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

Transkripsi

1 ANALISIS PROPORSI LIMBAH FLY ASH PAITON DAN TJIWI KIMIA TERHADAP KUAT TEKAN PASTA GEOPOLIMER SRIE SUBEKTI DiplomaTeknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ( ITS ) subektisrie38@yahoo.com Abstrak - Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi campuran yang optimum pada pasta Geopolimer agar menghasilkan kuat tekan yang optimal. Geopolimer merupakan suatu bahan alam anorganik yang pembuatannya melalui proses polimerisasi. Bahan yang digunakan Fly Ash Paiton dan limbah Tjiwi kimia, sebagai pelarut adalah larutan sodium hidroksida dan sodium silikat sebagai aktivatornya. Perbandingan massa campuran antara Fly Ash Paiton dengan limbah Tjiwi kimia adalah 0% : 100% ; 20% : 80% ; 30% : 70% ; 40% : 60% ; 60% : 40% ; 80% : 20% ; 100% : 0% dengan menggunakan Molaritas 8 mol dan 12 mol. Perbandingan massa larutan antara adalah 0,5. Benda uji berupa binder berdiameter 25 mm dan tinggi 50 mm, dilakukan serangkaian pengujian diantaranya uji kuat tekan pada umur 3hr, 7hr, 14hr, 21hr, 28hr dan 56hr, uji Porositas pada umur 56 hari. Dari serangkaian pengujian didapat kuat tekan optimal pada komposisi molaritas 12 Mol 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi kimia 100% mempunyai kuat tekan sebesar 14,39 Mpa dan porositas tertutup sebesar 1,88. Kata kunci aktivator, fly ash, geopolimer, kuat tekan. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Industri semen dan beton semakin sering disorot, ini disebabkan emisi karbondioksida, komponen terbesar gas rumah kaca yang dihasilkan dari proses produksi semen konvensional. Dalam produksi satu ton semen Portland, akan dihasilkan sekitar satu ton gas karbondioksida yang dilepaskan ke atmosfer. Tampaknya perbaikan teknologi produksi semen tidak terlalu bisa diharapkan dapat menekan produksi karbondioksida secara signifikan. Dengan mengganti sejumlah bagian semen dalam proses pembuatan beton, atau secara total dengan bahan lain yang lebih ramah lingkungan menjadi pilihan yang lebih menjanjikan. Geopolimer semen, menjadi harapan utama mereduksi penggunaan semen untuk keperluan pembangunan infrastruktur. Saat ini, riset beton geopolimer giat dilakukan di sejumlah lembaga riset atau universitas khususnya di Prancis, Amerika Serikat dan Australia ( abu-terbang-solusi-pencemaran-semen/). Pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh batubara berasal dari sisa pembakaran batu bara yang berupa abu layang, abu dasar, Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-11

2 slag dan flue gas (merupakan elemen yang paling berbahaya yang dapat menimbulkan hujan asam). Limbah padat berupa abu sebanyak ton per hari yang dapat menghasilkan debu di musim kering. Limbah tersebut selanjutnya dipindahkan ke lokasi penimbunan abu dan menumpuk di lokasi industri dalam jumlah yang sangat banyak. Dengan bertambahnya jumlah abu batu bara maka sebaiknya ada usaha-usaha untuk memanfaatkan limbah padat tersebut sehingga perlu adanya penelitian untuk mengatahui pemanfaatan limbah dari batu bara. Berdasarkan penelitian terdahulu yang menggunakan fly ash Paiton sebagai bahan utama dalam pembuatan geopolimer, maka dalam penelitian ini kami ingin mengembangkannya dengan menambahkan limbah Tjiwi Kimia untuk dinilai perilaku fisik dan mekaniknya. 1.2 Rumusan Masalah 1. Komposisi kimia apa saja yang terkandung dalam fly ash dan limbah Tjiwi Kimia yang akan digunakan. 2. Berapa kuat tekan paling tinggi yang dihasilkan oleh binder dengan komposisi campuran: a. Perbandingan molaritas larutan NaOH 8M dan 12M. b. Perbandingan massa larutan Na 2 SiO 3 : NaOH adalah 0,5. c. Perbandingan massa antara fly ash dengan limbah Tjiwi Kimia adalah 0% : 100%, 20% : 80%, 40% : 60%, 60% : 40%, 80% : 20%, 100% : 0%. 3. Perilaku fisik dan mekanik apa saja yang terjadi pada binder geopolimer tersebut. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang terdapat dalam penelitian ini adalah: 1. Fly ash yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari PLTU Paiton Probolinggo dan PT. Tjiwi Kimia Mojokerto. 2. Aktivator menggunakan larutan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na 2 SiO 3 ). 3. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah aquades. 4. Benda uji berupa binder berdiameter 25mm dan tinggi 50mm. 5. Uji standar yang dilakukan adalah uji kuat tekan, dan uji porositas. 6. Pengujian kuat tekan dilakukan pada binder umur 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari dengan menggunakan dua benda uji. Sedangkan pengujian porositas dilakukan pada binder umur 56 hari menggunakan dua benda uji. 1.4 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam fly ash Paiton dan limbah Tjiwi Kimia. 2. Mendapatkan perbandingan komposisi campuran yang paling baik untuk menghasilkan kuat tekan yang paling tinggi sesuai dengan standar yang berlaku. 3. Mengetahui perilaku fisik dan mekanik yang terjadi pada binder geopolimer. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Beton geopolimer diperkenalkan sebagai suatu jenis beton baru yang 100% tidak menggunakan semen. Penggunaan fly ash sepenuhnya sebagai pengganti semen lewat proses yang disebut polimerisasi anorganik (geopolimer) yang dipelopori oleh Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-12

