ANALISIS PROPORSI LIMBAH FLY ASH PAITON DAN TJIWI KIMIA TERHADAP KUAT TEKAN PASTA GEOPOLIMER

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah (ATPW) Surabaya, 11 Juli 2012, ISSN 2301-6752

ANALISIS PROPORSI LIMBAH FLY ASH PAITON DAN TJIWI KIMIA TERHADAP KUAT TEKAN PASTA GEOPOLIMER SRIE SUBEKTI DiplomaTeknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ( ITS ) Email [email protected]

Abstrak - Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi campuran yang optimum pada pasta Geopolimer agar menghasilkan kuat tekan yang optimal. Geopolimer merupakan suatu bahan alam anorganik yang pembuatannya melalui proses polimerisasi. Bahan yang digunakan Fly Ash Paiton dan limbah Tjiwi kimia, sebagai pelarut adalah larutan sodium hidroksida dan sodium silikat sebagai aktivatornya. Perbandingan massa campuran antara Fly Ash Paiton dengan limbah Tjiwi kimia adalah 0% : 100% ; 20% : 80% ; 30% : 70% ; 40% : 60% ; 60% : 40% ; 80% : 20% ; 100% : 0% dengan menggunakan Molaritas 8 mol dan 12 mol. Perbandingan massa larutan antara adalah 0,5. Benda uji berupa binder berdiameter 25 mm dan tinggi 50 mm, dilakukan serangkaian pengujian diantaranya uji kuat tekan pada umur 3hr, 7hr, 14hr, 21hr, 28hr dan 56hr, uji Porositas pada umur 56 hari. Dari serangkaian pengujian didapat kuat tekan optimal pada komposisi molaritas 12 Mol 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi kimia 100% mempunyai kuat tekan sebesar 14,39 Mpa dan porositas tertutup sebesar 1,88. Kata kunci– aktivator, fly ash, geopolimer, kuat tekan. bagian semen dalam proses pembuatan beton, atau secara total dengan bahan lain yang I. PENDAHULUAN lebih ramah lingkungan menjadi pilihan yang lebih menjanjikan. 1.1 Latar Belakang Geopolimer semen, menjadi harapan Industri semen dan beton semakin utama mereduksi penggunaan semen untuk sering disorot, ini disebabkan emisi keperluan pembangunan infrastruktur. Saat karbondioksida, komponen terbesar gas ini, riset beton geopolimer giat dilakukan di rumah kaca yang dihasilkan dari proses sejumlah lembaga riset atau universitas produksi semen konvensional. Dalam khususnya di Prancis, Amerika Serikat dan produksi satu ton semen Portland, akan Australia dihasilkan sekitar satu ton gas (http://betoncoid.wordpress.com/2008/06/30/ karbondioksida yang dilepaskan ke atmosfer. abu-terbang-solusi-pencemaran-semen/). Tampaknya perbaikan teknologi produksi semen tidak terlalu bisa diharapkan dapat menekan produksi karbondioksida secara signifikan. Dengan mengganti sejumlah Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

Pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh batubara berasal dari sisa pembakaran batu bara yang berupa abu layang, abu dasar, F-11


slag dan flue gas (merupakan elemen yang paling berbahaya yang dapat menimbulkan hujan asam). Limbah padat berupa abu sebanyak 500-1.000 ton per hari yang dapat menghasilkan debu di musim kering. Limbah tersebut selanjutnya dipindahkan ke lokasi penimbunan abu dan menumpuk di lokasi industri dalam jumlah yang sangat banyak. Dengan bertambahnya jumlah abu batu bara maka sebaiknya ada usaha-usaha untuk memanfaatkan limbah padat tersebut sehingga perlu adanya penelitian untuk mengatahui pemanfaatan limbah dari batu bara. Berdasarkan penelitian terdahulu yang menggunakan fly ash Paiton sebagai bahan utama dalam pembuatan geopolimer, maka dalam penelitian ini kami ingin mengembangkannya dengan menambahkan limbah Tjiwi Kimia untuk dinilai perilaku fisik dan mekaniknya. 1.2

Rumusan Masalah

1. Komposisi kimia apa saja yang terkandung dalam fly ash dan limbah Tjiwi Kimia yang akan digunakan. 2. Berapa kuat tekan paling tinggi yang dihasilkan oleh binder dengan komposisi campuran: a. Perbandingan molaritas larutan NaOH 8M dan 12M. b. Perbandingan massa larutan Na 2 SiO 3 : NaOH adalah 0,5. c. Perbandingan massa antara fly ash dengan limbah Tjiwi Kimia adalah 0% : 100%, 20% : 80%, 40% : 60%, 60% : 40%, 80% : 20%, 100% : 0%. 3. Perilaku fisik dan mekanik apa saja yang terjadi pada binder geopolimer tersebut. 1.3

Batasan Masalah Batasan masalah yang terdapat dalam penelitian ini adalah: Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

1. Fly ash yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari PLTU Paiton Probolinggo dan PT. Tjiwi Kimia Mojokerto. 2. Aktivator menggunakan larutan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ). 3. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah aquades. 4. Benda uji berupa binder berdiameter 25mm dan tinggi 50mm. 5. Uji standar yang dilakukan adalah uji kuat tekan, dan uji porositas. 6. Pengujian kuat tekan dilakukan pada binder umur 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari dengan menggunakan dua benda uji. Sedangkan pengujian porositas dilakukan pada binder umur 56 hari menggunakan dua benda uji. 1.4

Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam fly ash Paiton dan limbah Tjiwi Kimia. 2. Mendapatkan perbandingan komposisi campuran yang paling baik untuk menghasilkan kuat tekan yang paling tinggi sesuai dengan standar yang berlaku. 3. Mengetahui perilaku fisik dan mekanik yang terjadi pada binder geopolimer.

