SKRIPSI
PENGARUH PENGGUNAAN CARBON NANO TUBE DAN GRAPHENE OXIDE TERHADAP KARAKTERISTIK HIDRASI SEMEN DAN KUAT
TEKAN MORTAR BETON DENGAN HIGH VOLUME FLY ASH
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh SARJANA TEKNIK
Pada Program Studi Teknik Sipil Universitas Malikussaleh
Disusun oleh,
ASH SHIDDIQ MAHMUDY 190110095
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
2024
ii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Ash Shiddiq Mahmudy Nim : 190110095
Dengan ini menyatakan dengan sesungguhnya bahwa di dalam skripsi ini tidak terdapat bagian atau satu kesatuan yang utuh dari skripsi, tesis, buku atau bentuk lain yang saya kutip dari karya orang lain tanpa saya sebutkan sumbernya yang dapat dipandang sebagai tindakan penjiplakan. Sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat reproduksi karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain yang dijadikan seolah-olah karya asli saya sendiri. Apabila ternyata terdapat dalam skripsi saya bagian-bagian yang memenuhi standar penjiplakan maka saya menyatakan kesediaan untuk dibatalkan sebahagian atau seluruh hak gelar kesarjanaan saya
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan seperlunya.
Lhokseumawe,
Saya yang membuat pernyataan
Ash Shiddiq Mahmudy 190110095
Materai Rp 10.000
iii
LEMBARAN PENGESAHAN JURUSAN
Judul Skripsi : Pengaruh Penggunaan Carbon Nanotube dan Graphene Oxide Terhadap Karakteristik Hidrasi Semen dan Kuat Tekan Mortar Beton Dengan High Volume Fly Ash
Nama Mahasiswa : Ash Shiddiq Mahmudy
Nomor Mahasiswa : 190110095
Program Studi : S1 Teknik Sipil
Jurusan : Teknik Sipil
Fakultas : Teknik
Perguruan Tinggi : Universitas Malikussaleh Pembimbing Utama : Dr. Maizuar, ST., M.Sc.Eng Pembimbing Pendamping : Emi Maulani, ST., MT.
Penguji Utama : Dr. Yulius Rief Alklahly ST., M.Eng Penguji Pendamping : David Sarana ST., MT.
Lhokseumawe, 2024 Penulis,
Ash Shiddiq Mahmudy NIM. 190110095
Menyetujui,
Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping
Dr. Maizuar, S.T., M.Sc. Eng NIP. 197704182003121002
Emi Maulani, S.T., M.T NIP. 198306222008122001
Koordinator Prodi Ketua Jurusan
Nura Usrina, S.T., M.T NIP. 199004042023212058
M. Fauzan, S.T., M.T NIP. 197606172003121003
iv
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Allah Subḥānahu Wataʿālā yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya dan sanjungan kepada Nabi Muhammad Shalallaahu Alaihi Wassalaam, sehingga Skripsi dengan judul Pengaruh Penggunaan Carbon Nanotube Dan Graphene Oxide Terhadap Karakteristik Hidrasi Semen dan Kuat Tekan Mortar Beton Dengan High Volume Fly Ash dapat diselesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Teknik Sipil Universitas Malikussaleh Lhokseumawe-Aceh Utara.
Pada kesempatan ini tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Rektor Universitas Malikussaleh Bapak Prof. Dr. Ir. Herman Fithra, S.T., M.T., IPM., ASEAN., Eng.
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh Bapak Dr. Muhammad Daud, S.T., M.T.
3. Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Malikussaleh Bapak M.Fauzan, S.T., M.T.
4. Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Malikussaleh Ibu Nura Usrina, S.T., M.T.
5. Dosen Pembimbing Utama Bapak Dr. Maizuar., S.T., M.Sc. Eng.
6. Dosen Pembimbing Pendamping Ibu Emi Maulani, S.T., M.T.
7. Dosen Ketua Penguji Bapak Dr. Yulius Rief Alkhaly, S.T., M.Eng.
8. Dosen Anggota Penguji Bapak David Sarana, S.T., M.T.
9. Kedua Orang Tua dan Keluarga Tercinta, Yang Telah Memberikan Dukungan dan Doa-nya Kepada Penulis
10. Rekan-rekan seperjuangan yang senantiasa memberikan semangat.
11. Seluruh pengajar, Staff dan Teknisi Prodi Teknik Sipil Universitas Malikussaleh.
v
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini jauh dari kata kesempurnaan karena keterbatasan pengetahuan, untuk itu kritik dan saran sangat diharapkan agar pada masa yang akan datang penulis dapat melakukan perbaikan untuk penulisan ilmiah lainnya.
Lhokseumawe, 2024 Penulis,
Ash Shiddiq Mahmudy
vi
LEMBARAN PERSEMBAHAN
Bismillahirrahmanirrahim
Alhamdulillah, puji Syukur kepada Allah Subḥānahu Wataʿālā. Yang telah memberikan nikmat yang sangat luar biasa, memberi saya kekuatan, membekali
saya dengan ilmu pengetahuan serta memperkenalkan saya dengan cinta. Atas karunia serta kemudahan yang engkau berikan, akhirnya Skripsi yang sederhana
ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam selalu tercurah limpahkan kepada baginda Rasulullah Muhammad Shalallaahu Alaihi Wassalaam
Segala perjuangan saya hingga titik ini, saya persembahkan teruntuk orang- orang hebat yang selalu menjadi penyemangat, menjadi alasan saya kuat
sehingga bisa menyelesaikan Skripsi ini.
Kepada kedua Orang Tua yang paling berjasa dalam hidup saya Abah Mahmud Yusuf dan mamak Yunidar Idianty. Pengorbanan, cinta, do’a, motivasi, semangat
dan nasihat yang tidak hentinya diberikan kepada anaknya dalam penyusunan Skripsi ini. Semoga Allah SWT selalu menjaga kalian dalam kebaikan dan kemudahan Aamiin. Teristimewa untuk mamak saya yang berperan sangat penting dalam hidup saya sampai sekarang, mamak wanita hebat, wanita kuat,
wanita yang tiada duanya, mamak sehat terus ya, abang sedang berjuang, semoga suatu hari nanti abang sukses secara financial dan kita haji bersama
dengan semua keluarga di rumah ya mak.
Kepada adik-adik saya Al-Ghifari Mahmudy,Al-Furqan Mahmudy dan M.Fasya Al-Mahmudy kalian adalah satu-satunya saudara kandung, kalian adalah teman
yang baik dari kecil sampai sekarang, kalian yang paling mengerti keadaan abangmu ini, kalian adalah tempat bercerita, kalian sungguh pemuda hebat yang
telah menjadi bagian besar untuk hidup ini. Terimakasih sudah menjadi adik terbaik yang selalu menemani dalam menghadapi pahitnya kehidupan hingga diusia sekarang, kalian sehat terus ya, kalian orang pintar, kalian orang tangguh,
walapun kalian masih menempuh pendidikan di universitas masing-masing, kalian akan selalu ada dalam doa abang untuk sukses kalian harus sukses disana,
abang akan selalu ada untuk kalian semua
vii
Kepada Bapak Dr. Maizuar, ST., M.Sc.Eng dan Ibu Emi Maulani, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing dan Dosen Pendamping. Terimakasih atas bimbingan, kritik
dan saran, dan selalu meluangkan waktunya disela kesibukan. Terimakasih bapak/ibu, semoga jeri payahmu terbayarkan dan semoga selalu dilimpahkan
kesehatan dan kebahagiaan.
Kepada Bapak Dr. Yulius Rief Alkhaly ST.,M.Eng. dan bapak David Sarana, ST., MT, selaku Dosen Penguji. Terimakasih telah memberikan saran dan masukan dalam skripsi ini agar lebih baik. Semoga Bapak dan Ibu diberi Kesehatan selalu.
Terakhir untuk diri saya sendiri. Apresiasi sebesar - besarnya karena telah bertanggung jawab untuk menyelesaikan apa yang telah dimulai. Terimakasih karena terus berusaha dan tidak menyerah. Terimakasih sudah bertahan sampai
sejauh ini
viii
PENGARUH PENGGUNAAN CARBON NANO TUBE DAN GRAPHENE OXIDE TERHADAP KARAKTERISTIK HIDRASI SEMEN DAN KUAT
TEKAN MORTAR BETON DENGAN HIGH VOLUME FLY ASH
Oleh: Ash Shiddiq Mahmudy NIM: 190110095
Pembimbing Utama : Dr. Maizuar, S.T., M.Sc.Eng.
Pembimbing Pendamping : Emi Maulani, S.T., M.T.
Penguji Utama : Dr. Yulius Rief Alkhaly S.T., M.Eng Penguji Pendamping : David Sarana, S.T., M.T.
