PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na 2 O / SiO 2 ) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH BASED GEOPOLYMER

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na 2 O / SiO 2 ) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH BASED GEOPOLYMER (Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na 2 O / SiO 2 ) on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer) SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun Oleh : ERVIN NINGTYAS NIM I JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 i

2 digilib.uns.ac.id PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na 2 O / SiO 2 ) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH BASED GEOPOLYMER (Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na 2 O / SiO 2 ) on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer) SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun Oleh : ERVIN NINGTYAS NIM I Persetujuan : Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II S. A. Kristiawan, ST, MSc, (Eng), commit Ph.D to user Ir. Sunarmasto, MT NIP NIP ii

3 HALAMAN PENGESAHAN digilib.uns.ac.id PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na 2 O / SiO 2 ) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH BASED GEOPOLYMER (Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na 2 O / SiO 2 ) on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer) SKRIPSI Disusun Oleh : ERVIN NINGTYAS NIM I Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari : Senin, 15 November S A Kristiawan, ST, MSc, (Eng), Ph.D NIP Ir. Sunarmasto, MT NIP Edy Purwanto, ST, MT NIP Endah Safitri, ST, MT NIP Disahkan, Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Ir. Agus Sumarsono, MT NIP Mengetahui, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Pembantu Dekan I Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Ir. Noegroho Djarwanti, MT Ir. Bambang Santosa, MT NIP NIP iii

4 digilib.uns.ac.id MOTTO Jangan pernah merasa khawatir karena kekhawatiran adalah penyebab aktivitas dan pikiran kita menjadi tidak produktif.... PERSEMBAHAN Kupersembahkan karyaku ini untuk : Bapak dan Ibuku, atas cinta, kasih sayang, doa, dan dukungan yang kalian berikan selama ini Adikku Fery di rumah, Umi, om Har, mb Bhekti, dan seluruh keluargaku atas doa dan dukungannya Seseorang yang masih menjadi rahasia Allah untuk menjadi pendamping hidupku kelak Temen 2 satu kelompokku, temen 2 angkatan 2006, 2004, 2005, 2007, anak 2 Mess UFO, anak 2 GAMARESA, anak 2 HMTE dan yang lainnya yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu, terimakasih atas persahabatan yang kita jalin selama ini Special thanks to PAK IWAN, PAK MASTO atas bimbingannya selama ini iv

5 digilib.uns.ac.id Almamaterku, Universitas Sebelas Maret Surakarta v

6 digilib.uns.ac.id ABSTRAK Ervin Ningtyas, PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na 2 O / SiO 2 ) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH BASED GEOPOLYMER. Skripsi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk dikembangkan lebih lanjut. Namun penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) dan sodium hidroksida (NaOH). Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh molaritas NaOH dan modulus alkali Na 2 O/SiO 2 yang mempunyai setting time paling cepat, untuk kemudian dapat dibuat grafik hubungan pengaruh penambahan molaritas NaOH dan variasi modulus alkali (Na 2 O/SiO 2 ) pada geopolymer terhadap konstanta A. Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah dengan mengadakan suatu percobaan di laboratorium secara langsung untuk mendapatkan data atau hasil yang menghubungkan antara variabel bebas dan variabel terikat yang diamati. Dalam percobaan ini akan dicatat jatuhnya penetrasi sehingga akan didapatkan waktu inital dan final setting time sebagai titik tembaknya. Dari hasil analisis, pengaruh molaritas NaOH dan modulus alkali Na 2 O/SiO 2 terhadap setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power yaitu P = A(t t 0 ) B dengan A dan B sebagai konstanta. Pada molaritas NaOH maupun modulus alkali Na 2 O/SiO 2, didapatkan konstanta B yang setara yaitu sebesar -0,23 untuk molaritas NaOH dan -0,18 untuk modulus alkali Na 2 O/SiO 2. Untuk konstanta A tergantung pada variasi jumlah molaritas dan modulus alkalinya. Dari grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A didapatkan persamaan y = 1,357x 2 20,21x + 121,9 dengan variabel x sebagai molaritas NaOH dan y sebagai konstanta A. Dari grafik hubungan antara modulus alkali Na 2 O/SiO 2 dan konstanta A didapatkan persamaan y = 14,28x 2 43,65x + 77,25 dengan variabel x sebagai modulus alkali (Na 2 O/SiO 2 ) dan y sebagai konstanta A. Dari kedua persamaan ini didapatkan komposisi molaritas NaOH dan modulus alkali Na 2 O/SiO 2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada molaritas 8 molar dan modulus alkali 1,25. Kata kunci : Fly ash, Geopolymer, Setting time, Modulus alkali Na 2 O/SiO 2, Molaritas NaOH v

7 digilib.uns.ac.id PENGANTAR Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan rahmat dan hidayah-nya maka penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan S-1 di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengambil judul skripsi Pengaruh Molaritas NaOH dan Modulus Alkali (Na 2 O / SiO 2 ) Terhadap Setting Time Fly Ash Based Geopolymer. Skripsi ini tidak dapat terselesaikan tanpa bantuan dari pihak-pihak yang ada di sekitar penulis, karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak S. A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I. 4. Bapak Ir. Sunarmasto, MT selaku Dosen Pembimbing II. 5. Tim Penguji Pendadaran. 6. Bapak S. J. Legowo, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik. 7. Staf pengelola/laboran Laboratorium Bahan Bangunan dan Struktur Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. 8. Teman-teman Tim : Rahma, Ika, Vely, Cahyo, Riza, Agus, Windha, Heri, Fahri, Andi, Ari, Dimas, Uus, mb Dwi, dan Rosyid yang telah membantu selama di laboratorium. 9. Teman-teman Mahasiswa Sipil 2006 UNS. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. vii

8 digilib.uns.ac.id Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada khususnya. Surakarta, November 2010 Penyusun viii

9 digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN MOTTO DAN PESEMBAHAN... iv ABSTRAK... v PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR NOTASI... xv BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Manfaat Praktis Manfaat Teoritis... 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pendahuluan Fly Ash - Based Geopolymer Mortar Geopolymer Geopolymer Mortar Fly Ash Fly Ash - Based Geopolymer Mortar ix

10 digilib.uns.ac.id 2.3. Potensi Fly Ash - Based Geopolymer Mortar Alkaline Activator (Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida) Sodium Silikat Sodium Hidroksida Molaritas Modulus Alkali Setting Time Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali terhadap Setting Time BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Tinjauan Umum Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji Air Fly Ash Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida Benda Uji Jenis Benda Uji Pembuatan Benda Uji Prosedur Pengujian Benda Uji Alat-alat yang Digunakan Prosedur Pengujian Setting Time BAB 4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis data Pengamatan berdasar Molaritas NaOH Pengamatan berdasar Modulus Alkali (Na 2 O/SiO 2 ) Pembahasan x

