ANALISA SIFAT MEKANIK PASTA GEOPOLIMER RINGAN BERBAHAN DASAR FLY ASH, LUMPUR SIDOARJO DAN FOAM
Choirul Huda dan Januarti Jaya Ekaputri
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: januarti@ce.its.ac.id
Abstrak – Beton geopolimer adalah beton yang memanfaatkan silika (Si) dan alumunium (Al) yang terdapat pada material pozzolan yang bereaksi dengan cairan alkali. Beton normal dibuat dengan semen sebagai pengikat. Penggunaan semen menghasilkan emisi gas CO2 ke udara, untuk itu diperlukan adanya bahan lain yang dapat mengurangi pemakaian semen yang sifatnya tidak jauh berbeda dengan semen.
Material yang diteliti untuk mengurangi pemakaian semen dalam beton adalah limbah lumpur Sidoarjo bakar. Lumpur Sidoarjo terkalsinasi memiliki kandungan kadar oksida SiO2 dan Al2O3 sehingga berpotensi menggantikan sebagian semen di dalam komposisi beton geopolimer ringan. Ada 3 percobaan yang akan dilakukan, percobaan pertama bertujuan untuk mencari kadar optimum dari campuran lumpur bakar, fly ash, sodium hidroksida (NaOH), sodium silikat (Na2SiO3) dan superplasticizer percobaaan kedua dengan menambahkan variasi foam kedalam pasta optimum, dan yang ketiga untuk mencari penambahan serat kenaf kedalam pasta ringan yang paling maksimum untuk pembuatan pasta ringan berserat.
Dalam penelitian ini, pasta geopolimer ringan direncanakan sebagai pemikul struktur ringan dengan target berat jenis sekitar 800-1400 kg/m3 dan kuat tekan lebih besar dari 2 MPa. Berdasarkan analisa yang telah dilakukan didapat hasil bahwa pasta dasar, pasta ringan, dan pasta ringan berserat memiliki kuat tekan maksimum yaitu 55,6 MPa, 7,1 MPa, dan 8,5 MPa.
Sedangkan berat volume optimum dari pasta dasar, pasta ringan, dan pasta ringan berserat adalah 1802 kg/m3, 906kg/m3, dan 1110kg/m3. Dari analisa tersebut dapat disimpulkan bahwa lumpur Sidoarjo terkalsinasi, fly ash, dan foam bisa dimanfaatkan sebagai campuran pasta geopolimer ringan.
Kata kunci – pasta geopolimer ringan, fly ash, foam, lumpur Sidoarjo terkalsinasi.
I. PENDAHULUAN
eton geopolimer adalah beton yang memanfaatkan cairan alkali untuk bereaksi dengan silika (Si) dan alumunium (Al) dalam material alam atau oleh material produksi seperti fly ash dan abu sekam untuk menghasilkan pengikat. Cairan alkali yang dipakai dalam pembuatan beton geopolimer adalah NaOH, dan KOH. Beton geopolimer adalah beton yang tidak memanfaatkan semua semen Portland yang produksi.
Beton geopolimer merupakan solusi ramah lingkungan sebagai pengganti untuk beton semen Portland.
Penggunaan beton geopolimer sendiri dapat mengurangi hingga 80 persen jumlah karbon dioksida yang dihasilkan dari proses pembuatan semen
.[1]
Lumpur Sidoarjo merupakan limbah alami yang terus menerus keluar dari perut bumi. Sejak tanggal 26 Mei 2006, Lumpur Sidoarjo belum banyak dimanfaatkan oleh masyarakat. Padahal volume lumpur yang keluar mencapai
± 150.000 meter kubik per hari, dan telah melalap 800 hektar tanah warga sekitar. Sejumlah geolog dari 17 negara mengadakan simposium dan bersepakat Lumpur Sidoarjo tidak akan berhenti menyembur. Dari sini lah mulai diteliti bagaimana limbah ini dapat berguna. Hingga akhirnya ditemukan bahwa Lumpur Sidoarjo dapat dikembangkan sebagai bahan bangunan. Lumpur Sidoarjo mempunyai kandungan Si dan Al yang cukup tinggi sehingga cocok digunakan untuk beton geopolimer. [2]
Fly ash adalah salah satu limbah yang dihasilkan dari pembakaran batubara, terdiri dari partikel halus yang naik bersamaan dengan gas buang. Karena ukurannya yang sangat kecil diperlukan alat khusus untuk menangkap fly ash yaitu saringan elektrostatik. Fly ash mempunyai kandungan silika dan kapur dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silika yang dikandung oleh abu terbang akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat.[3]
Melihat kondisi pencemaran lingkungan akibat material lumpur yang belum bisa dimanfaatkan hingga saat ini, serta untuk memanfaatkan fly ash, dilakukan penelitian tentang pembuatan pasta geopolimer ringan dengan memanfaatkan lumpur Sidoarjo terkalsinasi , fly ash, dan foam.