ABSTRAK
Penggunaan high volume fly ash (HFVA) dalam campuran beton telah menjadi fokus penelitian dalam beberapa dekade terakhir, beton dengan HVFA seringkali mengalami penurunan kuat tekan awal dibandingkan beton konvensional. Penggunaan nanomaterial carbon nanotube (CNT) dan graphene oxide (GO) yang dikenal memiliki sifat mekanis dan memperbaiki mikrostruktur beton dapat mengatasi kekurangan HVFA. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental berupa pengujian kuat tekan dan karakteristik hidrasi semen.
Penggunaan HVFA sebesar 60%, untuk penambahan nano material berupa CNT sebesar 0,01% dan variasi GO sebesar 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04% dan 0,05%
pada umur 3 hari, 7 hari, dan 28 hari pada tiap variasi. Rata-rata persentase peningkatan tiap variasi GO sebesar 5,67%, 10,41%, 15,4%, 13,59% dan 10,41%.
Pada variasi CNT 0,01% dan GO 0,03% dapat meningkatkan kuat tekan optimum sebesar 15,4% terhadap mortar kontrol. Karakteristik hidrasi semen dengan metode pengujian XRD setiap variasi memliki fasa kristalisasi pada peaks yang muncul, seperti senyawa berupa (C-S-H), (C-A-S-H), quartz, portlindate, calcium carbonate, dan ettringite. Pada variasi optimum 0,03% GO memiliki pembentukan lengkap, terlihat pada puncak dengan intesitas tertinggi dari pada variasi GO lain. Penambahan nano material berupa CNT dan GO pada mortar HVFA dapat meningkatkan sifat mekanis mortar berupa kuat tekan dan menghasilkan ikatan senyawa kimia lengkap pada reaksi hidrasi semen pada mortar.
Kata kunci: Mortar, HVFA, CNT, GO, Kuat tekan, XRD.
ix DAFTAR ISI
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii
LEMBARAN PENGESAHAN JURUSAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
LEMBARAN PERSEMBAHAN ... vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR NOTASI ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batas Penelitian ... 3
1.6 Metode Penelitian ... 3
1.7 Hasil Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN ... 6
2.1 Mortar ... 6
2.1.1 Spesifikasi sifat mortar ... 7
2.1.2 Sifat-sifat mortar ... 8
2.1.3 Bahan penyusun mortar ... 9
2.2 Carbon Nanotube ... 14
x
2.2.1 Struktur cabon nanotube ... 15
2.2.2 Fungsi carbon nanotubes pada mortar ... 18
2.3 Graphene oxide ... 19
2.4 Fly ash ... 20
2.5 Pengujian Sifat Fisis Material ... 22
2.5.1 Berat jenis semen ... 22
2.5.2 Kehalusan semen ... 23
2.6 Kelecakan Mortar ... 23
2.7 Pelepasan dan Perawatan Benda Uji ... 24
2.8 Pengujian Sifat Mekanik ... 24
2.9 Kuat Tekan ... 24
2.10 Karakteristik Hidrasi Semen... 25
BAB III METODE PENELITIAN ... 27
3.1 Tahapan Pelaksanaan Penelitian ... 27
3.2 Lokasi Penelitian ... 29
3.3 Metode Pengumpulan Data ... 29
3.3.1 Data primer... 29
3.3.2 Data sekunder ... 30
3.4 Analisis dan Pengolahan Data ... 31
3.4.1 Pemeriksaan sifat fisis material ... 32
3.4.2 Pembuatan benda uji ... 34
3.4.3 Benda uji kuat tekan dan karakteristik hidrasi semen ... 40
3.4.4 Perawatan benda uji ... 42
3.5 Pengujian Benda uji ... 42
3.5.1 Pengujian kuat tekan ... 43
xi
3.5.2 Pengujian XRD (X-Ray Diffraction) ... 43
3.6 Penelusuran Penelitian Terdahulu ... 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 48
4.1 Hasil Penelitian ... 48
4.1.1 Pengujian berat jenis semen ... 48
4.1.2 Pengujian berat jenis semen dan air penyerapan agregat halus ... 48
4.1.3 Pengujian kadar air agregat halus ... 49
4.1.4 Pengujian berat volume agregat halus... 49
4.1.5 Pengujian analisa saringan dan modulus halus butir... 50
4.1.6 Pengujian analisa saringan dan modulus halus butir... 51
4.1.7 Proporsi campuran mortar beton ... 51
4.1.8 Pengujian kelecakan (workability) ... 52
4.1.9 Pengujian kuat tekan mortar ... 53
4.1.10 Pengujian karakteristik hidrasi semen (XRD)... 53
4.2 Pembahasan ... 53
4.2.1 Pengujian berat jenis semen ... 54
4.2.2 Pengujian berat jenis dan penyerapan air agregat halus... 54
4.2.3 Pengujian kadar air agregat halus ... 54
4.2.4 Pengujian berat volume agregat halus... 54
4.2.5 Pengujian analisis saringan dan modulus halus butir ... 55
4.2.6 Pengujian kadar organik agregat halus ... 55
4.2.7 Proporsi campuran mortar beton ... 55
4.2.8 Slump flow test ... 55
4.2.9 Pengujian kuat tekan mortar ... 56
4.2.10 Pengujian karakteristik hidrasi semen (XRD)... 57
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 60
5.1 Kesimpulan ... 60
5.2 Saran ... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 62
LAMPIRAN A PERHITUNGAN ... 66
A.1 Pengujian berat jenis semen ... 66
A.2 Pengujian berat jenis dan penyerapan air agregat halus ... 67
A.3 Pengujian kadar air agregat halus ... 68
A.4 Pengujian berat volume gembur agregat halus ... 69
A.5 Pengujian berat volume padat agregat halus... 70
A.6 Pengujian analisa saringan dan modulus halus butir ... 71
A.7 Perhitungan kuat tekan... 76
A.8 Hasil pengujian XRD ... 79
LAMPIRAN B TABEL ... 80
LAMPIRAN C DOKUMENTASI ... 81
LAMPIRAN D BIODATA MAHASISWA ... 87
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Persyaratan spesifikasi sifat mortar... 7
Tabel 2. 2 Komposisi oksida semen portland ... 12
Tabel 2. 3 Tipe-tipe semen Portland ... 13
Tabel 2. 4 Spesifikasi GO ... 20
Tabel 2. 5 Abu Terbang Kelas C pangkalan susu ... 22
Tabel 3. 1 Data primer material ... 29
Tabel 3. 2 Data sekunder ... 30
Tabel 3. 3 Jumlah variasi benda uji kuat tekan dan karakteristik hidrasi semen .. 42
Tabel 3. 4 Penelitian terdahulu... 45
Tabel 4. 1 Berat jenis semen ... 48
Tabel 4. 2 Berat jenis dan penyerapan air agregat halus ... 49
Tabel 4. 3 Kadar agregat halus ... 49
Tabel 4. 4 Berat volume agregat halus ... 49
Tabel 4. 5 Analisa saringan agregat halus sampel gabungan ... 50
Tabel 4. 6 Proporsi campuran mortar pada 3 buah benda uji ... 52
Tabel 4. 7 Hasil pengujian slump flow ... 52
Tabel 4. 8 Hasil pengujian kuat tekan ... 53
Tabel A.1 Pemeriksaan berat jenis semen... 66
Tabel A.2 Pemeriksaan berat jenis dan penyerapan air agregat halus ... 68
Tabel A.3 Pemeriksaan kadar air agregat halus ... 69
Tabel A.4 Pemeriksaan berat volume gembur agregat halus ... 70
Tabel A.5 Pemeriksaan berat volume padat agregat halus ... 71
Tabel A.6 Pemeriksaan analisis saringan agregat halus sampel I ... 72
Tabel A.7 Pemeriksaan analisis saringan agregat halus sampel II... 73
Tabel A.8 Pemeriksaan analisis saringan agregat halus sampel III ... 74
Tabel A.9 Pemeriksaan analisis saringan agregat halus sampel gabungan ... 75
Tabel A.10 Pemeriksaan kuat tekan mortar beton ... 77
Tabel B.1 Persentase kenaikan kuat tekan mortar beton... 80
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 (a)Sebelum bereaksi, (b)Setelah bereaksi ... 12
Gambar 2. 2 (a) Struktur CNT, (b) CNT di perbesar ... 15
Gambar 2. 3 (a) struktur SWNT, (b) di dalam mortar ... 17
Gambar 2. 4 Struktur Multi Walled Carbon Nanotubes (MWNT) ... 17
Gambar 2. 5 (a) struktur penyusun GO (b) GO diperbesar 1 µm ... 19
Gambar 3. 1 fly ash ... 35
Gambar 3. 2 Carbon nanotube ... 35
Gambar 3. 3 Graphene oxide ... 36
Gambar 3. 4 Sika VISCONCRET 8045 P ... 36
Gambar 3. 5 Timbangan dengan ketelitian 0,1 kapasitas 2 kg... 37
Gambar 3. 6 Magnetic stirrer... 37
Gambar 3. 7 Electric flow table ... 38
Gambar 3. 8 Mixer mortar ... 38
Gambar 3. 9 Cetakan mortar ... 39
Gambar 3. 10 Oven ... 39
Gambar 3. 11 digital concrete compression machine ... 39
Gambar 4. 1 Analisis saringan agregat halus sampel gabungan ... 51
Gambar 4. 2 Kadar organik agregat halus ... 51
Gambar 4. 3 Hasil Uji XRD ... 79
Gambar A.1 Grafik analisis saringan agregat halus sampel I ... 73
Gambar A.2 Grafik analisis saringan agregat halus sampel II ... 74
