PENGARUH SUHU DAN DURASI PERAWATAN TERHADAP KUAT TEKAN MORTAR
GEOPOLIMER BERBAHAN DASAR ABU TERBANG
Horianto*, Andi Arham Adam dan Nicodemus Rupang
Universitas Tadulako, Palu, Indonesia
*E-mail: horianto_engineering@yahoo.co.id
ABSTRAK-Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai kuat tekan optimum akibat pengaruh suhu dan durasi perawatan mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang. Dalam penelitian ini, alkali aktivator yang digunakan berupa Sodium Silikat (Na2SiO3) dan Sodium Hidroksida (NaOH) dengan dosis aktivator 55% serta perbandingan antara sodium silikat dan alkali aktivator adalah 1 : 2. Penelitian ini memvariasikan suhu perawatan yaitu 80, 100 dan 120oC dengan masing-masing suhu perawatan memiliki durasi 4, 6 dan 20 jam. Pengujian kuat tekan dilakukan pada benda uji kubus dengan ukuran 50 x 50 x 50 mm dengan ratio massa antara abu terbang dengan pasir adalah 1 : 2,75 pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari.Hasil pengujian kuat tekan menunjukkan bahwa untuk mortar geopolimer dengan suhu dan durasi perawatan masing-masing 120oC dan 20 jam menghasilkan kuat tekan paling besar yaitu 33,1 MPa. Nilai kuat tekan ini lebih besar dibandingkan dengan mortar normal yang menghasilkan kuat tekan sebesar 27,6 MPa.
Kata kunci : Geopolimer, Abu Terbang, Kuat Tekan, Suhu, Durasi.
ABSTRACT-The Purpose of this research is to
determine the optimum temperature and duration of curing which produce acceptable compressive strength of fly ash based geopolymer mortar. In this research, sodium silicate (Na2SiO3) and sodium hydroxide (NaOH)
were used as alkaline activator. The dosage of activator was 55% and the ratio between sodium silicate and alkali activator is 1 : 2. The research was conducted by varying the curing temperature of 80, 100 and 120oC with each curing temperature has a duration of 4, 6 and 20 hours. Compressive strength test was performed at age of 3, 7, 14 and 28 days on cube specimens with a size of 50 x 50 x 50 mm with a mass ratio between the sand and fly ash is 1 : 2,75. The test results showed that the compressive strength of geopolymer mortar with temperature and duration of curing 120oC and 20 hours produces the highest compressive strength of 33.1 MPa.
The compressive strength is greater than that produced by normal mortar compressive strength of 27.6 MPa.
Keywords : Geopolymer, Fly ash, Compressive Strength, Temperature, Duration.
I. PENDAHULUAN
Merujuk pada besarnya sumbangan industri semen terhadap total emisi karbon dioksida (CO2), maka perlu segera dicarikan solusi yang
tepat untuk meminimalisir gas yang mencemari lingkungan ini. Penggantian sejumlah bagian semen dalam pembuatan beton, atau secara total menggantinya dengan bahan lain yang lebih ramah lingkungan menjadi pilihan yang lebih menjanjikan.
Salah satu alternatif pemecahannya adalah penggunaan limbah abu terbang (fly Ash). Abu terbang merupakan limbah industri dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) hasil dari sisa pembakaran batu bara yang mengandung silica amorf.
Istilah ‘geopolimer’ digunakan pertama kali
pada tahun 1970 oleh seorang insinyur dan juga seorang ilmuwan Prancis, Prof. Joseph Davidovits. Geopolimer sendiri terbentuk dari reaksi kimia aluminium dan silikon sebagai bahan kimia dasar yang dengan bantuan aktivator alkali akan mengalami proses
polimerisasi anorganik (inorganic
polymerization), yang hasilnya sebuah benda
padat menyerupai beton/mortar.