II. URAIAN PENELITIAN A. Pembuatan Pasta dasar
Komposisi campuran pasta dasar menggunakan lumpur Sidoarjo bakar dan fly ash ditambahkan dengan larutan aktifator. Larutan aktifator terdiri dari sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na2SiO3). Dalam proses pembuatannya campuran pasta tersebut perlu ditambahkan dengan superplasticizer. Penambahan superplasticizer agar dapat lebih memudahkan dalam proses pengadukan pasta.
Berikut ini adalah analisa yang di lakukan pada pasta Px setelah itu diambil 1 pasta optimum.
1. Tes Berat Volume
Tes ini dilakukan untuk mengetahui berat volume pasta pada umur 21 hari.
2. Tes Kuat Tekan Hancur
Tes ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tekan hancur pasta pada umur 21 hari.
B
B. Pembuatan Pasta Ringan
Campuran pasta ringan ini merupakan pengembangan dari pasta dasar maksimum ditambahkan bahan pengembang foam. Penambahan air hanya digunakan sebagai bahan campuran foam. komposisi campuran pasta divariasikan dengan 4 campuran foam.
Berikut ini adalah analisa yang di lakukan pada pasta ringan setelah itu diambil 1 pasta kuat tekan maksimum.
1. Tes Kuat Tekan Hancur
Tes ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tekan hancur pasta pada umur 21 hari.
2. Tes Berat Volume
Tes ini dilakukan untuk mengetahui berat volume pasta pada umur 21 hari.
3. Uji Porositas Pasta
Tes porositas pasta bertujuan untuk mengetahui besarnya pori terbuka dan pori tertutup yang ada di dalam benda uji tersebut.
C. Pembuatan Pasta Ringan Berserat
Pasta ringan berserat terdiri dari campuran pasta ringan ditambah dengan serat kenaf. Penambahan air hanya digunakan sebagai bahan campuran foam.
Komposisi binder pada campuran pasta ringan berserat didapat dari campuran dengan kuat tekan maksimum dari pasta ringan. komposisi campuran pasta ringan divariasikan dengan 3 campuran serat kenaf.
III. HASIL DAN DISKUSI A. Analisa Lumpur Sidoarjo Bakar
Berat jenis lumpur Sidoarjo bakar sebesar 2,67 gram/cm3. Analisa XRF dilakukan pada sampel lumpur Sidoarjo yang telah dikalsinasi. Hasil analisa XRF dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1.
Komposisi Kimia Lumpur Bakar
No Oksida Jumlah (%)
1 CaO 7.14
2 SiO2 32
3 Fe2O3 42.22
4 Al2O3 5.8
5 MnO 0.67
6 K2O 4.51
7 SO3 2.6
8 Lain-lain 5.06
Komposisi kimia lumpur bakar yang dominan adalah Fe2O3, SiO2, CaO, dan Al2O3. Dengan jumlah CaO, SiO2, Fe2O3, dan Al2O3 sebesar 87,16% lebih dari 70% batasan minimal menurut ASTM C618 sehingga lumpur bakar termasuk material pozzolan.
B. Data dan Analisa Pasta Normal Proses Curing
Proses curing pasta geopolimer dalam penelitian ini menggunakan alat curing steam suhu 60oC selama 0, 3 dan 6 jam.
Hasil Uji berat Volume
Tes berat volume dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran 2 cm x 4 cm pada umur 21 hari. Hasil uji berat volume untuk pasta dasar umur 21 hari dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 1. Grafik Hubungan Berat Volume dan Persentase Superplasicizer Pasta Geopolimer
Dari Gambar 1 bisa diambil kesimpulan bahwa Semakin banyak superplasticizer yang ditambahkan maka berat volume pasta semakin ringan.
Hasil Uji Kuat Tekan Pasta
Tes kuat tekan hancur dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran 2 cm x 4 cm pada umur 21 hari.
Setelah dilakukan pengetesan kuat tekan hancur pasta Px, diambil 1 campuran teroptimum untuk digunakan sebagai campuran pasta ringan dengan tambahan foam. Gambar 2 adalah hasil dari tes tekan pasta dasar.
1750 1800 1850 1900 1950
1.5 2 2.5 3 3.5
Berat Volume (kg/m3)
Superplasticizer (%)
pasta tanpa steam pasta steam 3 jam pasta steam 6 jam
Gambar 2. Grafik Hubungan Kuat Tekan dan Persentase Superplaticizer Pasta Geopolimer
Dari Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa semakin lama pasta mengalami curing steam maka semakin besar juga kuat tekan nya. [4]
C. Data dan Analisa Pasta Ringan Proses Curing
Proses curing pasta ringan dalam penelitian ini menggunakan alat curing steam suhu 60oC selama 0, 3 dan 6 jam.
