kuat tekan dan densitas. Hasil optimal dari percobaan ini didapatkan nilai kuat tekan hingga 50,58 kg/cm2

dengan destisas 1,1kg/cm3_{. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat diperoleh prototip produk yang dapat}

diimplementasikan sebagaipaving block dan/atau bata ringan ke masyarakat industri.

Kata kunci: silika amorf, teknologi rekayasa, peningkatan nilai tambah, geomaterial

ABSTRACT

Amorphous silica (SiO2) is byproduct mineral from geothermal power plant activities at the geothermal field of Dieng. This material has not been used and onlydumped in the landfill that could be potentially cause of environmental degradation. The purpose of this study was to obtain a geomaterial prototype, so thatcan be provide the value-added of these byproduct materials and reducing the environmental degradation. The research method is conducted by formulating the raw materials and additives to produce a new material (geomaterial). The raw materials which used to produce this material is amorphous silica, while the additives used are water glass, rice husk ash and fine aggregate. The geomaterial is made in cube sample with 10cm length of side. Parameters which used as an indicator quality of geomaterial sample is the compressive strength and density. Optimal results of these experiments obtained the compressive strength up to 50,58 kg / cm2_{with density of 1,1 kg/cm}3_{. From the results of this research, it is expected to obtain a prototype product} that can be implemented as a paving block or lightweight brick to an industrial society.

Keywords:amorphous silica, engineering technology, value-added, geomaterial

Pendahuluan

Geomaterial atau geopolimer merupakan generasi baru dalam dunia beton yang ditemukan oleh ilmuwan asal Perancis Joseph Davidovits di tahun 1978 (European Commission

/

EC, 1982). Beton geomaterial ini menekankan pada pengurangan penggunaan semen portland pada proses pembuatannya, yakni dengan mengganti dengan bahan pengikat (binder) lainya. Sehingga penggunaan teknologi geopolimer ini mampu mengurangi emisi gas karbon dioksida ke atmosfir yang disebabkan oleh industri semen dan agregat(Davidovits, 1994).Tidak seperti beton dengan bahan pengikat semen Portland yang mengalami

(2)

IV-68

“Meningkatkan Kualitas dan Diseminasi Hasil Penelitian Melalui Pemberdayaan Kerjasama Ilmiah”

pengerasan atau mendapatkan kekuatannya karena reaksi hidrasi dan pembentukan kalsium-silikat-hidrat (CSHs), bahan pengikat geopolimer terbentuk melalui reaksi kimia darioksida-oksida silikon dan aluminium dengan alkali polisilikat dan membentuk polimer denganikatan-ikatan Si-O-Al(Davidovits, 1991; vanJaarsveld et. al., 2002).Terminologi dari geopolimer adalah suatu sistembahan pengikat yang dapat dihasilkan dari reaksi polimer larutan alkali dengan silika dan aluminium yang terkandung dalam material geologi seperti fly ash, blast furnace slag, metakaolin atau abu sekam padi (Davidovits, 2002).Maka dari itu bahan-bahan yang menggandung Si dan Al dapat berpotensi sebagai bahan baku geopolimer. Dalam penelitian ini, limbah geothermal (sludge)dari wilayah Dieng, Jawa Tengah akan digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan geomaterial. Limbah geotermal tersebut diketahui mengandung silika amorf (SiO2) lebih dari 85% dan dapat

dimanfaatkan dibidang advanced material salah satunya adalah sebagai material bangunan (Agustinus et al., 2014).Geomaterial yang akan dibuat adalah jenis special blended concrete (SBC) yang merupakan pengembangan dari geopolymer. Pembuatannya meliputi proses polikondensasi material aluminosilikat antara bahan bakusilika amorf (SiO2)ditambah bahan aditif berupa waterglass, Abu sekam padi, Al2O3 (kaolin/abu

terbang), serta NaOH dan agregat.

Permasalahannya adalah bagaimana cara merealisasikan pemanfaatan sludge yang mengandungamorphous silica (SiO2) sebagai geomaterial. Tujuan penelitian ini adalah memperoleh prototip produk geomaterial, yaknipaving block ataupun bata partisi sebagai bahan alternatif industri bahan bangunan.Percobaan dilakukan dengan memformulasikan bahan baku dan beberapa bahan aditif, kemudian dilakukan uji analisa kuat tekan sebagai indikator kualitas geomaterial.Penelitian ini menjadi penting untuk direalisasikan, karenadisamping dapat memberikan nilai tambah juga sekaligus dapat memberikan perlindungan lingkungan di sekitar lapangan geotermal di wilayah Dieng.

Material dan Metode

Bahan baku silika amorf didapatkan dari kegiatan lapangan di PLTP Geodipa Energi Dieng, Jawa Tengah. Pengambilan sampel dilakukan di 2 titik yaitu pada aliran uap panas didekat instalasi geothermal dan di tempat penimbunan yang teletak cukup jauh dari instalasi geothermal tersebut (Gambar 1).