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Umum Beton geopolimer diperkenalkan sebagai suatu jenis beton baru yang 100% tidak menggunakan semen. Penggunaan fly ash sepenuhnya sebagai pengganti semen lewat proses yang disebut polimerisasi anorganik (geopolimer) yang dipelopori oleh

F-12


seorang ilmuwan Prancis, Prof. Joseph Davidovits, sekitar 20 tahun lalu. Atas pertimbangan itulah, banyak riset yang telah dilakukan di sejumlah lembaga riset atau universitas di berbagai negara. 2.2

Geopolimer Geopolimer adalah suatu bahan alam nonorganik yang pembuatannya melalui proses polimerisasi. Hampir semua bahan buangan industri yang mengandung unsurunsur silika dan alumina bisa dibuat menjadi semen geopolimer. Terdapat beberapa kelebihan beton geopolimer jika dibandingkan dengan beton konvensional antara lain: a. Pembuatan geopolimer juga tidak menghasilkan emisi gas CO 2 seperti pada pembuatan semen Portland (Malhotra, 1999). b.Beton geopolimer juga hemat energi dan ramah lingkungan karena geopolimerisasi hanya memerlukan pemanasan di suhu yang relatif rendah. Energi yang diperlukan hanya kurang lebih 3/5 dibanding pembuatan portland semen (Davidovits, 1991). 2.3

Fly Ash Fly ash merupakan hasil sisa pembakaran yang halus dari pembakaran batubara yang dialirkan dari ruang pembakaran (ketel) berupa campuran asap dan dikenal sebagai serbuk abu pembakaran. Fly ash dapat dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya. Batubara itu sendiri ada dua macam yaitu antrasit (bitumen) dan batubara lignit (sub bitumen). Unsur utama batubara

Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

adalah karbon karena batubara bersumber dari alam, maka di dalamnya juga terkandung unsur-unsur mineral tanah yaitu silika, alumina, oksida besi, kapur alkali, belerang dan air. Pada saat batubara dibakar, ada bagian yang terbakar dan yang menguap yaitu karbon, belerang dan air yang akan menghasilkan panas, gas CO 2 , SO 2 , dan uap. Bagian yang tidak terbakar berupa tanah liat yang menjadi massa lebur. Massa ini akan melewati ruang pembakaran bersuhu rendah dan akan membentuk partikel padat berbentuk butiran. Sebagian butiran ini akan terkumpul menjadi abu dasar tetapi sebagian besar butiran halus layang mengikuti aliran gas, keluar dari ketel uap melalui cerobong. Partikel abu ini dipisahkan dari gas buang dengan alat electrostatic presipirator, sehingga menghasilkan fly ash (Van Deventer et all, 2006).

Tabel 2.1 Klasifikasi Fly Ash

PROPERTIES

JENIS ASH F

FLY

C

Kandungan SiO 2 , 70 Al2 O 3 , Fe 2 O 3 , min %

50

Kandungan sulfur 5 trioxide (SO 3 ), max %

5

CaO, %

<10

>10

Loss on ignition, %

6

6

Sumber : ASTM 618-94a, 1994 Berdasarkan Tabel 2.1, fly ash kelas F mempunyai kandungan CaO kurang dari 10%, yang berasal dari pembakaran antrasit atau bitumen batubara. Fly ash kelas ini F-13


mempunyai sifat sebagai pozzolan, namun tidak bereaksi langsung dengan air karena kandungan CaO-nya sedikit sehingga kandungan Ca(OH) 2 yang dihasilkan lebih kecil dari abu layang kelas C. Fly ash rendah kalsium (kelas F) adalah yang paling umum digunakan dalam sintesis geopolimer.

geopolimer yang semakin banyak akan mengurangi nilai kuat tekan geopolimer. Kandungan air dapat diperoleh dari natrium silikat yang mengandung H 2 O serta hasil penguraian dari NaOH menjadi Na 2 O dan H 2 O. Nilai kuat tekan dihitung melalui rumus:

2.4

Alkali Aktivator Alkali aktivator dibuat dari campuran natrium hidroksida (NaOH) dan natrium silikat (Na 2 SiO 3 ). Komposisi natrium silikat saat kering adalah Na 2 SiO 3 dengan komposisi air yang bervariasi. Bentuknya bening sampai putih atau putih keabu-abuan, kristalin atau seperti lem. Natrium silikat juga dapat mengiritasi kulit (Windholtz, 1976).