3 seorang ilmuwan Prancis, Prof. Joseph Davidovits, sekitar 20 tahun lalu. Atas pertimbangan itulah, banyak riset yang telah dilakukan di sejumlah lembaga riset atau universitas di berbagai negara. 2.2 Geopolimer Geopolimer adalah suatu bahan alam nonorganik yang pembuatannya melalui proses polimerisasi. Hampir semua bahan buangan industri yang mengandung unsurunsur silika dan alumina bisa dibuat menjadi semen geopolimer. Terdapat beberapa kelebihan beton geopolimer jika dibandingkan dengan beton konvensional antara lain: a. Pembuatan geopolimer juga tidak menghasilkan emisi gas CO 2 seperti pada pembuatan semen Portland (Malhotra, 1999). b.beton geopolimer juga hemat energi dan ramah lingkungan karena geopolimerisasi hanya memerlukan pemanasan di suhu yang relatif rendah. Energi yang diperlukan hanya kurang lebih 3/5 dibanding pembuatan portland semen (Davidovits, 1991). 2.3 Fly Ash Fly ash merupakan hasil sisa pembakaran yang halus dari pembakaran batubara yang dialirkan dari ruang pembakaran (ketel) berupa campuran asap dan dikenal sebagai serbuk abu pembakaran. Fly ash dapat dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya. Batubara itu sendiri ada dua macam yaitu antrasit (bitumen) dan batubara lignit (sub bitumen). Unsur utama batubara adalah karbon karena batubara bersumber dari alam, maka di dalamnya juga terkandung unsur-unsur mineral tanah yaitu silika, alumina, oksida besi, kapur alkali, belerang dan air. Pada saat batubara dibakar, ada bagian yang terbakar dan yang menguap yaitu karbon, belerang dan air yang akan menghasilkan panas, gas CO2, SO 2, dan uap. Bagian yang tidak terbakar berupa tanah liat yang menjadi massa lebur. Massa ini akan melewati ruang pembakaran bersuhu rendah dan akan membentuk partikel padat berbentuk butiran. Sebagian butiran ini akan terkumpul menjadi abu dasar tetapi sebagian besar butiran halus layang mengikuti aliran gas, keluar dari ketel uap melalui cerobong. Partikel abu ini dipisahkan dari gas buang dengan alat electrostatic presipirator, sehingga menghasilkan fly ash (Van Deventer et all, 2006). Tabel 2.1 Klasifikasi Fly Ash PROPERTIES Kandungan SiO 2, 70 Al 2 O 3, Fe 2 O 3, min % JENIS ASH F Kandungan sulfur 5 trioxide (SO 3 ), max % C FLY 50 CaO, % <10 >10 Loss on ignition, % 6 6 Sumber : ASTM a, 1994 Berdasarkan Tabel 2.1, fly ash kelas F mempunyai kandungan CaO kurang dari 10%, yang berasal dari pembakaran antrasit atau bitumen batubara. Fly ash kelas ini 5 Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-13

4 mempunyai sifat sebagai pozzolan, namun tidak bereaksi langsung dengan air karena kandungan CaO-nya sedikit sehingga kandungan Ca(OH) 2 yang dihasilkan lebih kecil dari abu layang kelas C. Fly ash rendah kalsium (kelas F) adalah yang paling umum digunakan dalam sintesis geopolimer. 2.4 Alkali Aktivator Alkali aktivator dibuat dari campuran natrium hidroksida (NaOH) dan natrium silikat (Na 2 SiO 3 ). Komposisi natrium silikat saat kering adalah Na 2 SiO 3 dengan komposisi air yang bervariasi. Bentuknya bening sampai putih atau putih keabu-abuan, kristalin atau seperti lem. Natrium silikat juga dapat mengiritasi kulit (Windholtz, 1976). 2.5 Aquades Aquadestilata (aquades) adalah air dari hasil penyulingan, kandungannya murni O. H Pasta Semen Semen portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Menurut ASTM C , 2.7 Kuat Tekan Salah satu sifat mekanik yang digunakan sebagai parameter geopolimer adalah kuat tekan. Kuat tekan geopolimer dapat dipengaruhi oleh: Umur geopolimer Temperatur dan lama waktu curing Kadar air dalam geopolimer Curing time dapat mempengaruhi kuat tekan geopolimer. Hasil penelitian membuktikan bahwa semakin lama proses curing, maka akan meningkatkan kuat tekan geopolimer. Sedangkan kandungan air dalam geopolimer yang semakin banyak akan mengurangi nilai kuat tekan geopolimer. Kandungan air dapat diperoleh dari natrium silikat yang mengandung H2O serta hasil penguraian dari NaOH menjadi Na 2 O dan H 2 O. Nilai kuat tekan dihitung melalui rumus:...(2.1) Keterangan: σ = kuat tekan (Mpa) P = gaya terhadap binder (kg) A = luas permukaan binder (cm 2 ) g = percepatan gravitasi bumi (9,8106 m/s 2 ) 2.8 Porositas Porositas adalah ukuran banyaknya ruang kosong dalam bahan tertentu, dan dalam hal ini adalah geopolimer. Beberapa metode pengukuran porositas antara lain: penguapan kandungan air, porositas penjenuhan kembali, porositas pertukaran pelarut, porosimetri gangguan merkuri, dan serapan nitrogen....(2.2) Keterangan: pf = porositas tertutup pt = porositas total po = porositas terbuka III. METODOLOGI 3.1 Studi Pustaka Studi Pustaka dilakukan dengan mendalami materi yang relevan dengan penelitian, meliputi mengumpulkan data, mempelajari Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-14

