PENGARUH RASIO AKTIVATOR TERHADAP PERFORMA BETON GEOPOLIMER
FLY ASH
Qomariah, BS., MT.1
1Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang Email: qomariahsuryadi@yahoo.co.id
ABSTRAK
Beton geopolimer terbentuk dari reaksi antara aktivator, air, fly ash kelas F dan campuran agregat. Fly ash kelas F adalah produk sampingan pembakaran batu bara yang memiliki banyak senyawa silica dan alumina. Aktivator merupakan solusi dari larutan sodium hidroksida (NAOH), natrium silikat (Na2SiO3) dan air pada konsentrasi tertentu.Penelitian ini bertujuan mengidentifikasi pengaruh rasio aktivator terhadap perilaku campuran, kekuatan tekan dan durabilitas beton geopolimer fly ash. Perancangan campuran beton geopolimer dengan rasio aktivator 1.5, 2.0 dan 2.5 dan dilakukan pengujian kualitas campuran dengan uji slump, pembuatan dan pengujian tekan 18 kubus beton ukuran 15 x 15 cm untuk 1 variasi aktivator selanjutnya pengujian durabilitas terhadap larutan asam sulfat. Hasil penelitian, kualitas material dasar beton seperti pasir, kerikil dan fly ash telah memenuhi standard ASTM. Untuk beton geopolimer semakin besar nilai rasio aktivator terjadi peningkatan kekuatan beton, juga dengan workability campuran lebih plastis. Rasio aktivator 1.5,2.0 dan 2.5 yang digunakan menunjukkan kekuatan tekan pada rasio aktivator 2.0 lebih tinggi 15 % dari rasio 1.5 dan rasio 2.5 terjadi peningkatan 25 % dari rasio 2.0 dengan perawatan dijemur. Peningkatan nilai kuat tekan ini diikuti dengan performa beton dan keawetan beton jika rasio aktivator semakin besar.
Kata Kunci: Beton geopolimer, Aktivator, Fly ash kelas F, performa beton
PENDAHULUAN
1.
Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya untuk bahan dasar.pembuatan beton adalah hal yang baru dan cukup potensial untuk dikembangkan. Dan kita tahu bahwa produksi semen akan menghasilkan gas karbon dioksida (CO2) yang menyebabkan efek buruk pada lingkungan (Davidovits, 1994), Produksi 1 ton semen akan mengeluarkan gas CO2 sekitar satu ton ke udara. Karena itu, mengganti semen dengan bahan baru harus segera dilakukan.
Beberapa usaha yang telah dikembangkan di negara maju, dan masih berlangsung untuk mereduksi penggunaan semen dalam rangka mengantisipasi issue pemanasan global, termasuk penggunaan material yang bersifat semen seperti fly ash, silica fume (uap silika), granulated blast furnace slag (kerak tanur tinggi) dan rice husk (abu sekam padi) yang merupakan alternatif terhadap semen portland. Untuk itu teknologi beton geopolimer yang diusulkan oleh Davidovits (1988) menunjukkan aplikasi yang menjanjikan pada industri beton sebagai pengikat alternatif pengganti semen (Duxson et al, 2007). Terhadap pemanasan global, teknologi geopolimer secara signifikan dapat mereduksi emisi gas CO2 ke atmosfer yang diproduksi oleh industri semen. Davidovits (1988; 1994 ), mengusulkan bahan alkalin dapat dipakai untuk bereaksi dengan silikon (Si) dan aluminium (Al) dalam bahan dasar fly ash untuk menghasilkan binder. Selain itu, produksi fly ash yang sangat besar telah terjadi didunia, dan kebanyakan hasil produksi ini tidak termanfaatkan secara baik, bahkan mencemari lingkungan.
TINJAUAN PUSTAKA
2.