Keterangan: σ = kuat tekan (Mpa) P = gaya terhadap binder (kg) A = luas permukaan binder (cm2) g = percepatan gravitasi bumi 2 (9,8106 m/s )

2.5

2.8

Aquades Aquadestilata (aquades) adalah air dari hasil penyulingan, kandungannya murni H 2 O. 2.6

Pasta Semen Semen portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Menurut ASTM C150-1985,

..........................................(2.1)

Porositas Porositas adalah ukuran banyaknya ruang kosong dalam bahan tertentu, dan dalam hal ini adalah geopolimer. Beberapa metode pengukuran porositas antara lain: penguapan kandungan air, porositas penjenuhan kembali, porositas pertukaran pelarut, porosimetri gangguan merkuri, dan serapan nitrogen. ..........................................(2.2)

2.7

Kuat Tekan Salah satu sifat mekanik yang digunakan sebagai parameter geopolimer adalah kuat tekan. Kuat tekan geopolimer dapat dipengaruhi oleh: • Umur geopolimer • Temperatur dan lama waktu curing • Kadar air dalam geopolimer Curing time dapat mempengaruhi kuat tekan geopolimer. Hasil penelitian membuktikan bahwa semakin lama proses curing, maka akan meningkatkan kuat tekan geopolimer. Sedangkan kandungan air dalam Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

Keterangan:

pf pt po

= porositas tertutup = porositas total = porositas terbuka

III . METODOLOGI 3.1 Studi Pustaka Studi Pustaka dilakukan dengan mendalami materi yang relevan dengan penelitian, meliputi mengumpulkan data, mempelajari F-14


berbagai buku teks, peraturan dan standar nasional maupun internasional, pedoman masalah metode spesifikasi dan tata cara pelaksanaan penelitian. Diantaranya membahas masalah: a. Geopolimer b. Material abu terbang (fly ash) c. Alkali Aktivator d. Mix desain binder geopolimer e. Beberapa uji tes terhadap benda uji binder 3.2

Persiapan Bahan Dalam pembuatan binder geopolimer dipakai bahan dasar fly ash (PLTU Paiton) dan limbah Tjiwi Kimia dengan menggunakan alkali aktivator larutan Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 ). 3.2.1 Fly Ash dan Limbah Tjiwi Kimia Fly ash yang paling baik untuk dijadikan bahan dasar pembuatan binder geopolimer adalah fly ash kelas F (Hardjito, 2005). Dalam penelitian ini digunakan fly ash yang berasal dari PLTU Paiton Probolinggo, Jawa Timur yang berasal dari sisa pembakaran batu bara. Sedangkan limbah Tjiwi Kimia berasal dari abu terbang PT. Tjiwi Kimia yang didistribusikan ke PT. Varia Usaha Beton. Oleh karena itu fly ash ini harus diuji terlebih komposisi kimianya untuk menentukan apakah fly ash tersebut termasuk dalam kelas F atau kelas C (ASTM C 618-94a). 3.2.2 Air Aquades Air ini didapatkan di toko-toko bahan kimia, dengan kadar kemurnian 100%.


3.2.3 Alkali Aktivator Jenis aktivator yang akan digunakan dalam penelitian ini yaitu Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 ). Larutan Sodium Hidroksida (NaOH) yang digunakan adalah Larutan NaOH 8M dan 12M. • Sodium Hidroksida Sodium hidroksida berfungsi sebagai aktivator dalam reaksi polimerisasi, sedangkan sodium silikat sebagai katalisator untuk mempercepat pengikatan silika dan oksida alumina pada fly ash. Pembuatan larutan tersebut dilakukan di Laboratorium Beton Diploma Teknik Sipil FTSP-ITS. Cara membuat 1 liter larutan NaOH adalah sebagai berikut: a. Peralatan yang diperlukan - labu volume 1 liter - timbangan digital - alat pengaduk b. Bahan yang diperlukan - aquades murni - serpihan sodium hidroksida (NaOH) c. Langkah kerja Cara membuat 1 liter larutan NaOH 8M adalah sebagai berikut : 1. Menghitung kebutuhan NaOH yang akan digunakan. n =VxM = 1 liter x 8 = 8 mol Dimana : n = jumlah mol zat tersebut M = kemolaran larutan V = volume larutan Massa NaOH = n mol x Mr = 8 mol x 40 = 320 gram

F-15


Gambar 3.1 Serpihan NaOH

Cara membuat 1 liter larutan NaOH 12M adalah sama seperti NaOH 8 Mol • Sodium Silikat Sodium silikat yang dipakai adalah berbentuk larutan kental yang sudah siap dipakai, dan dijual di pasaran. Sebelum pemakaian tidak ada perlakuan khusus.

Gambar 3.2 Sodium Silikat

• Larutan Aktivator Pada pembuatan binder geopolimer, sodium silikat dan sodium hidroksida dicampur dan diaduk kemudian didiamkan sampai campuran tersebut dingin dan siap dipakai untuk membuat binder geopolimer.

3.4 Mix Desain Binder Geopolimer Ukuran 25x50 mm2 Digunakan komposisi binder sebagai berikut: 1. Kadar Sodium Hidroksida sebesar 8M dan 12M 2. Perbandingan antara Sodium Silikat dengan Sodium Hidroksida diambil 0,5 3. Perbandingan fly ash Paiton dengan limbah Tjiwi Kimia dibuat 0% : 100%, 20% : 80%, 40% : 60%, 60% : 40%, 80% : 20%, dan 100% : 0% 4. Massa aktivator dalam binder sebesar 26%, sedangkan massa fly ash dalam binder 74% Dalam penelitian ini akan digunakan 24 buah komposisi campuran binder yang terbagi dalam 2 kelompok. Pengelompokkan ini berdasarkan molaritas larutan NaOH yang digunakan yaitu: 1. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 8M dengan perbandingan massa larutan antara antara = 0,5. 2. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 12M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. Setiap komposisi campuran tersebut, akan dibuat 15 benda uji. • Rumus volume binder ………………..(3.3) • Rumus massa binder ……………(3.4) Binder dibuat dengan ukuran 25 x 50 mm2.