Gambar A.3 Grafik analisis saringan agregat halus sampel III ... 75
Gambar A.4 Grafik analisis saringan agregat halus sampel gabungan ... 76
Gambar C.1 Pengujian sifat fisis agregat halus ... 81
Gambar C. 2 Penimbangan material nano dan SP ... 81
Gambar C. 3 Percampuran material nano dalam magnetic stirer ... 82
Gambar C. 4 Pengadukan mortar didalam mixer ... 82
Gambar C. 5 Pengukuran slump flow ... 83
Gambar C. 6 Pengcoran kedalam bekisting ... 83
xv
Gambar C. 7 Proses penimbangan sampel ... 84 Gambar C. 8 Proses pengujian kuat teka ... 84
AlO = Aluminium Oxide
ASTM = American Society for Testing and Materials
Ca(OH)2 = Calsium Hydroxide
CaCO3 = Calsium Carbonate
CaO = Calsium Oxide
CNT = Carbon Nanotube
C-S-H = Calsium silicate hydrate
Curring = Perawatan beton dengan cara direndam
Dispersi = Salah satu campuran antara zat terlarut dan pelarut Durabilitas = Daya Tahan
f’c = Mutu Beton
FA = Fly Ash
FAS = Faktor Air Semen
Fe2O3 = Iron (III) Oxide
FeO = Iron (II) Oxide
FET = Field Effect Transistor
Filller = Bahan pengisi rongga-rongga antar agregrat Fluiditas = Kualitas kecairan suatu zat
GO = Graphene Oxide
Hidrasi = Adalah proses kimia yang terjadi ketika semen dicampur dengan air yang kemudian mengeluarkan panas
Homogen = Zat campuran yang zat penyusunnya tersusun (tercampur dengan sempurna)
HVFA = High Volume Fly Ash
kele flow = Merupakan salah satu cara untuk mengetahui tingkat kelecakan campuran adukan mortar beton
MF = Mortar + Fly Ash
xvii
MFCG = Mortar + Fly Ash + MWCT + Variasi GO
MgO = Magnesium Oxide
Mix Design = Perencanaan dan perhitungan campuran beton
MPa = Satuan Mega Pascal
MWCT = Multiple Wall Carbon Nanotube
OPC = Ordinary Portland Cement
P = Beban Tekan maksimum
PCC = Portland Composite Cement
PLTU = Pembangkit Listrik Tenaga Uap Quartering = Membagi menjadi empat bagian
SiO2 = Silicon Dioxide
Slump-flow test = Pengujian untuk mengetahui kelecakan beton
SNI = Standar Negara Indonesia
SP = Superplastisizer
SWNT = Single Walled Nanotube
Trial = Uji coba
W = Berat benda uji
Workability = Kemudahan pengerjaan campuran material XRD = X-Ray Diffraction
1.1 Latar Belakang
Carbon Nanotube (CNT) memungkinkan pengembangan produk semen berbiaya rendah, kinerja tinggi, dan durasi panjang, dan penggunaan CNT jarang dipakai sebelumnya dalam industri konstruksi. Perilaku mekanis bahan semen tergantung pada elemen struktural dan fenomena yang terjadi dalam skala mikro dan nano (Morsy dkk., 2011), CNT memiliki kekuatan mekanik yang sangat tinggi dan konduktivitas termal dengan skala atom yang luar biasa dapat menjadikan semen lebih tahan terhadap tekanan dan cuaca ekstrem sekaligus meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap retakan, karena zat silika yang dikandung sangat lekat tidak mudah terjadinya pergantian ikatan yang biasanya bisa menghasilkan celah, ini dapat mengikat atom dengan skala nano tanpa terjadinya keretakan (Mintmire dkk., 1992).`
Selain CNT ada juga nano material lain yang disebut Graphene oxide (GO) memiliki gugus fungsi yang mengandung oksigen yang terikat pada atom (Stankovich dkk., 2007), fungsi ini membuat GO bersifat hidrofilik dan sangat mudah terdispersi dalam larutan air. Setiap atom karbon dalam graphene terikat pada tiga atom karbon yang berdekatan melalui ikatan σ (ohm). Ikatan antara setiap atom karbon GO sangat kuat, ketika gaya eksternal diterapkan pada graphene, permukaan atom di dalamnya berubah dan semakin bengkok untuk mengimbangi gaya eksternal. Dengan demikian, tidak terjadi penataan ulang antara atom karbon, sehingga struktur tetap stabil secara konsiten. (Novoselov dkk., 2007). Diketahui bahwa penambahan GO sebesar 0,05% berat semen dapat meningkatkan kuat tekan dan kuat lentur pasta semen magnesium kalium fosfat (MKPC) masing-masing sebesar 6,8% dan 8,3%, (Lv dkk., 2017). Menerut penelitian lain penambahan GO dalam mortar dengan dosis 0,03% (berat semen) dan menemukan bahwa kuat tekan dan kuat lentur meningkat dengan masing- masing sebesar 52,4% dan 34,3%, (Cao dkk., 2015). Pengamatan mikrostruktur bahan mempunyai peranan penting dalam pengujian bahan karena struktur pada
dasarnya membentuk sifat fisik, mekanik dan termal dari bahan. Dengan demikian dari pengamatan terhadap struktur bahan dapat ditentukan sifat mampu pengerjaan suatu bahan, salah satu pengujian yang dilakukan ialah XRD, merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi struktur kristal. Metode difraksi umumnya digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang belum diketahui ikatan dalam suatu padatan (Mansur, 2020).
Menurut (Budh & Warhade,2014), fly ash dapat menggantikan semen dalam campuran mortar untuk mendapatkan mortar yang ramah lingkungan. Penggunaan high volume fly ash (HVFA) dalam pembuatan mortar menjadi sangat ramah lingkungan karena bisa menanggulangi dampak penggunaan semen berlebihan dan dapat mengurangi pencemaran lingkungan yang biasanya menghasilkan sekitar 1 ton emisi CO2 dari proses produksi semen portland (Alfian dkk., 2014).
1.2 Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang diatas maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan dikaji adalah:
1. Seberapa besar pengaruh penambahan material CNT dan GO terhadap kuat tekan mortar beton dengan HVFA.
2. Seberapa besar pengaruh penggunaan material CNT dan GO terhadap intensitas senyawa kimia dengan metode XRD pada mortar beton dengan HVFA.
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah diatas maka tujuan dalam penelitian ini adalah:
1. Menghasilkan mortar beton dengan kuat tekan yang tinggi dan mengoptimalkan pemanfaatan limbah fly ash berskala high volume dengan penambahan CNT dan GO,
2. Mengetahui komposisi intensitas senyawa kimia dengan metode XRD yang terkandung pada mortar beton dengan campuran CNT dan GO pada limbah fly ash berskala high volume.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah:
1. Mortar dengan kuat tekan yang tinggi menjadi salah satu alternatif penggunaan material nano pada bahan mortar.
2. Pemanfaatan limbah fly ash untuk mengurangi pencemaran lingkungan.
3. Mortar dengan nano dan high volume fly ash dapat diaplikasikan pada 3D printing material.
1.5 Ruang Lingkup dan Batas Penelitian
Agar penelitian ini lebih efektif, terarah dan dapat dikaji lebih mendalam lagi maka diperlukannya ruang lingkup dan batas penelitian ini adalah:
1. Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Sipil Universitas Malikussaleh.
2. Nano material CNT dispersi jenis Multi Walled dan GO disperse.
3. Fly ash yang digunakan dari PLTU Pangkalan Susu yang termasuk dalam kategori tipe C.
4. Pasir berasal dari sungai Juli, Bireuen dan lolos ayakan nomor 16 (1,18mm) perangkat saringan untuk agregat halus.
5. Faktor air semen yang digunakan sebesar 0,46 dan SP sebesar 0,5%.
6. Penelitian ini hanya menguji karakteristik hidrasi semen dan kuat tekan mortar dengan (HVFA).
7. Wadah cetakan yang digunakan berupa kubus dengan ukuran 5 x 5 x 5 cm untuk kuat tekan dengan jumlah total benda uji 45 sampel untuk variasi (GO) Graphene Oxide 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, dan 0.05% dan CNT memiliki variasi 0.01%
8. Pengujian kuat tekan dilakukan pada umur benda uji 3,7,dan 28 hari.
1.6 Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental dengan cara membandingkan hasil uji sifat mekanis pada mortar kontrol dan mortar variasi dimana rancangan mix design yang digunakan sama. Pada mortar kontrol, material yang digunakan berupa semen, pasir, air, SP, fly ash, sementara pada mortar variasi menggunakan semen, pasir, air, SP, fly ash, CNT dan GO.
