POTENSI AGREGAT ALWA SEBAGAI BAHAN DASAR BETON GEOPOLIMER BERBAHAN LUMPUR SIDOARJO

Transkripsi

1 POTENSI AGREGAT ALWA SEBAGAI BAHAN DASAR BETON GEOPOLIMER BERBAHAN LUMPUR SIDOARJO M. Shofi ul Amin 1, M. Diky F. 2, Januarti Eka P. 3, Triwulan 4 1 Mahasiswa Program Pascasarjana Teknik Struktur FTSP ITS, ofy.civil@gmail.com 2 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Sipil FTSP ITS, dickycan@yahoo.com 3 Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp , januarti@ce.its.ac.id 4 Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp , triwulan@ce.its.ac.id ABSTRAK Semburan lumpur Sidoarjo (Lusi) yang terus-menerus sampai sekarang mengakibatkan jumlah lumpur yang semakin sulit dikendalikan. Semburan lumpur Sidoarjo sampai bulan Nopember 2011 debit semburan masih stabil pada 10 ribu m 3 /hari. Unsur kimia yang terkandung pada lumpur Sidoarjo didominasi oleh silika (>50%), alumina (26%), dan beberapa unsur lain seperti besi, calsium dan magnesium dengan jumlah yang relatif kecil. Tujuan penelitian ini yaitu memanfaatkan lumpur Sidoarjo sebagai agregat halus ringan buatan (fine ALWA) untuk pembuatan beton geopolimer. Beton ini dibuat dari bahan pasta geopolimer (binder + alkali + naphthalene superplasticizer) dengan ALWA berproporsi 70%Lusi : 30%Fly ash. Langkah penelitian yaitu pembuatan ALWA, selanjutnya difurnace pada variasi suhu 800 o C, 900 o C dan 1000 o C (mengacu pada hasil TGA) tertahan 10 menit. Kemudian dilakukan uji kondisi visual fisik, berat volume dan kuat tekan. Hasil analisis kondisi visual fisik ALWA rata-rata memiliki lebar retak 0,2-0,8 mm dengan panjang retakan mencapai 7 cm. Sedangkan hasil kuat tekan menunjukan variasi pembakaran dengan suhu 800, 900 dan 1000 o C didapatkan masing-masing 2,4 Mpa, 1,9 Mpa dan 1,3 Mpa. Perbandingan binder : ALWA digunakan 1 : 1 dan didapatkan kuat tekan mortar geopolimer rata-rata 4,05 Mpa sehingga berpotensi untuk beton geopolimer. Penelitian selanjutnya dilakukan penambahan superplasticizer untuk menjaga kestabilan alkali dan mengatur workability. Kata kunci: Lusi, fly ash, fine ALWA, geopolimer 1. PENDAHULUAN Geopolimer merupakan polimer yang tersusun teratur menyerupai fungsi ikatan pada semen didalam beton. Geopolimer adalah reaksi antara polymer dan material geologi yang dijadikan pengganti semen seluruhnya yang bertindak sebagai binder utamanya (Nuruddin dkk., 2009). Dalam penelitian ini digunakan bahan utamanya yaitu lumpur Sidoarjo (Lusi) yang melalui proses pembakaran dengan bahan penstabil berupa fly ash Paiton oksida. Fly ash mempunyai kandungan silika dan kapur dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silika yang dikandung oleh abu terbang akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat (Ardiansyah, 2005). Lumpur Sidoarjo mempunyai kandungan Si dan Al yang cukup tinggi sehingga cocok digunakan untuk beton geopolimer (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Selain itu dalam pembuatan pastanya dilakukan secara kimiawi dengan menggunakan Alkali (Na 2 SiO 3 dan NaOH 12M) sebagai aktivatornya dengan perbandingan 2,5. Pengujian kuat tekan maksimum beton geopolimer tercapai pada periode awal begitu pasta selesai dicetak dengan perawatan dengan suhu 60 o C (Hardjito dkk.,2004). ISBN V - 133

