JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
1
Pasta Geopolimer Ringan Berserat Berbahan Dasar Lumpur Sidoarjo Bakar Dan Fly Ash Perbandingan 1 : 3 Dengan Pengembang Foam Hanif Nurul Ardi B, Triwulan, dan Januarti Jaya Ekaputri Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 e-mail:
[email protected] Abstrak – Beton geopolimer adalah beton yang sama sekali tidak menggunakan semen sebagai material pengikat. Fly ash dan lumpur bakar adalah beberapa material alternatif dalam pembuatan beton geopolimer dan sebagai aktivatornya digunakan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na2SO3) [2]. Beton geopolimer mulai diperkenalkan sebagai beton ramah lingkungan sebagai solusi beton inovasi untuk mengurangi emisi CO2 akibat penggunaan semen portland. Pada penelitian ini dilakukan 3 percobaan, percobaan pertama adalah untuk mencari kadar optimum pasta geopolimer yang ditambah zat additive yang digunakan dalam campuran dengan perbandingan lusi dan fly ash 1 : 3 dan Na2SiO3/NaOH = 2,5 dengan molaritas 14 M. Percobaan kedua untuk mencari kadar optimum dari pasta geopolimer ringan yang ditambahkan foam pada campurannya. Percobaan ketiga, dilakukan untuk mencari kadar optimum dari pasta geopolimer ringan berserat yang ditambahkan serat alami pada campurannya. Hasil pengujian menunjukkan pasta geopolimer mencapai kuat tekan optimum 63,47 MPa dan berat volume 1931 kg/m3 pada umur 14 hari dengan perawatan steam selama 3 jam. Pasta geopolimer ringan optimum mempunyai kuat tekan 2.85 MPa dan berat volume 738 kg/m 3 pada umur 21 hari dengan perawatan steam selama 6 jam. Pasta geopolimer ringan berserat memiliki kuat tekan sebesar 4.96 MPa dan berat volume 923 kg/m 3. Dari analisa tersebut dapat disimpulkan bahwa lumpur Sidoarjo terkalsinasi, fly ash, foam, dan penambahan serat alami bisa dimanfaatkan sebagai campuran pasta geopolimer ringan berserat. Kata kunci : pasta geopolimer, fly ash, foam, lumpur Sidoarjo, serat.
B
I. PENDAHULUAN
eton merupakan campuran dari agregat halus, agregat kasar dan material pengikat berupa semen yang ditambah air. Salah satu material penting dalam pembuatan beton yaitu semen. Semen adalah bahan utama penyusun beton yang berfungsi untuk mengikat material-material lainnya. Tetapi dalam proses produksi semen, dihasilkan juga gas CO2 di atmosfir ketika kalsium karbonat dipanaskan dan memproduksi kapur. Biasanya, beton biasa berisi semen sekitar 12%, 8% mencampur air, dan 80% agregat massa. Hal ini berarti bahwa, di samping 1,6 miliar ton (1,5 miliar ton) semen yang digunakan di seluruh dunia, industri beton memakan 10 miliar ton (9 miliar ton) pasir, batu, dan 1 milyar ton (900 juta ton) air pencampuran setiap tahunnya. Gas CO2 yang dihasilkan dalam produksi semen ini berdampak buruk terhadap lingkungan, yaitu efek rumah kaca yang dapat meningkatkan pemanasan global. Untuk itu. Semen perlu diganti dengan material lain yang lebih ramah lingkungan dan juga mempunyai kemampuan seperti semen[12]. Bahan geopolimer ialah suatu bahan inorganik yang terdiri dari silikat (Si) dan alumunium (Al) sebagai material utama serta reaktan Alkalin untuk pengikat [2]. Untuk membuat suatu kristal geopolimer dibutuhkan reaksi polimerisasi, yaitu reaksi pelepasan molekul kecil seperti H2O untuk membentuk ikatan rantai monomer yang lebih panjang. Untuk mendapatkan reaksi polimerisasi dibutuhkan suatu reaktan dari golongan alkalin yang dapat melepas ion-ion yang tidak diperlukan. Dalam hal ini digunakan sodium hidroksida (NaOH) yang memiliki sifat basa kuat sebagai reaktan alkalin dan sodium silikat sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi polimerisasi [1]. Beton ringan adalah beton yang memiliki density lebih ringan dari pada beton konvensional. Jika pada beton konvensional mempunyai berat volume 2400 kg/m3, beton ringan mempunyai berat volume mulai dari 240 kg/m3 sampai dengan 1800 kg/m3, sesuai dengan klasifikasi peruntukkannya sebagai beton non-struktural,