11 digilib.uns.ac.id BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... xvi xi

12 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al... 7 Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash dengan Sodium Silikat Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash dengan Sodium Hidroksida Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan fly ash - based geopolymer Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian Gambar 4.1. Hubungan Molaritas NaOH dan Waktu Tercapainya Setting Time.. 29 Gambar 4.2. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol Gambar 4.3. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol Gambar 4.4. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol Gambar 4.5. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol Gambar 4.6. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power Gambar 4.8. Hubungan Modulus Alkali Na 2 O/SiO 2 dan Waktu Tercapainya Setting Time Gambar 4.9. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1, Gambar 4.11.Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1, xii

13 digilib.uns.ac.id Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1, Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal Gambar Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi Power xiii

14 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian Tabel 3.2. Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH Tabel 3.3. Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali Na 2 O/SiO Tabel 4.1. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Molaritas NaOH Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na 2 O/SiO Tabel 4.4. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mal xiv

15 digilib.uns.ac.id DAFTAR NOTASI M P A & B t t 0 r Dt 2 D 2 = molaritas (Molar) = penetrasi resistance = konstanta = waktu penetrasi = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca ( skala penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas ) = koefisien korelasi = jumlah dari kuadrat selisih antara nilai data dan nilai rerata = jumlah dari kuadrat selisih antara nilai data dan fungsi g(x) xv

16 digilib.uns.ac.id 1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Beton adalah campuran dari beberapa material seperti semen, air, batu pecah, pasir dan admixture. Semen jika diaduk dengan air akan terbentuk adukan pasta semen, sedangkan jika ditambah pasir menjadi mortar semen dan jika ditambah lagi dengan batu pecah disebut beton. Admixture hanya sebagai bahan tambah selain unsur pokok beton yang ditambahkan dalam jumlah relatif sedikit pada adukan beton sebelum, segera atau selama pengadukan beton. Tujuannya untuk mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan beton segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas (mengurangi sifat getas) dan sebagainya. Beton merupakan bahan struktur yang sering digunakan dalam sebuah konstruksi. Hal ini disebabkan beton mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan-bahan lain diantaranya adalah harga yang relatif murah dikarenakan material dasar beton dari bahan-bahan lokal, memiliki kuat desak yang tinggi, kemampuannya untuk dicetak menjadi bentuk yang sangat beragam, serta ketahanannya yang baik terhadap cuaca dan lingkungan sekitar. Selain memiliki kelebihan beton juga memiliki kelemahan antara lain seperti kecenderungan untuk retak, mempunyai berat sendiri yang besar, kualitas beton tergantung pada sifat bahan dan cara pelaksanaanya, mempunyai kuat tarik yang sangat rendah, mengalami kesulitan dalam pembongkaran, serta terjadinya deformasi antara lain berupa rangkak (creep) dan susut (shrinkage). Beton dapat mengalami kerusakan karena berbagai faktor seperti serangan asam, korosi, beban yang berlebih dan lain-lain. Kerusakan-kerusakan yang timbul diantaranya terjadi retak-retak, delaminasi, spalling (terlepasnya bagian beton 1

17 digilib.uns.ac.id 2 atau rontok), scalling (pengelupasan), void (berlubang). Perbaikan konstruksi beton pada suatu konstruksi bangunan yang diakibatkan oleh kerusakan-kerusakan tersebut sangat diperlukan karena bertujuan untuk mengembalikan daya dukung konstruksi beton kepada kondisi yang direncanakan. Kerusakan atau perubahan yang terjadi pada permukaan struktur dan massa struktur beton tidak serta merta merusak konstruksi beton secara keseluruhan, beberapa metode dan bahan dapat dilakukan untuk mengatasi kerusakan tersebut seperti metode penambalan (patching), grouting, beton tembak (shotcrete) dan coating sebagai bahan pelapis. Metode dan bahan yang dipakai harus disesuaikan dengan kondisi kerusakan permukaan yang terjadi sehingga daya dukung konstruksi dapat dikembalikan seperti semula sesuai dengan yang direncanakan tanpa penambahan kapasitas. Dalam perbaikan beton dengan cara penambalan (patching) perlu diperhatikan syarat-syarat material yang digunakan untuk patch repair. Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk material patch repair yaitu diantaranya mampu menyatu atau melekat erat dengan beton yang akan di patch repair, dapat menyesuaikan bentuk beton yang akan di patch repair dan tidak mengurangi kekuatan beton setelah dilakukan patch repair. Harga jenis material patch repair beton di pasaran yang beredar relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair yang dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar. Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan yang direkatkan. Pada penelitian ini, mortar yang digunakan sebagai material repair dikembangkan lebih lanjut menjadi geopolymer mortar berbahan dasar fly ash. Geopolymer mortar adalah mortar yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), fly ash sebagai pengganti semen, air, dan alkaline activator sebagai pengikatnya yaitu sodium silikat dan sodium hidroksida. Penggantian semen dengan fly ash berpotensi menambah commit keawetan to user beton. Geopolymer mortar sangat

18 digilib.uns.ac.id 3 potensial digunakan sebagai patch repair karena mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya rendah, tahan terhadap api dan serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki nilai susut yang lebih rendah dibandingkan mortar semen biasa. Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk dikembangkan lebih lanjut. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Namun penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) dan sodium hidroksida (NaOH). Dalam pembuatan fly ash based geopolymer mortar ini, digunakan variasi molaritas NaOH dan modulus alkali (Na 2 O / SiO 2 ) untuk mendapatkan fly ash based geopolymer mortar yang memenuhi persyaratan setting time sebagai material repair Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka dapat diambil suatu rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh molaritas NaOH terhadap setting time fly ash based geopolymer? 2. Bagaimana pengaruh modulus alkali (Na 2 O / SiO 2 ) terhadap setting time fly ash based geopolymer?

19 digilib.uns.ac.id Batasan Masalah Agar penelitian ini tidak terlalu luas tinjauannya dan tidak menyimpang dari rumusan masalah di atas maka perlu adanya pembatasan masalah yang ditinjau, tinjauan tersebut dibatasi oleh: 1. Repair material yang dikembangkan adalah geopolymer. 2. Fly Ash yang digunakan yaitu tipe C yang diambil dari P.T. Jaya Ready Mix, Sukoharjo. 3. Alkaline activator yang digunakan adalah Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 ) jenis BE 58 R 2,3. 4. Batas penentuan setting time dari polimerisasi fly ash based geopolymer serupa dengan batas penentuan setting time dari hidrasi semen Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh komposisi campuran sodium silikat dan sodium hidroksida yang akan menghasilkan geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time Manfaat Penelitian Manfaat Teoritis Dengan adanya penelitian ini, maka didapat komposisi formula campuran fly ash based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat digunakan dalam pekerjaan patch repair (penambalan) dengan kinerja yang baik Manfaat Praktis Hasil penelitian ini dapat menjadi petunjuk praktis di lapangan mengenai komposisi formula fly ash based geopolymer yang paling efektif untuk digunakan dalam pekerjaan patch repair (penambalan).