2 Tujuan dari penelitian ini yaitu menganalisa kuat tekan pasta dan mortar geopolimer maksimum. Kemudian menganalisa kondisi fisik dan kuat tekan ALWA berproporsi Lusi : Fly ash adalah 7 : 3 dengan komposisi terhadap berat yang akan divariasikan pembakarannya pada suhu 800 o C, 900 o C dan 1000 o C. 9. Gambar 1. Wilayah lokasi dan kondisi lumpur Sidoarjo KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI Lumpur Sidoarjo Lumpur Sidoarjo merupakan material lumpur yang menyembur dari dalam tanah sejak tanggal 29 Mei Melalui uji kimia yang dilakukan oleh balai besar keramik, dapat dilihat bahwa komponen kimia dari lumpur ini mirip dengan komponen kimia dari abu terbang. Tekstur lumpur lapindo adalah pada tabel dibawah. Tabel 1 dan Tabel 2 merupakan hasil uji tekstur tanah lumpur Lapindo yang telah dilakukan oleh penelitian sebelumnya: Tabel 1: Tekstur Tanah Lumpur Sidoarjo Tekstur tanah Presentase (%) Sand (pasir) 11,20 Silt (debu) 59,36 Clay (lempung) 29,44 Sumber: Arya Mufti, 2009 (didalam penelitian Nugroho) Tabel 2: Komposisi Lumpur Kering Didapatkan dengan XRF (%) Compound SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO Na 2 O K 2 O TiO 2 MgO SO 2 LOI Conc Sumber: Balai Besar Keramik, Bandung Abu Terbang (Fly Ash) Fly ash ialah produk sampingan dari hasil pembakaran batu bara. Abu terbang terdiri dari partikel kaca berbentuk sfera yang berdiameter mm dan lolos ayakan 45 mm (ACI 232 2R-96). Untuk melihat kandungan kimia abu terbang ada pada Tabel 3. Tabel 3: Komposisi Abu Terbang Didapatkan dengan XRF (%) Compound SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO Na 2 O K 2 O TiO 2 MgO SO 3 P 2 O 5 LOI Conc Sumber: Ekaputri dan Triwulan, 2006 ISBN V - 134

3 Kajian Penelitian Dasar Geopolimer Hardjito dkk. (2004) telah membuat beton geopolimer menggunakan abu terbang (fly ash) sebagai pengikat. Kuat tekan maksimum beton geopolimer tercapai pada periode awal begitu pasta selesai dicetak. Hasil dari penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 4: Tabel 4. Pengaruh Beberapa Parameter Terhadap Kuat Tekan Sodium Concentration of silicate/naoh Mixture NaOH liquid in liquids ratio by molarity (M) mass 7-day compressive strenght after curing at 60 o C for 24 h, Mpa A-1 8 M 0,4 17,3 A-2 8 M 2,5 56,8 A-3 14 M 0,4 47,9 A-4 14 M 2,5 67,6 Sumber: Hardjito dkk., Gambar 2. Grafik kuat tekan terhadap umur perawatan (Hardjito dkk., 2004) Agregat Ringan Buatan (Artificial Lightweight Agggregat) Agregat Ringan (ASTM C ) dalam pembuatan agregat ringan pada beton secara umum dibagi menjadi 2 jenis antara lain: 1. Group I : agregat ringan yang mempunyai bahan dasar dari pengembangan produk seperti perlite atau vermiculite. 2. Group II : agregat ringan yang dikembangkan dari calcining, atau sintering products seperti blast-furnace slag, clay, diatomite, fly ash, shale, atau slate dan agregat yang dikembangkan dari proses material alami seperti pumice, scoria, atau tuff. Sedangkan pembatasan untuk nilai berat volume agregat dibatasi dalam Tabel 5: Tabel 5. Kebutuhan Berat Volume pada Agregat Ringan Dry Loose Weight lb/ft 3 Size Designation (kg/m 3 ) Min Max Group I: Perlite 7,5 (120) 12 (196) Vermiculite 5,5 (88) 10 (160) ISBN V - 135