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
struktur ringan, atau struktural [9]. Material campuran untuk beton ringan merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui (batu apung, pasir, tanah liat), sehingga diperlukan material alternatif berkelanjutan, salah satunya adalah lumpur Sidoarjo. Lumpur Sidoarjo merupakan limbah alami yang terus menerus keluar dari perut bumi sejak tanggal 26 Mei 2006. Lumpur Sidoarjo belum banyak dimanfaatkan oleh masyarakat. Padahal volume lumpur yang keluar mencapai ± 150.000 meter kubik per hari, dan telah melalap 800 hektar tanah warga sekitar. Sejumlah geologi dari 17 negara mengadakan simposium dan bersepakat Lumpur Sidoarjo tidak akan berhenti menyembur [3]. Lumpur Sidoarjo merupakan bahan yang baik untuk dijadikan material alternativ untuk beton ringan. Sifat lumpur yang dibakar bersifat amorf (reaktif), memungkinkan sebagai bahan pengikat. Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan lumpur Sidoarjo terus dikembangkan. Usaha ini bertujuan untuk memanfaatkan lumpur tersebut sebagai alternatif material bangunan [4]. Penelitian tentang pasta geopolimer ini sebelumnya sudah dilakukan oleh rekanrekan mahasiswa disini dengan hasil kuat tekan yang bervariatif antara 2 – 8 MPa dan berat volume antara 500 – 1000 kg/m3. Yang membedakan antara satu dan yang lainnya yaitu komposisi campuran yang digunakan. Pada penelitian pasta geopolimer ringan ini, digunakan fly ash dan lumpur Sidoarjo (Lusi) bakar dengan perbandingan 1:3, foam sebagai bahan pengembang dan serat kenaf (serat alam) sebagai penahan gaya tarik. Idealnya, dicapai pasta ringan yang masuk kedalam klasifikasi non-struktural dengan batasan nilai kuat tekan 0.35 - 7.0 MPa dan berat volume antara 240-800 kg/m3. II. URAIAN PENELITIAN A. Pembuatan Pasta Geopolimer Komposisi campuran pasta geopolimer yaitu lusi bakar dan fly ash 1:3, perbandingan Na2SiO3 dan NaOH = 2,5 dan 3 variasi napthalene. Analisa yang di lakukan pada pasta geopolimer (Px) adalah tes kuat tekan dan tes berat volume, kemudian setelah itu diambil 1 komposisi campuran optimum. B. Pembuatan Pasta Geopolimer Ringan Komposisi campuran pasta geopolimer ringan ini merupakan pengembangan dari campuran pasta geopolimer optimum yang ditambahkan dengan bahan pengembang foam dan air. Penambahan air hanya digunakan sebagai bahan campuran foam. Komposisi campuran pasta divariasikan dengan 3 campuran foam. Analisa yang di lakukan pada pasta geopolimer
2
ringan adalah tes kuat tekan, tes berat volume dan tes porositas, kemudian setelah itu diambil 1 campuran optimum. C. Pembuatan Pasta Geopolimer Ringan Berserat Pasta geopolimer ringan berserat terdiri dari campuran pasta geopolimer ringan optimum ditambah dengan serat kenaf. Komposisi campuran pasta ringan divariasikan dengan 3 campuran serat kenaf. Analisa yang di lakukan pada pasta geopolimer ringan adalah tes kuat tekan, tes berat volume dan tes porositas, kemudian setelah itu diambil 1 campuran optimum. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisa Lumpur Sidoarjo (Lusi) Bakar Berat jenis lusi bakar sebesar 2,67 gram/cm3. Analisa XRF dilakukan pada sampel lusi Sidoarjo yang telah dikalsinasi. Hasil analisa XRF dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia lusi bakar No Oksida Jumlah (%) 1 CaO 7.14 2 SiO2 32.00 3 Fe2O3 42.22 4 Al2O3 5.80 5 MnO 0.67 6 K 2O 4.51 7 SO3 2.60 8 Lain-lain 5.06 Komposisi kimia lusi bakar yang dominan adalah Fe2O3, SiO2, CaO, dan Al2O3. Dengan jumlah CaO, SiO2, Fe2O3, dan Al2O3 sebesar 87,16% lebih dari 70% batasan minimal menurut ASTM C618 sehingga lusi bakar termasuk material pozzolan. B. Data dan Analisa Pasta Geopolimer Proses Curing Proses curing pasta geopolimer dalam penelitian ini menggunakan steam suhu 60oC selama 0 dan 3 jam. Hasil Uji berat Volume Tes berat volume dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran ∅2 cm x 4 cm pada umur 14 hari.