Dilakukannya pengujian kuat tekan dan karakteristik hidrasi semen untuk mendapatkan hasil pengujian yang akan membandingkan mortar kontrol dengan mortar variasi agar bisa menarik kesimpulan pengaruh penambahan CNT dan variasi GO terhadap mortar beton dengan HVFA.
Penelitian ini diawali dengan penelusuran studi literature menurut beberapa referensi yang berkaitan dengan judul proposal yang diangkat. Tahapan berikutnya adalah mempersiapkan material seperti semen Portland, semen yang digunakan adalah semen tipe I jenis semen padang, pasir yang digunakan adalah pasir sungai Juli Kab. Bireuen, fly ash yang digunakan adalah limbah dari PLTU Pangkalan Susu, CNT yang digunakan adalah produk Maxlab, GO yang digunakan produk dari Itano dan air yang digunakan adalah air isi ulang.
Pengujian sifat fisis ini berupa pengujian berat jenis semen, berat jenis pasir, pengujian analisa jaringan, dan pengujian berat volume pasir.
Perhitungan mix design berdasarkan pada (SNI 03-6825-2002) yang telah termodifikasi dari FAS dan juga trial and error, benda uji yang akan dibuat untuk pengujian kuat tekan memakai cetakan berbentuk kubus berukuran 5cm x 5cm x 5cm. pada kuat tekan pengujian dilakukan pada umur 3,7, dan 28 hari sedangkan karakteristik hidrasi semen menggunakan 5 sampel variasi GO dan satu mortar acuan pengujian pada alat dilakukan selama waktu 24 jam dengan menggunakan pengujian XRD (X-Ray Difraction).
1.7 Hasil Penelitian
Berdasarkan hasil penelitian mortar beton HVFA dengan substitusi nanomaterial CNT dan GO terjadi peningkatan kuat tekan dengan penggunaan variasi GO dari rentang 0,01%-0,03% dan kemudian mengalami penurunan pada variasi GO 0,04%-0,05%. Nanomaterial berupa CNT 0,01% dan GO 0,03%
mendapatkan nilai kuat tekan maksimum pada umur 28 hari sebesar 26 Mpa dengan persentase peningkatan sebesar 14,54% terhadap mortar kontrol HVFA.
Hasil dari pengujian karakteristik hidrasi semen dengan metode XRD didapatkan pembentukan senyawa berupa C-S-H, C-A-S-H, ettringite, portlindate, calcium carbonate, quartz ini adalah senyawa yang umum didapatkan
pada reaksi hidrasi semen. Pada pengujian XRD setiap variasi memliki fasa kristalisasi pada peaks yang muncul pada variasi optimum CNT 0,01% dan 0,03%
GO memiliki pembentukan fasa kristalisasi kompleks, terlihat pada puncak dengan intesitas tertinggi dibandingkan dengan variasi mortar lainnya.
6 2.1 Mortar
Mortar adalah adukan campuran yang terdiri dari pasir, bahan perekat, dan air. Bahan perekat dapat berupa tanah liat, kapur maupun semen portland dan air.
Bila tanah yang dipakai sebagai bahan perekat disebut mortar lumpur (mud mortar) dan begitu pula bila semen portland yang dipakai disebut mortar semen.
Fungsi mortar adalah menambah perekatan dan ketahanan ikatan dengan bagian- bagian penyusun konstruksi. Kekuatan mortar tergantung pada kohesi pasta semen terhadap partikel agregat halusnya, pada umumnya masyarakat menggunakan serbuk kapur untuk campuran mortar karena harganya murah dibandingkan semen, maka dari itu pembuatan mortar dengan HVFA lebih efesien dikarenakan pemanfaatan limbah batu bara. Dalam mortar memiliki kandungan agregat ±68%, semen ±11%, air ±17% dan udara ±4% (Zuraidah & Hastono, 2018). Sebagai konstruksi struktural, mortar direncanakan untuk menahan gaya tekan (sebagai pengikat batu bata pada dinding maupun pondasi), untuk itu perlu diketahui besar kuat tekan yang dapat ditahan oleh mortar baik pada saat proses pembangunan maupun setelah konstruksi direncanakan dapat menahan seluruh beban, (Adi, 2009).
Fungsi utama mortar adalah menambah kelekatan penahanan ikatan dengan bagian-bagian penyusun suatu konstruksi, mortar harus tahan terhadap penyerapan air serta kekuatan gesernya dapat memikul gaya-gaya yang bekerja pada mortar tersebut, jika penyerapan air pada mortar terlalu besar atau cepat, maka mortar akan mengeras dengan cepat dan kehilngan ikatan adhesinya (Putri, 2008). Mortar beton dengan segala kemajuan dan evolusinya tetap menjadi pilar utama dalam dunia konstruksi modern. Dengan kemampuannya untuk memberikan fondasi yang kokoh dan memberdayakan berbagai jenis struktur, mortar beton bukan hanya bahan konstruksi biasa, melainkan penanda kehandalan dan ketahanan dalam dunia pembangunan. Mortar merupakan material komposit yang digunakan untuk mengikat bata dan batu, serta mengisi celah komponen.
2.1.1 Spesifikasi sifat mortar
Mortar yang memenuhi ketentuan dalam spesifikasi harus didasarkan pada hasil pengujian terdiri dari bahan bersifat semen, agregat, dan air yang seluruhnya harus memenuhi persyaratan menurut SNI 03-6882-2002.
Tabel 2. 1 Persyaratan spesifikasi sifat mortar
Mortar Tipe
Kuat tekan rata- rata 28 hari Min
(Mpa)
Retensi air Min
(%)
Kadar Udara Maks
Rasio agregat (pengukuran pada
kondisi lembab, gembur)
Semen kapur
M S N O
17,2 (2500) 12,4 (1800) 5,2 (750) 2,5 (350)
75 75 75 75
12 12 14C 14C
Tidak kurang dari dan tidak lebih
dari jumlah volume – volume
terpisah dari material cementitious Semen
mortar M
S N O
17,2 (2500) 12,4 (1800) 5,2 (750) 2,4 (350)
75 75 75 75
12 12 14C 14C
Semen Pasangan
M S N O
17,2 (2500) 12,4 (1800) 5,2 (750) 2,4 (350)
75 75 75 75
18 18 20D 20D (Sumber SNI 03-6882-2014)
Keterangan:
a. Bila teradapat tulangan struktur dalam mortar kapur semen, maka kadar udara maksimum harus 12%.
b. Bila terdapat tulangan struktur dalam mortar semen pasangan, maka kadar udara maksimum harus 18%.
Tabel di atas tidak dapat digunakan sebagai persyaratan pengawasan mutu mortar di lapangan karena jumlah air yang digunakan akan lebih banyak dan itu akan mempengaruhi reaksi hidrasi dan berpengaruh pada komposisi campuran secara signifikan.
2.1.2 Sifat-sifat mortar
Dalam perancangan gedung diperlukan pengetahuan tentang struktur maupun sifat-sifat bahan pada perancangan salah satunya sifat mortar setelah mengeras perlu di kertahui, sifat-sifat mortar antara lain:
a. Kuat tekan
Kuat tekan adalah kemampuan dari mortar untuk memikul atau menahan beban maupun gaya-gaya mekanis sampai terjadi kegagalan. Nilai kuat tekan mortar didapatkan melalui tata cara pengujian standar, menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban tekan bertingkat dengan kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji sampai retak atau hancur. Kuat tekan mortar dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
... (2.1)
Keterangan
′ : kekuatan tekan mortar, (MPa) P maks : gaya tekan maksimum, (N) A : luas penampang benda uji, (mm2) b. Penyerapan air
Penyerapan air adalah persentase berat jenis yang mampu diserap oleh agregat jika direndam oleh air. Dalam adukan mortar, air dan semen membentuk pasta yang disebut pasta semen. Pasta tersebut berfungsi sebagai pengisi rongga antara butiran-butiran agregat halus sehingga membentuk suatu massa yang padat.
