Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
PENGARUH MOLARITAS AKTIFATOR ALKALIN TERHADAP KUAT MEKANIK BETON GEOPOLIMER DENGAN TRAS SEBAGAI PENGISI Puput Risdanareni1, Triwulan2 dan Januarti Jaya Ekaputri3 1
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Negeri Malang, email :
[email protected] Dosen Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember, email :
[email protected] 3 Dosen Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember, email :
[email protected] 2
ABSTRAK Tulisan ini menyajikan evaluasi pengaruh variasi molaritas aktifator terhadap sifat mekanik beton polimer yang menggunakan fly ash sebagai material pengganti semen dan tras sebagai bahan pengisi. Aktifator alkalin yang di gunakan dalam penelitian ini ialah NaOH (Natrium Hidroksida) dan Na2SiO3 . Variasi molaritas NaOH yang di gunakan dalam penelitian ini ialah 8 dan 10 Molar. Digunakan perbandingan massa reaktan Na2SiO3/ NaOH 0.5 , 1, 1.5, 2 dan 2.5. Hasil penelitian menunjukkan bahwa molaritas larutan alkalin dan perbandingan massa Na2SiO3/NaOH mempengaruhi sifat mekanik beton geopolimer. Kata kunci : geopolimer, fly ash, tras, aktifator alkalin
1. PENDAHULUAN Kebutuhan akan beton di seluruh dunia semakin meningkat demikian juga dengan produksi semen sebagai bahan dasar pembuatan beton. Dalam proses produksinya semen mengeluarkan gas CO2 yang menimbulkan efek rumah kaca.Karena alasan inilah mulai dikembangkan bahan alternatif pengganti semen. Salah satu bahan alternatif yang mulai dikembangkan ialah material geopolimer. Bahan geopolimer ialah suatu bahan inorganik yang terdiri dari silikat (Si) dan alumunium (Al) sebagai material utama serta reaktan alkalin untuk pengikat. Sejauh ini bahan dasar yang digunakan untuk membuat beton geopolimer adalah fly ash. ( Davidovits, 1999 ) Dalam penelitian ini mulai dicoba bahan dasar alternatif beton geopolimer selain fly ash yaitu tras. Tras , material yang berasal dari endapan lava gunung berapi, adalah suatu material pozolanik yang dapat digunakan sebagai bahan dasar binder geopolimer karena memiliki kadar silikat (Si) dan Alumunium (Al) yang cukup tinggi. Alasan digunakannya trass sebagai bahan pengisi ialah karena trass Pasuruan yang digunakan kurang amorf. Dengan ditambahkannya trass ke dalam campuran beton geopolimer diharapkan dapat meningkatkan kuat mekanik dari beton geopolimer murni fly ash. Untuk melakukan reaksi polimerisasi dibutuhkan suatu reaktan dari golongan alkalin yang dapat melepas ion-ion yang tidak diperlukan. Dalam kasus ini digunakan Natrium hidroxide atau NaOH yang memiliki sifat basa kuat sebagai reaktan alkalin dan sodium silikat atau Na2SiO3 sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi polimerisasi Penelitian sebelumnya ( Barbosa, 2003 ) tentang binder geopolimer menyatakan bahwa kadar air pada campuran memegang peran penting dalam pembentukan beton geopolimer. Untuk meneliti pengaruh kadar air dalam pembentukan beton geopolimer di gunakan variasi molaritas aktifator NaOH yaitu 8 dan 10 Molar.