C. Analisa Pasta Geopolimer Ringan Proses Curing Proses curing pasta ringan dalam penelitian ini menggunakan alat curing steam suhu 60oC selama 0, 3 dan 6 jam.
2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800
3
7
14
Umur (hari)
Napthalene 2,5% Napthalene 3,5%
Napthalene 3%
Gambar 1. Grafik hubungan berat volume dan persentase napthalene pasta geopolimer Dari Gambar 1 bisa diambil kesimpulan bahwa jumlah napthalene yang diberikan dalam campuran pasta geopolimer tidak terlalu memberikan pengaruh terhadap berat volume, tapi yang menggunkan napthlanene sedikit berat volumenya lebih ringan.
Kuat Tekan (MPa)
Hasil Uji Kuat Tekan Pasta Dasar Tes kuat tekan dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran ∅2 cm x 4 cm pada umur 14 hari. Setelah dilakukan pengujian, diambil 1 campuran optimum untuk digunakan sebagai campuran pasta geopolimer ringan. 70 60
Tes Berat Volume Tes berat volume pasta ringan dilakukan pada umur 21 hari terhadap 3 buah benda uji. Berat Volume (kg/m3)
2150
1200 1100 1000 900 800 700 600 500
4
6
8
Foam (%) 3 Hari
7 Hari
14 Hari
21 Hari
Gambar 3. Grafik hubungan berat volume dan variasi foam pasta geopolimer ringan Dari Gambar 3 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak foam dalam pasta ringan maka akan mengurangi volume pasta ringan [5]. Tes Kuat Tekan Tes kuat tekan dilakukan terhadap 3 buah benda uji ukuran 5cm x 5cm x 5cm pada umur 21 hari. Setelah dilakukan pengetesan, diambil 1 campuran optimum untuk digunakan sebagai campuran pasta geopolimer ringan berserat.
50 40 30 20 10 0
3
3 Napthalene 2,5% Napthalene 3,5%
7
Umur (hari)
14 Napthalene 3%
Gambar 2. Grafik hubungan kuat tekan dan persentase napthalene pasta geopolimer Dari Gambar 2 menunjukkan bahwa penambahan napthalene dapat meningkatkan workability dalam pengerjaan pasta geopolimer, akan tetapi semakin banyak penambahan napthalene juga menurunkan hasil dari kuat tekan.
Kuat Tekan (MPa)
Berat Volume (kg/m3)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
3
7
14
21
Umur (hari) F4%
F6%
F8%
F = Foam
Gambar 4. Grafik hubungan kuat tekan dan variasi foam pasta geopolimer ringan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
4
1000 900 800 700 600 500
4
6
8
Berat Volume NS
Berat Volume S3J
Berat Volume S6J
Kuat Tekan NS
Kuat Tekan S3J
Kuat Tekan S6J
Gambar 5. Grafik pengaruh kuat tekan dan berat volume dengan curing steam pasta geopolimer ringan Lama proses curing steam pada beton geopolimer menyebabkan peningkatan proses polimerisasi pada beton geopolimer, dengan meningkatnya proses polimerisasi menghasilkan kuat tekan yang lebih besar. [7]
4
6
8
Kuat Tekan (MPa)
Berat Volume (gr/cm3)
Hubungan Kuat Tekan Pasta Ringan dengan Berat Volume Pasta Ringan. 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Foam (%) Berat Volume S6J Kuat Tekan S6J
8
30
7
25
6 5
20
4
15
3
10 0
2
Porositas Tertutup
5
1
Kuat Tekan
4
6
0
8
Foam(%)
Gambar 7. Grafik hubungan kuat tekan dengan porositas pasta geopolimer ringan
Foam (%)
1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500
35
Kuat Tekan (MPa)
1100
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
S6J = Steam 6 Jam
Gambar 6. Grafik hubungan kuat tekan dengan berat volume pasta geopolimer ringan Dari Gambar 6. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar berat volumenya maka semakin tinggi pula kuat tekan yang dihasilkan.