Presentase penyerapan air dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut : (
) ... (2.2)
Keterangan
Pa : Penyerapan air (%)
mb : berat kering jenuh permukaan dari benda uji (gram) mk : berat kering oven dari benda uji (gram)
c. Modulus elastisitas
Modulus elastisitas adalah perbandingan antara kuat tekan mortar dengan regangan, biasanya ditentukan pada 25% - 30%.
d. Memiliki daya rekat yang tinggi
Mortar yang baik harus memilki daya rekat yang tinggi sebab perkiraan konsumsi bahan pengikat, rasio semen, air dan kualitas pasir dapat mempengaruhi daya rekat mortar saat sudah mengeras.
e. Mobilitas mortar
Dengan konsistensi komposisi mortar yang tepat menyesuaikan dapat membantu pengaplikasian secara tipis dan merata.
f. Dapat di aplikasikan pada bahan bangunan apapun
Mortar yang bagus harus dapat mampu meratakan berbagai macam bahan bangunan.
g. Dapat menahan rembesan hujan
Lapisan mortar yang baik harus membentuk lapisan pelindung bagi sendi unit batu. Suatu hal yang penting untuk memastikan adanya ikatan antara unit batu dan bangunan dengan mortar.
h. Harus memiliki penyimpanan air yang baik
Mortar yang baik harus memiliki bahan perekat untuk mempertahankan kelembapan yang cukup pada lapisan tipis untuk menghindari dari terpisahnya bahan batu saat proses pemasangan.
i. Waktu pengeringan cepat
Mortar yang baik harus mongering cepat agar proses pembangunan bisa lebih cepat dan sesuai jadwal faktor yang membuat reaksi hidrasi dalam mortar lebih cepat.
2.1.3 Bahan penyusun mortar
Masalah yang sering dijumpai dan dihadapi oleh perencana adalah bagaimana merencanakan komposisi dari bahan -bahan penyusun mortar tersebut agar dapat memenuhi spesifikasi teknik yang ditentukan. Mortar merupakan fungsi dari bahan penyusunnya yang terdiri dari bahan semen hidrolik (portland
cement), agregat halus, air dan bahan tambah (admixture atau additive). Oleh karena itu perlu adanya perencanaan yang baik agar bahan-bahan penyusun beton sesuai dengan spesifikasi teknik yang ditentukan.
A. Air
Air murapakan salah satu bahan dasar pembuatan mortar yang sangat penting. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen serta sebagai bahan pelumas atara butir-butir agregat agar dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan.Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen, membasahi agregat, dan memberikan kemudahan dalam pengerjaan mortar. Air yang mengandung senyawa-senyawa, yang tercemar garam, minyak, gula atau bahan kimia lainnya, bila dipakai dalam campuran beton akan menurunkan kualitas mortar, bahkan dapat mengubah sifat-sifat mortar yang dihasilkan. Fungsi air dalam campuran adalah sebagai berikut :
a. Sebagai pelicin bagi agregat halus dan kasar.
b. Bereaksi dengan semen untuk membentuk pasta semen.
c. Penting untuk mencairkan bahan / material semen keseluruh permukaan agregat.
d. Perawatan terhadap adukan beton guna menjamin pengerasan optimal.
e. Membasahi agregat, untuk melindungi agregat dari penyerapan air vital yang diperlukan untuk reaksi kimia. Memungkinkan campuran beton mengalir kedalam cetakan.
Penggunaan banyaknya air dapat dinyatakan dalam suatu berat atau satuan volume. Dalam praktik yang normal, air biasa diukur dengan satuan volume yaitu liter kuantitas (jumlah) air yang akan dipergunakan untuk mortar dengan mutu tertentu harus dihitung setelah melalui kelembaban (kadar air) dari agregat halus dan agregat kasar. Kadar air dari agregat akan mengurangi jumlah air yang diperlukan untuk campuran mortar. Dalam hal ini, maka perlu ditemukan cara untuk mengatasi penyerapan tersebut yaitu dengan meningkatkan jumlah air yang perlu ditambahkan dalam campuran mortar. Persyaratan dari air yang digunakan sebagai campuran bahan bangunan adalah sebagai berikut (Ervianto dkk., 2016).
1. Air untuk pembuatan dan perawatan beton tidak boleh mengandung minyak, asam sulfat, garam-garam, bahan-bahan organik atau bahan lainnya yang dapat merusak dari pada beton.
2. Jumlah air yang digunakan adukan beton dapat dintentukan, dengan ukuran berat dan harus dilakukan setepat-tepatnya.
3. Apabila dipandang perlu maka contoh air dapat dibawa ke laboratorium penyelidikan bahan untuk mendapatkan pengujian sebagaimana yang dipersyaratkan.
B. Semen Portland
Semen portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak digunakan dalam konstruksi beton. Semen portland didefinisikan sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan mengiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama-sama bahan utamanya (A. , 2018).
Klinker dibuat dari batu kapur (CaCO3), tanah liat dan dasar berkadar besi.
Semen portland yang digunakan di Indonesia harus memenuhi syarat standar nasiaonal Indonesia semen portland dan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standar tersebut.
Secara garis besar, ada 4 senyawa kimia utama yang menyusun semen portland, yaitu trikalsium silikat (3CaO. SiO2) yang disingkat menjadi C3S, dikalsium silikat (2CaO. SiO2) yang disingkat menjadi C2S, trikalsium aluminat (3CaO. AL2O3) yang disingkat menjadi C3A. tertrakalsium aluminoferrit (4CaO.
AL2O3.Fe2O3) yang disingkat menjadi C4AF. Komposisi C3S dan C2S adalah 70%-80% dari berat semen dan merupakan bagian yang paling dominan memberikan sifat semen, (Siregar, 2008).
Bila semen dan air bereaksi maka akan terjadi CSH (Calcium Silicate Hydrates), yang bersifat sebegai perekat agregat. Sedangkan Ca(OH)2 adalah sebagai calcium (kapur) yang tidak berfungsi sebagai perekat dan menjadikan bagian yang lemah dari mortar. Adapun pembentuk CSH pada reaksi semen pada air dapat dilihat pada gambar 2.1.
(a) (b) Cement + Water = CSH + Ca(OH)2
Gambar 2. 1 (a)Sebelum bereaksi, (b)Setelah bereaksi Sumber : Nugraha, Paul dan Antoni Agustus, (2007)
Pada umumnya fungsi semen adalah mengikat butir-butir agregat halus dan kasar sehingga membentuk suatu massa padat dan mengisi rongga-rongga udara , diantara butir-butir agregat halus dan kasar. Komposisi oksida semen portland terdiri dari:
Tabel 2. 2 Komposisi oksida semen portland
Nama Senyawa Rumus Kimia Komposisi (% Berat)
Kalsium Oksida CaO 60 – 67
Silika Dioksida SiO2 17 – 25
Alumina Trioksida Al2O3 3 – 8
Besi Trioksida Fe2O3 0,5 – 6
Magnesium Oksida MgO 0,1 – 5,5
Alkalis IA 0,2 – 1,3
Sulfur Trioksida SO3 1 – 3
Sumber : A.M Neville, (2010)
Tabel 2. 3 Tipe-tipe semen Portland No Tipe
Semen Penggunaan Karakteristik Umum
1 Tipe I
Semua bangunan beton yang tidak akan mengalami perubahan yang
dahsyat atau dibangun dalam lingkungan korosif.
Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memrlukan
persyartan khusus
2 Tipe II Memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Relatif sedikit pelepasan panas, dipakai dipondasi yang mengandung air agresif
3 Tipe III
Memerlukan kekuatan awal yang tinggi dalam fase permulaan
setelah peningkatan terjadi
Mencapai kekuatan awal yang tinggi pada
umur 3 hari, dipakai pada daerah temperatur
rendah
4 Tipe IV Memerlukan panas hidrasi yang rendah
Dipakai pada bendungan beton, pondasi berukuran besar dan pekerjaan
besar lainnya
5 Tipe V Memerlukan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat
Dipakai pada saluran dan struktur yang diekspos terhadap
sulfat Sumber: SNI- 15-2049-2004
C. Agregat
Agregat adalah sekumpulan butir-butir pecah, kerikil, pasir, atau mineral lainnya baik berupa hasil alam maupun hasil buatan. Komposisi agregat tersebut berkisar 60% – 70% dari berat campuran beton atau mortar. Walaupun fungsinya hanya sebagai pengisi tetapi keran komposisinya yang cukup besar, mengakibatkan agregat sangat penting untuk campuran beton. Agregat harus bergredasi sedemikian rupa sehingga seluruh massa beton dapat berfungsi sebagai benda yang utuh, homogen, dan rapat, dimana agregat yang berukuran kecil berfungsi sebagai pengisi celah yang ada diantara agregat berukuran besar.
Agregat biasanya tidak ditempatkan pada ruang tertutup tetapi diletakkan diudara terbuka. Ada persyaratan yang harus dipenuhi dalam penyimpanan agregat ini, antara lain :
a. Pengawasan agregat harus dimulai dari saat kedatangannya sampai dengan pengambilan kembali.
b. Agregat harus ditimbun di atas bak-bak berlantai jika volumenya di bawah 10 m3. Jika volumenya besar, sebaiknya dibuatkan landasan menggunakan land concrete campuran 1 : 3 : 5 untuk menghindari tercampurnya tanah dengan agregat pada saat pengambilan.
c. Jika agregat yang ditimbun dalam keadaan kering terutama untuk agregat yang ditimbun di stock field sebaiknya agregat disiam menggunakan sprinkle (selang air).
d. Agregat diuji secara berkala sebelum digunakan sebagai kontrol kualitas bahan.
2.2 Carbon Nanotube
CNT adalah salah satu struktur karbon yang memiliki bentuk seperti silinder dengan bentuk strukturnya berukuran nano dan terdiri dari atom-atom karbon.