direncanakan dapat tercapai. Pada beton/mortar biasa perawatan dapat dilakukan dengan perendaman atau memberikan air tambahan untuk proses hidrasi. Perawatan beton/mortar
geopolimer pada suhu kamar akan
menyebabkan penundaan pada waktu
pengikatan. Hal ini dapat dihindari dengan perawatan panas menggunakan oven (Kirschner dan Harmuth, 2004). Selama proses perawatan, beton/mortar geopolimer mengalami proses polimerisasi. Pada suhu tinggi, proses polimerisasi menjadi lebih cepat dan beton/mortar geopolimer dapat mencapai 70% dari kuat tekannya dalam waktu 3 sampai 4 jam pemanasan (Kong dan Sanjayan, 2008 dalam Bakri dkk., 2010). Penurunan kuat tekan geopolimer dapat terjadi dalam perawatan dengan suhu yang tinggi untuk waktu yang lama (Puertas dkk, 2008 dalam Khale, 2007). Pada Gambar 1, dapat dilihat bahwa waktu curing memberikan pengaruh yang signifikan pada kuat tekan mortar geopolimer. Hal ini diduga bahwa waktu curing yang lebih lama melepaskan molekul air yang lebih banyak pada mortar geopolimer. Curing yang lebih lama juga akan mempercepat reaksi polimerisasi dan
setting dari mortar tersebut (Ravikumar dkk.,
2010).
Gambar 1 Pengaruh Waktu Curing terhadap Kuat Tekan Mortar Geopolimer
(Sumber : Ravikumar dkk., 2010)
II. TINJAUAN PUSTAKA
Reaksi polimerisasi dapat terjadi karena adanya reaksi antara alkaline activator (NaOH atau KOH) dengan material yang mengandung silikat atau alumina yang tinggi yang digunakan
sebagai penyeimbang reaksi dengan
menyumbangkan ion positif (kation) dan juga berfungsi untuk mereaktifkan unsur aluminium dan silika di dalam fly ash. Pemberian Sodium Silikat (Na2SiO3) pada mortar geopolimer dapat
mempercepat reaksi polimerisasi yang cenderung lambat, sehingga dengan demikian kekuatan mortar geopolimer dapat meningkat dibandingkan dengan tanpa adanya penambahan Na2SiO3 (Davidovits, 2008).
Gambar 2 Ikatan Polimerisasi yang Terjadi pada Geopolimer
(Sumber : www.geopolymer.org)
Gambar 3 Ikatan yang terjadi pada semen (kiri) dan ikatan yang terjadi pada geopolymer
(kanan)
Secara keseluruhan proses geopolimerisasi digambarkan dalam empat tahap yaitu (Xu, dkk. 2001 dalam Song 2007) :
1. Terjadinya penguraian aluminium silikat di dalam alkali aktivator. Ketika mineral aluminum silikat berada pada pH tinggi
(keadaan basa), maka ikatan yang
menghubungkan antara silikat dan aluminium tetrahedral akan terputus.
2. Unsur aluminum dan silika kompleks yang telah terurai, menyebar dari permukaan padatan aluminium silikat ke ruang antar partikel.
3. Terbentuklah benda uji menyerupai gel, yang merupakan hasil dari proses polimerisasi akibat penambahan larutan silika (sodium silikat) dengan unsur aluminium dan silika kompleks.
4. Bentuk benda uji yang menyerupai gel mulai mengalami pengerasan yang berkaitan dengan pengeluaran air yang tidak ikut mengalami reaksi kimia dan terbentuklah geopolimer.
Kuat tekan mortar geopolimer pada suhu ruangan secara berkelanjutan meningkat sesuai dengan umur benda uji, yang dapat dilihat pada Gambar 2.9. Peningkatan kuat tekan ini dapat dikaitkan dengan pembentukan dari alumino silikat/kalsium silikat hidrat gel secara terus menerus yang merupakan bahan pengikat dari mortar geopolimer (Manjunath dkk.,2011).
Gambar 4 Perbandingan Antara Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Umur Benda Uji
pada Suhu Ruang. (Sumber: Manjunath dkk., 2011)
Kondisi perawatan dari geopolimer terdiri dari suhu perawatan dan lama pemanasan. Efek dari suhu pemanasan pada suhu 30, 60 dan 91oC pada perkembangan kuat tekan di perlihatkan pada Gambar 5, yang mana menandakan bahwa keuntungan dari pemanasan pada proses perawatan geopolimer adalah signifikan. Kondisi perawatan geopolimer terbaik adalah pada suhu 60oC selama 24 jam. (Hardjito, dkk., 2002 dalam Song, 2007).