(a)

(b)

Gambar 1.Pengambilan sampel limbah geothermal Di saluran instalasi uap panas; (b) Tempat penampungan akhir

Kedua sampel dari lokasi tersebut secara kimia dan fisik terlihat sama, namun terdapat perbedaan pada sampel di lokasi (a) yang mengandung garam (NaCl). Setelah dilakukan walau begitu, kandungan garam tersebut dapat dipisahkan dengan pencucian dengan air pada saat membersihkan sampel dari pengotor seperti tanah dan butiran pasir.Sedangkan bahan aditif yang digunakan diantaranya adalah waterglass, abu sekam padi, kaolin, sodium hidroksida (NaOH) dan agregat. Pembuatan geomaterial diawali dengan proses formulasi dan homogenisasi bahan-bahan serta kemudian dilakukan pencetakan.Benda uji dibuat dalam bentuk kubus berukuran (10x10x10) cm dengan metode cetak tuang, cetak gebuk/pukul (±50 kg/cm2_{) dan}

cetak tekan (200kg/cm2_{).Tahapan proses pembuatan geomaterial dapat dilihat pada bagan alir (Gambar 2).}

Setelah didapatkan contoh geomaterial, selanjutnya dilakukan pengujian sifat fisik dan sifat mekanik pada umur 7 hari dan pemanasan 60°C selama 24 jam.Sifat fisik yang diukur dalam penelitian ini adalah berat jenis, sedangkan sifat mekanik dengan menggunakan analisa kuat tekan.Berat jenis diukur dengan cara berat contoh

(3)

IV-69

dibagi dengan volume contoh. Kemudian untuk analisa kuat tekan, sampel berbentuk kubus dengan panjang sisi 10cm diberikan tekanan diatasnya hingga titik dimana sampel tersebut hancur. Beberapa formula pembuatan prototipe geomaterial disajikan pada Tabel 1.beserta dengan hasil uji kuat tekanya.

Gambar 2. Bagan alir dan foto pembuatan contoh geomaterial

HASIL DAN PEMBAHASAN

Prototipe produk geomaterial yang dibuat termasuk kategori SBC (Spesial Blended Concreatted), merupakan pengembangan dari Geopolymer (beton tanpa semen).Pada pembuatan geomaterialini yang berperan sebagai variabel bebas adalah komposisi bahan, sedangkan indikator nilai bobot isi, kadar air dan penyerapan air, serta kuat tekan geomaterial berperan sebagai variabel respon.Formula dan hasil uji geomaterial seperti diperlihatkan pada Tabel 1, memperlihatkan korelasi antara nisbah (ratio) komposisi bahan baku dan bahan aditif terhadap sifat fisik dan mekanik benda uji.

Tabel 1. Formula pembuatan geomaterial beserta hasil uji kuat tekan

Kode Sampel

Rasio bahan

kering/basah WG/air NaOH Perlakuan

Kuat Tekan (kg/cm2₎ P.1 1:1 1:9 2% Cetak tuang 2,03 Q.1 1:1 1:9 2% Cetak tuang 8,53 S.1 1,5:1 1:9 1% Cetak getar 6,26 LG 1,5:1 1:9 1,50% Cetak getar 1,9

LGA 1,5:1 1:9 1,50% Cetak getar 10,48

S.T 3:1 1:4 1% Cetak tekan 50,58

Penyiapan Bahan

RM

Binder

Formulasi dan

Homogenisasi

Pencetakan

Pengeringan

Pemanasan

(4)

IV-70

Pada tabel tersebut menunjukkan bahwa komposisi terbaik dihasilkan oleh prototip dengan kode sampel S.T yang mempunyai kuat tekan sebesar 50,58 kg/cm2_{dengan berat jenis 1,1 kg/cm}3_{.Analisa ini dilakukan ketika}

sampel geomaterial berumur 10 hari. Penggunaanwater glass (WG) sebagai pengganti bahan portland cement (PC) yang berfungsi sebagai bahan pengikat (binder). Proses pembuatan prototip geomaterial dibuat dengan teknik cetak tekan yang dilakukan di laboratorium kimia mineral, pusat penelitian geoteknologi. Kemudian sifat fisik atau berat jenis dari beberapa sampel mempunyai nilai yang rendah, sehingga dapat digolongkan menjadi material ringan (berat jenis dibawah 1 kg/cm3_{).Tabel 2.memperlihatkan hasil perhitungan berat jenis dari}

masing-masing sampel yang kemudian dikaitkan dengan sifat material tersebut. Tabel 2.Hasil perhitungan berat jenis beserta sifat fisik dari contoh geomaterial

Kode Benda Uji Berat Jenis

(kg/cm3₎ Keterangan

P.1 0,83 Material Ringan

Q.1 0,8 Material Ringan

S.1 0,91 Material Ringan

LG 0,68 Material Ringan

LGA 0,74 Material Ringan

S.T 1,1 Material

Konvensional

Pembahasan selanjutnya adalah menkaitkan parameter nilai kuat tekan dengan standar yang ditetapkan oleh pemerintah mengenai bata beton untuk pasangan dinding yaitu SNI 03-0349-1989 (Tabel 3).Hasil percobaan geomaterial ini lebih cocok penggunaannya sebagai dinding partisi.Apabila ingin diaplikasikan ke dalam produk paving block maka perlu ditingkatkan terlebih dahulu kekuatan mekanik geomaterial tersebut dengan metode, formula dan parameter tertentu.