5 berbagai buku teks, peraturan dan standar nasional maupun internasional, pedoman masalah metode spesifikasi dan tata cara pelaksanaan penelitian. Diantaranya membahas masalah: a. Geopolimer b. Material abu terbang (fly ash) c. Alkali Aktivator d. Mix desain binder geopolimer e. Beberapa uji tes terhadap benda uji binder 3.2 Persiapan Bahan Dalam pembuatan binder geopolimer dipakai bahan dasar fly ash (PLTU Paiton) dan limbah Tjiwi Kimia dengan menggunakan alkali aktivator larutan Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 ) Fly Ash dan Limbah Tjiwi Kimia Fly ash yang paling baik untuk dijadikan bahan dasar pembuatan binder geopolimer adalah fly ash kelas F (Hardjito, 2005). Dalam penelitian ini digunakan fly ash yang berasal dari PLTU Paiton Probolinggo, Jawa Timur yang berasal dari sisa pembakaran batu bara. Sedangkan limbah Tjiwi Kimia berasal dari abu terbang PT. Tjiwi Kimia yang didistribusikan ke PT. Varia Usaha Beton. Oleh karena itu fly ash ini harus diuji terlebih komposisi kimianya untuk menentukan apakah fly ash tersebut termasuk dalam kelas F atau kelas C (ASTM C a) Air Aquades Air ini didapatkan di toko-toko bahan kimia, dengan kadar kemurnian 100% Alkali Aktivator Jenis aktivator yang akan digunakan dalam penelitian ini yaitu Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 ). Larutan Sodium Hidroksida (NaOH) yang digunakan adalah Larutan NaOH 8M dan 12M. Sodium Hidroksida Sodium hidroksida berfungsi sebagai aktivator dalam reaksi polimerisasi, sedangkan sodium silikat sebagai katalisator untuk mempercepat pengikatan silika dan oksida alumina pada fly ash. Pembuatan larutan tersebut dilakukan di Laboratorium Beton Diploma Teknik Sipil FTSP-ITS. Cara membuat 1 liter larutan NaOH adalah sebagai berikut: a. Peralatan yang diperlukan - labu volume 1 liter - timbangan digital - alat pengaduk b. Bahan yang diperlukan - aquades murni - serpihan sodium hidroksida (NaOH) c. Langkah kerja Cara membuat 1 liter larutan NaOH 8M adalah sebagai berikut : 1. Menghitung kebutuhan NaOH yang akan digunakan. n = V x M = 1 liter x 8 = 8 mol Dimana : n = jumlah mol zat tersebut M = kemolaran larutan V = volume larutan Massa NaOH = n mol x Mr = 8 mol x 40 = 320 gram Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-15

6 Gambar 3.1 Serpihan NaOH Cara membuat 1 liter larutan NaOH 12M adalah sama seperti NaOH 8 Mol Sodium Silikat Sodium silikat yang dipakai adalah berbentuk larutan kental yang sudah siap dipakai, dan dijual di pasaran. Sebelum pemakaian tidak ada perlakuan khusus. Gambar 3.2 Sodium Silikat Larutan Aktivator Pada pembuatan binder geopolimer, sodium silikat dan sodium hidroksida dicampur dan diaduk kemudian didiamkan sampai campuran tersebut dingin dan siap dipakai untuk membuat binder geopolimer. 3.4 Mix Desain Binder Geopolimer 2 Ukuran 25x50 mm Digunakan komposisi binder sebagai berikut: 1. Kadar Sodium Hidroksida sebesar 8M dan 12M 2. Perbandingan antara Sodium Silikat dengan Sodium Hidroksida diambil 0,5 3. Perbandingan fly ash Paiton dengan limbah Tjiwi Kimia dibuat 0% : 100%, 20% : 80%, 40% : 60%, 60% : 40%, 80% : 20%, dan 100% : 0% 4. Massa aktivator dalam binder sebesar 26%, sedangkan massa fly ash dalam binder 74% Dalam penelitian ini akan digunakan 24 buah komposisi campuran binder yang terbagi dalam 2 kelompok. Pengelompokkan ini berdasarkan molaritas larutan NaOH yang digunakan yaitu: 1. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 8M dengan perbandingan massa larutan antara antara = 0,5. 2. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 12M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. Setiap komposisi campuran tersebut, akan dibuat 15 benda uji. Rumus volume binder..(3.3) Rumus massa binder (3.4) Binder dibuat dengan ukuran 25 x 50 mm 2. Gambar 3.3 Larutan Aktivator 3.5 Pembuatan Binder Geopolimer 2 Ukuran 25 x 50 mm Pembuatan binder dilaksanakan di laboratorium beton Diploma Sipil FTSP ITS. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-16