Beton geopolimer
Geopolimer adalah sebuah senyawa silikat alumino anorganik, yang disintesiskan dari bahan-bahan produk sampingan seperti abu terbang (fly ash), abu sekam (rice husk ash, silica fume, bubuk kaca dan lainnya, yang banyak mengandung silicon dan aluminium . Beton geopolimer dihasil-kan dengan sebagian atau sepenuhnya menggantikan semen Portland sebagai pengikat. Dengan mengembangkan beton geopolimer dan menggunakan bahan sampingan seperti fly ash dan lainnya, secara tidak langsung kita telah mengurangi pencemaran lingkungan, juga dapat mengurangi emisi gas CO2 ke udara yang dihasilkan oleh industri semen, serta memanfaatkan limbah pabrik hasil pembakaran batubara berupa abu terbang.Geopolimer merupakan produk beton geosintetik dimana reaksi pengikatan yang terjadi adalah reaksi polimerisasi. Pada reaksi polimerisasi ini Aluminium (Al) dan Silika (Si) berperan penting dalam ikatan polimerisasi (Davidovits,1994). Reaksi Al dan Si dengan alkalin menghasilkan rantai tiga dimensi polimer ikatan Si-O-Al-O (Davidovits, 1994)
Bahan penyusun beton geopolimer
Bahan geopolimer dapat diproduksi dari penggunaan fly ash dengan kalsium rendah, karena fly ash ini tersedia banyak sekali yang merupakan produk sampingan dari pembakaran batubara jenis antrasit. Kualitas fly ash ini sangat baik, dan pengelolaannya dengan biaya murah dan bahkan pemanfaatannya belum maksimal, sehingga jumlah banyak ini cukup untuk penggunaan dimasa datang (Malhotra, 2006). Untuk mengetahui komposisi kimia dan distribusi ukuran partikel dari fly ash dengan analisa XRF (X-ray Fluorescence), Fly ash kelas F telah banyak dipakai untuk memproduksi beton geopolimer dengan kandungan Si dan Al sekitar 80 % berdasarkan berat, dengan rasio Si-Al sekitar 2, kandungan oksida besi fly ash sekitar 10 – 20 % dan CaO < 5 %. Ukuran butirannya 80 % lebih kecil dari 50 μm (Gourley, 2003), (Hardjito dan Rangan, 2005); (Wallah dan Rangan, 2006)13; Sumajouw dan Rangan, 2006), (Fernandez-Jimenez et al.,2006a), Siddique, 2007). Reaksi kimia dari abu terbang rendah karbon ini telah diteliti oleh Fernadez-Jimenez,et al (2006b).Agregat kasar dan halus yang dipakai sama dengan bahan untuk beton normal , persyaratan gradasi agregat untuk beton secara umum dapat dipakai pada beton geoplimer (Hardjito dan Rangan,2005)8; Wallah dan Rangan,2006, Sumajouw dan Rangan,2006; Gourley,2003 Siddiqui,2007). Untuk bindernya dipakai kristal sodium hidroksida (NaOH) yang dilarutlan dalam natrium silikat pada konsentrasi tertentu dengan air sebagai alkalin aktivator.
Water glass
Water glass bahan polimer yang dibuat dengan cara mendidihkan campuran pasir silica (SiO2) dan Na2 CO3 pada suhu 1100°C – 1200°C, dihasilkan bahan padat berongga yang bening. Selanjutnya bahan ini dicampur dengan air dan dipanaskan ( uapkan) untuk menghasilkan larutan yang kental dan bening, komposisi berkisar antara 21 – 34 % berat SiO2 dan 6-8 % berat Na2O3. Campuran ini bereaksi dengan air untuk membentuk polysilikat .Sifat bahan sodium silikat (water glass) ditentukan berdasarkan rasio SiO2 : Na2O3, dan dapat ditambah NaOH.
Silicafume
Adalah bahan suplemen pada campuran bahan pengikat, yang berbentuk tepung dan berwarna abu-abu, bersifat reaktif dan pemakaiannya sangat sedikit.
Pada beton fungsinya meningkatkan property dari beton segar dan beton mengeras. Bahan ini bersifat mengembangkan bahan campuran dan tidak berfungsi menggantikan semen.
Proporsi campuran geopolimer
Perbedaan utama antara beton geopolimer dan beton normal adalah pengikatnya. Bahan silicon dan aluminium oksida dengan fly ash rendah karbon bereaksi dengan larutan alkalin (bahan pengaktif) untuk membentuk pasta geopolimer yang mengikat agregat kasar, agregat halus dan bahan lain membentuk beton geopolimer. Penggunaan agregat untuk beton geopolimer jumlahnya sama dengan beton konvensional sekitar 60-70 % dari berat beton geopolimer. Komposisi beton geopolimer dapat direncanakan sama seperti perhitungan pada campuran beton normal. Kekuatan tekan dan sifat pengerjaan (workability) geopolimer beton sangat dipengaruhi oleh proporsi campuran dan dan sifat geopolimer pasta. Hasil eksperimen (Hardjito dan Rangan, 2005) menunjukkan bahwa:
· Konsentrasi tinggi (dalam molar) dari larutan sodium meneghasilkan beton geopolimer dengan kekuatan tinggi
· Tingginya sodium silikat (water glass) terhadap larutan natrium hydroksida (NaOH) dengan perbandingan berat, maka “compressive strength” juga tinggi.