20 digilib.uns.ac.id 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pendahuluan Beton adalah bahan gabungan yang terdiri dari agregat kasar dan halus yang dicampur dengan air dan semen sebagai pengikat dan pengisi antara agregat kasar dan halus, seringkali ditambahkan admixture atau additive bila diperlukan (Subakti, 1994). Beton juga dapat didefinisikan sebagai bahan bangunan dan konstruksi yang sifat-sifatnya dapat ditentukan terlebih dahulu dengan mengadakan perencanaan dan pengawasan yang teliti terhadap bahan-bahan pembentuknya (Samekto, 2001). Beton adalah material yang tahan lama namun terkadang masih ada beton yang perlu diperbaiki, masalahnya adalah defisiensi secara struktural, estetika atau keduanya. Secara umum defisiensi dapat disebabkan oleh desain yang salah, kualitas kerja yang jelek, lingkungan agresif yang tidak normal, beban struktural yang berlebihan, kecelakaan, dan kombinasinya. Perbaikan dan restorasi menjadi perlu untuk mengembalikan beton kepada kondisi yang memuaskan dari kemampuan struktural, ketahanan, maupun penampilan ( Nugraha, 2007:226). Salah satu metode untuk memperbaiki kerusakan tersebut adalah dengan penambalan (patch repair). Harga material patch repair yang beredar di pasaran saat ini relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair yang dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar yang tentunya lebih murah. Material yang sering dipakai adalah monomer mortar dan geopolymer mortar. Geopolymer adalah sebuah senyawa silikat alumino anorganik yang disintesiskan dari bahan-bahan produk sampingan seperti fly ash (abu terbang), abu kulit padi (rice husk ash) dan lain-lain, yang banyak mengandung silikon dan alumunium (Davidovits, 1997). Geopolymer mortar dihasilkan dengan sepenuhnya 5

21 digilib.uns.ac.id 6 mengganti semen portland biasa (OPC) dengan fly ash. Dari konferensi Concrete 2001 yang diselenggarakan di Perth, Australia, dilaporkan penggunaan HVFA (high volume fly ash) concrete atau beton dengan kandungan fly ash tinggi pada sejumlah proyek infrastruktur, demikian pula penggunaan bahan buangan lain seperti slag, menunjukkan hasil memuaskan di lapangan. Dalam waktu singkat di masa mendatang, penggunaan beton jenis ini diperkirakan akan meningkat dengan cepat. Selain lebih ramah lingkungan, dapat mengurangi jumlah energi yang diperlukan karena berkurangnya pemakaian semen, lebih awet dan lebih murah, bahan ini juga tetap menunjukkan perilaku mekanik yang memuaskan. Perkembangan mutakhir yang menjanjikan adalah penggunaan fly ash sepenuhnya sebagai pengganti semen lewat proses yang disebut polimerisasi anorganik (kadang disebut geopolimer) yang dipelopori oleh seorang ilmuwan Perancis, Prof. Joseph Davidovits, sekitar 20 tahun lalu. Fly ash based geopolymer mortar sendiri tidak dapat mengeras seperti halnya semen, maka dibutuhkan alkaline activator sebagai pengikatnya. Fly ash based geopolymer mortar dengan metode aktivasi larutan alkali adalah mortar yang menggunakan fly ash sebagai bahan pengganti semen seluruhnya dengan menggunakan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) sebagai alkali aktivator untuk mengikat fly ash Fly Ash Based Geopolymer Mortar Mortar Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan yang direkatkan. Tjokrodimuljo (1996), menyebutkan bahwa mortar yang baik harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: murah, commit tahan lama to user (awet), mudah dikerjakan (diaduk,

22 digilib.uns.ac.id 7 diangkut, dipasang, dan diratakan), melekat dengan baik dengan batu, cepat kering/keras, tahan terhadap rembesan air, dan tidak timbul retak-retak setelah dipasang Geopolymer Geopolymer adalah senyawa anorganik silikat alumino yang disintesiskan dari bahan-bahan yang banyak mengandung silikon dan aluminium lewat proses polimerisasi. Dalam reaksi polimerisasi ini Alumunium (Al) dan Silica (Si) mempunyai peranan penting dalam ikatan polimerisasi (Davidovits, 1994). Proses polimerisasi menghasilkan suatu rantai dalam bentuk tiga struktur dimensional dimana masing-masing terdiri dari bentuk ikatan-ikatan polymeric Si-O-O-Al (Polysialate). Polysialate-polysialate ini dibagi dalam 3 jenis yaitu Polysialate (Si- O-Al-O), Polysialate-Siloxo (Si-O-Al-O-Si-O) dan Polysialate-Disiloxo (Si-O-Al- O-Si-O-Si-O). Proses geopolimerisasi adalah suatu reaksi kimia antara aluminosilika oksida (Si 2 O 5, Al 2 O 2 ) dengan alkali polysialate. Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al Sumber : About geopolymerization, Geopolymer Institute, Geopolymer merupakan polimer anorganik aluminosilikat yang sangat kompleks. Salah satu parameter proses geopolimerisasi adalah reaktan yang digunakan, yaitu SiO 2, H 2 O dan NaOH. SiO 2 meningkatkan kuat tekan namun keberadaan H 2 O justru memperlemahnya. NaOH membantu mengoptimalkan kuat tekan namun