Dari Gambar 7. Dapat disimpulkan bahwa bahwa semakin besar kadar porositas terbuka maka menurunkan kuat tekan dari pasta geopolimer ringan, sebaliknya semakin kecil kadar porositas terbukanya maka semakin tinggi kuat tekan yang dihasilkan dari pasta ringan tersebut. D. Data dan Analisa Pasta Geopolimer Ringan Berserat Proses Curing Proses curing pasta geopolimer ringan berserat dalam penelitian ini menggunakan alat steam pada suhu 60oC selama 3 dan 6 jam serta dibandingkan dengan tanpa steam. Tes Berat Volume Tes berat volume pasta ringan berserat dilakukan pada umur 21 hari terhadap 3 buah benda uji untuk setiap variasi. Berikut ini adalah berat volume pasta ringan berserat dapat dilihat pada Gambar 8 Berikut ini. Berat Volume (kg/m3)
1200
Kuat Tekan (MPa)
Berat Volume (gr/cm3)
Pengaruh Kuat Tekan Pasta Ringan dengan Steam Curing
Hubungan Kuat Tekan Pasta Ringan dengan Porositas Pasta Ringan. Porositas Tertutup (%)
Dari Gambar 4 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak foam dalam pasta maka akan mengurangi kuat tekan pasta ringan. [6]
1000 980 960 940 920 900 880 860 840 820 800
3
7
14
21
Umur (hari) 0,50% serat
0,75% serat
1% serat
Gambar 8. Grafik hubungan berat volume dan variasi serat kenaf pasta geopolimer ringan berserat
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
5
Dari Gambar 8 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat yang ditambahkan maka akan semakin besar berat volume pasta geopolimer ringan berserat.
Kuat Tekan (MPa)
Tes Kuat Tekan Tes kuat tekan hancur dilakukan terhadap 3 buah benda uji ukuran 5cmx5cmx5cm pada umur 21 hari. Hasil uji kuat tekan hancur pasta ringan berserat tiap variasi dapat dilihat pada Gambar 9. 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1
3
7
14
21
Umur (hari) 0,50% serat
0,75% serat
1% serat
Gambar 9. Grafik hubungan kuat tekan dan variasi serat kenaf pasta geopolimer ringan berserat Dari Gambar 9 dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat yang ditambahkan maka akan semakin menambah kuat tekan pasta geopolimer ringan berserat. Tapi serat kenaf yang berlebih menyebabkan pasta menggumpal sehingga dalam proses pencampuran pasta dengan foam menjadi tidak homogen. [8]. Hubungan Kuat Tekan Pasta Ringan dengan Porositas
930 920 910 900 890 880 870 860 850
5.0 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 0.5
0.75
1
Kuat Tekan (MPa)
Berat Volume (kg/m3)
Pasta Ringan.
4.3
Serat (%) Berat Volume
Kuat Tekan
Gambar 10. Grafik hubungan kuat tekan dengan berat volume pasta geopolimer ringan berserat
Dari Gambar 10. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar berat volumenya maka semakin tinggi pula kuat tekan yang dihasilkan. Penambahan serat lebih besar menyebabkan berat volume semakin tinggi tetapi tidak menaikan kuat tekan yang signifikan dari pasta tersebut. E. Kesesuaian Pasta Geopolimer Ringan berserat dengan SNI 03-0349 -1989 tentang Bata Beton untuk Pasangan Dinding [9], ASTM C1693-11 Untuk Autoclave Aerated Concrete (AAC) [11], dan Persyaratan Berat Volume Bata Beton Ringan Menurut SNI 03-3449-2002 [10] Dari hasil penelitian diatas didapatkan hasil kuat tekan optimum untuk pasta geopolimer ringan berserat terdapat pada P3-6-1,00 dengan nilai kuat tekan 4,96 MPa dengan berat volumenya sebesar 923 kg/m3. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa campuran dengan molaritas 14 M, perbandingan lusi bakar : fly ash = 1 : 3, Na2SiO3/NaOH = 2,5 dan menggunakan foam optimum sebesar 6 % dari berat binder, serta penambahan serat optimum sebesar 1 % dari berat binder masuk dalam klasifikasi mutu kelas III menurut SNI 03-0349-1989, masuk klasifikasi AAC-4 menurut ASTM C1693-11, dan masuk sebagai beton non-struktural menurut SNI 03-3449-2002. IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan, diantara lain : 1. Pada pasta geopolimer didapat persentase berat napthalene optimum sebesar 3,0% dari berat binder dengan kuat tekan maksimum pada umur 14 hari pada P1:3-3,0 sebesar 63.47 MPa dan berat volume pada umur 14 hari sebesar 1931 kg/m3. 