ISBN 978-979-99327-9-2
847
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
2. MATERIAL Fly Ash Fly ash yang digunakan dalam penelitian ini adalah fly ash type F (ASTM C618-03) yang merupakan abu sisa pembakaran batu bara Jawa Power Paiton. Komposisi kimia dari fly ash dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1 Komposisi kimia penyusun fly ash No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Zat Penyusun SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O TiO2 MgO P2O5 SO3 SO2 LOI
% massa 52.24 38.58 2.94 0.69 0.52 0.44 2.42 0.49 0.13 1.21 1.39
Data pada tabel 1 di peroleh dari ―Balai Besar Keramik‖, Bandung, Indonesia. Trass Tras yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari PT Semen Gresik yang diperoleh dari Pasuruan. Komposisi penyusun Trass dapat dilihat pada tabel 2. Hasil XRD menunjukkan bahwa tras memiliki sifat amorf karena memiliki silika tinggi. Hasil XRD dapat dilihat pada gambar 1. Tabel 2 Komposisi Kimia Penyusun Tras No. Zat Penyusun % massa 1 SiO2 87.5 2 Al2O3 0.2 3 Fe2O3 1.9 4 CaO 1.7 5 Na2O 0.8 6 K2O 0.41 7 MgO 0.9 8 SO3 0.5 9 SO2 10 LOI 6.2
ISBN 978-979-99327-9-2
848
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Gambar 1 Hasil XRD Tras Aktifator Alkali Aktifator yang digunakan dalam penelitian ini ialah Na2SiO3 dan NaOH. NaSiO3 berbentuk gel bening sedangkan NaOH berupa serpihan. Perbandingan rasio berat Na2SiO3/NaOH yang digunakan dalam penelitian ini ialah 0.5 ; 1 ; 1.5 ; 2 dan 2.5. NaOH diolah menjadi larutan 8 dan 10 Molar dengan mencampurkan aquades. Berikut merupakan langkah-langkah pembuatan larutan aktivator alkalin NaOH 8 molar. Menghitung kebutuhan NaOH yang akan digunakan. N= VxM mol = 1 liter x 8 liter = 8 mol Massa NaOH = n mol x Mr gram = 8 mol x 40 mol = 320 gram Menimbang NaOH seberat 320 gram. Memasukkan NaOH ke dalam labu ukur dengan kapasitas 1000 cc. Menambahkan aquades ke dalam labu ukur sampai volumenya 1 liter Agregat Agregat halus (pasir) yang digunakan adalah pasir sungai dari Lumajang dengan berat jenis 2670 kg/m3. Agregat kasar berupa batu pecah berukuran maksimum 20 mm dengan berat jenis 2700 kg/m3. Perbandingan berat antara pasir dan batu pecah adalah 1:2.
3. BENDA UJI DAN MIX DESAIN Dibuat benda uji beton geopolimer silinder dengan diameter 100 mm dan tinggi 200 mm.Benda uji binder geopolimer berupa silinder dengan ukuran diameter 20 mm dan tinggi 40 mm. Dibuat 10 komposisi binder dan beton geopolimer. Tiap komposisi dibuat 3 benda uji. Adapun kode penamaan binder dan beton geopolimer dapat dilihat pada tabel 2.
ISBN 978-979-99327-9-2
849
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Diagram alir mix desain binder dan beton geopolimer dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3. Binder Geopolymer ukuran 2x4 cm2
trass 50% dari total massa fly ash
74 % Fly ash
26 % Pencam pur
Na 2 SiO3 NaOH
1.0
fly ash
Na 2 SiO3 NaOH 0.5
0.5
Na 2 SiO3 NaOH
Air 12 % dari massa
NaOH 8M
NaOH 10 M
Na 2 SiO3 NaOH 1.5
Na 2 SiO3 NaOH 2.0
Na 2 SiO3 NaOH 2.5
Na 2 SiO3 NaOH 1.0
Na 2 SiO3 NaOH 1.5
Na 2 SiO3 NaOH 2.0
Na 2 SiO3 NaOH 2.5
Gambar 2 Diagram alir mix desain binder geopolimer Tabel 2 Komposisi dan penamaan binder/beton geopolimer Kode Molaritas Sodium Binder NaOH silica/NaOH 8M 0.5 A 8M 1.0 B 8M 1.5 C 8M 2 D 8M 2.5 E 10M 0.5 F 10M 1.0 G 10M 1.5 H 10M 2 I 10M 2.5 J
ISBN 978-979-99327-9-2
850
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Beton Geopolymer ukuran 100 x 200 mm2
Air 12 % dari massa fly ash
75 % Aggregat
Aggregat kasar : halus = 2 : 1
Na 2 SiO 3 NaOH 0.5
NaOH 8M
25 % (Fly ash + pencampur)
Trass 50 % dari massa fly ash
74 % fly ash
26 % pencampur
NaOH 10 M
Na 2 SiO3 NaOH
1.0 Na 2 SiO3 NaOH
1.5 Na 2 SiO3 NaOH
2.0 Na 2 SiO3 2 NaOH
.5
Na 2 SiO 3 NaOH 0.5 Na 2 SiO3 NaOH
1.0 Na 2 SiO3 NaOH
1.5 Na 2 SiO3 NaOH
2.0 Na 2 SiO3 2 NaOH
.5
Gambar 3 Diagram alir mix desain beton geopolimer
4. PENGUJIAN LABORATORIUM Seluruh pengujian dilakukan di Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan, ITS, Surabaya. Hasil pengujian merupakan evaluasi rata-rata dari 3 benda uji. Kuat mekanik beton diuji dengan tes kuat tekan (ASTM C 39-03) pada benda uji berumur 3, 7, 14, 21 dan 28 hari.