Gambar 3.3 Larutan Aktivator


3.5 Pembuatan Binder Geopolimer 2 Ukuran 25 x 50 mm Pembuatan binder dilaksanakan di laboratorium beton Diploma Sipil FTSP ITS. F-16


Pembuatan benda uji berupa binder geopolimer ini diperlukan untuk tes kuat tekan, tes porositas, dan tes XRD. Benda uji berbentuk silinder berdiameter 25mm dan tinggi 50mm. Untuk setiap komposisi campuran dibuat 15 benda uji. Langkah-langkah pembuatan binder geopolimer dengan kadar 8M dan perbadingan antara = 0,5 dengan perbandingan massa fly ash dan limbah Tjiwi Kimia 0% : 100%. 1. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan • Alat : 1. Seperangkat mixer 2. Cetakan berukuran 25 x 50 mm2, berisi 6 binder 3. Wadah/ mangkuk 4. Timbangan digital 5. Kawat kecil • Bahan : 1. NaOH 8M = 10,211 gr x 15 sampel = 153,17 gr 2. Na 2 SiO 3 = 5,105 gr x 15 sampel = 76,58 gr 3. Fly ash = 0 gr x 15 sampel = 0 gr 4. Tjiwi Kimia = 43,59 gr x 15 sampel = 653,85 gr 5. Oli 2. Buat larutan aktivator dengan berat NaOH dan Na 2 SiO 3 seperti di atas, kemudian campur dengan fly ash ke dalam wadah. Setelah itu, aduk dengan menggunakan mixer selama ± 3 menit hingga adonan menjadi rata. 3. Lumuri cetakan dengan oli agar binder yang dihasilkan tidak lengket di cetakan pada saat dibuka. 4. Masukkan adonan geopolimer yang telah rata tersebut ke dalam cetakan. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

5. Adonan dirojok dengan kawat kecil dan cetakan digetarkan agar campuran mengisi seluruh cetakan dan padat. 6. Setelah agak sedikit mengeras, ratakan permukaan binder tersebut. 7. Setelah seluruh cetakan terisi merata dan padat kemudian ditutup rapat dan dibaut. 8. Setelah 24 jam binder mengeras, dilepas dari cetakan dan dimasukkan dalam tempat plastik tertutup selama 3 hari, kemudian tutupnya dibuka dan dibiarkan dalam suhu kamar sampai tiba waktu pengetesan. 9. Dengan langkah pengerjaan yang sama seperti pada nomor 1 sampai dengan nomor 8 dapat dibuat binder geopolimer dengan komposisi-komposisi yang lain. 3.6

Perawatan (Curing)

Setelah dilepas dari cetakan, binder geopolimer ini kemudian dimasukkan ke dalam wadah plastik tertutup agar tidak mudah rusak selama 3 hari, kemudian tutupnya dibuka dan dibiarkan dalam suhu ruangan. Dan siap untuk dites tekan pada umur binder 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari. 3.7.1 Melakukan Tes Kuat Tekan Binder Tes kuat tekan binder geopolimer ini dilakukan pada umur 3, 7, 14, 21, 28 dan 56 hari. Untuk setiap tes kuat tekan digunakan dua benda uji dari setiap komposisi untuk diambil rata-rata dari setiap nilai yang diperoleh. Tes kuat tekan binder dilakukan di Laboratorium Beton Diploma Sipil FTSP ITS. Alat yang digunakan untuk melakukan pengetesan ini adalah torsi universal testing machine AU-5 berkapasitas 5 ton.

F-17

G


Gambar 3.4 Mesin Test Hidrolis (Torsee Universal Testing Machine)

Gambar 3.5 Pemodelan Tes Tekan Binder Geopolimer

D. Rumus kuat tekan Untuk menghitung besarnya kuat tekan binder geopolimer, maka digunakan rumus berikut : ……………………….(3.5) Keterangan : σ = kuat tekan (MPa) P = gaya terhadap binder (kg) A = luas permukaan binder (cm2) g = percepatan gravitasi bumi (9,8106 2 m/s ) 3.7.2 Melakukan Tes Porositas Binder Geopolimer (AFNOR NF B 49104) Ada dua macam pori yaitu pori terbuka dan pori tertutup. Pori terbuka yaitu pori yang bersifat permeable (dapat ditembus baik, oleh udara ataupun air). Pori tertutup Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

adalah pori yang bersifat impermeable (tidak dapat ditembus). Pori yang tertutup lebih baik daripada pori yang terbuka karena pori yang tertutup memiliki tekanan hidrostatis yang menambah kuat tekan beton dan terhindar dari retak, sedangkan yang terbuka membuat beton menjadi keropos (menurunkan kuat tekan beton). Tes porositas dilakukan pada umur 56 hari. Dan diambil dua benda uji dari masingmasing komposisi yang memiliki kuat tekan paling tinggi. ° Perhitungan : ♦ Kepadatan absolut (ρ) adalah perbandingan berat dan volume dalam keadaan halus. ……………………….(3.6) ♦ Kepadatan visual (α) adalah perbandingan contoh dalam keadaan kering (Mo) terhadap volume yang tampak (Mh – μ). ………………...(3.7) ♦ Porositas total (pt) dalam persen adalah perbandingan volume pori terhadap volume yang tampak. ……..(3.8) ♦ Porositas terbuka (po) dalam persen adalah perbandingan volume porositas terbuka terhadap volume yang tampak. …………(3.9) ♦ Porositas tertutup (pf) adalah perbandingan porositas tertutup terhadap volume yang tampak. ………………(3.10)