23 digilib.uns.ac.id 8 NaOH berlebih justru menghambat solidifikasi geopolimer (H. Fansuri et al dalam Akta Kimindo Vol. 3 No.2 April 2008) Geopolymer Mortar Geopolymer mortar adalah mortar dengan bahan pengikat menggunakan material alami. Material alami yang digunakan adalah material yang memiliki kandungan oksida silika dan alumina tinggi. Fly ash dipilih sebagai bahan dasar penelitian ini karena kandungan silika dan aluminanya yang tinggi. Fly ash yang digunakan harus diaktifkan dengan larutan alkali berupa sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) sebagai katalisatornya untuk meningkatkan reaksi polimerisasi. Geopolymer mortar sangat potensial digunakan sebagai patch repair karena mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya rendah, tahan terhadap api dan serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki nilai susut yang lebih rendah dibandingkan mortar semen biasa Fly Ash Fly ash adalah material yang berasal dari sisa pembakaran batu bara yang tidak terpakai. Material ini mempunyai kadar bahan semen yang tinggi dan mempunyai sifat pozzolanik, yaitu dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen saat proses hidrasi dan membentuk senyawa yang bersifat mengikat pada temperatur normal dengan adanya air (Himawan, dan Darma, 2000). Komposisi dari fly ash sebagian besar terdiri dari silikat dioksida (SiO 2 ), alumunium (Al 2 O 3 ), besi (Fe 2 O 3 ), dan kalsium (CaO), serta magnesium, potasium, sodium, titanium, dan sulfur dalam jumlah yang lebih sedikit. Sebagian besar komposisi kimia dari fly ash ini tergantung dari tipe batu bara. Fly ash memiliki butiran yang lebih halus daripada butiran semen dan mempunyai sifat hidrolik. Oleh karena itu fly ash tidak sekedar menambah kekuatan mortar. Secara mekanik fly ash ini akan mengisi ruang kosong (rongga) di antara butiranbutiran, dan secara kimiawi akan commit memberikan to user sifat hidrolik pada kapur mati yang

24 digilib.uns.ac.id 9 dihasilkan dari proses hidrasi, dimana mortar hidrolik ini akan lebih kuat daripada mortar udara (kapur mati + air) (Suhud, 1993). Fly ash termasuk bahan pozolan buatan yang memiliki sifat pozolanik. Sifat fly ash tersebut membuat fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada umumnya dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat juga menurunkan panas hidrasi semen. Keuntungan pemakaian fly ash pada beton adalah: 1. Beton akan lebih kedap air karena kapur bebas yang dilepas pada proses hidrasi akan terikat oleh silikat dan alumina aktif yang terkandung di dalam fly ash dan menambah pembentukan silika gel, yang berubah menjadi kalsium silikat hidrat yang akan menutupi pori pori yang terbentuk sebagai akibat dibebaskannya Ca(OH) Mempermudah pengerjaan beton karena beton lebih plastis. 3. Mengurangi jumlah air yang digunakan (FAS), sehingga kekuatan beton akan meningkat. 4. Menurunkan panas hidrasi yang terjadi, sehingga dapat mencegah terjadinya retak. 5. Relatif dapat menghemat biaya karena akan mengurangi pemakaian semen (Hidayat, 1993). Kelemahan pemakaian fly ash pada beton adalah: 1. Pemakaian fly ash kurang baik untuk pengerjaan beton yang memerlukan waktu pengerasan dan kekuatan awal yang tinggi, karena proses pengerasan dan penambahan kekuatan betonnya agak lambat. 2. Pengendalian mutu harus sering dilakukan karena mutu fly ash sangat tergantung pada proses pembakaran (suhu) serta jenis batubaranya (Husin, 1998).

25 digilib.uns.ac.id 10 Menurut (Himawan, dan Darma 26), penggunaan fly ash dalam campuran beton memiliki berbagai keunggulan, yaitu : a) Pada beton segar, kehalusan dan bentuk partikel fly ash yang bulat dapat meningkatkan workability serta mengurangi terjadinya bleeding dan segregasi. b) Pada beton keras, fly ash dapat meningkatkan kuat tekan beton setelah ± 52 hari, meningkatkan durabilitas beton, meningkatkan kepadatan (density) beton, serta mengurangi terjadinya penyusutan beton Fly Ash-Based Geopolymer Mortar Mortar geopolymer merupakan senyawa silikat alumina anorganik yang disintesiskan dari bahan sampingan fly ash yang banyak mengandung silikon dan aluminium. Fly ash merupakan debu yang dihasilkan dari sisa pembakaran Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara. Geopolymer dapat disintesis dengan mencampur bahan alumino-silikat reaktif (fly ash) dan alkali aktivator (NaOH dan Na 2 SiO 3 ) untuk meningkatkan reaksi polimerisasi. Selama pembentukan kimia geopolymer ini pada akhirnya akan mempengaruhi mutu geopolymer itu. Dapat dikatakan bahwa air tidak mempunyai peran penting dalam menentukan hidrasi yang berkualitas, dimana proses ini akan mempengaruhi mutu mortar. Variabel yang mempengaruhi sifat-sifat adukan mortar dan hasil modifikasi geopolymer yang diperkeras dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti jenis geopolymer, rasio antara geopolymer dengan semen, rasio air dengan semen, kandungan air dengan kondisi perawatan. Selain itu, sifat-sifat campuran yang baru akan sangat bervariasi tergantung pada komposisi campuran.

26 digilib.uns.ac.id Potensi Fly Ash-Based Geopolymer Mortar Geopolymer mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitas rendah, tahan api dan serangan asam, kuat tekan tinggi dan susut rendah dibandingkan dengan mortar semen biasa. Dalam penelitian ini digunakan fly ash sebagai bahan dasar geopolymer mortar. Fly ash merupakan limbah dari pembakaran batubara yang banyak dihasilkan oleh PLTU. Fly ash termasuk bahan pozzolan buatan yang memiliki sifat pozzolanik. Karena bersifat pozzolanik, fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada umumnya dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat. Selain itu fly ash juga dapat menurunkan panas hidrasi semen. Fly ash cukup baik untuk digunakan sebagai bahan ikat karena kandungan utamanya adalah silikon dioksida (SiO 2 ), alumunium (Al 2 O 3 ) dan ferrum oksida (Fe 2 O 3 ). Oksida-oksida tersebut dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen ketika bereaksi dengan air. Clarence (1966: 24) menjelaskan dengan pemakaian fly ash sebesar 20 30% terhadap berat semen maka jumlah semen akan berkurang secara signifikan dan dapat menambah kuat tekan beton. Pengurangan jumlah semen akan menurunkan biaya material sehingga efisiensi dapat ditingkatkan, sekaligus sebagai bentuk pemanfaatan limbah yang akan membantu menjaga kelestarian lingkungan Alkaline Activator (Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida) Sodium silikat dan sodium hidroksida digunakan sebagai alkaline aktivator (Hardjito Djuwantoro, dkk, 2004). Sodium silikat mempunyai fungsi untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Sedangkan sodium hidroksida berfungsi untuk mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash sehingga dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat.