7 Pembuatan benda uji berupa binder geopolimer ini diperlukan untuk tes kuat tekan, tes porositas, dan tes XRD. Benda uji berbentuk silinder berdiameter 25mm dan tinggi 50mm. Untuk setiap komposisi campuran dibuat 15 benda uji. Langkah-langkah pembuatan binder geopolimer dengan kadar 8M dan perbadingan antara = 0,5 dengan perbandingan massa fly ash dan limbah Tjiwi Kimia 0% : 100%. 1. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan Alat : 1. Seperangkat mixer 2. Cetakan berukuran 25 x 50 mm 2, berisi 6 binder 3. Wadah/ mangkuk 4. Timbangan digital 5. Kawat kecil Bahan : 1. NaOH 8M = 10,211 gr x 15 sampel = 153,17 gr 2. Na 2 SiO 3 = 5,105 gr x 15 sampel = 76,58 gr 3. Fly ash = 0 gr x 15 sampel = 0 gr 4. Tjiwi Kimia = 43,59 gr x 15 sampel = 653,85 gr 5. Oli 2. Buat larutan aktivator dengan berat NaOH dan Na 2 SiO 3 seperti di atas, kemudian campur dengan fly ash ke dalam wadah. Setelah itu, aduk dengan menggunakan mixer selama ± 3 menit hingga adonan menjadi rata. 3. Lumuri cetakan dengan oli agar binder yang dihasilkan tidak lengket di cetakan pada saat dibuka. 4. Masukkan adonan geopolimer yang telah rata tersebut ke dalam cetakan. 5. Adonan dirojok dengan kawat kecil dan cetakan digetarkan agar campuran mengisi seluruh cetakan dan padat. 6. Setelah agak sedikit mengeras, ratakan permukaan binder tersebut. 7. Setelah seluruh cetakan terisi merata dan padat kemudian ditutup rapat dan dibaut. 8. Setelah 24 jam binder mengeras, dilepas dari cetakan dan dimasukkan dalam tempat plastik tertutup selama 3 hari, kemudian tutupnya dibuka dan dibiarkan dalam suhu kamar sampai tiba waktu pengetesan. 9. Dengan langkah pengerjaan yang sama seperti pada nomor 1 sampai dengan nomor 8 dapat dibuat binder geopolimer dengan komposisi-komposisi yang lain. 3.6 Perawatan (Curing) Setelah dilepas dari cetakan, binder geopolimer ini kemudian dimasukkan ke dalam wadah plastik tertutup agar tidak mudah rusak selama 3 hari, kemudian tutupnya dibuka dan dibiarkan dalam suhu ruangan. Dan siap untuk dites tekan pada umur binder 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari Melakukan Tes Kuat Tekan Binder Tes kuat tekan binder geopolimer ini dilakukan pada umur 3, 7, 14, 21, 28 dan 56 hari. Untuk setiap tes kuat tekan digunakan dua benda uji dari setiap komposisi untuk diambil rata-rata dari setiap nilai yang diperoleh. Tes kuat tekan binder dilakukan di Laboratorium Beton Diploma Sipil FTSP ITS. Alat yang digunakan untuk melakukan pengetesan ini adalah torsi universal testing machine AU-5 berkapasitas 5 ton. G Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-17

8 Gambar 3.4 Mesin Test Hidrolis (Torsee Universal Testing Machine) Gambar 3.5 Pemodelan Tes Tekan Binder Geopolimer D. Rumus kuat tekan Untuk menghitung besarnya kuat tekan binder geopolimer, maka digunakan rumus berikut :.(3.5) Keterangan : σ = kuat tekan (MPa) P = gaya terhadap binder (kg) A = luas permukaan binder (cm 2 ) g = percepatan gravitasi bumi (9,8106 m/s 2 ) Melakukan Tes Porositas Binder Geopolimer (AFNOR NF B 49104) Ada dua macam pori yaitu pori terbuka dan pori tertutup. Pori terbuka yaitu pori yang bersifat permeable (dapat ditembus baik, oleh udara ataupun air). Pori tertutup adalah pori yang bersifat impermeable (tidak dapat ditembus). Pori yang tertutup lebih baik daripada pori yang terbuka karena pori yang tertutup memiliki tekanan hidrostatis yang menambah kuat tekan beton dan terhindar dari retak, sedangkan yang terbuka membuat beton menjadi keropos (menurunkan kuat tekan beton). Tes porositas dilakukan pada umur 56 hari. Dan diambil dua benda uji dari masingmasing komposisi yang memiliki kuat tekan paling tinggi. Perhitungan : Kepadatan absolut (ρ) adalah perbandingan berat dan volume dalam keadaan halus..(3.6) Kepadatan visual (α) adalah perbandingan contoh dalam keadaan kering (Mo) terhadap volume yang tampak (Mh μ)....(3.7) Porositas total (pt) dalam persen adalah perbandingan volume pori terhadap volume yang tampak...(3.8) Porositas terbuka (po) dalam persen adalah perbandingan volume porositas terbuka terhadap volume yang tampak. (3.9) Porositas tertutup (pf) adalah perbandingan porositas tertutup terhadap volume yang tampak. (3.10) Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-18