· Penambahan plasticizer “naphthalene sulphonate” sampai 4 % dari berat fly ash, workability meningkat, dan terjadi penurunan kuat tekan jika jumlah aditif kimia ini .> 2 %.
· Meningkatnya jumlah air tehadap natrium oksida, maka terjadi penurunan compressive strength.
METODOLOGI PENELITIAN
3.
Penelitian dirancang dalam 3 (tiga) tahap. (1) survey bahan dan alat; (2) pengujian material dasar beton dan pembuatan benda uji; (3) validasi. Detail prosedur, sebagai berikut :
1. Persiapan, pengumpulan material agregat kasar, halus Fly ash, water glass, NaOH (soda api), dan silicafume. 2. Pengujian Material, (a)pasir meliputi: BJ, penyerapan, kandungan lumpur, analisa ayak; (b) agregate kasar,
meliputi : BJ, kadar air, dan analisa ayak; (c) fly ash, meliputi : komposisi kimia dan kehalusan butir.
3. Pengujian pasta geopolimer, meliputi : (a) rasio air terhadap bahan padat geopolimer 0.15; (b) konsistensi normal; (c)setting time
4. Pengujian mortar geopolimer, meliputi (a) rasio air terhadap bahan padat geopolimer : 0.20 0.22 dan 0.24; (b) kuat tekan pada umur 7, 14 dan 28 hari
5. Pembuatan benda uji kubus 15x15 cm pada kadar air : 0.20 dari bahan padat geopolimer, dengan variasi aktivator 1.5,2.0 dan 2.5
8. Analisa data uji beton
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.
Hasil uji material dasar
Hasil pengujian material dasar beton geopolimer, seperti pasir, kerikil dan flya ash telah memenuhi standard beton geopolimer yang telah ditetapkan oleh standard ASTM. Hasil pengujian data pasir dan kerikil dapat dilihat pada tabel 1. Sedangkan hasil pengujian kimia material fly ash dicantumkan pada tabel 3 dan hasil pengujian XRD material fly ash dicantumkan pada gambar 1 dan tabel 2.
Hasil uji pasir dan kerikil
Tabel 1 : Hasil Uji pasir, kerikil & standard ASTM
Jenis Uji Pasir Std Pasir Kerikil Std Kerikil Ket
BJ 2.52 2.5–2.7 2.59 2.5–2.7 OK
Berat Volume
1.58 Max 1.6 OK
- Isi padat (kg/dm3) 1.57 Max 1.6
- Isi lepas (kg/dm3) 1.38 Min 1.2 1.38 Min 1.2 OK
Penyerapan (%) 1.43 0.2-2 % 1.50 0.2 – 4% OK
Kadar Lumpur (%) 1.60 Max 2.5% 1.30 Max 10% OK
Modulus Kehalusan 2.7 2 - 4 5.54 5 – 8 OK
Kandungan Organik Kunmud Coklat OK
Material <200# sieve 1.73 Max 5% OK
Kekekalan (%) 4.53 Max 12% OK
Hasil uji fly ash
Tabel 2 : Hasil Analisa Kimia Fly Ash
No Unsur Hasil (%) Metode
1. SiO2 39,86 Gramavimeter 2. Al2O3 47,72 AAS 3. Fe2O3 6,75 AAS 4. CaO 1,16 Volumetrik 5. MgO - Volumetrik 6. K2O 0,35 AAS
Tabel 3 : Hasil Analisa Fly Ash dg. XRD
No. SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
1 38.4 29.03 11.85 6.9 3.68
2 37.1 29.34 6.56 9.39 4.01
3 35.3 21.98 15.67 3.48 1.49
Rata 36.9 26.78 11.36 6.59 3.06
Hasil uji mortar geopolimer
Dari grafik berikut terlihat, dengan jumlah air yang sama dan dengan rasio alkalin aktivator yang berbeda, kuat tekan mortar mengalami penurunan. Rasio 2.5 terhadap rasio 2.0, kuat tekan turun sebesar 20% . Sama halnya rasio alkalin 2.0 terhadap 1.5, nilai kuat tekan menurun Sebesar 19.73%. Begitu juga dengan penambahan jumlah air, akan menurunkan kuat tekan mortar. Dapat disimpulkan, mengecilnya rasio aktivator dan bertambahnya jumlah air akan menurunkan kekuatan tekan mortar.
Gambar 2 : Grafik Kuat Tekan Mortar
Hasil uji beton geopolimer
Gambar 3 : Kuat Tekan Beton Geopolimer tanpa SP
Pada gambar3, kuat tekan beton geopolimer konvensional dengan penambahan jumlah air, maka terjadi penurunan kuat tekan. Penambahan air sekitar 2-4%, akan menurunkan kuat tekan sebesar 15 %.