4 Group II: Fine aggregate (1120) Coarse anggregate (880) Combined fine and coarse aggregate (1040) Sumber: ASTM C METODOLOGI Tahap pertama yaitu dilakukan persiapan dan analisa material meliputi pengujian TGA/DTA (70%Lusi+30%Fly ash) serta persiapan bahan lumpur Sidoarjo yang sudah dibakar dan lolos ayakan no.200. Kemudian digunakan bahan fly ash tipe F lolos ayakan no.200, alkali activation (Na 2 SiO 3 + NaOH 12 M), Naphthalene Superplasticizer. Tetapi untuk penggunaan NaOH 12 M akan dilakukan pada awal pencampuran saja, sedangkan dalam pengadukannya dicoba menggunakan tambahan air sebagai pelecakannya. Tahap kedua yaitu pembuatan pasta geopolimer dengan campuran (binder + alkali + naphthalene superplasticizer), adapun binder yang digunakan yaitu campuran lumpur bakar dan fly ash dengan perbandingan berat 3 : 1. Adapun besarnya proporsi bahan kimia yaitu Alkali activation sebesar 1/3 berat bindernya, kemudian perbandingan Na 2 SiO 3 dengan NaOH adalah 2,5. Kemudian ditambahkan Naphthalene Superplasticizer sebesar 2,5% terhadap berat bindernya. Tahap ketiga yaitu membuat benda uji ALWA dengan silinder Ф5 x 10cm berbahan 70%Lusi : 30%Fly ash sesuai jumlah yang dibutuhkan. Benda uji itu akan dibakar pada furnace dengan berbagai variasi suhu 800 o C, 900 o C, 1000 o C. Kemudian dilakukan pengujian kondisi visual, berat volume, dan kuat tekan pada masing-masing benda uji dan dijadikan agregat halus ringan pada pembuatan mortar geopolimer. Tahap keempat dilakukan pembuatan mortar geopolimer yaitu dengan mencampurkan antara hasil pasta geopolimer tertinggi ditambahkan agregat halus (berasal dari agregat ringan buatan). Kemudian dilakukan pengujian kuat tekan untuk mengetahui kekuatan mortar geopolimer dengan pengaruh bahan ALWA tersebut. Fine ALWA dibuat dengan menghancurkan benda uji menjadi agregat halus lolos ayakan no.50 tertahan pada ayakan no.100. Perawatan mortar geopolimer dilakukan steam dengan suhu 60 o C selama 3 jam dan diujikan pada umur 3 hari. Tahap kelima/analisis yaitu berisikan tentang hasil pengaruh ALWA dari bahan lumpur Sidoarjo terhadap kuat tekan dari mortar geopolimer. Sehingga dapat diketahui potensi kedepan untuk penggunaan ALWA tersebut pada beton geopolimer. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Persiapan dan Analisa Material Dalam menentukan suhu pembakaran lumpur Sidoarjo dilakukan terlebih dahulu pengujian material dan didapatkan karakteristik material sebagai berikut: ISBN V - 136

5 Gambar 3. Grafik DTA (Differential Thermal Analysis) 100% Lusi Gambar 3 menunjukkan bahwa pembakaran lumpur Sidoarjo pada suhu 800 o C memberikan kekerasan yang baik dan susut yang rendah. Selanjutnya dalam menentukan suhu pembakarn dilakukan terlebih dahulu pengujian material yang bertujuan untuk mengetahui nilai suhu pembakaran optimal pada bahan yang akan dibakar. Sehingga dari hasil pengujian TGA 70%Lumpur Sidoarjo + 30%Fly Ash di laboratorium energi ITS Surabaya didapatkan karakteristik material (Gambar 5): Hasil Analisa ALWA Gambar 4. Benda uji ALWA setelah dibakar Gambar 4 terlihat keretakan memanjang dan melintang disetiap benda uji. Silinder ALWA ini kemudian akan dilakukan pengukuran dimensi (tinggi dan diameter). Sesuai hasil analisa TGA Gambar 5, dilanjukan dengan pengujian kondisi visual, berat volume dan kuat tekan masing-masing benda uji yang disajikan pada Tabel 6, 7 dan 8. Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui tingkat keringan dan kekerasan material. ISBN V - 137