Gambar 5 Pengaruh dari suhu pemanasan terhadap perkembangan kuat tekan geopolimer
(Sumber : Hardjito dkk., 2002 dalam Song, 2007)
Tabel 1 Hasil Penelitian Suhu Perawatan terhadap Perkembangan Geopolimer Berbahan Dasar Abu Terbang.
No Variasi Suhu
dan Durasi Optimum Referensi 1 30, 60, 91 Mpanau. Abu terbang yang digunakan tergolong
Umur benda uji (hari)
ke dalam abu terbang kelas F yaitu abu terbang dengan kadar kalsium yang rendah. Analisis unsur kimia yang terdapat dalam abu terbang dapat dilihat pada Tabel 2.
Dalam penelitian ini, Sodium Silikat (Na2SiO3) yang digunakan memiliki kerapatan
sebesar 1.552 g/cc (Na2O = 15.4% dan SiO2 =
32.33%). Dosis aktivator (Alkali Aktivator/fly ash) yang digunakan adalah sebesar 55% serta perbandingan antara sodium silikat dan alkali aktivator adalah 1 : 2. Sodium hidroksida yang digunakan adalah dalam bentuk cairan (liquid) yang dipersiapkan sehari sebelum dilakukan pencampuran dengan tambahan air.
Mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang dalam penelitian ini menggunakan
Water to Solid ratio (W/S) sebesar 0.35. Jumlah
air dalam campuran mortar merupakan penjumlahan dari kandungan air yang berada dalam sodium silikat, sodium hidroksida dan tambahan air sedangkan jumlah padatan (solid) merupakan penjumlahan dari berat abu terbang, dan kandungan padatan dalam sodium silikat dan sodium hidroksida. Perbandingan antara abu terbang dan pasir yang dipakai adalah 1 : 2.75.
Detail mix yang digunakan diadopsi dari Adam (2009) dan SNI 06-6825-2002, akan tetapi dalam penelitian ini digunakan kemolaran sodium hidroksida dan air tambahan yang Geopolimer (per litre mix).
Abu
Alat yang digunakan adalah Hobart mixer dengan kapasitas 5 liter, benda uji dibuat dalam bentuk 5 cm3, dipadatkan dan digetarkan sesuai dengan prosedur yang digunakan dalam SNI 06-6825-2002. Benda uji kemudian dioven dengan variasi suhu perawatan 80o, 100o dan 120oC serta durasi masing 4, 6 dan 20 jam dan juga satu set benda uji yang dibiarkan di ruangan terbuka yang terkena sinar matahari langsung (kering udara).
Benda uji yang sebelum dimasukan ke dalam oven tersebut, setelah dicetak didiamkan sejenak selama ± 3 jam sebelum dilapisi dengan
cling wrap, kemudian durasi pemanasan telah
tercapai maka benda uji di keluarkan dari oven dan dibiarkan selama ± 6 jam sebelum dilepaskan dari cetakan. Setelah dilepaskan dari cetakan, benda uji tetap dibiarkan dalam suhu kamar sampai pada hari pengetesan.
Mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang yang dibiarkan di ruangan terbuka yang terkena sinar matahari langsung belum dapat dilepaskan dari cetakan sebelum mencapai umur 3 hari, hal ini disebabkan benda uji belum berubah menjadi benda padat.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Uji Kuat Tekan Mortar Normal
dan Mortar Geopolimer dengan
Perawatan Kering Udara
Gambar 6 Grafik Kuat Tekan Antara Mortar Normal dan Mortar Geopolimer dengan
Perawatan Kering Udara
Hasil pengujian kuat tekan pada umur 3 hari untuk mortar normal adalah 15,733 MPa sedangkan untuk mortar geopolimer sangat rendah yaitu 0,867 MPa. Pada umur 7 hari grafik kuat tekan untuk mortar normal mengalami kenaikan menjadi 21,867 MPa dan untuk mortar geopolimer sebesar 2,133 MPa. Selanjutnya, pada umur 14 hari grafik kuat tekan untuk mortar normal masih mengalami kenaikan yang walaupun tidak terlalu besar yaitu 25,867 MPa dan untuk mortar geopolimer sebesar 8,133 MPa. Setelah itu pada umur 28 hari kuat tekan untuk mortar normal yaitu sebesar 27,600 MPa dan mortar geopolimer adalah 15,200 MPa.