Tabel 3. Ketentuan SNI 03-0349-1989 beton dinding partisi berdasarkan kuat tekan

Syarat Fisik Satuan Kelas I II III IV

Kuat Tekan Bruto

Masing-masing Benda Uji Minimum MPa 10,84 7,83 4,22 2,53

Dari persyaratan SNI tersebut diatas, maka contoh prototipe yang memenuhi syarat adalah contoh dengan kode S.T yang masuk kriteria kelas III. Sedangkan contoh yang lain jauh dari standar yang ditentukan, sehingga perlu penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan kualitas geomaterial ini.

Hasil analisa kuat tekan yang masih relatif kecil diakibatkan oleh beberapa faktor diantaranya adalah formulasi bahan yang kurang optimal, umur geomaterial yang masih cukup kecil (7-10 hari), metode pencetakan yang digunakan, dan perlakuan geomaterial setelah pencetakan. Mishra et al., 2008 menyatakan bahwa semakin lama waktu penyimpanan (curing) geopolimer maka semakin meningkat pula kuat tekannya. Penelitian mengenai waktu curing geopolimer juga dilakukan oleh Steenie E. Wallah., 2014 bahwa kuat tekan beton geoolimer berbasis dengan perawatan pada pada temperatur ruang pada umur 6 bulan meningkat sekitar 60% dibandingkan kuat tekannya pada umur 7 hari. Maka dari itu perlu penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan kuat tekan geomaterial berbasis silika amorf baik secara formulasi, metode pencetakan dan waktu perawatannya.

(5)

IV-71

KESIMPULAN DAN SARAN

Peningkatan nilai tambah silika amorf limbah geothermal dapat berpotensi sebagai bahan baku pembuatan geomaterial. Nilai paling optimal dari percobaan adalah pada kode sampel S.T, yang mempunyai nilai kuat tekan sebesar 50,58 kg/cm3_{dengan berat jenis 1,1 kg/cm}2_{. contoh benda uji atau prototip yang dibuat dapat}

bersifat sebagai material ringan dan material konvensional. Kemudian dikaitkan dengan standar mengenai beton untuk pasangan dinding yaitu SNI 03-0349-1989 hanya contoh dengan kode S.T yang dapat masuk kedalam kriteria. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengkaji kembali formula, metode pembuatan, pemanasan dan waktu curing yang digunakan agar dapat meningkatkan kuat tekan dari prototip geomaterial, sehingga pemanfaatannya dapat direalisasikan ke masyarakat industri baik sebagai bata ringan, bata konvensional ataupun paving block.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Kepala Puslit Geoteknologi LIPI beserta staf yang telah membantu melaksanakan penelitian ini.Ucapan terima kasih juga kami sampaikan kepada PLTP Geodipa Energi Dieng atas perkenaannya untuk dapat melakukan pengambilan sampel dan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Agustinus, E.T.S., Sembiring, H., Effendi., 2014, Teknologi Rekayasa untuk Peningkatan Nilai Tambah Limbah Sludge (SiO2) Lapangan Panas Bumi.Prosiding Pemaparan Hasil Penelitian, Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI.

Davidovits, J., 1994, Global Warming Impact on the Cement and Aggregates Industries, World Resource Review, 6(2), 263-278.

Davidovits, J., 1991., Geopolymers: Inorganic Polymeric New Materials, Journal ofThermal Analysis, 37, 1633-1656.

Davidovits, J., 2002, 30 Years of Successes and Failures in Geopolymer Applications, Market Trends and Potential Breakthroughs, Geopolymer 2002 Conference, Melbourne.

Mishra, A., Choudhary, D., Jain, N., Dutt, D., 2008, Effect Of Concentration Of Alkaline Liquid And Curing Time On Strength And Water Absorption Of Geopolymer Concrete, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Vol. 3 No.1 February 2008.

Steenie E. Wallah., 2014, Pengaruh Perawatan dan Umur terhadap Kuat Tekan Beton Geopolimer Berbasis Abu Terbang. Jurnal Ilmiah Media Engineering Vol.4 No.1, Maret 2014 (1-7) ISSN: 2087-9334

van Jaarsveld, J.G.S., van Deventer, J.S.J., Lukey, G.C.,2002, The effect of composition and temperature on the properties of fly ash and kaolinite-based geopolymers, Chemical Engineering Journal, 89(1-3), 63-73.

(6)