F-18


3.8

Diagram Alur Penelitian

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Studi Pustaka Mempersiapkan bahan-bahan yang akan digunakan untuk membuat binder geopolimer berupa : • Fly ash •Sodium Silikat (Na2SiO3)&Sodium Hidroksida (NaOH) • Aquades

A

Mix design campuran

Membuat binder geopolimer dengan ukuran 25x50 mm2 Perawatan (curing) selama 3 hari dalam wadah plastik Tes kuat tekan binder geopolimer umur 3, 7, 14, 21, 28 dan 56 hari diambil dua benda uji setiap pengetesannya Tes porositas binder geopolimer pada umur 56 hari Gambar 3.6 Diagram Alur Penelitian Binder Geopolimer ukuran 25 x 50

A

74 % Fly

26 %

Fly ash 0%: Limbah tjiwi kimia 100% Fly ash 20%: Limbah tjiwi kimia 80% Fly ash 40% : Limbah tjiwi kimia

Larutan NaOH

Larutan NaOH

Ratio Massa Sodium Hidroksida dengan

=

4.1 Komposisi Kimia Material Geopolimer Bahan-bahan untuk mensintetis geopolimer dalam penelitian ini meliputi fly ash sebagai sumber monomer dari aluminosilikat yang diperoleh dari PLTU Paiton, Probolinggo dan PT. Tjiwi Kimia, Mojokerto. Kandungan kimia dari materialmaterial tersebut diharapkan dapat memberikan informasi tentang golongan kelas dari fly ash yang akan digunakan, apakah termasuk jenis fly ash kelas F atau fly ash kelas C. pada sifat bahan yang akan dianalisis. 4.1.1 Komposisi Kimia Fly Ash Paiton, Probolinggo Tabel 4.1 akan menunjukkan komposisi kimia yang dimiliki oleh fly ash Paiton tersebut. Hasil analisis tersebut dinyatakan dalam bentuk senyawa oksida yang meliputi kadar SiO 2 , CaO, MgO, Fe 2 O 3 , Na 2 O, SO 3 , Al2 O 3 , kadar air, dan LOI yang dinyatakan dalam %. Tabel 4.1 Komposisi Kimia Fly Ash Paiton (% massa No. Zat Penyusun % Massa 1. SiO 2 46,00 2. CaO 6,79 3. MgO 11,63 4. Fe 2 O 3 10,11 5. Na 2 O 2,15 6. SO 3 2,77 7. Al2 O 3 6,35 8. H2 O 0,12 9. LOI 0,40 Sumber: Laboratorium Kualitas Lingkungan ITS, 2010

Gambar 3.7 Diagram Komposisi Binder Geopolimer


F-19


Dari tabel 4.1, dapat disimpulkan bahwa fly ash Paiton ini termasuk fly ash kelas F karena kadar kapur (CaO) yang terkandung di dalamnya kurang dari 10% (ASTM C 61894a). Secara fisik, fly ash yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Fly Ash PLTU Paiton, Probolinggo

4.1.2 Komposisi Kimia Limbah Tjiwi Kimia, Mojokerto Untuk hasil analisis komposisi kimia dari limbah Tjiwi Kimia dinyatakan dalam bentuk senyawa oksida yang meliputi beberapa paramater diantaranya kadar SiO 2 , Al2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO, MgO, Na 2 O, K2 O, SO 3 , kadar air, dan LOI yang dinyatakan dalam %. Tabel 4.2 akan menunjukkan komposisi kimia yang dimiliki oleh limbah Tjiwi Kimia tersebut. Tabel 4.2 Komposisi Kimia Limbah Tjiwi Kimia (% massa) No. Zat Penyusun % Massa 1. SiO 2 73,21 2. Al2 O 3 2,15 3. Fe 2 O 3 5,20 4. CaO 6,72 5. MgO 4,66 6. Na 2 O 0,75 7. K2 O 0,27 8. SO 3 0,26 9. H2 O 1,54 10. LOI 4,69 Sumber: TAKI, 2009 Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

4.2 Perhitungan Untuk Mendapatkan Massa Fly Ash, Na 2 SiO 3 , dan NaOH Dalam Pembuatan Binder Geopolimer Dalam penelitian ini akan digunakan 12 buah komposisi campuran binder yang terbagi dalam 2 kelompok. Pengelompokkan ini berdasarkan molaritas larutan NaOH yang digunakan yaitu: 1. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 8M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. 2. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 12M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. Setiap komposisi campuran tersebut, akan dibuat 15 benda uji. 4.2.1 Menetukan Massa 1 Binder

t = 5 cm

d = 2,5 cm

1. Volume satu silinder benda uji binder ¼ x π x d2 x V binder = …………………………(4.1) = ¼ x π x 2,52 x 5 = 24,544 cm3 Keterangan : π = 3,14 d = diameter benda uji (cm) t = tinggi benda uji (cm)

t

F-20


2. Massa satu silinder benda uji binder m binder = ρ x V ………………….(4.2) 3 = 2,4 gr/cm x 24,544 cm3 = 58,906 gr Keterangan : m = massa satu binder ρ = massa jenis beton diasumsikan 2,4 3 gr/cm V = volume benda uji (cm3)