ISBN 978-979-99327-9-2
851
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Gambar 4 Uji kuat tekan beton geopolimer
5. PERAWATAN (CURING) Perawatan pada beton setelah di cetak adalah di diamkan pada suhu ruangan. Tiap benda uji di diamkan dalam ruangan dan di tutup plastik selama 4 hari, untuk pengurangi penguapan. Setelah 4 hari beton di diamkan dalam suhu ruangan,
Gambar 5 Curing Suhu Ruangan Beton Geopolimer
6. HASIL DAN PEMBAHASAN Binder Geopolimer Dari gambar 6 dan 7 dapat dilihat pola kenaikan kuat tekan binder geopolimer. Binder yang memiliki molaritas larutan NaOH 8 molar memiliki pola yang hampir sama yaitu mengalami kenaikan kuat tekan yang signifikan pada rentan usia 0-3 hari. Untuk binder yang memiliki molaritas larutan NaOH 10 molar ,pola kenaikan kuat tekan hampir sama seperti binder 8 molar. Akan tetapi pada binder 10 molar ada beberapa binder yang sudah memiliki kuat tekan yang hampir konstan pada usia 28 hari yaitu binder F dan G. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa binder belum mencapai kekuatan 100 % pada umur 28 hari. Dimungkinkan terjadi kenaikan kuat tekan setelah 28 hari. .
ISBN 978-979-99327-9-2
852
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Gambar 6 Hubungan kuat tekan dengan usia binder molaritas NaOH 8M
Gambar 7 Hubungan kuat tekan dengan usia binder molaritas NaOH 8M
Gambar 8 Hubungan kuat tekan dengan perbandingan aktifator binder Geopolimer Dari gambar 8 dapat dilihat pengaruh rasio aktifator binder serta molaritas larutan NaOH terhadap kuat tekan binder geopolimer. Terdapat 5 jenis rasio perbandingan Na2SiO3/ NaOH yaitu 0.5 , 1, 1.5 , 2 dan 2.5. Dari variasi rasio tersebut diperoleh hasil bahwa binder geopolimer dengan rasio 2.5 memiliki kuat tekan paling tinggi baik untuk molaritas 8 maupun 10 Molar. Adapun binder dengan molaritas larutan NaOH 10 Molar memiliki kuat
ISBN 978-979-99327-9-2
853
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
tekan lebih tinggi dibanding binder dengan molaritas 8 Molar. Dari hasil eksperimental tersebut dapat disimpulkan bahwa, semakin tinggi rasio aktifator Na2SiO3/ NaOH dan Molaritas NaOH ,maka semakin tinggi kuat tekan binder yang dihasilkan.