6 Gambar 5. Grafik TGA/DTA (Differential Thermal Analysis) 70% Lusi : 30% Fly ash Dari Gambar 5 dapat diambil suhu yang digunakan untuk pembakaran benda uji ALWA yaitu pada suhu 800 o C, 900 o C dan 1000 o C. Tabel 6. Kondisi visual fisik pada benda uji ALWA Berat (gr) Analisa Fisik (cm) Suhu No.Benda % Susut ( o Sebelum Sesudah Retak C) uji Sebelum Sesudah Berat Ф t Ф t pjg lbr 1 192,5 167,5 4,4 8,8 4,3 8,5 2 0,3 12, ,2 165,3 4,4 8,7 4,3 8,4 2 0,5 14, ,3 166,1 4,4 8,8 4,2 8,4 2 0,6 14, ,3 165,9 4,5 8,8 4,2 8,5 2 0,8 15, ,1 165,4 4,4 8,9 4,2 8,6 1 0,5 15, ,2 163,5 4,4 8,8 4,2 8,5 2 0,7 15, ,6 153,2 4,4 8,8 4,1 8,5 3 0,4 20, ,4 151,6 4,4 8,7 4,2 8,5 4 0,7 21, ,4 155,6 4,4 8,8 4,1 8,5 7 0,8 21,18 Sumber: Hasil Analisa Tabel 6 terlihat bahwa kondisi visual fisik semua benda uji mengalami penyusutan bentuk (sesudah pembakaran) rata-rata pada diameter (Ф) 0,1 cm, tinggi (t) 0,3 cm dan penyusutan berat rata-rata 16,81%. Selain itu benda uji juga mengalami keretakan memanjang rata-rata 2,7 cm dengan lebar retakan berkisar 0,3 0,8 cm. Maksimum besar retakan terdapat pada benda uji dengan pembakaran suhu 1000 o C yaitu dengan panjang retakan mencapai 7 cm dengan lebar 0,8 cm yang disertai dengan susut berat 21,18%. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu pembakaran membuat benda uji ALWA menjadi penyusutan cukup tinggi yang disertai dengan bentuk yang mulai tidak stabil. ISBN V - 138

7 Tabel 7. Berat volume benda uji ALWA Berat volume Suhu No.Benda Berat Dimensi ( o Volume BV C) uji A t (gr) (m 3 ) kg/m 3 (m 2 ) (m) ,0015 0,085 0, , ,0015 0,084 0, , ,0015 0,084 0, , ,0016 0,085 0, , ,0015 0,086 0, , ,0015 0,085 0, , ,0015 0,085 0, , ,0015 0,085 0, , ,0015 0,085 0, ,43 Sumber: Hasil Analisa Rata-rata kg/m , , ,93 Tabel 7 menunjukkan nilai rata-rata berat volume ALWA dengan berbagai suhu pembakaran. Terlihat bahwa rata-rata pada suhu 800 o C, 900 o C, dan 1000 o C memiliki berat volume masing-masing 1294,57 kg/m 3, 1251,86 kg/m 3 dan 1186,93 kg/m 3. Jika dibandingkan pada syarat agregat ringan (ASTM C ) dengan berat volume 1120 kg/m 3 masih belum terpenuhi (mendekati). Tetapi dengan melihat hasil diatas, maka semakin tinggi suhu dan durasi pembakaran semakin ringan berat volumenya (lihat gambar 6). Hal ini menunjukkan bahwa bahan lumpur Sidoarjo berpotensi untuk dijadikan ALWA. Sehingga dalam penelitian berikutnya akan digunakan suhu diatas 1000 o C dengan variasi durasi pembakaran dan bahan penstabilnya (fly ash). Berat Volume Agregat Ringan Rata-rata BV (kg/m3) Gambar 6. Grafik berat volume ALWA terhadap suhu pembakaran ISBN V - 139