9 3.8 Diagram Alur Penelitian IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A Binder Geopolimer ukuran 25 x % Fly 26 % Larutan NaOH Studi Pustaka Mempersiapkan bahan-bahan yang akan digunakan untuk membuat binder geopolimer berupa : Fly ash Sodium Silikat (Na 2 SiO 3 )&Sodium Hidroksida (NaOH) Aquades Mix design campuran Membuat binder geopolimer dengan ukuran 25x50 mm 2 Perawatan (curing) selama 3 hari dalam wadah plastik Tes kuat tekan binder geopolimer umur 3, 7, 14, 21, 28 dan 56 hari diambil dua benda uji setiap pengetesannya Tes porositas binder geopolimer pada umur 56 hari Gambar 3.6 Diagram Alur Penelitian Fly ash 0%: Limbah tjiwi kimia 100% Fly ash 20%: Limbah tjiwi kimia 80% Fly ash 40% : Limbah tjiwi kimia Ratio Massa Sodium Hidroksida dengan Gambar 3.7 Diagram Komposisi Binder Geopolimer = Larutan NaOH A 4.1 Komposisi Kimia Material Geopolimer Bahan-bahan untuk mensintetis geopolimer dalam penelitian ini meliputi fly ash sebagai sumber monomer dari aluminosilikat yang diperoleh dari PLTU Paiton, Probolinggo dan PT. Tjiwi Kimia, Mojokerto. Kandungan kimia dari materialmaterial tersebut diharapkan dapat memberikan informasi tentang golongan kelas dari fly ash yang akan digunakan, apakah termasuk jenis fly ash kelas F atau fly ash kelas C. pada sifat bahan yang akan dianalisis Komposisi Kimia Fly Ash Paiton, Probolinggo Tabel 4.1 akan menunjukkan komposisi kimia yang dimiliki oleh fly ash Paiton tersebut. Hasil analisis tersebut dinyatakan dalam bentuk senyawa oksida yang meliputi kadar SiO 2, CaO, MgO, Fe 2 O 3, Na 2 O, SO 3, Al 2 O 3, kadar air, dan LOI yang dinyatakan dalam %. Tabel 4.1 Komposisi Kimia Fly Ash Paiton (% massa No. Zat Penyusun % Massa 1. SiO2 46,00 2. CaO 6,79 3. MgO 11,63 4. Fe 2 O3 10,11 5. Na 2 O 2,15 6. SO3 2,77 7. Al 2 O3 6,35 8. H 2 O 0,12 9. LOI 0,40 Sumber: Laboratorium Kualitas Lingkungan ITS, 2010 Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-19

10 Dari tabel 4.1, dapat disimpulkan bahwa fly ash Paiton ini termasuk fly ash kelas F karena kadar kapur (CaO) yang terkandung di dalamnya kurang dari 10% (ASTM C a). Secara fisik, fly ash yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Gambar 4.1 Fly Ash PLTU Paiton, Probolinggo Komposisi Kimia Limbah Tjiwi Kimia, Mojokerto Untuk hasil analisis komposisi kimia dari limbah Tjiwi Kimia dinyatakan dalam bentuk senyawa oksida yang meliputi beberapa paramater diantaranya kadar SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, SO 3, kadar air, dan LOI yang dinyatakan dalam %. Tabel 4.2 akan menunjukkan komposisi kimia yang dimiliki oleh limbah Tjiwi Kimia tersebut. Tabel 4.2 Komposisi Kimia Limbah Tjiwi Kimia (% massa) No. Zat Penyusun % Massa 1. SiO2 73,21 2. Al 2 O3 2,15 3. Fe 2 O3 5,20 4. CaO 6,72 5. MgO 4,66 6. Na 2 O 0,75 7. K 2 O 0,27 8. SO3 0,26 9. H 2 O 1, LOI 4,69 Sumber: TAKI, Perhitungan Untuk Mendapatkan Massa Fly Ash, Na 2 SiO 3, dan NaOH Dalam Pembuatan Binder Geopolimer Dalam penelitian ini akan digunakan 12 buah komposisi campuran binder yang terbagi dalam 2 kelompok. Pengelompokkan ini berdasarkan molaritas larutan NaOH yang digunakan yaitu: 1. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 8M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. 2. Penggunaan larutan Sodium Hidroksida (NaOH) 12M dengan perbandingan massa larutan antara = antara 0,5. Setiap komposisi campuran tersebut, akan dibuat 15 benda uji Menetukan Massa 1 Binder d = 2,5 cm t = 5 cm 1. Volume satu silinder benda uji binder V binder = ¼ x π x d 2 x t (4.1) = ¼ x π x 2,5 2 x 5 = 24,544 cm 3 Keterangan : π = 3,14 d = diameter benda uji (cm) t = tinggi benda uji (cm) Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-20