27 digilib.uns.ac.id Sodium Silikat Sodium silikat merupakan salah satu bahan tertua dan paling aman yang sering digunakan dalam industri kimia. Hal ini dikarenakan proses produksi yang lebih sederhana maka sejak 1818 sodium silikat berkembang dengan cepat. Sodium silikat dapat dibuat dengan 2 proses yaitu proses kering dan proses basah. Pada proses kering, pasir (SiO 2 ) dicampur dengan sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) atau dengan pottasium carbonate (K 2 CO 3 ) pada temperatur o C. Hasil reaksi tersebut menghasilkan kaca (cullets) yang dilarutkan kedalam air dengan tekanan tinggi menjadi cairan yang bening dan agak kental. Sedangkan pada proses pembuatan basah, pasir (SiO 2 ) dicampur dengan sodium hidroxide (NaOH) melalui proses filtrasi akan menghasilkan sodium silikat yang murni (Andi dan Calvin, 2006). Sodium silikat terdapat dalam 2 bentuk, yaitu padatan dan larutan. Untuk campuran beton lebih banyak digunakan dengan bentuk larutan. Sodium silikat atau yang lebih dikenal dengan water glass, pada mulanya digunakan sebagai campuran dalam pembuatan sabun. Tetapi dalam perkembangannya sodium silikat dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, antara lain untuk bahan campuran semen, pengikat keramik, coating, campuran cat serta dalam beberapa keperluan industri, seperti kertas, tekstil dan serat. Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa sodium silikat dapat digunakan untuk bahan campuran dalam beton (Hartono, B. dan Sutanto, E., 2005). Dalam penelitian ini, sodium silikat digunakan sebagai salah satu alkaline activator. Sodium silikat ini merupakan salah satu larutan alkali yang memainkan peranan penting dalam proses polimerisasi karena sodium silikat mempunyai fungsi untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Reaksi terjadi secara lebih cepat pada larutan alkali yang banyak mengandung larutan silikat seperti sodium silikat ataupun potassium siikat dibandingkan larutan alkali yang banyak mengandung larutan hidroksida. Di dalam Gambar 2.2. ditunjukkan campuran fly ash dengan sodium silikat yang diamati dalam ukuran commit mikrostruktur, to user terlihat bahwa campuran antara

28 digilib.uns.ac.id 13 fly ash dan sodium silikat membentuk ikatan yang sangat kuat namun banyak terjadi retakan-retakan antar mikrostruktur. Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash dengan Sodium Silikat (Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004) Sodium Hidroksida Sodium hidroksida yang digunakan sebagai alkali aktivator berfungsi untuk mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung di dalam fly ash sehingga dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat. Sedangkan sodium silikat mempunyai fungsi untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Penambahan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) dan sodium hidroksida (NaOH) membuat beton menjadi basa (Hardjito, Djuwantoro, dkk : Factor Influencing the Compressive Strength of Fly Ash-Based Geolpolymer Concrete). Gambar 2.3. menunjukkan campuran fly ash dengan sodium hidroksida yang diamati dalam ukuran mikrostruktur. Terlihat bahwa campuran antara fly ash dan sodium hidroksida membentuk ikatan yang kurang kuat tetapi menghasilkan ikatan yang lebih padat dan tidak ada retakan seperti pada campuran sodium silikat dan fly ash.

29 digilib.uns.ac.id 14 Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash dengan Sodium Hidroksida (Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004) 2.5. Molaritas Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan. Molaritas dapat ditentukan dengan rumus : jumlah mol zat terlarut Molaritas= 1lt laru tan berat NaOH = 40 ( Ar dari NaOH) 1 x volume ( liter) air( liter) Dalam pengujian ini akan ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium hidroksida (NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap setting time, sehingga juga dapat diketahui apakah dengan penambahan pada konsentrasi hidroksida (NaOH) dapat meningkatkan kekuatan mortar. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na 2 O.

30 digilib.uns.ac.id Modulus Alkali Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium silikat (Na 2 SiO 3 ), dan air distilat (H 2 O), yang masing-masing komponen memiliki peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat. SiO 2 adalah reaktan penting dalam geopolimerisasi, dimana peningkatan kandungan SiO 2 akan memperbesar kuat tekan. Sumber silika (SiO 2 ) yang dipelajari berasal dari abu layang dan Na-silikat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SiO 2 berpengaruh positif dan H 2 O berpengaruh negatif terhadap kuat tekan. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun NaOH yang tersisa dapat terdegradasi menjadi Na 2 O yang pada akhirnya memperlemah solidifikasi geopolimer. Pada saat fly ash-based geopolymer dipanaskan, terjadi penguapan molekulmolekul air. Jika di dalam sistem fly ash-based geopolymer sudah tidak lagi terdapat molekul air, penguapan molekul air dapat pula terjadi dari molekul NaOH yang terdehidrasi menjadi oksida natrium (Windholtz, 1976). 2NaOH (aq) Na 2 O (s) + H 2 O (l) Kondisi seperti ini sudah tentu tidak dikehendaki karena menghambat proses polimerisasi aluminosilikat pada masa simpan. Itu sebabnya, peningkatan konsentrasi larutan NaOH yang lebih banyak boleh jadi tidak akan menambah kekuatan geopolimer yang dihasilkan. Na 2 O atau NaOH merupakan serbuk putih yang reaktif dengan air dan CO 2 di udara. Reaksi dengan molekul CO 2 terjadi di pori-pori geopolymer mortar dan merubah Na 2 O menjadi Na 2 CO 3 yang berbentuk kristal jarum berwarna putih (Windholtz, 1976). Na 2 O (s) + CO 2(g) Na 2 CO 3(s)

31 digilib.uns.ac.id Setting Time Pengikatan (set) adalah perubahan bentuk dari bentuk cair menjadi bentuk padat, tetapi masih belum mempunyai kekuatan. Pengikatan ini terjadi akibat reaksi hidrasi yang terjadi pada permukaan butir fly ash. Fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator akan membentuk pasta yang plastis dan lecak (workable). Namun setelah selang beberapa waktu, pasta secara bertahap menjadi kurang plastis, dan akhirnya menjadi keras. Pada proses ini, tahap pertama dicapai ketika pasta cukup kaku untuk menahan suatu tekanan. Waktu untuk mencapai tahap ini disebut sebagai waktu ikatan. Waktu tersebut dihitung sejak fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator. Waktu ikatan dibagi menjadi dua bagian, yaitu waktu ikatan awal (initial setting time) dan waktu ikatan akhir (final setting time). Waktu dari pencampuran fly ash dengan air dan alkaline activator sampai saat kehilangan sifat keplastisannya disebut waktu ikatan awal, dan waktu sampai mencapai pastanya menjadi massa yang keras disebut waktu ikatan akhir. Alat untuk menentukan waktu ikat adalah vicat. Waktu ikat awal tercapai bila hasil penetrasi (masuknya jarum ke dalam pasta) mencapai 25 mm sedangkan waktu pengikatan akhir tercapai bila jarum tidak menembus pasta. Pengertian waktu ikatan awal adalah penting pada pekerjaan mortar. Waktu ikatan awal yang cukup lama diperlukan untuk pekerjaan mortar, yaitu waktu transportasi, penuangan, pemadatan, dan perataan permukaan. Proses ikatan ini disertai perubahan temperatur. Temperatur naik dengan cepat dari ikatan awal dan mencapai puncaknya pada waktu berakhirnya ikatan akhir. Waktu ikatan yang pendek kenaikan temperatur dapat sampai 30 derajat celcius. Dalam praktek lama waktu ikatan ini dipengaruhi oleh jumlah air campuran yang digunakan dan suhu udara di sekitarnya.