Carbon nanotube merupakan turunan dari struktur karbon yang dapat dideskripsikan sebagai lembaran grafit setebal 1 atom yang digulung menyerupai silinder dan memiliki diameter dengan orde nanometer. Lembaran ini memiliki struktur seperti sarang lebah (honeycomb) yang terdiri dari ikatan ikatan atom karbon.
Pada tahun 1991 setelah adanya penelitian tentang Ijima tentang karbon yang mengahasilkan dua metode pada tahun 1991 tersebut Ijima meneliti multi- walled carbon nanotubes (MWNT), dan dua tahun kemudian ijima kembali meneliti karbon nano namun dengan model single-walled nanotubes (SWNT).
SWNT adalah lembaran graphene yang digulung kedalam silinder dengan diameter khas pada urutan 1,4 nm, mirip dengan buckyballs atau fullerene C60,
sedangkan MWNT terdiri dari silinder konsentris dengan jarak antar lapisan 3,4 A dan diameter biasanya pada urutan 10-20 nm. Panjang kedua jenis tabung itu bisa
sampai ratusan mikron. SWNT adalah kawat berskala molekul yang memiliki parameter struktur kunci.
Karbon mempunyai bentuk alotrop dari 0-D sampai 3-D. Salah satu keunikan dalam struktur ini adalah kelebihannya dalam hal kekuatan, sifat keelektrikannya, dan juga sifat dalam penghantaran panas yang baik. Struktur ini memiliki bermacam bentuk turunan yang masing-masing memilki sifat tersendiri.
Keistimewaan carbon nanotube ini membuatnya menjadi usulan baru dalam perkembangan teknologi dan pembangunan.
(a)
(b)
Gambar 2. 2 (a) Struktur CNT, (b) CNT di perbesar Sumber : Aqel dkk., 2012
2.2.1 Struktur cabon nanotube
CNT adalah susunan satu rantai atom karbon yang berkaitan secara heksagonal berbentuk silinder yang berdiameter nanometer. Ada dua tipe umum CNT, yaitu single-walled nanotube (SWNT) dan multi-walled nanotube (MWNT), SWNT terbentuk dari sebuah lembaran grafit yang dilekungkan.
Sebuah SWNT terdiri dari dua bagian yang mempunyai sifat fisis dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dinding silinder dan bagian lain
adalah ujung-ujung silinder. MWNT terbentuk dari gabungan beberapa SWNT dengan diameter yang berbeda-beda. Panjang dan diameter MWNT sangat berbeda dengan SWNT, sehingga sifat fisis dan kimianya pun akan sangat berbeda sifat elektrik, molekul, dan struktur karbon nanotube ditentukan struktur satu dimensinya (Ganesh, 2013). Dalam hal sifat mekanik, nanotubes adalah salah satu material terkuat dan paling tangguh yang diketahui ada di alam. Sebuah nanotube memiliki modulus muda sebesar 1,2 TPa dan kuat tarik sekitar seratus kali lebih tinggi dari baja dan kaleng mentolerir strain besar sebelum kegagalan mekanis (Dai, 2002). Adapun spesifikasi CNT ditunjukkan pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Spesifikasi CNT
No Description Value
1 Purity 90,9%
2 Outside diameter 8-15 µm
3 Length 10-50 µm
Sumber : Maizuar, (2022)
a. Single Walled Nano Tubes (SWNT)
Struktur ini memiliki diameter kurang lebih 1 nanometer dan memilki panjang ribuan kali diameter. Umumnya terdiri dari dua bagian dengan properti fisik dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dan bagian kedua adalah bagian kepala (Singh dkk., 2009). SWNT memilki sifat keelektrikan yang tidak dimiliki oleh struktur MWNT. Hal ini memungkinkan pengembangan struktur SWNT menjadi nanowire karena SWNT dapat menjadi konduktor yang baik.
(a)
(b)
Gambar 2. 3 (a) struktur SWNT, (b) di dalam mortar Sumber : Hu dkk., 2020
b. Multi Walled Nano Tubes (MWNT)
Sturktur ini dibentuk dari beberapa lapisan struktur garfit yang digulung membentuk silinder dapat juga dikatakan MWNT tersusun dari beberapa SWNT dengan berbeda diameter. MWNT jelas memilki sifat yang sangat berbeda dengan SWNT, (Ando dkk., 1999).
Pada MWNT yang hanya memiliki 2 lapis dinding (double-Walled Carboon NanoTubes-DWNT) memiliki sifat yang penting karena memilki sifat menyerupai SWNT dengan chemical resistance yang lebih baik.
Gambar 2. 4 Struktur Multi Walled Carbon Nanotubes (MWNT) Sumber : Siddique & Mehta, (2014)
c. Torus
Bentuk struktur ini masih berupa teoritis. Bentuk torus adalah bentuk struktur melingkar seperti donat. Struktur ini memiliki beberapa sifat yang menonjol seperti momen magnetic yang lebih besar, stabil dalam suhu dan sebagainya. Sifat ini akan bervariasi tergantung dari diameter torus dan diameter dari nanotube.
d. Peapod
Struktur ini cukup unik karena terdapat molekul C60 yang terbungkus ditengah nanotubes dan itu membuat struktur pada pada nanotubes memilki keunikan tersendiri bisa dianggap spesial.
2.2.2 Fungsi carbon nanotubes pada mortar
Penggabungan bahan nano dalam komponen semen telah diteliti di masa lalu dan penelitian menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam sifat mekanik komposit semen seperti kapasitas lentur, daktilisasi, pengurangan porositas dan ketahanan untuk pembentukan retakan mikro. Material nano yang umum digunakan adalah nano silica. Titanium dioxide. Pemanfaatan carbon nanotube (CNT) dalam komposit semen telah dilakukan di masa lalu karena sifat mekanik yang diinginkan dari carbon nanotube, (Vidivelli & Ashwini, 2018).
Penggunaan Carbon nanotubes dapat meningkatkan sifat mekanik mortar.
CNT akan berinteraksi paling erat dengan C-S-H karena karakteristik skala nano nya (Cohen, 2001). Beberapa studi menunjukkan bahwa kinerja bahan semen ditingkatkan dengan menggabungkan bahkan sejumlah kecil CNT. Kekuatan tekan mortar semen bergantung pada dispersibilitas CNT dengan proporsi yang berbeda; misalnya menggabungkan 0,3% Carbon nanotube (CNT) menghasilkan peningkatan kekuatan sebesar 17,4% setelah 28 hari, sedangkan menggabungkan 0,5% menghasilkan penurunan kekuatan sebesar 14,3% karena disperesi yang buruk. Modulus yang dari pasta semen yang menggabungkan 0,048% dan 0,075%
Carbon nanotube (CNT) meningkatkan masing-masing sebesar 28,4% dan 47,8%, dibandingkan dengan specimen referensi. Hasil ini dapat dikaitkan dengan perubahan struktur pori, yang dipengaruhi oleh dispersbilitas Carbon nanotube (CNT) dalam material. Carbon nanotube (CNT) yang didespersi dengan baik
tidak hanya memvariasikan struktur pori bahan semen dengan mengisi rongga tetapi juga mendorong reaksi hidrat dengan meningkatkan efek situs nukleasi dalam larutan pori (Song dkk., 2020).
2.3 Graphene oxide
Karbon mempunyai bentuk alotrop dari 0-D sampai 3-D, berdasarkan strukturnya Graphene tergolong dalam karbon nano struktur 2-D. Graphene adalah material yang tersusun kisi hexagonal dengan ketebalan satu atom.
Susunan Grapehene yang ditumpuk-tumpuk menjadi banyak lapisan dimana satu lapisan dengan lapisan lain berkaitan Van Der Wall disebut material Graphite, Nanotube, Fulleren.(Rafitasari dkk., 2016)
Gambar 2. 5 (a) struktur penyusun GO (b) GO diperbesar 1 µm Sumber : (Danial dkk., 2019)
GO memilki sifat yang sangat baik dengan kaya akan gugus fungsi yang mengandung oksigen aktif. Gugus yang mengandung oksigen atau elemen doping tereduksi ini dapat digunakan sebagai pusat aktif katalitik untuk desain modifkasi kovalen/non-kovalen sesuai dengan persyaratan bidang aplikasi terntentu.
Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menemukan bahwa GO dapat digunakan sebagai dispersan karena luas permukaannya yang tinggi, yang pada gilirannya meningkatkan dispersibilitas berbagai bahan nano, menurut (Xu dkk., 2017) tabung nano karbon berdinding ganda (MWNT) terdispersi secara efisien dalam air ketika menggunakan GO sebagai dispersi. (Zhou, 2017) menemukan bahwa karbon nanotube (CNT) sangat terdispersi oleh GO bila dibandingkan dengan surfaktan.
Kemampuan penguatan yang luar biasa dari GO/CNT hibrida juga ditunjukkan oleh peningkatan sifat ketahanan terhadap patah pada matriks semen.