Tes Berat Volume
Tes berat volume pasta ringan dilakukan pada umur 21 hari terhadap 3 buah benda uji. Berikut ini adalah berat volume pasta ringan yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik Hubungan Berat Volume dan Variasi Foam Pasta Geopolimer Ringan
Dari Gambar 3 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak foam dalam pasta ringan maka akan mengurangi volume pasta ringan. [5]
Tes Kuat Tekan
Tes kuat tekan hancur dilakukan terhadap 3 buah benda uji ukuran 5cm x 5cm x 5cm pada umur 21 hari.
Setelah dilakukan pengetesan kuat tekan hancur pasta ringan, diambil 1 campuran pasta ringan dengan kuat tekan paling maksimum untuk digunakan sebagai campuran pasta ringan berserat dengan tambahan serat kenaf. Hasil uji kuat tekan hancur pasta ringan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik Hubungan Kuat Tekan dan Variasi Foam Pasta Geopolimer Ringan
Dari Gambar 4 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak foam dalam pasta maka akan mengurangi kuat tekan pasta ringan. [6]
D. Data dan Analisa Pasta Ringan Berserat Proses Curing
Proses Curing pasta ringan berserat dalam penelitian ini menggunakan alat curing steam suhu 60oC selama 0, 3 dan 6 jam.
Tes Berat Volume
Tes berat volume pasta ringan berserat dilakukan pada umur 21 hari terhadap 3 buah benda uji untuk setiap variasi.
Berikut ini adalah berat volume pasta ringan berserat dapat dilihat pada Gambar 5 Berikut ini
.
30 35 40 45 50 55 60
1.5 2 2.5 3
Kuat Tekan (MPa)
Superplasticizer (%)
pasta tanpa steam pasta steam 3 jam pasta steam 6 jam
400 600 800 1000 1200
0 1 2 3 4 5
Berat Volume (kg/m3)
Variasi Foam (%)
tanpa steam steam 3 jam steam 6 jam
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5
Kuat Tekan (MPa)
Variasi Foam (%) tanpa steam steam 3 jam steam 6 jam
Gambar 5. Grafik Hubunga Berat Volume dan Variasi Serat Kenaf Pasta Geopolimer Ringan Berserat
Dari Gambar 5 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat yang ditambahkan maka akan semakin besar berat volume pasta ringan berserat.
Tes Kuat Tekan
Tes kuat tekan hancur dilakukan terhadap 3 buah benda uji ukuran 5cmx5cmx5cm pada umur 21 hari. Hasil uji kuat tekan hancur pasta ringan berserat tiap variasi dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Hubungan Kuat Tekan dan Variasi Serat Kenaf Pasta Geopolimer Ringan Berserat
Dari Gambar 6 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat yang ditambahkan maka akan semakin mengurangi kuat tekan mortar. Serat kenaf yang berlebih menyebabkan pasta menggumpal sehingga dalam proses pencampuran pasta dengan foam menjadi tidak homogen.
[7]
E. Kesesuaian Pasta Ringan Berserat dengan SNI 03- 0349-1989 tentang bata beton untuk pasangan dinding Menurut SNI 03-0349-1989 [8], bata beton pejal maupun berlubang untuk pasangan dinding dibedakan menurut tingkat mutunya, yaitu : pasta ringan berserat M2,5-1-0,5 dengan steam 0, 3, dan 6 jam masuk dalam kategori tingkat mutu III, pasta ringan berserat M2,5-1-1 dengan steam 0, 3, dan 6 jam masuk dalam kategori tingkat mutu II dan pasta ringan berserat M2,5-1-1,5 dengan steam 0 jam (tanpa steam) masuk dalam kategori tingkat mutu III, pasta ringan berserat M2,5-1-1,5 dengan steam 3, dan 6 jam masuk dalam kategori tingkat mutu II.
IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain :
1. Untuk pasta Px didapatkan hasil kuat tekan maksimum pada komposisi pasta P2,5 dengan komposisi lumpur bakar : fly ash : NaOH: Na2SiO3 : superplasticizer adalah 33,3% : 33,3% : 9,52% : 23,81% : 2,5% yaitu 55,6 MPa.
2. Untuk pasta ringan Px-y didapat hasil optimum pada komposisi pasta ringan P2,5-1 dengan komposisi P2,5 ditambah dengan foam 1% yaitu 7,1 MPa. Hasil ini berbeda sangat jauh dengan kuat tekan pasta Px dikarenakan penambahan foam, sehingga muncul rongga-rongga udara di dalam pasta yang membuat kuat tekan menjadi rendah. Penggunaan foam mengakibatkan penurunan kuat tekan dan berat volume pasta ringan Px-y.