32 digilib.uns.ac.id Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali Terhadap Setting Time Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan peningkatan kandungan SiO 2. Di lain pihak, peningkatan jumlah air yang digunakan dalam pembuatan geopolymer menurunkan kuat tekan fly ash-based geopolymer. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun kelebihan NaOH memperlemah solidifikasi geopolimer. Pada saat geopolymer mengeras, fly ash menyerap panas yang timbul dari hidrasi untuk mempercepat reaksi pozzolanic, dengan demikian mendorong terjadinya reaksi antara fly ash dengan calcium dan oksida alkali yang ada. Penggunaan fly ash juga memungkinkan untuk memperlambat setting time. Fly ash kelas F umumnya memperpanjang waktu setting time, sedangkan fly ash kelas C mungkin bisa memperpanjang, mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada setting time. Waktu setting time yang lebih panjang dapat meningkatkan perubahan dari keretakan susut plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan udara yang tinggi. Kandungan SiO 2 dan Na 2 O dari geopolymer memberikan pengaruh terhadap sifat fisik dari geopolymer, dimana jika rasio Na 2 O/SiO 2 menurun maka kehomogenan dan kerapatan mikrostruktur akan meningkat. Penurunan angka banding Na 2 O/SiO 2 sampai batas kandungan Na 2 O tertentu juga mengakibatkan peningkatan kuat tekan geopolymer. Kandungan Na 2 O yang sangat kecil akan memperlemah kuat tekan karena kecilnya komponen yang berperan untuk proses pelarutan unsur silikona dan alumina dari abu layang untuk membentuk geopolymer, tetapi kandungan Na 2 O yang sangat tinggi juga akan memperlemah kuat tekan dan meningkatkan heterogenitas serta menurunkan kerapatan mikrostruktur geopolymer.

33 digilib.uns.ac.id 18 Semakin lama waktu ikat dan semakin tinggi suhu ikat akan memperkuat kuat tekan dari beton, walaupun pada beberapa penelitian kenaikan kuat tekan tidak signifikan untuk suhu ikat di atas 60 o C dan waktu ikat lebih dari 48 jam. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, setting time dan kadar pori tertutup serta kuat tekan pada binder dengan semakin tinggi rasio sodium silikat terhadap sodium hidroksida,menghasilkan nilai yang tidak berbanding linear. Sedangkan dengan semakin tinggi molaritas, menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang semakin besar pula. Selain itu menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat.

34 digilib.uns.ac.id 19 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tinjauan Umum Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah penelitian suatu masalah, kasus, gejala atau fenomena tertentu dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang rasional. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen yaitu metode yang dilakukan dengan mengadakan suatu percobaan langsung untuk mendapatkan suatu data atau hasil yang menghubungkan antara variabel-variabel yang diselidiki. Metode ini dapat dilakukan di dalam ataupun di luar laboratorium. Penelitian ini akan dilakukan di dalam laboratorium. Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh komposisi campuran geopolymer dengan bahan tambahan yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat menghasilkan beton geopolymer dengan mutu tinggi untuk digunakan sebagai beton struktural. Adapun material yang digunakan, yaitu fly ash telah dilakukan pengujian sebelumnya yang sesuai dengan standard yang berlaku. Pemecahan masalah pada penelitian ini dengan menggunakan cara statistik, yaitu dengan urutan kegiatan dalam memperoleh data sampai data itu berguna sebagai dasar pembuatan keputusan diantaranya melalui proses pengumpulan data, pengolahan data, analisis data dan cara pengambilan keputusan secara umum berdasarkan hasil penelitian Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji Bahan - bahan penyusun benda uji yang akan digunakan, diuji terlebih dahulu di dalam laboratorium untuk mengetahui karakteristiknya. Pengujian ini dilakukan pada awal penelitian untuk mengetahui apakah material - material tersebut layak 19

35 digilib.uns.ac.id 20 digunakan atau tidak. Karena beton adalah material yang tidak homogen, maka material yang akan digunakan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan beton. (a) fly ash (b) sodium silikat (c) sodium hidroksida Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan fly ash-based geopolymer Air Air merupakan salah satu unsur dalam pembuatan fly ash-based geopolymer. Air sangat mempengaruhi atau mempunyai peranan penting pada perilaku campuran beton segar, karena campuran dengan kadar air tinggi akan terjadi bleeding dan segregasi. Fenomena ini biasanya diikuti dengan kekuatan tekan menurun ketika beton mengeras. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air yang berasal dari PDAM di Laboratorium Struktur Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air yang digunakan harus memenui syarat, antara lain memiliki kotoran-kotoran yang rendah, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak berwarna Fly Ash Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe C yang merupakan limbah dari PLTU Paiton, yang diperoleh dari P.T. Jaya Ready Mix. Fly ash memiliki karakteristik kandungan pozzolanik yang tinggi dan komposisi kimia dari fly ash dapat dilihat pada Tabel 3.1.

36 digilib.uns.ac.id 21 Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian Oksida Fly Ash tipe C (%) SiO 2 45,27 Al 2 O 3 20,07 Fe 2 O 3 10,59 TiO 2 0,82 CaO 13,32 MgO 2,83 K 2 O 1,59 Na 2 O 0,98 P 2 O 5 0,41 SO 3 1,00 MnO 2 0, Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida Di dalam penelitian ini akan digunakan sodium silikat dengan jenis BE 58 R 2,3, sedangkan sodium hidroksida digunakan sodium hidroksida yang dijual di tokotoko bahan kimia yang berbentuk serpihan-serpihan padat. Sodium silikat dan sodium hidroksida ini akan digunakan sebagai alkaline activator yang dapat digunakan untuk mereaksikan unsur-unsur Si dan Al yang terkandung di dalam fly ash agar terjadi reaksi polimerisasi Benda Uji Jenis Benda Uji Benda uji yang digunakan ini, dibuat dengan faktor air semen 0,25 dengan molaritas dan modulus alkali yang berbeda-beda. Jenis benda uji dan proporsi bahan dasar yang digunakan selengkapnya disajikan dalam Tabel 3.2.