11 2. Massa satu silinder benda uji binder m binder = ρ x V.(4.2) = 2,4 gr/cm 3 x 24,544 cm 3 = 58,906 gr Keterangan : m = massa satu binder ρ = massa jenis beton diasumsikan 2,4 gr/cm 3 V = volume benda uji (cm 3 ) Menentukan Massa Fly Ash Berat fly ash direncanakan sebesar 74% dari massa 1 binder. Massa fly ash = 74% x massa 1 binder = 74% x 58,906 gr = 43,59 gr Komposisi 1 = fly ash 0%: limbah Tjiwi Kimia 100% = 0 gr : 43,59 gr Komposisi 2 = fly ash 20%: limbah Tjiwi Kimia 80% = 8,718 gr : 34,872 gr Komposisi 3 = fly ash 40%: limbah Tjiwi Kimia 60% = 17,436 gr : 26,154 gr Komposisi 4 = fly ash 60%: limbah Tjiwi Kimia 40% = 26,154 gr : 17,436 gr Komposisi 5 = fly ash 80%: limbah Tjiwi Kimia 20% = 34,872 gr : 8,718 gr Komposisi 6 = fly ash 100%: limbah Tjiwi Kimia 0% = 43,59 gr : 0 gr Menentukan Massa Aktivator Direncanakan massa aktivator sebesar 26% dari massa satu binder, sedangkan perbandingan massa antara sodium silikat dengan sodium hidroksida direncakan sebesar 0,5. Massa aktivator = 26% x massa 1 binder = 26% x 58,906 gr = 15,316 gr Massa pencampur = massa (sodium silikat + sodium hidroksida) Dengan demikian, komposisi tersebut dapat ditabelkan sebagai berikut: Tabel 4.3 Komposisi Binder 8M : ma Binde r Na 2 SiO 3 Massa Fly Ash Massa NaOH Paito n Tjiwi Kimia NaOH Na 2 Si O 3 (gr) (gr) (gr) (gr) A1 0,5 0 43,59 10,211 5,105 A2 0,5 8,718 34,872 10,211 5,105 A3 0,5 17,436 26,154 10,211 5,105 A4 0,5 26,154 17,436 10,211 5,105 A5 0,5 34,872 8,718 10,211 5,105 A6 0,5 43, ,211 5,105 Massa Fly Na 2 SiO 3 Nama Ash Massa Binder NaOH Paiton Tjiwi NaOH Na 2 SiO 3 Kimia (gr) (gr) (gr) (gr) B1 0,5 0 43,59 10,211 5,105 B2 0,5 8,718 34,872 10,211 5,105 B3 0,5 17,436 26,154 10,211 5,105 B4 0,5 26,154 17,436 10,211 5,105 B5 0,5 34,872 8,718 10,211 5,105 B6 0,5 43, ,211 5,105 Keterangan : 1. Komposisi A1 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%. 2. Komposisi A2 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80%. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-21

12 3. Komposisi A3 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60%. 4. Komposisi A4 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%. 5. Komposisi A5 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20%. 6. Komposisi A6 =Molaritas 8 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0%. 7. Komposisi B1 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%. 8. Komposisi B2 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80% 9. Komposisi B3 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60% 10.Komposisi B4=Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%. 11.Komposisi B5 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20% 12.Komposisi B6 =Molaritas 12M0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0% Tes Kuat Tekan Tes kuat tekan binder geopolimer ini dilakukan pada saat binder berumur 3, 7, 14, 21, 28, dan 56 hari. Untuk setiap tes kuat tekan digunakan dua benda uji dari setiap komposisi untuk diambil rata-rata dari setiap nilai yang diperoleh. Berikut ini adalah hasil tes kuat tekan yang dilakukan pada masing-masing komposisi campuran dengan menggunakan mesin torsi universal testing machine AU-5 berkapasitas 5 ton yang berada di Laboratorium Beton Diploma Teknik Sipil, ITS. Tabel 4.4 Hasil Tes Kuat Tekan Binder Geopolimer: Kode Binder A1 A2 A3 A4 A5 A6 Kode Binde r A1 A2 A3 A4 A5 A6 3 Hari 7 Hari 14 Hari kg MPa kg MPa kg MPa ,89 11, , ,88 10, , ,87 10, , ,86 10, , ,81 10, , ,83 10, ,19 21 Hari 28 Hari 56 Hari kg MPa kg kg MPa kg , , , , , , , , , , , , Sumber : Hasil Penelitian Persamaan yang digunakan untuk menghitung besarnya kuat tekan dari masing- Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-22

13 masing binder geopolimer adalah persamaan (3.5). Contoh perhitungan kuat binder A1 hari ke-56. Diketahui: P 1 = 588 kg = 580 kg P 2 Penyelesaian: σ1 = = Gambar 4.4 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A3 σ 1 = = σ 1.2 = Cara perhitungan yang sama dapat digunakan untuk menghitung kuat tekan binder geopolimer dengan komposisi yang lainnya. Gambar 4.5 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A4 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A1 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A5 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A2 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Umur dengan Kuat Tekan Binder A6 Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-23