4.2.2 Menentukan Massa Fly Ash Berat fly ash direncanakan sebesar 74% dari massa 1 binder. Massa fly ash = 74% x massa 1 binder = 74% x 58,906 gr = 43,59 gr Komposisi 1 = fly ash 0%: limbah Tjiwi Kimia 100% = 0 gr : 43,59 gr Komposisi 2 = fly ash 20%: limbah Tjiwi Kimia 80% = 8,718 gr : 34,872 gr Komposisi 3 = fly ash 40%: limbah Tjiwi Kimia 60% = 17,436 gr : 26,154 gr Komposisi 4 = fly ash 60%: limbah Tjiwi Kimia 40% = 26,154 gr : 17,436 gr Komposisi 5 = fly ash 80%: limbah Tjiwi Kimia 20% = 34,872 gr : 8,718 gr Komposisi 6 = fly ash 100%: limbah Tjiwi Kimia 0% = 43,59 gr : 0 gr 4.2.3 Menentukan Massa Aktivator Direncanakan massa aktivator sebesar 26% dari massa satu binder, sedangkan perbandingan massa antara sodium silikat dengan sodium hidroksida direncakan sebesar 0,5. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

Massa aktivator = 26% x massa 1 binder = 26% x 58,906 gr = 15,316 gr Massa pencampur = massa (sodium silikat + sodium hidroksida) Dengan demikian, komposisi tersebut dapat ditabelkan sebagai berikut: Tabel 4.3 Komposisi Binder 8M : Na 2 SiO 3 Massa Fly Ash ma Binde NaOH Paito Tjiwi r n Kimia (gr) (gr) A1 0,5 0 43,59 A2 0,5 8,718 34,872 A3 0,5 17,436 26,154 A4 0,5 26,154 17,436 A5 0,5 34,872 8,718 A6 0,5 43,59 0

Na 2 SiO 3

Nama Binder NaOH

B1 0,5 B2 0,5 B3 0,5 B4 0,5 B5 0,5 B6 0,5 Keterangan :

Massa NaOH Na 2 Si O3 (gr) (gr) 10,211 5,105 10,211 5,105 10,211 5,105 10,211 5,105 10,211 5,105 10,211 5,105

Massa Fly Massa Ash Paiton Tjiwi NaOH Na 2 SiO 3 Kimia (gr) (gr) (gr) (gr) 0 43,59 10,211 5,105 8,718 34,872 10,211 5,105 17,436 26,154 10,211 5,105 26,154 17,436 10,211 5,105 34,872 8,718 10,211 5,105 43,59 0 10,211 5,105

1. Komposisi A1 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%. 2. Komposisi A2 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80%. F-21


3. Komposisi A3 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60%. 4. Komposisi A4 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%. 5. Komposisi A5 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20%. 6. Komposisi A6 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0%. 7. Komposisi B1 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%. 8. Komposisi B2 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80% 9. Komposisi B3 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60% 10.Komposisi B4=Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%. 11.Komposisi B5 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20% 12.Komposisi B6 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0%.


4.2.4 Tes Kuat Tekan Tes kuat tekan binder geopolimer ini dilakukan pada saat binder berumur 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari. Untuk setiap tes kuat tekan digunakan dua benda uji dari setiap komposisi untuk diambil rata-rata dari setiap nilai yang diperoleh. Berikut ini adalah hasil tes kuat tekan yang dilakukan pada masing-masing komposisi campuran dengan menggunakan mesin torsi universal testing machine AU-5 berkapasitas 5 ton yang berada di Laboratorium Beton Diploma Teknik Sipil, ITS. Tabel 4.4 Hasil Tes Kuat Tekan Binder Geopolimer: Kode Binder A1 A2 A3 A4 A5 A6

Kode Binde r A1 A2 A3 A4 A5 A6

3 Hari kg 524 524 524 523 523 523 522 522 520 521 522 521

MPa 10,89 10,88 10,87 10,86 10,81 10,83

7 Hari kg 530 530 526 527 528 528 524 527 524 526 526 525

MPa 11,01 10,94 10,97 10,92 10,91 10,92

14 Hari kg 542 544 534 534 535 536 534 536 532 533 538 539

21 Hari kg MPa

28 Hari kg kg

56 Hari MPa kg

548 550 540 542 542 544 541 540 539 542 545 544

556 556 552 552 550 551 548 548 551 549 550 552

11,41 544 11,24 534 11,28 536 11,23 536 11,23 533 11,31 539

11,41 11,24 11,28 11,23 11,23 11,31

548 550 540 542 542 544 541 540 539 542 545 544

MPa 11,28 11,09 11,13 11,11 11,06 11,19

556 556 552 552 550 551 548 548 551 549 550 552

Sumber : Hasil Penelitian Persamaan yang digunakan untuk menghitung besarnya kuat tekan dari masingF-22


masing binder geopolimer adalah persamaan (3.5). Contoh perhitungan kuat binder A1 hari ke-56 . Diketahui:

P 1 = 588 kg P 2 = 580 kg Gambar 4.4 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A3

Penyelesaian: σ1

=

=

σ1

=

=

σ 1.2

= Cara perhitungan yang sama dapat digunakan untuk menghitung kuat tekan binder geopolimer dengan komposisi yang lainnya. Gambar 4.5 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A4

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A1 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A5

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A2 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A6