8 Tabel 8. Hasil kuat tekan benda uji ALWA Kuat Tekan Suhu ( o C) No.Benda uji Bacaan alat Luas permukaan MPa Newton A (mm 2 ) ,6 1452,7 2, ,8 1452,7 2, ,4 1386,0 1, ,0 1386,0 2, ,2 1386,0 2, ,6 1320,7 1, ,4 1386,0 0, ,0 1320,7 2,228 Sumber: Hasil Analisa Ratarata Mpa 2,4 1,9 1,3 Tabel 8 diatas menunjukkan nilai rata-rata kuat tekan benda uji setelah pembakaran dengan suhu 800 o C, 900 o C, dan 1000 o C berturut-turut yaitu 24,324 kg/cm 2, 18,614 kg/cm 2, dan 13,148 kg/cm 2. Jadi disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu pembakaran, maka semakin rendah kuat tekan yang dihasilkan (lihat gambar 7). Hal ini sesuai dengan analisa hasil TGA pada pencampuran 70%Lusi + 30%Fly ash. Kuat Tekan ALWA Rata-rata Kuat Tekan (Mpa) Gambar 7. Grafik kuat tekan ALWA terhadap suhu pembakaran Mortar Geopolimer Mortar geopolimer dibuat dengan mencampurkan antara pasta geopolimer dengan agregat halus (ALWA) pada kuat tekan tertinggi. Adapun perbandingannya yaitu 1 : 1. Benda uji dibuat dengan mencampurkan binder+alwa kemudian diberikan zat kimia yang sudah disiapkan (dijelaskan pada metodologi). Hasil cetakan dapat dilihat pada Gambar 7. ISBN V - 140

9 Gambar 8. Benda uji mortar geopolimer setelah di steam 60 o C selama 3 jam Kendala yang dihadapi adalah workability yang sulit, maka ditambahkan air 100ml (tiap 3 benda uji uk.5x5x5) agar bisa dikerjakan dengan mudah. Tetapi penambahan ini akan berakibat pada pengaruh molaritas NaOH semakin rendah. Hal ini juga berakibat kuat tekan menjadi kurang bagus. Hasil kuat tekan akan disajikan pada Tabel 9. Tabel 9. Hasil kuat tekan benda uji mortar geopolimer Kuat Tekan No. Suhu Bacaan Luas ( o Benda C) alat A kg/cm uji Mpa kg cm Sumber: Hasil Analisa Ratarata Mpa 4.05 Tabel 9 memberikan nilai rata-rata kekuatan mortar geopolimer dengan tambahan ALWA sebagai agregat halus adalah 4,05 Mpa. Nilai kuat tekan ini bisa berpotensi sebagai beton geopolimer, karena mortar tersebut masih memiliki kekuatan yang cukup untuk digunakan sebagai beton non-struktural. Adapun pengaruh kekuatan yaitu pada campuran polimer yang terjadi. Maka disarankan untuk mengatur workability adalah dengan menambahkan superplasticizer. Agar molaritas NaOH tetap stabil yang akan berpengaruh besar pada alkali yang digunakan. 5. KESIMPULAN Penelitian ini dapat disimpulkan antara lain: 1. Suhu pembakaran pada ALWA dengan proporsi Lusi dengan Fly ash 7 : 3 terhadap beratnya adalah 800 o C dengan rata-rata kuat tekan 2,4 Mpa. Sedangkan rata-rata berat volumenya adalah 1294,57 kg/m Sesuai yang disyaratkan oleh ASTM C berat volume ALWA (fine aggregate) belum memenuhi syarat dengan selisih 174,57 kg/m 3. Sehingga disarankan untuk menambah variasi proporsi ALWA dan waktu suhu bakar. 3. Fine ALWA berpotensi sebagai campuran pengganti agregat halus pada beton geopolimer. ISBN V - 141

10 6. DAFTAR PUSTAKA 1. America Society for Testing and Material (1995), Concrete and Mineral Agregat. Annual Book of ASTM Standards, vol Davidovits, J. (1994), Properties of Geopolymer Cements. Geopolimer Institute. France : Saint-Quentin. 3. Hardjito, D., Wallah, Sumajouw, dan Rangan (2004), Development of Fly Ash- Based Geopolymer Concrete, ACI Mater. No.101, hal Nuruddin, M.F., Kusbiantoro, dan Qazi (2009), Development of Polymeric Concrete For Sustainable Futures, dalam Platform, eds. Ahmad, F., Isa, M.T., Victor, M., dkk., Universiti Teknologi Petronas, Malaysia, hal Subari dan Abdul R. (2008), Pembuatan Bata Beton Ringan Untuk Diterapkan di IKM Bahan Bangunan. Jurnal Bahan Galian Industri, Vol.12, No.33, hal Triwulan dan Ekaputri, Januarti J. (2006), Study on Porong Mud-Based Geopolimer Concrete.Teknik Sipil ITS. ISBN V - 142