37 digilib.uns.ac.id 22 Tabel Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH Kode Benda Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji Uji G. Mol 6 G. Mol 7 G. Mol 8 G. Mol 9 G. Mol 10 Molaritas NaOH 6 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Molaritas NaOH 7 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Molaritas NaOH 9 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Molaritas NaOH 10 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Jumlah 3 buah 3 buah 3 buah 3 buah 3 buah 15 buah

38 digilib.uns.ac.id 23 Tabel Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali Na 2 O/SiO 2 Kode Benda Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji Uji G. Mal 1 G. Mal 1,25 G. Mal 1,5 G. Mal 1,75 G. Mal 2 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 1 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 10 Fab 0,25 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 1,25 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 2 Fab 0,25 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 1,5 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 1 Fab 0,25 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 1,75 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 0,67 Fab 0,25 Molaritas NaOH 8 Molar Modulus alkali 2 Perbandingan NaOH : Na 2 SiO 3 = 1 : 0,5 Fab 0,25 Jumlah 3 buah 3 buah 3 buah 3 buah 3 buah 15 buah Pembuatan Benda Uji Pembuatan campuran ini dilakukan setelah menghitung proporsi masing-masing bahan yang dipergunakan, kemudian mencampur dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menyiapkan bahan dan peralatan commit yang to akan user digunakan.

39 digilib.uns.ac.id Menimbang bahan bahan yang akan digunakan sesuai kebutuhan. 3. Melarutkan sodium hidroksida (NaOH) ke dalam air berdasarkan perhitungan mix design. 4. Menambahkan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ) ke dalam larutan air dan sodium hidroksida (NaOH) kemudian diaduk sampai homogen selama ± 3 menit sehingga terbentuk larutan alkaline activator. 5. Alkaline activator kemudian didiamkan selama 24 jam untuk menuntaskan reaksi eksotermis pelarutan NaOH. 6. Mencampur larutan alkaline activator (NaOH + air + Na 2 SiO 3 ) tersebut dengan fly ash sampai benar-benar homogen selama waktu ± 4-10 menit sehingga terbentuk larutan fly ash-based geopolymer. 7. Menuangkan adukan ke dalam cincin ebonite dan dilakukan pengujian penetrasi untuk mendapatkan waktu pengikatan (setting time). 8. Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala sehingga didapatkan waktu pengikatan awal (initial setting time) dan waktu pengikatan akhir (final setting time). 9. Mengulangi lagi langkah 2 sampai 8 dengan variasi komposisi, sehingga didapatkan komposisi awal fly ash-based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time Prosedur Pengujian Benda Uji Alat-Alat yang Digunakan Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Struktur Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta, sehingga menggunakan alat-alat yang terdapat pada laboratorium tersebut. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a) Timbangan Digital Timbangan digital digunakan untuk menimbang komposisi bahan yang akan digunakan dalam campuran geopolymer.

40 digilib.uns.ac.id 25 b) Vicat Apparatus lengkap dengan cincin ebonite Vicat Apparatus dan cincin ebonite digunakan untuk pengujian penetrasi setting time. Cincin ebonite berukuran diameter bawah 70 mm, diameter atas 60 mm, dan tinggi 40 mm. c) Gelas ukur Gelas ukur berkapasitas 50 ml, digunakan untuk menakar air yang akan dipakai dalam campuran geopolymer. d) Stop watch / jam Stop watch / jam digunakan untuk mencatat waktu pengadukan dan waktu penetrasi setting time. e) Alat bantu a. Pengaduk kayu, digunakan untuk mengaduk larutan alkaline activator (NaOH + air + Na 2 SiO 3 ). b. Cetok semen, digunakan untuk mengaduk geopolymer dan memasukkannya pada cincin ebonite. c. Mangkok stainless steel, digunakan untuk tempat merendam larutan dan mengaduk geopolymer Prosedur Pengujian Setting Time Setelah membuat campuran fly ash based geopolymer, maka dilakukan pengujian setting time untuk mengetahui waktu ikat awal (initial setting time) dan waktu ikat akhir (final setting time). Dalam ini akan digunakan alat uji Vicat Apparatus lengkap dengan cincin ebonite. Langkah - langkah pengujian Vicat adalah sebagai berikut : 1. Menyetel jarum pada vicat agar menunjuk angka nol pada skala pembacaan di bagian kanan dan kemudian menguncinya. 2. Memasukkan fly ash based geopolymer ke dalam cincin ebonite kemudian meratakan permukaannya. 3. Memasang cincin ebonite di bawah jarum penetrasi (1 mm). 4. Menunggu selama 60 menit kemudian commit to melepaskan user batang peluncur.

41 digilib.uns.ac.id Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala. 6. Mengulangi langkah no.4 dan 5 dengan selang waktu 60 menit. Cincin harus selalu dipindahkan dengan jarak minimal 1 cm. 7. Setelah kedalaman penetrasi mencapai 25 mm berarti waktu pengikatan awal / initial setting time telah tercapai. 8. Mengulangi lagi langkah no.6 dengan selang waktu yang sama. 9. Setelah kedalaman penetrasi tidak menembus permukaan fly ash based geopolymer ( mencapai 23 mm ) berarti waktu pengikatan akhir / final setting time telah tercapai.

42 digilib.uns.ac.id 27 Tahap-tahap penelitian ini dapat dilihat secara skematis dalam bentuk bagan alir sebagai berikut : Mulai Persiapan Bahan NaOH Air Na2SiO3 Didiamkan selama 24 jam Alkaline Activator + Fly Ash Komposisi awal fly ash-based geopolymer Pengujian Setting Time Komposisi fly ash-based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time Analisis dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian

43 digilib.uns.ac.id 28 BAB 4 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Data Pengamatan berdasar Molaritas NaOH Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan, yang dapat dirumuskan sebagai berikut : jumlah mol zat terlarut Molaritas= 1lt laru tan berat NaOH = 40 ( Ar dari NaOH) 1 x volume ( liter) air( liter)...(4.1.) Dalam pengujian ini ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium hidroksida (NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap setting time. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na 2 O. Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Molaritas NaOH 6 Molar sampai dengan 10 Molar ( G.Mol 6 - G.Mol 10 ) dapat dilihat pada Tabel

44 digilib.uns.ac.id 29 Tabel 4.1. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Molaritas NaOH Molaritas NaOH ( Molar ) Kode Benda Uji G.Mol 6 G.Mol 7 G.Mol 8 G.Mol 9 G.Mol 10 Mix Design Sampel Initial Setting Time ( Jam ) 1 17 Rata-Rata Initial ( Jam ) Final Setting Time ( Jam ) 29, , ,33 29, , , ,67 30, , Rata-Rata Final ( Jam ) 30 28,17 25,17 28,83 49,83 Berdasar data pengamatan pada Tabel 4.1. juga dapat dinyatakan dalam bentuk hubungan seperti pada Gambar 4.1. berikut : final setting time initial setting time Waktu ( Jam ) Molaritas NaOH ( Molar ) Gambar 4.1. Hubungan Molaritas commit NaOH to dan user Waktu Tercapainya Setting Time