Gambar 4 : Kuat Tekan Beton Geopolimer dg SP
Dari grafik 4, dapat disimpulkan kuat tekan beton geopolimer konvensional dengan SP meningkat dibandingkan dengan non SP, pengaruh penambahan air pada campuran , terjadi penurunan kekuatan beton sebesar 25.34% dari kadar air 20.0 % menjadi 22%. Sama halnya penambahan air 2% dari 22% menjadi 24%, kekuatan tekanbeton
Gambar 5 : Kuat Tekan Beton Geopolimer dengan SP
Grafik 5 diatas, menunjukkan bahwa perbedaan rasio aktivator (water gelas/NaOH) berpengaruh terhadap performa beton yaitu, workability campuran, kuat tekan dari beton geopolimer, demikian juga terhadap durabilitas beton bertambahnya rasio aktivator pola kepadatan dan kekedapan beton semakin baik sehingga, ketahanan terhadap pengaruh sulfat menjadi lebih baik. Hal ini disebabkan sifat dari aktivator dalam mengikat secara lebih sempurna karena jumlah waterglass yang lebih besar, ini juga yang menyebabkan sifat fly ash yang merekatnya lambat menjadikan perekatan yang lebih sempurna.
PENUTUP
5.
Kesimpulan
1. Kenaikan rasio aktivator berpengaruh pada workability beton.
2. Peningkatan rasio aktivator meningkatkan kuar tekan beton yang dihasilkan.
3. Terhadap durabilitas beton, kenaikan rasio aktivator menjadikan lebih tahan terhadap pengaruh sulfat.
Saran-saran
1. Perlu adanya analisis kimia dari Fly ash, untuk mendapatkan rasio Si:Al yang memenuhi, karena rasio ini mempengaruhi penggunaannya, setiap fly ash,unsur kimia berbeda satu sama lain.
2. Saat membuat larutan aktivator, ketika dicampurkan pada agregat sebaiknya suhu aktivator lebih rendah (larutan sudah dingin)
3. Untuk perawatan beton, didiamkan diluar ruangan dapat dilakukan, mengingat sifat rekatan dari “water glass” yang butuh panas untuk mengering dan merekat, terutama kita yang memiliki daerah tropis.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM C 33, 2003, Standard Specification for Concrete Aggregate. American Society for Testing and Materials, Philadelphia.
ASTM C 403/C 403M, 1999, Standard Test Method for Time of Setting of Cocrete Mixture by Penetration Resistance. American Society for Testing and Materials, Philadelphia
Davidovits, J (1988) “Soft Mineralogy and Geopolymers”,Proceedings of the Geopolymer 88 International Conference, the Universite de Technologie, Compiegne,France.
Davidovits, J (1994)” High Alkali Cements for 21st Century Concretes, in concrete Technology, Past, Present and Future”, Proceedings of V.Mohan Malhotra Symposium,Editor : P.Kumar Mehta,ACI SP-144,383-397. Duxson P,Provis J L, Lukey G C dan Van Deventer J S J (2007),” The Role of Inorganic Polymer Technology in the
Development of Green Concrete”,Cement and Concrete Research,37(12),1590-1597.
Fernandez-Jimenez A M, Palomo A, and Lopez-Hombrados C (2006a), “Engineering Properties of Alkali-activated Fly Ash Concrete’,ACI Materials Journal,103(2),106-112.
Hardjito, D. Rangan, B.V.(2005), Development of Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Conrete, Research Report GCI, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth,available at
Rangan, B.V. (2008) “ Low-Calcium Fly Ash-based Geopolymer Concrete”, Chapter 26 in Construction Engineering Handbook,Editor-in Chief:J.Provis and J Van Deventer, Woodhead Publishing Limited,London. Siddiqui, K.S. (2007), Strength and Durability of Low-Calcium Fly Ash-based Geopolymer Concrete”, Final Year
Honours Dissertation, The University of Western Australia,Perth.
Sumajouw, M.D.J.and Rangan,B.V (2006), Low-Calcium Fly Ash-based Geopolymer Concrete: ReinforcedBeams and Columns, Research RepordGC3, Faculty of Engineering,Curtin University of Technology, Perth,available at space@curtin or www.geopolymer.org.
Wallah,S.E. and Rangan, B.V. (2006), Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete: Long-Term Properties, Resarch Report GC2, Faculty of Engineering, Curtin Unversity of Tehnology, Perth, available at espace@curtin or www.geopolymer.org.