Dari beberapa spekulasi ini dapat disimpulkan bahwa GO bertindak dispersan untuk meningkatkan dispersibilitas GO dalam air, sehingga sifat mekanis yang sangat baik dapat dimanfaatkan untuk lebih meningkatkan ketahanan retak material berbahan dasar semen. GO dapat meningkatkan kekuatan dan katahanan korosi mortar semen. Penambahan sedikit GO daya tahan beton yang menggunakan 100% agregat beton daur ulang dapat ditingkatkan secara signifikan (Nie, 2018).
Tabel 2. 4 Spesifikasi GO
No Deskripsi Nilai/Value
1 Purity 99%
2 Grade Reserch Garde
3 Form Dark Brown Dispersion
4 Molecular Formula C140H42O20
5 Concentration 10 mg/mL
6 Molecular weight 2043.8
7 Graphene Oxide Layers 6-7 Layers (XRD)
8 Element Carbon ( C ) 81.0 wt%
9 Element Oxygen ( O ) 19.0 wt%
10 Element Sulfur ( S ) 0,1 wt%
11 Raman (ID/IG Ratio) 0,95
12 Uv-Vis Spectrophometer (peak) 230 nm
Sumber : Maizuar, (2022)
2.4 Fly ash
Fly ash merupakan hasil dari sisa pembakaran pada batubara. Dimana mempunyai titik lebur sekitar 1300˚C dan berdasrkan uji komposisi kimia fly ash mengandung CAS (CO-Al.2O3-SiO2) dalam jumlah besar yang merupakan pembentuk utama networks glass. Fly ash mempunyai keretapan massa (densitas), antara 2,0 – 2,5 g/cm3, (Bienia dkk., 2003).
Disamping pemanfaatan di industri semen abu terbang juga bisa dimanfaatkan menjadi campuran aspal (ready mix),campuran beton (concrete) dan dicetak menjadi paving block atau batako. Karena mempunyai ukuran butiran yang ringan, halus dan bervariasi, secara umum abu terbang telah dimaanfaatkan sebagai substitusi batuan trass dengan memasukkannya pada cement mill menggunakan udara tekan (pneumatic system).
Abu terbang (fly ash) yang digunakan untuk campuran pengganti sebagai semen dalam beton telah diatur dalam ACI Manual of Concrete Pracice 1993 part 1 226.3R-3 dan ASTM C 618, dan dibagi menjadi tiga kelas :
a) Abu terbang kelas F
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari pembakaran atau bitumen- bitumen batubara yang memenuhi syarat-syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini seperti yang diisyaratkan.
b) Abu terbang kelas C
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari lignite atau batubara subitmen yang memenuhi syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini seperti yang diisyaratkan. Batu bara kelas ini memiliki sifat pozzolan juga memiliki beberapa sifat yang lebih menyerupai semen. Untuk beberapa batubara kelas C biasa mengandung kapur lebih tinggi dari 10. Adapun susunan kimia dan sifat fisik abu batubara menurut ASTM C618-91, Abu terbang (fly ash) yang mengandung CaO diatas 10% yang dihasilkan dari pembakaran sub- bitumen batubara (batubara muda). Kadar (SiO2+AL2O3+Fe2O3) > 50%.
Kadar Kalsium (CaO) ≥ 10% (ASTM 20%, CSA 8-20%). Kadar karbon (C) (antara 2%). Abu terbang disebut juga high-calcium Fly ash, karena kandungan CaO yang cukup tinggi, fly ash tipe C mempunyai sifat cementitious selain juga sifat pozolan. Dengan kandungan CaO yang cukup tinggi dan mempunyai sifat semen, jika terkena air atau kelembaban akan berhidrasi dan mengeras dalam waktu sekitar 45 menit.
c) Abu terbang kelas N
Buangan atau pozzolan alam terkalsinasi yang dipenuhi dengan kebutuhan yang memenuhi syarat yang dapat dipakai sesuai kelasnya, seperti beberapa
tanah diatomaceous, opalinse chert dan serpihan-serpihan tuff dan debu- debu vulkanik atau pumicities, dan bahan-bahan lainnya yang mungkin masih belum terproses oleh kalsinasi dan berbagai material yang memerlukan kalsinasi untuk memperoleh sifat-sifat yang memuaskan, misalnya beberapa jenis tanah liat dan serpihan-serpihan.
Tabel 2. 5 Abu Terbang Kelas C pangkalan susu
NO Senyawa Kadar (%)
1 SiO2+AL2O3+Fe2O3 66,22
2 CaO 14,92
3 MgO 4,92
4 Berat volume abu terbang (Kg/m3) 775,87
5 Termasuk abu terbang Kelas C
Sumber : Maizuar, (2022)
2.5 Pengujian Sifat Fisis Material
Pada penelitian ini pengujian sifat fisis material sesuai dengan SNI (Standar Nasional Indonesia). Yang terdiri dari pengujian berat jenis semen, kehalusan semen, berat jenis dan penyerapan air agregat halus, kadar air, agregat halus, berat volume agregat halus, dan analisa saringan agregat halus.
2.5.1 Berat jenis semen
Berdasarkan (SNI 2531 : 2015), berat jenis semen adalah perbandingan antara berat volume kering semen pada suhu kamar dengan berat volume air suling pada suhu (23 ± 2) ˚C. Berat jenis semen berkisar anatara 2,90 – 3,20 dan untuk mencari berat jenis semen seperti yang diperlihatkan pada persamaan 2.3.
BJ Semen =
... .(2.3) Keterangan
BJ = Berat jenis
H1 = Pembacaan skala awal (cm) H2 = Pembacaan skala akhir (cm)
γd = Berat volume air pada suhu (23 ± 2) ˚C = (997 ± 2) kg/m3
2.5.2 Kehalusan semen
Berdasarkan SNI 15–2530–1991, kehalusan semen bertujuan untuk mengetahui kehalusan semen portland yang akan digunakan dengan cara penyaringan. Semen memiliki syarat kehalusan ketika tertahan pada saringan no.
100 harus ≤ 10%, sementara pada saringan no. 200 harus ≤ 22%. Kehalusan semen dapat dihitung seperti yang diperlihatkan pada persamaan 2.4 dan 2.5.
F100 = (
) ... (2.4) F100 = (
) ... (2.5) Keterangan
F100 = kehalusan semen dengan saringan no. 100 F200 = kehalusan semen dengan saringan no. 200 W1 = berat saringan no. 100
W2 = berat saringan no. 200 W3 = berat sampel semen (gr)
W4 = berat semen tertahan pada saringan no. 100 (gr) W5 = berat semen tertahan pada saringan no. 200 (gr) 2.6 Kelecakan Mortar
Kelecakan mortar atau workbilitas adalah kemudahan suatu campuran mortar untuk dikerjakan. Dulu kelecakan diukur secara visual saja, yaitu dengan kategori kaku (stiff), kelecekan (workable), dan plastis. Mortar segar yang kaku berbentuk seperti tanah yang lembab dan mortar segar yang plastis berbentuk seperti lumpur tebal. Kelecakan memegang peran penting dalam kualitas mortar, kini kelecekan secara praktis diuji baik di lapangan maupun di laboratorium.
Apabila kelecekan mortar baik, biasanya kekuatan tekan dan retakannya berkurang. Uji kelecakan mortar dilakukan masing-masing variasi komposisi campuran bahan susun mortar yang tujuannya adalah mencari dan menentukan faktor air semen (fas). Dalam aplikasi modern, khususnya yang melibatkan nanomaterial seperti carbon nanotube (CNT) dan graphene oxide (GO), pengaturan kelecakan menjadi lebih kursial. Nanomaterial dapat mempengaruhi viskositas dan stabilitas campuran, sehingga memerlukan pendekatan.
2.7 Pelepasan dan Perawatan Benda Uji
Benda uji yang sudah dibiarkan mengeras selama ± 24 jam di dalam cetakan, selanjutnya dikeluarkan dan diberikan penamaan sampel pada setiap benda uji agar memudahkan dalam pengujian. Dilanjutkan dengan perendaman benda uji selama umur perawatan yaitu 3,7 dan 28 hari.
2.8 Pengujian Sifat Mekanik
Sifat mekanik adalah kemampuan dan perilaku beton ketika menerima suatu pola pembebanan. Pengujian sifat mekanik yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah kuat tekan dan karakteristik hidrasi semen. Melalui pengujian sifat mekanik material, industri kosntruksi dapat memastikan bahwa bahan yang digunakan memenuhi standar keamanan, daya tahan, dan kinerja yang dibutuhkan dalam proyek-proyek pembangunan masa depan.