3. Untuk pasta ringan berserat Mx-y-z didapat hasil optimum pada komposisi pasta ringan berserat M2,5-1- 1 dengan komposisi P2,5-1 ditambah dengan serat kenaf 1 % yaitu 8,5 MPa. Hasil ini dikarenakan penambahan serat kenaf meningkatkan jumlah porositas tertutup pada pasta ringan berserat sehingga kuat tekan menjadi lebih tinggi.
4. Untuk seluruh sampel pada pasta Px memiliki berat volume lebih besar dari 1800 kg/m3 ,namun pasta ringan Px-y, dan pasta ringan berserat Mx-y-z telah memenuhi syarat sebagai beton ringan, yaitu memiliki berat volume lebih rendah dari 1800 kg/m3. Berat volume dari benda uji P2,5-1 dan M2,5-1-1 adalah 906 kg/m3 dan 1110 kg/m3.
5. Sistem steam yang digunakan sangat cocok untuk dipakai dalam penelitian ini karena akan peningkatan proses polimerisasi di dalam benda uji sehingga bisa meningkatkan kuat tekan dan mengurangi berat volume pasta ringan dan pasta ringan berserat.
6. Diambil persyaratan SNI 03-0349-1989 tentang bata beton untuk pasangan dinding, beton ringan yang menggunakan lumpur bakar Sidoarjo sudah memenuhi standar yang ada dan masuk dalam tingkatan mutu ke II dan ke III.
4 6 8 10
0 0.5 1 1.5 2
Kuat Tekan (MPa)
Variasi Serat Kenaf (%)
steam 6 jam steam 3 jam tanpa steam
900 1000 1100 1200
0 0.5 1 1.5 2
Berat Volume (kg/m3)
Variasi Serat Kenaf (%) steam 3 jam steam 6 jam tanpa steam
B. Saran
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa saran untuk penelitian selanjutnya, antara lain :
1. Perlu dilakukan trial terhadap komposisi optimum dari air foam pada pembuatan pasta ringan berserat sehingga bisa menghasilkan kuat tekan yang tinggi dengan berat volume yang lebih kecil.
2. Perlu dilakukan penelitian selanjutnya pada penambahan lama waktu steam agar didapatkan kuat tekan yang lebih tinggi dan berat volume yang lebih rendah. karena pada penelitian ini hanya memenuhi tingkatan mutu ke II syarat kuat tekan beton ringan.
3. Perlu dilakukan penelitian selanjutnya pada penambahan molaritas sehingga didapatkan kuat tekan yang lebih tinggi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis C.H. mengucapkan terima kasih kepada Ibu Januarti dan Ibu Triwulan yang telah membimbing dan memberikan bantuan finansial dan bantuan peralatan yang sangat bermanfaat. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Pak Harjo dari Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan Teknik Sipil ITS, BPLS, Pak Agung dari PT. BASF Indonesia.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Davidovits, J. 1994, Properties of Geopolymer Cements. Geopolimer Institute. France : Saint-Quentin.
[2] Triwulan dan Januarti Jaya Eka. 2006. Study on Porong Mud-Based Geopolimer Concrete.Teknik Sipil ITS
[3] Priadana, khorin agus, Triwulan, Januarti Jaya Ekaputri, dan Pujo Aji.
2012. Karakterisasi Fly Ash Berdasarkan Sifat Fisik Dan Kimia.
Teknik Sipil ITS
[4] Hardjito, D., & Rangan, B. V. 2005. Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Research Report GC1, Perth, Australia: Faculty of Engineering, Curtin University of Technology.
[5] Jatmiko, Andik, Triwulan, dan Januarti Jaya Ekaputri. 2012. Lumpur Sidoarjo Bakar, Fly Ash Dan Kapur (Ca(OH)2) Sebagai Substitusi Semen Dalam Campuran Beton Ringan Dengan Bahan
Pengembang Foam. Teknik Sipil ITS
[6] Septiawardani, Winda Ayu, Triwulan, dan Januarti Jaya Ekaputri.
2012. Pemanfaatan Lumpur Bakar Sidoarjo Sebagai Bahan Campuran Beton Ringan dengan Tambahan Limbah Gypsum dan Foam. Teknik Sipil ITS
[7] Dibiantara, Dimas. 2012. Pemanfaatan Lumpur Bakar Sidoarjo Untuk Beton Ringan Dengan Campuran Fly Ash, Foam, Dan Serat Kenaf. Teknik Sipil ITS
[8] SNI 03-0349-1989 tentang Bata Beton untuk Pasangan Dinding