7. BETON GEOPOLIMER Dari Gambar 9 dan 10 dapat dilihat pola kenaikan kuat tekan beton geopolimer. Secara umum pola kenaikan kuat tekan beton geopolimer kurang lebih sama. Beton geopolimer yang memiliki perbandingan aktifator 2 dan 2,5 memiliki 50 % kuat tekannya pada rentan usia 3-7 hari sedangkan beton dengan perbandingan 0,5; 1 dan 1.5 relatif lambat dalam hal kenaikan kuat tekan . Dengan data ini dapat kita simpulkan bahwa tidak semua beton geopolimer memiliki kuat tekan tinggi pada usia yang relatif muda
Gambar 9 Hubungan Kuat Tekan dan usia beton dengan molaritas larutan NaOH 8 Molar
Gambar 10 Hubungan Kuat Tekan dan Usia Beton dengan Molaritas NaOH 10 Molar
ISBN 978-979-99327-9-2
854
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
Gambar 11. Hubungan Kuat Tekan dan Perbandingan Aktifator Beton Geopolimer Dari gambar 11 dapat dilihat pengaruh rasio aktifator dan molaritas larutan NaOH beton terhadap kuat tekan beton geopolimer. Terdapat 5 jenis rasio yang digunakan baik untuk binder molaritas 8 maupun 10 molar, yaitu 0.5 , 1, 1.5 , 2 dan 2.5. Untuk beton geopolimer molaritas 8 Molar, kuat tekan tertinggi dimiliki oleh beton dengan perbandingan Na2SiO3/NaOH 2. Sedang untuk beton geopolimer molaritas 10M ,kuat tekan tertinggi dimiliki oleh beton dengan perbandingan Na2SiO3/ NaOH 2.5. Adapun perihal pengaruh perbandingan Na2SiO3/NaOH dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi perbandingan aktifator tidak selalu diiringi oleh semakin tingginya kuat tekan beton yang dihasilkan.
8. KESIMPULAN 1. Molaritas aktifator alkalin yaitu NaOH sangat berpengaruh pada kuat mekanik binder maupun beton geopolimer. Semakin tinggi molaritas NaOH, semakin tinggi kuat mekanik beton maupun binder geopolimer yang di hasilkan. Molaritas larutan aktifator yang optimum akan diteliti lebih lanjut. 2. Perbandingan rasio aktifator Na2SiO3/ NaOH juga sangat berpengaruh pada kuat mekanik beton maupun binder geopolimer. Semakin tinggi perbandingan rasio Na2SiO3/ NaOH tidak selalu menghasilkan kuat tekan yang tinggi. Pada molaritas larutan NaOH 8M optimum di perbandingan 2 untuk beton dan 2,5 untuk binder, dan pada 10M optimum di perbandingan 2,5 untuk beton maupun binder geopolimer. 3. Tidak semua beton geopolimer memiliki kuat tekan tinggi pada usia muda.Beton geopolimer dengan perbandingan Na2SiO3/ NaOH 2 dan 2,5 memiliki kuat tekan tinggi pada usia muda. 4. Di rekomendasikan untuk melakukan curing suhu tinggi untuk penelitian berikutnya. 5. Beton geopolimer dengan molaritas 10 M dengan perbandingan aktifator 2 dan 2,5 dapat digunakan sebagi beton struktural.
ISBN 978-979-99327-9-2
855
Seminar Nasional X – 2014 Teknik Sipil ITS Surabaya Inovasi Struktur dalam Menunjang Konektivitas Pulau di Indonesia
9. DAFTAR PUSTAKA 1. ASTM C618-03, 2003, Standard Specification for ‗Fly Ash and Raw or Calcinated Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Portland Cement Concrete, ASTM International, US. 2. ASTM C39-03, 2003, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM International, US. 3. ASTM C496-03, 2003, Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimen, ASTM International, US. 4. Davidovits, J , Geopolymer : Inorganic Polymeric New Material , 1991 5. Davidovits, J , Properties of Geopolymer Cements , 1994 6. Ekaputri, J. J, Triwulan., 2013, Sodium Sebagai Aktifator Fly Ash, Tras dan Lumpur Sidoarjo Dalam Beton Geopolimer, Jurnal Teknik Sipil ITB Vol 20 No. 1 7. Hardjito, D., Wallah S.E., and Rangan B.V., Factor Influencing the Compressive Stength of Fly Ash Based Geopolymer Concrete, 2004 8. Isabella, C., Grant, C., Van Deventer, S.J., The Effect of Agregate Particle Size on Formation of Geopolimeric Gel, 2005 9. Santoso, H., Pengaruh Bahan Tambahan pozzolan Alam (Trass Situbondo) dan Pozzolan Buatan terhadap Sifat Fisik Beton pada Lingkungan Agresif, 1993 10. Wijaya, M , Studi Pendahuluan Pemanfaatan Trass Nagreg sebagai Bahan Semen Pozolan Kapur, 1996
ISBN 978-979-99327-9-2
856