45 digilib.uns.ac.id 30 Dari Gambar 4.1. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mol 8 memiliki waktu initial dan final setting time yang paling cepat. Polivka dan Klein (1960) menyatakan bahwa pengaruh molaritas NaOH terhadap setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power, yaitu: ( t- t ) B P= A 0... (4.2.) dengan : P A dan B t t 0 = jatuhnya penetrasi = konstanta = waktu penetrasi = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca (skala penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas) Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar 4.6. jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 49 (t - t 0 ) - 0,23 initial setting time final setting time t 0 = 1 t ( jam ) Gambar 4.2. Hubungan Antara commit Jatuhnya to Penetrasi user dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 6

46 digilib.uns.ac.id 31 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 48 (t - t 0 ) - 0,23 initial setting time final setting time t 0 = 1 t ( jam ) Gambar 4.3. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 7 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 47 (t - t 0 ) - 0,23 initial setting time final setting time t 0 = 4 t ( jam ) Gambar 4.4. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 8

47 digilib.uns.ac.id 32 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 49 (t - t 0 ) - 0,23 initial setting time final setting time t 0 = 5 t ( jam ) Gambar 4.5. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 9 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 56 (t - t 0 ) - 0,23 initial setting time final setting time t 0 = 10 t ( jam ) Gambar 4.6. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 10 Persamaan persamaan yang terdapat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar 4.6. akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi.

48 digilib.uns.ac.id 33 Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : r= 2 2 Dt - D 2 Dt...(4.3.) dengan : i= 1 ( ) 2 yi- y n 2 Dt =...(4.4.) å n 2 D = å (4.5.) i= 1 ( ) 2 yi- a - a x Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.2. berikut : Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol Molaritas Fungsi Power NaOH Persamaan Koef. Korelasi 6 M P = 49 (t 1) 0,23 0,962 7 M P = 48 (t 1) 0,23 0,976 8 M P = 47 (t 4) 0,23 0,989 9 M P = 49 (t 5) 0,23 0, M P = 56 (t 10) 0,23 0,974 Dari Tabel 4.2. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A dari persamaan tersebut.

49 digilib.uns.ac.id 34 y = 1,357x 2-20,21x + 121,9 Konstanta A Molaritas ( M ) Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power Dari Gambar 4.7. di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi molaritas NaOH yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada Molaritas 8 Molar Pengamatan berdasar Modulus Alkali Na 2 O/SiO 2 Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium silikat (Na 2 SiO 3 ), dan air distilat (H 2 O), yang masing-masing komponen memiliki peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat. Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na 2 O/SiO 2 Modulus Alkali 1 sampai dengan Modulus Alkali 2 ( G.Mal 1 - G.Mal 2 ) dapat dilihat pada Tabel 4.3.

50 digilib.uns.ac.id 35 Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi Modulus Alkali Na 2 O/SiO 2 Modulus Alkali Na 2 O/SiO Kode Benda Uji G.Mal 1 G.Mal 1,25 G.Mal 1,5 G.Mal 1,75 Mix Design Sampel Initial Setting Time ( Jam ) 1 86 Rata-Rata Initial ( Jam ) Final Setting Time ( Jam ) , , Rata-Rata Final ( Jam 90,67 28,67 40,67 52,67 2 G.Mal , Berdasar data pengamatan pada Tabel 4.3. juga dapat dinyatakan dalam bentuk hubungan seperti pada Gambar 4.8. berikut : Waktu ( Jam ) final setting time initial setting time Modulus Alkali Gambar 4.8. Hubungan Modulus commit Alkali to Na user 2 O/SiO 2 dan Waktu Tercapainya Setting Time

51 digilib.uns.ac.id 36 Dari Gambar 4.8. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mal 1,25 memiliki waktu initial dan final setting time yang paling cepat. Pengaruh modulus alkali Na 2 O/SiO 2 terhadap setting time juga dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan berbentuk fungsi power seperti yang telah dinyatakan oleh Polivka dan Klein (1960), yaitu pada persamaan (4.2.). Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time yang dapat dilihat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 50 (t - t 0 ) - 0,18 initial setting time final setting time t 0 = 62 t ( jam ) Gambar 4.9. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1

52 digilib.uns.ac.id 37 P = 42.5 (t - t 0 ) - 0,18 jatuhnya penetrasi ( mm ) initial setting time final setting time t 0 = 2 t ( jam ) Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,25 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 45 (t - t 0 ) - 0,18 initial setting time final setting time t 0 = 4 t ( jam ) Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,5

53 digilib.uns.ac.id 38 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 47 (t - t 0 ) - 0,18 initial setting time final setting time t 0 = 2 t ( jam ) Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,75 jatuhnya penetrasi ( mm ) P = 44 (t - t 0 ) - 0,18 initial setting time final setting time t 0 = 2 t ( jam ) Gambar Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 2

54 digilib.uns.ac.id 39 Persamaan persamaan yang terdapat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi. Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4.3.), (4.4.), dan (4.5.). Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.4. berikut : Tabel 4.4. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mal Modulus Fungsi Power Alkali Persamaan Koef. Korelasi 1 P = 50 (t 62) 0,18 0, P = 42.5 (t 2) 0,18 0, P = 45 (t 4) 0,18 0, P = 47 (t 2) 0,18 0,990 2 P = 44 (t 2) 0,18 0,771 Dari Tabel 4.4. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara modulus alkali dan konstanta A dari persamaan tersebut.

55 digilib.uns.ac.id 40 Konstanta A y = 14,28x 2-43,65x + 77,25 Gambar Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi Power Modulus Alkali Dari Gambar di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi modulus alkali Na 2 O/SiO 2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada modulus alkali 1, Pembahasan Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan peningkatan kandungan SiO 2. Fly ash sendiri mungkin bisa memperpanjang, mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada setting time. Waktu setting time yang lebih panjang dapat meningkatkan perubahan dari keretakan susut plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan udara yang tinggi. Dari Tabel 4.1. dan Gambar 4.1. pada pengamatan berdasar molaritas NaOH terlihat bahwa initial dan final setting time terjadi semakin cepat pada kenaikan molaritas dari 6 Molar sampai 8 Molar, namun kemudian menjadi lebih lama ketika molaritas dinaikkan menjadi commit 9 Molar to user dan 10 Molar. Setting time tercepat