14 Gambar 4.8 Grafik Kuat Tekan Binder Molaritas 8 M 0,5 Secara keseluruhan dapat diamati pada Gambar 4.37 bahwa kuat tekan binder geopolimer mengalami kenaikan kuat tekan dari umur 3 hari hingga umur 56 hari. Meskipun terlihat kecenderungan bahwa kuat tekan umur 56 hari untuk masing-masing binder seolah-olah berkumpul pada satu titik, akan tetapi tetap terdapat adanya perbedaan kuat tekan antar masing-masing komposisi (walaupun tidak begitu signifikan). Dari Gambar 4.37 dapat diamati bahwa kuat tekan binder A1 adalah komposisi binder molaritas 8 M 0,5 yang paling tinggi dengan mencapai kekuatan 12,13 Mpa pada umur 56 hari. Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan Silika (SiO 2 ) pada limbah Tjiwi Kimia. Tabel 4.5 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C1 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,47 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.6 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C2 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 20% : Tjiwi Kimia 80%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,32 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.7 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C3 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 40% : Tjiwi Kimia 60%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,24 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.8 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C4 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 60% : Tjiwi Kimia 40%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,19 Sumber : Hasil Penelitian Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-24

15 Tabel 4.9 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C5 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 80% : Tjiwi Kimia 20%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,14 Sumber : Hasil Penelitian Tabel 4.10 Hasil Tes Kuat Binder Geopolimer Komposisi C6 (Molaritas 12 M 0,5 perbandingan massa fly ash Paiton 100% : Tjiwi Kimia 0%) NO UMUR KUAT TEKAN (hari) (MPa) , , , , , ,39 Sumber : Hasil Penelitian Gambar 4.9 Grafik Kuat Tekan Binder Molaritas 12 M 0,5 Secara keseluruhan dapat diamati pada Gambar 4.9 bahwa kuat tekan binder geopolimer mengalami kenaikan kuat tekan dari umur 3 hari hingga umur 56 hari. Meskipun terlihat kecenderungan bahwa kuat tekan umur 56 hari untuk masing-masing binder seolah-olah berkumpul pada satu titik, akan tetapi tetap terdapat adanya perbedaan kuat tekan antar masing-masing komposisi (walaupun tidak begitu signifikan). Dari Gambar 4.54 dapat diamati bahwa kuat tekan binder C1 adalah komposisi binder molaritas 12 M 0,5 yang paling tinggi dengan mencapai kekuatan 14,47 Mpa pada umur 56 hari. Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan Silika (SiO 2 ) pada limbah Tjiwi Kimia. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-25

16 Parameter Porositas Rasio Kode µ Mh Mo mo Vo r α Pt Po Pf (gr) (gr) (gr) (gr) (ml) (%) (%) (%) A1 22,40 41,50 35,50 35,00 12,70 2,76 1,86 32,56 31,41 1,14 8 M 0,5 A1 22,30 41,70 36,00 35,30 13,20 2,67 1,86 30,61 29,38 1,23 Rata-rata 22,35 41,60 35,75 35,15 12,95 2,72 1,86 31,58 30,40 1,19 12 M 0,5 C1 23,10 43,50 38,70 38,10 15,10 2,52 1,90 24,81 23,53 1,29 C1 23,20 42,80 38,40 37,80 14,60 2,59 1,96 24,33 22,45 1,88 Rata-rata 23,15 43,15 38,55 37,95 14,85 2,56 1,93 24,57 22,99 1,58 Sumber : Hasil Penelitian Keterangan : µ = Berat benda uji dalam air (gram) Mh = Berat benda uji dalam keadaan SSD (gram) Mo = Berat benda uji setelah selasai dioven (gram) mo = Berat benda uji yang telah dihaluskan (gram) Vo = Volume benda uji (ml) r = Perbandingan berat : volume dalam keadaan halus α = Perbandingan mo terhadap volume yang tampak Pt = Total pori (%) Po = Pori yang terbuka (%) Pf = Pori yang tertutup (%) Adapun contoh perhitungan untuk mendapatkan besarnya pori yang tertutup pada binder B1 (8 M 1,5 perbandingan fly ash Paiton 0% : Tjiwi Kimia 100%) adalah sebagai berikut : Diketahui: µ1 = 22,60 gr µ2 = 22,80 gr Mh1 = 42,40 gr Mh2 = 43,90 gr Mo1 = 36,40 gr Mo2 = 37,70 gr mo1 = 36,10 gr mo2 = 37,10 gr Vo1 = 13,40 ml Vo2 = 14,40 ml Penyelesaian: Cara perhitungan yang sama dapat digunakan untuk menghitung besarnya pori yang tertutup pada masing-masing komposisi binder geopolimer dengan molaritas larutan NaOH 8M dan 12 M. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-26