2.9 Kuat Tekan
Pada uji kuat tekan mortar, dimaksudkan untuk mendapatkan besarnya kuat tekan mortar (compressive strength) secara aksial sampai mortar tersebut patah (failure). Kuat tekan mortar sering digunakan sebagai kriteria dasar pembagian jenis mortar. Hal ini dikarenakan pengukuran kuat tekan mortar lebih mudah dan biasanya dapat langsung dihubungkan dengan kemampuan mortar, seperti kuat tarik. Satuan luas yang bekerja saat benda uji mortar semen portland berbentuk kubus dengan ukuran tertentu serta berumur tertentu. Gaya maksimum adalah gaya yang bekerja saat benda uji kubus pecah.
Kuat tekan merupakan gambaran mutu beton. Menurut SNI 03-1947-1990 yang dimaksudkan dengan kuat tekan beton adalah besarnya beban persatuan luas yang menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu yang dihasilkan oleh mesin uji tekan. Kuat tekan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan beban yang diberikan. Kuat tekan mortar sering digunakan sebagai kriteria dasar pembagian jenis mortar, karena pngukuran kuat tekan mortar lebih mudah dan biasanya dapat langsung dihubungkan dengan kemampuan mortar lainnya seperti kuat tarik dan hidrasi semen. Kuat tekan mortar dilakukan dengan benda uji mortar dengan dimensi (5 x 5 x 5)cm.
2.10 Karakteristik Hidrasi Semen
Mortar yang terdiri dari campuran antara semen, pasir dan air, dimana dari campuran komponen-komponen ini menghasilkan reaksi kimia. Reaksi kimia ini disertai dengan pelepasan panas (reaksi eksoterm). Pelepasan panas terdiri dari komponen-komponen utama seperti Tricalsium Aluminate (C3 A) dan Tricalsium Silicate dengan air, yang dikenal dengan reaksi hidrasi. Pelepasan panas yang dihasilkan dari reaksi hidrasi ini mengakibatkan peningkatan suhu pada beton. Hal ini disebabkan rendahnya nilai konduktivitas termal pada beton yang menyebabkan panas terperangkap didalam beton , sedangkan bagian sisi luar beton mengalami konveksi dengan lingkungan sehingga terjadi perbedaan suhu antara inti beton dan bagian luar beton. Akibat adanya panas yang terperangkap pada beton, menyebabkan beton menjadi mengembang dan bagian luar mengalami penyusutan sehingga menyebabkan adanya tegangan tarik dari bagian luar dan tekan pada bagian dalam. Jika tegangan tarik pada mortar melebihi kekuatan beton, maka beton akan mengalami keretakan (Ballim & Reid, 2003).
Campuran air dan semen dalam pembuatan mortar mengahasilkan reaksi eksostermik, yaitu reaksi pelepasan panas karena semen umumnya mengandung partikel C4AF, C3S, C2S, dan C3A ketika senyawa kimia ini bercampur dengan air yang mengandung senyawa H2O maka reaksi yang dihasilkan disebut hydration of cement (hidrasi semen), semen terhidrasi secara lambat berkisar 2-5 jam periode ini disebut induksi, reaksi percampuran ini menghasilakan senyawa:
Gambar 2. 6 Skema proses dan produk reaksi pozzolanik abu terbang Sumber : Narmluk & Nawa, (2014)
Hidrasi semen penting dalam konstruksi bendungan dan bangunan dalam beberapa penelitian kandungan (De Rojas & Frías, 1996), campuran reaksi ini dapat menghasilkan reaksi lain diperlukannya pemeriksaan XRD (X-Ray Difraction) yang bertujuan untuk melihat reaksi kimia yang dihasilkan campuran semen, air, fly ash, CNT dan GO.
27 3.1 Tahapan Pelaksanaan Penelitian
Tahapan pelaksanaan penelitian ini meliputi tahap persiapan, pengujian, pengolahan data, yang terakhir adalah penarikan kesimpulan. Tahapan dari awal sampai akhir terdiri dari menentukan topik, latarbelakang, merumuskan masalah, dan melakukan studi pustaka dari jurnal-jurnal dan penelitian-penelitian terdahulu yang berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan, seperti semen portland, jenis semen yang digunakan adalah semen pada tipe I, pasir yang digunakan adalah pasir sungai, fly ash yang digunakan berasal dari PLTU pangkalan susu, nano material yang digunakan merupakan adalah air isi ulang atau air mineral kemasan.
Tahap selanjutnya adalah pebgujian sifat fisis dari material yang akan digunakan. Pengujian sifat fisis yang dilakukan terdiri dari berat jenis semen, berat jenis dan penyerapan air agregat halus, kadar air agregat halus, berat volume agregat halus, dan analisa saringan agregat halus. Perhitungan mix design berdasarkan pada (SNI 03-6825-2002). Benda uji yang nantinya akan dibuat memakai cetakan kubus berukuran 50 mm x 50 mm x 50 mm. Persentase CNT yang digunakan sebesar 0,01% CNT (carbon nanotubes), fly ash sebesar 60% dari berat semen, fas yang digunakan sebesar 0,46 dan penambahan SP sebesar 1,5%
untuk variasi GO (graphene oxide) yang digunakan adalah 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, dan 0,05%.
Material ditimbang dan kemudian diaduk menggunakan mixer selama 6-10 menit. Setelah proses pengadukan selesai, dilanjutkan dengan pengujian slump dengan menggunakan slump flow table. Selanjutnya campuran telah diuji slump diaduk kembali selama ± 1 menit setelahnya adukan dituang ke dalam bekisting berbentuk kubus 50 mm x 50 mm x 50 mm. perawatan mortar dilakukan dengan cara direndam selama 3,7 dan 28 hari, pengujian kuat tekan dilakukan tiap 3,7 dan 28 hari. Setelah semua data diperoleh maka akan dilakukan pengambilan
kesimpulan terhadap penelitian ini. Untuk lebih diperjelas bagaimana alur dari penelititan ini.
Gambar 3.1 Bagan alir penelitian
Mortar kontrol Mortar variasi
Mulai
Pengujian sifat fisis
Pembuatan mix design mortar kontrol dan variasi (SNI 03 6825 2002)
Persiapan material: semen, pasir, fly ash, CNT, GO, SP
Slump flow 110 ± 5 mm
Tidak
Ya Studi literatur
Pembuatan benda uji
Semen 40%
Fly ash 60%
Pasir Air (0.46) dan SP 0,5%
CNT (0.01%) GO (0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%)
Perawatan benda uji Pengujian Kuat tekan & XRD
Pengolahan data Kesimpulan dan
saran Selesai
3.2 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Sains dan Bahan Konstruksi Jurusan Teknik Sipil Universitas Malikussaleh. Pada penelitian ini, untuk material fly ash yang digunakan adalah limbah batubara yang diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu, nano disperse material yang digunakan adalah semen portland tipe I yang dibeli dari Laboratorium Teknik Sipil Universitas Malikussaleh, Kota Lhokseumawe. Pasir yang digunakan adalah pasir sungai yang diperoleh dari Kec.
Juli, Kab. Bireuen.
3.3 Metode Pengumpulan Data
Pengumpulan data perlu direncanakan dengan baik dan benar supaya dapat memperoleh sesuai dengan kebutuhan penelitian dan mendapatkan data dengan akurasi yang tinggi. Ada dua jenis data yang perlu pada penelitian ini yaitu data primer dan data sekunder. Data-data tersebut dapat diperoleh dari pengujian secara langsung di Laboratorium atau bisa didapatkan dari beberapa sumber yang lainnya seperti jurnal, artikel, buku bacaan, serta instansi dari pemerintahan.
3.3.1 Data primer
Data primer adalah perolehan data yang didapatkan secara langsung dari sumber datanya dan sebelum diinginkan harus dilakukan pengolahan data terlebih dahulu. Pada umumnya data ini didaptkan dari hasil pengujian sifat fisis dan sifat mekanis material yang akan dilakukan di Laboratorium Teknik Sipil Universitas Malikussaleh. Data-data primer tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3. 1 Data primer material
Data Notasi Cara Perolehan Data Kegunaan
SIFAT FISIS
Berat semen W Pemeriksaan
Laboratorium
Mengetahui sifat fisis
material
Berat fly ash W Pemeriksaan
Laboratorium
Mengetahui sifat fisis
material Berat agregat
halus W Pemeriksaan
Laboratorium
Mengetahui sifat fisis
material
Data Notasi Cara Perolehan Data Kegunaan SIFAT FISIS
Berat carbon
nanotube W Pemeriksaan
Laboratorium
Mengetahui sifat fisis material Berat graphene
oxide W Pemeriksaan
Laboratorium
Mengetahui sifat fisis material Luas penampang
benda uji A Pemeriksaan
Laboratorium
Memperoleh nilai kuat tekan SIFAT MEKANIS
Kuat tekan f’c Pemeriksaan
Laboratorium
Memperoleh nilai kuat tekan MIKRO STRUKTUR
X-Ray
Driffraction µm Pemeriksaan
Laboratorium
Memperoleh ikatan senyawa
3.3.2 Data sekunder
Data sekunder adalah perolehan data yang didapatkan dari berbagai sumber yang telah ada. Data sekunder ini dapat langsung digunakan