F-23


Gambar 4.8 Grafik Kuat Tekan Binder Molaritas 8 M 0,5

Secara keseluruhan dapat diamati pada Gambar 4.37 bahwa kuat tekan binder geopolimer mengalami kenaikan kuat tekan dari umur 3 hari hingga umur 56 hari. Meskipun terlihat kecenderungan bahwa kuat tekan umur 56 hari untuk masing-masing binder seolah-olah berkumpul pada satu titik, akan tetapi tetap terdapat adanya perbedaan kuat tekan antar masing-masing komposisi (walaupun tidak begitu signifikan). Dari Gambar 4.37 dapat diamati bahwa kuat tekan binder A1 adalah komposisi binder molaritas 8 M 0,5 yang paling tinggi dengan mencapai kekuatan 12,13 Mpa pada umur 56 hari. Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan Silika (SiO 2 ) pada limbah Tjiwi Kimia. Tabel 4.5 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C1 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%) UMUR KUAT TEKAN NO (hari) (MPa) 1 3 12,65 2 7 12,69 3 14 12,92 4 21 12,96 5 28 13,25 6 56 14,47 Sumber : Hasil Penelitian


Tabel 4.6 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C2 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80%) UMUR KUAT TEKAN NO (hari) (MPa) 1 3 12,65 2 7 12,73 3 14 12,82 4 21 12,89 5 28 13,17 6 56 14,32 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.7 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C3 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60%) UMUR KUAT TEKAN NO (hari) (MPa) 1 3 12,56 2 7 12,63 3 14 12,76 4 21 12,85 5 28 13,11 6 56 14,24 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.8 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C4 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%) UMUR KUAT TEKAN NO (hari) (MPa) 1 3 12,55 2 7 12,64 3 14 12,78 4 21 12,85 5 28 13,09 6 56 14,19 Sumber : Hasil Penelitian

F-24


Tabel 4.9 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C5 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20%) NO 1 2 3 4 5 6

UMUR (hari) 3 7 14 21 28 56

KUAT TEKAN (MPa) 12,51 12,59 12,73 12,82 13,02 14,14

Gambar 4.9 Grafik Kuat Tekan Binder Molaritas 12 M 0,5

Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.10 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C6 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0%) NO 1 2 3 4 5 6

UMUR

KUAT TEKAN

(hari)

(MPa)

3 7 14 21 28 56

12,53 12,63 12,80 12,88 13,08 14,39

Sumber : Hasil Penelitian

Secara keseluruhan dapat diamati pada Gambar 4.9 bahwa kuat tekan binder geopolimer mengalami kenaikan kuat tekan dari umur 3 hari hingga umur 56 hari. Meskipun terlihat kecenderungan bahwa kuat tekan umur 56 hari untuk masing-masing binder seolah-olah berkumpul pada satu titik, akan tetapi tetap terdapat adanya perbedaan kuat tekan antar masing-masing komposisi (walaupun tidak begitu signifikan). Dari Gambar 4.54 dapat diamati bahwa kuat tekan binder C1 adalah komposisi binder molaritas 12 M 0,5 yang paling tinggi dengan


mencapai kekuatan 14,47 Mpa pada umur 56 hari. Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan Silika (SiO 2 ) pada limbah Tjiwi Kimia.

F-25


A1

µ (gr) 22,40

Mh (gr) 41,50

Mo (gr) 35,50

Parameter Porositas mo Vo r α (gr) (ml) 35,00 12,70 2,76 1,86

Pt (%) 32,56

Po (%) 31,41

Pf (%) 1,14

A1’ Rata-rata C1 12 M 0,5 C1’ Rata-rata

22,30 22,35 23,10 23,20 23,15

41,70 41,60 43,50 42,80 43,15

36,00 35,75 38,70 38,40 38,55

35,30 35,15 38,10 37,80 37,95

30,61 31,58 24,81 24,33 24,57

29,38 30,40 23,53 22,45 22,99

1,23 1,19 1,29 1,88 1,58

Rasio

Kode

8 M 0,5 13,20 12,95 15,10 14,60 14,85

2,67 2,72 2,52 2,59 2,56

1,86 1,86 1,90 1,96 1,93

Sumber : Hasil Penelitian Keterangan : µ = Berat benda uji dalam air (gram) Mh = Berat benda uji dalam keadaan SSD (gram) Mo = Berat benda uji setelah selasai dioven (gram) mo = Berat benda uji yang telah dihaluskan (gram) Vo = Volume benda uji (ml) r = Perbandingan berat : volume dalam keadaan halus α = Perbandingan mo terhadap volume yang tampak Pt = Total pori (%) Po = Pori yang terbuka (%) Pf = Pori yang tertutup (%) Adapun contoh perhitungan untuk mendapatkan besarnya pori yang tertutup pada binder B1 (8 M 1,5 perbandingan fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%) adalah sebagai berikut : Diketahui: µ1 = 22,60 gr µ2 = 22,80 gr Mh1 = 42,40 gr Mh2 = 43,90 gr Mo1 = 36,40 gr Mo2 = 37,70 gr mo1 = 36,10 gr mo2 = 37,10 gr Vo1 = 13,40 ml Cara perhitungan yang sama dapat digunakan Vo2 = 14,40 ml untuk menghitung besarnya pori yang Penyelesaian: tertutup pada masing-masing komposisi binder geopolimer dengan molaritas larutan NaOH 8M dan 12 M.