2. Pada pasta geopolimer ringan didapatkan persentase optimum dari foam yaitu sebesar 6% dari berat binder dan steam 6 jam dengan nilai kuat tekan maksimum pada P3-6,0 sebesar 2.85 MPa pada umur 21 hari dan berat volume sebesar 738 kg/m3. 3. Pada pasta geopolimer ringan berserat didapatkan hasil kuat tekan paling optimum yang diberikan steam 6 jam untuk pasta geopolimer ringan berserat terdapat pada P3-6-1,0 dengan nilai kuat tekan 4.96 MPa dengan berat volumenya sebesar 923 kg/m3. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa masuk dalam klasifikasi mutu kelas III menurut SNI 030349-1989, masuk klasifikasi AAC-4 menurut ASTM C1693-11, dan masuk sebagai beton nonstruktural menurut SNI 03-3449-2002. 4. Sistem steam yang digunakan sangat cocok untuk dipakai dalam penelitian ini karena akan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
peningkatan proses polimerisasi di dalam benda uji sehingga bisa meningkatkan kuat tekan dan mengurangi berat volume pasta ringan dan pasta ringan berserat. B. Saran Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil diberikan beberapa saran, diantara lain : 1. Perlu dilakukan percobaan lain untuk pembuihan foam dengan air agar didapat buih yang baik. 2. Dalam proses steam dengan menggunakan data logger harus lebih teliti dan dilakukan pengamatan yang baik untuk pengontrolan suhu didalam box saat steam berlangsung agar tidak terjadi kenaikan dan punurunan suhu berlebih. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Triwulan dan Ibu Januarti yang telah sabar membimbing dan memberikan bantuannya baik berupa finansial maupun bantuan peralatan yang sangat bermanfaat bagi penulis dalam proses penelitian ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Pak Harjo dari Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil ITS beserta laboran lainnya, Pak Ridwan dari Workshop Laboratorium Struktur Jurusan Teknik Sipil ITS, Keamanan Jurusan Teknik Sipil ITS, BPLS, PT. Varia Usaha Beton, Pak Toni dari PT. BASF Indonesia dan yang lainnya yang telah membantu penulis dalam meyelesaikan penelitian ini yang tidak bisa penulis tulis satu persatu penulis ucapkan terimakasih. DAFTAR PUSTAKA [1]
[2] [3] [4] [5]
Adiningtyas., Tami., Des 2008. “Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash dan Lumpu Porong Kering Sebagai Pengisi dengan Aktivator Sodium Hidroksida Molaritas 8M dan 10M”. Prosiding Sipil FTSP 2008. Davidovits, J. 1994, Properties of Geopolymer Cements. Geopolimer Institute. France : SaintQuentin. OkeZone, 2009. Penanganan Limbah Lumpur Sidoarjo. Triwulan dan Januarti Jaya Eka. 2006. Study on Porong Mud-Based Geopolimer Concrete.Teknik Sipil ITS Jatmiko, Andik, Triwulan, dan Januarti Jaya Ekaputri. 2012. Lusi Sidoarjo Bakar, Fly Ash Dan Kapur (Ca(OH)2) Sebagai Substitusi Semen Dalam Campuran Beton Ringan Dengan Bahan Pengembang Foam. Teknik Sipil ITS
6
[6]
Septiawardani, Winda Ayu, Triwulan, dan Januarti Jaya Ekaputri. 2012. Pemanfaatan Lusi Bakar Sidoarjo Sebagai Bahan Campuran Beton Ringan dengan Tambahan Limbah Gypsum dan Foam. Teknik Sipil ITS [7] D. Hardjito., Steenie E. Wallah., Dody M.J Sumajouw., B.V Rangan., Sep 2004. “Factors Influencing The Compressive Strenght Of Fly Ash-Based Geopolymer Concrete”. Jurnal Dimensi Teknik Sipil 6, 2:88-93 [8] Dibiantara, Dimas. 2012. Pemanfaatan Lusi Bakar Sidoarjo Untuk Beton Ringan Dengan Campuran Fly Ash, Foam, Dan Serat Kenaf. Teknik Sipil ITS [9] SNI 03-0349-1989 tentang Bata Beton untuk Pasangan Dinding [10] SNI 03-3499-2002 tentang Tata Cara Perancangan Campuran Beton Ringan Dan Agregat Ringan. [11] ASTM C1693-11 Standard Specification for Autoclave Aerated Concrete (AAC). [12] Building Green. 1998. Cocrete, Fly ash, and the Environment – Proceedings.