4.2 Hasil Uji Kuat Tekan Mortar
Geopolimer dengan Suhu 80oC dan Durasi 4, 6 dan 20 jam.
Gambar 7 Grafik Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Suhu 80oC dan Durasi 4, 6
dan 20 Jam
Hasil pengujian kuat tekan untuk mortar geopolimer suhu 80oC ini, untuk durasi 4 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 1,160; 3,160; 6,280; dan 11,750 MPa. Selanjutnya untuk durasi 6 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 5,040; 6,560; 8,640; dan 12,500 MPa. Setelah itu, untuk durasi 20 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 17,120; 19,200; 19,360; 19,400 MPa. Gambar 7 menunjukkan bahwa pada suhu perawatan 80oC durasi 4 dan 6 jam menghasilkan kuat tekan yang sangat kecil bila dibandingkan dengan durasi 20 jam. Akan tetapi perkembangan kuat tekan pada durasi 4 dan 6 jam menunjukkan hasil lebih besar dibandingkan dengan durasi 20 jam yang cenderung tetap. Hal ini disebabkan karena pada durasi 20 jam proses polimerisasi diperkirakan telah mencapai titik maksimal sehingga tidak adanya lagi unsur yang dapat bereaksi yang menyebabkan kuat tekan yang dihasilkan cenderung tetap.
sehingga mengakibatkan kenaikan dari kuat tekan pada setiap umur mengalami kenaikan yang cukup signifikan, sedangkan pada durasi 20 jam dengan suhu 80oC, mortar geopolimer terlihat telah mencapai kuat tekan yang optimum.
4.3 Hasil Uji Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Suhu 100oC dan Durasi 4, 6 dan 20 jam.
Gambar 8 Grafik Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Suhu 100oC dan Durasi 4, 6
dan 20 Jam
Hasil pengujian kuat tekan untuk mortar geopolimer suhu 100oC ini, untuk durasi 4 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 11,680; 12,880; 13,240 dan 13,450 MPa. Selanjutnya untuk durasi 6 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 16,280; 16,680; 17,800 dan 18,500 MPa. Setelah itu, untuk durasi 20 jam pada umur 3, 7, 14 dan 28 hari masing-masing sebesar 20,680; 21,160; 21,360 dan 21,900 MPa. Gambar 8 menunjukkan bahwa pada suhu perawatan 100oC durasi 4 dan 6 jam menghasilkan kuat tekan yang lebih kecil bila dibandingkan dengan durasi 20 jam. Pada Gambar 8 juga menunjukkan bahwa kuat tekan dari mortar geopolimer telah mencapai kuat optimumnya pada setiap durasi pemanasan yang ditunjukkan dengan kenaikan kuat tekan dari masing-masing durasi perawatan yang cenderung tetap, walaupun demikian kuat tekan maksimum dari
setiap durasi perawatan menunjukkan hasil yang berbeda. Semakin lama durasi perawatan dari mortar geopolimer tersebut maka hasil kuat tekannya semakin besar.
4.4 Hasil Uji Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Suhu 120oC dan Durasi 4, 6 dan 20 jam.
Gambar 9 Grafik Kuat Tekan Mortar Geopolimer dengan Suhu 120oC dan Durasi 4, 6
dan 20 Jam
tekan dari mortar geopolimer tersebut akan semakin besar.
4.5 Perbandingan Uji Kuat Tekan Mortar Geopolimer karena Perbedaan Suhu Perawatan
Gambar 10 Grafik Pengaruh Suhu Perawatan
Terhadap Kuat Tekan Mortar Geopolimer Gambar 10 di atas memperlihatkan efek dari suhu pemanasan terhadap kuat tekan mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang dengan menjaga durasi pemanasan agar tetap konstan. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa untuk durasi pemanasan yang sama, kuat tekan mortar geopolimer akan mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya suhu pemanasan dari mortar geopolimer. Untuk pemanasan pada durasi 4 jam laju kenaikan dari kuat tekan mortar geopolimer terlihat membentuk garis lurus yang artinya mengalami kenaikan kuat tekan yang konstan. Sedangkan pada durasi 20 jam memperlihatkan kenaikan kuat tekan yang paling besar yaitu 33,100 MPa dibandingkan dengan durasi 4 dan 6 jam yang masing-masing menghasilkan kuat tekan sebesar 14,300 MPa dan 19,600 MPa.