F-26


Tabel 4.11 Hasil Rata-rata Tes Porositas Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M 12 M 8 M 0,5 Parameter 0,5 Pt 31,58 24,57 Po 30,40 22,99 Pf 1,19 1,58 Sumber : Hasil Penelitian

diperkirakan jumlah air yang berada dalam rongga binder 12M lebih sedikit jika dibandingkan dengan binder yang menggunakan larutan NaOH 8M dan hal itu menyebabkan jumlah total pori binder 8M relatif lebih banyak jika dibandingkan dengan binder 12M. Hal ini dapat diamati pada gambar dibawah ini:

Secara umum dapat disimpulkan bahwa : a. Semakin tinggi molaritas maka jumlah pori tertutup juga akan semakin banyak. Hal ini dapat diamati pada Gambar 4.10 di bawah ini. Gambar 4.11 Grafik Jumlah Pori Total Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M

8M 0,5

12M 0,5

Gambar 4.10 Grafik Jumlah Pori Tertutup Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M

b. Pori total Semakin tinggi molaritas, jumlah total pori semakin sedikit tetapi jumlah pori tertutup semakin banyak. Hal ini dipengaruhi oleh kekentalan yang dimiliki oleh NaOH dalam campuran setiap komposisi. Kepekatan berhubungan dengan banyaknya air yang dicampurkan dalam larutan. Pada saat curing dilakukan, air yang berada dalam binder akan menguap sehingga rongga yang dulunya ditempati oleh air menjadi kosong. Binder yang menggunakan larutan NaOH 12M lebih pekat jika dibandingkan dengan binder yang menggunakan larutan 8M. Oleh sebab itu Material Bahan Bangunan dan Konstruksi

c. Jumlah pori terbuka Secara umum dapat diperhatikan binder geopolimer dengan menggunakan larutan NaOH 12M memiliki pori terbuka yang lebih kecil jika dibandingkan dengan binder geopolimer yang menggunakan larutan NaOH 8M. Hasil yang diperoleh dari tes porositas ini berhubungan erat dengan hasil kuat tekan yang diperoleh. Pori terbuka yang ada di dalam binder menyebabkan binder menjadi keropos.

8M 0,5

12M 0,5

Gambar 4.12 Grafik Jumlah Pori Terbuka Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M

F-27


V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Semakin tinggi molaritas yang digunakan, maka semakin tinggi pula kuat tekan yang dihasilkan. Binder geopolimer yang menggunakan molaritas 12M menghasilkan kuat tekan yang lebih besar dibandingkan binder geopolimer yang menggunakan molaritas 8M. 5.2 Saran Selama pelaksanaan pekerjaan pembuatan binder geopolimer ini, sebaiknya menggunakan perlengkapan pelindung seperti masker dan sarung tangan karena zat kimia yang digunakan sangat berbahaya bagi tubuh manusia. DAFTAR PUSTAKA AFNOR NF B 49104. Annual Book of ASTM Standard C 114-85. 1986. Chemical Analysis of Hydraulic Cement. (Uji Kimia Fly Ash: Halaman 99) Annual Book of ASTM Standard C 191-82. 1986. Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle. (Uji Setting Time: Halaman 205-207) Annual Book of ASTM Standard C 305-82. 1986. Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency. (Mesin Mixer: Halaman 252-254) Annual Book of ASTM Standard C 618-84. 1994. Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Portland Cement


Concrete. (Klasifikasi Fly Ash: Halaman 301-303) Annual Book of ASTM Standard C 1181-91. 1994. Compressive Creep of ChemicalResistant Polymer Machinery Grouts. (Ukuran Binder Geopolimer: Halaman 743) Damayanti Nanna’, Oktavina. 2007. Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash Dengan Aktifator Sodium Hidroksida Molaritas 8M dan 10M. Surabaya: Teknik Sipil, FTSP-ITS. (Tes-tes Yang Dilakukan: Halaman 64-75) Edgar. 2008. Apa Itu Aquades, . Hardjito, Djwantoro. 2008. Abu Terbang Solusi Pencemaran Semen, . Hardjito, D and Rangan, B.V. 2005. Development and Properties of LowCalcium Fly Ash-Based Geoplymer Concrete. Pert: Faculty of Engineering Curtin University of Technology. (Geopolimer: Halaman 5-15) Nasron, Laili. 2008. Pemanfaatan Abu Layang PT. Tjiwi Kimia Sebagai Bahan Dasar Geopolimer. Surabaya: Kimia, FMIPA-ITS. (Tinjauan Pustaka Kuat Tekan, Porositas dan XRD: Halaman 1519) Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-0691. 1996. Tentang Bata Beton (Paving Block). Bandung: Badan Standardisasi Nasional. (Mutu Paving: Halaman 1-2) Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-2847. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur F-28


Beton Untuk Bangunan Gedung, Bandung: Badan Standardisasi Nasional. (Benda Uji Dalam Kuat Tekan: Halaman 28) Subaer. 2008. Pengantar Fisika Geopolimer. Solo: Maulana Offset. (Sifat Fisis dan Mekanik Geopolimer: Halaman 175) Sudarmo, Unggul. 2004. Kimia SMA 1 untuk SMA Kelas X.Jakarta:Erlangga.(Tabel Periodik:Halaman 1) Triwulan. 1997. Pengaruh Sistem Curing Pada Kuat Tekan Pasta Semen Yang Memakai Abu Terbang (Fly Ash). Surabaya: Teknik Sipil, FTSP-ITS. (Kuat Tekan Pasta Semen: Halaman 19)


F-29



F-30

ANALISIS PROPORSI LIMBAH FLY ASH PAITON DAN TJIWI KIMIA TERHADAP KUAT TEKAN PASTA GEOPOLIMER

Recommend Documents