4.6 Perbandingan Uji Kuat Tekan Mortar Geopolimer karena Perbedaan Durasi Perawatan
Gambar 11 Grafik Pengaruh Durasi Perawatan
Terhadap Kuat Tekan Mortar Geopolimer Gambar 11 di atas memperlihatkan efek dari durasi pemanasan terhadap kuat tekan mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang dengan menjaga suhu pemanasan agar tetap konstan. Hasil pengamatan menujukkan bahwa untuk suhu perawatan yang sama kuat tekan mortar geopolimer akan mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya durasi pemanasan. Pada suhu 80oC memperlihatkan laju kenaikan kuat tekan mortar geopolimer membentuk sebuah garis lurus yang artinya laju kenaikan dari kuat tekannya konstan, sedangkan pada suhu 100oC dan suhu 120oC terlihat laju kenaikan dari kuat tekan yang hampir sama yaitu sebesar 37% pada durasi pemanasan 6 jam, akan tetapi setelah dilakukan pemanasan sampai 20 jam terlihat bahwa kuat persentase kenaikan dari kuat tekan pada suhu 120oC adalah 2 kali lebih besar dibandingkan pada suhu 80oC dan suhu 100oC.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
geopolimer dengan kombinasi tersebut adalah 33,100 MPa.
Pada umur 28 hari persentase kenaikan kuat tekan mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang untuk suhu 120oC durasi 6 dan 20 jam masing-masing memiliki kenaikan sebesar 37,063% dan 131,469% terhadap durasi 4 jam.
Untuk mortar geopolimer berbahan dasar abu terbang dengan perawatan kering udara pada umur 28 hari memiliki kuat tekan lebih rendah yaitu sebesar 15,200 MPa dibandingkan dengan mortar normal yaitu sebesar 27,600 MPa.
Suhu dan durasi perawatan memiliki pengaruh dalam kuat tekan mortar geopolimer yang ditunjukan dengan semakin tinggi suhu dan lama durasi perawatan maka kuat tekan yang dihasilkan akan semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Adam AA, (2009), Strength and Durability Properties of Alkali Activated Slag and Fly Ash-Based Geopolymer Concrete, Thesis, School of Civil, Enviromental and Chemical Engineering, RMIT University, Melbourne, Australia.
[2] Badan Standar Nasional, SNI 03-6825-2002. Metode
Pengujian Kekuatan Tekan Mortar Semen
Portland Untuk Pekerjaan Sipil, Jakarta
[3] Bakri Mohd. M. Al., Mohammed H., Kamarudin H., Niza I. K. dan Zarina Y. (2010). Review on Fly ash-based Geopolymer Concrete without Portland Cement. Journal of Engineering and Technology Research Vol. 3(1), PP. 1-4.
[4] Davidovits, J. (2008). Geopolymer Chemistry and applications. Saint-Quentin, France, Institut Geopolymer.
[5] Khale D, Chaudhary R (2007). Mechanism of Geopolymerization and Factors Influencing Its Development. J Mater Sci, 42:729-746
[6] Kirschner A.V., Harmuth H. (2004). Inverstigation of Geopolymer Binders with Respect to Their Application for Building Materials. Christian Doppler Laboratory for Building Materials with
Optimized Properties at the Department Of Ceramics, University of Leoben, Leoben, Austria. [7] Manjunath, G. S., Radhakrishma, Giridhar C.,
Jadahv Mahesh (2011). Compressive Strength Development in Ambient Cured Geo-polymer Mortar. International Journal of Earth Sciences and Engineering. ISSN 0974-5904, Volume 04, No. 06 SPL, October 2011, pp. 830-834.
[8] Ravikumar, D., Peethamparan, S., & Neithalath, N. (2010). Structure and Strength of NaOH Activated Concretes Containing Fly Ash or GGBFS as the Sole Binder. Cement and Concrete Composites, 32(6), 399-410. Elsevier Ltd.
[9] Song, Xiujiang (2007). Development and Performance of Class F Fly Ash Based Geopolymer Concretes against Sulphuric Acid Attack. Thesis, School of Civil and Environmental Engineering, The University of New South Wales, Sydney, Australia.
[10].http://www.geopolymer.org/applications/introduction