17 Tabel 4.11 Hasil Rata-rata Tes Porositas Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M Parameter 8 M 0,5 12 M 0,5 Pt 31,58 24,57 Po 30,40 22,99 Pf 1,19 1,58 Sumber : Hasil Penelitian diperkirakan jumlah air yang berada dalam rongga binder 12M lebih sedikit jika dibandingkan dengan binder yang menggunakan larutan NaOH 8M dan hal itu menyebabkan jumlah total pori binder 8M relatif lebih banyak jika dibandingkan dengan binder 12M. Hal ini dapat diamati pada gambar dibawah ini: Secara umum dapat disimpulkan bahwa : a. Semakin tinggi molaritas maka jumlah pori tertutup juga akan semakin banyak. Hal ini dapat diamati pada Gambar 4.10 di bawah ini. 8M 0,5 12M 0,5 Gambar 4.10 Grafik Jumlah Pori Tertutup Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M b. Pori total Semakin tinggi molaritas, jumlah total pori semakin sedikit tetapi jumlah pori tertutup semakin banyak. Hal ini dipengaruhi oleh kekentalan yang dimiliki oleh NaOH dalam campuran setiap komposisi. Kepekatan berhubungan dengan banyaknya air yang dicampurkan dalam larutan. Pada saat curing dilakukan, air yang berada dalam binder akan menguap sehingga rongga yang dulunya ditempati oleh air menjadi kosong. Binder yang menggunakan larutan NaOH 12M lebih pekat jika dibandingkan dengan binder yang menggunakan larutan 8M. Oleh sebab itu Gambar 4.11 Grafik Jumlah Pori Total Binder Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M c. Jumlah pori terbuka Secara umum dapat diperhatikan binder geopolimer dengan menggunakan larutan NaOH 12M memiliki pori terbuka yang lebih kecil jika dibandingkan dengan binder geopolimer yang menggunakan larutan NaOH 8M. Hasil yang diperoleh dari tes porositas ini berhubungan erat dengan hasil kuat tekan yang diperoleh. Pori terbuka yang ada di dalam binder menyebabkan binder menjadi keropos. 8M 0,5 12M 0,5 Gambar 4.12 Grafik Jumlah Pori Terbuka Geopolimer pada Molaritas 8M dan 12M Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-27

18 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Semakin tinggi molaritas yang digunakan, maka semakin tinggi pula kuat tekan yang dihasilkan. Binder geopolimer yang menggunakan molaritas 12M menghasilkan kuat tekan yang lebih besar dibandingkan binder geopolimer yang menggunakan molaritas 8M. 5.2 Saran Selama pelaksanaan pekerjaan pembuatan binder geopolimer ini, sebaiknya menggunakan perlengkapan pelindung seperti masker dan sarung tangan karena zat kimia yang digunakan sangat berbahaya bagi tubuh manusia. DAFTAR PUSTAKA AFNOR NF B Annual Book of ASTM Standard C Chemical Analysis of Hydraulic Cement. (Uji Kimia Fly Ash: Halaman 99) Annual Book of ASTM Standard C Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle. (Uji Setting Time: Halaman ) Annual Book of ASTM Standard C Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency. (Mesin Mixer: Halaman ) Annual Book of ASTM Standard C Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Portland Cement Concrete. (Klasifikasi Fly Ash: Halaman ) Annual Book of ASTM Standard C Compressive Creep of Chemical- Resistant Polymer Machinery Grouts. (Ukuran Binder Geopolimer: Halaman 743) Damayanti Nanna, Oktavina Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash Dengan Aktifator Sodium Hidroksida Molaritas 8M dan 10M. Surabaya: Teknik Sipil, FTSP-ITS. (Tes-tes Yang Dilakukan: Halaman 64-75) Edgar Apa Itu Aquades, <URL: x;_ylt= AkkmhH0YAWKQHFuikp6uvtLJRAx.;_ ylv=3?qid= aabf rek>. Hardjito, Djwantoro Abu Terbang Solusi Pencemaran Semen, <URL: http: //betoncoid.wordpress.com/2008/06/ 30/abu-terbang-solusi-pencemaransemen>. Hardjito, D and Rangan, B.V Development and Properties of Low- Calcium Fly Ash-Based Geoplymer Concrete. Pert: Faculty of Engineering Curtin University of Technology. (Geopolimer: Halaman 5-15) Nasron, Laili Pemanfaatan Abu Layang PT. Tjiwi Kimia Sebagai Bahan Dasar Geopolimer. Surabaya: Kimia, FMIPA-ITS. (Tinjauan Pustaka Kuat Tekan, Porositas dan XRD: Halaman 15-19) Standar Nasional Indonesia (SNI) Tentang Bata Beton (Paving Block). Bandung: Badan Standardisasi Nasional. (Mutu Paving: Halaman 1-2) Standar Nasional Indonesia (SNI) Tata Cara Perhitungan Struktur Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-28

19 Beton Untuk Bangunan Gedung, Bandung: Badan Standardisasi Nasional. (Benda Uji Dalam Kuat Tekan: Halaman 28) Subaer Pengantar Fisika Geopolimer. Solo: Maulana Offset. (Sifat Fisis dan Mekanik Geopolimer: Halaman 175) Sudarmo, Unggul Kimia SMA 1 untuk SMA Kelas X.Jakarta:Erlangga.(Tabel Periodik:Halaman 1) Triwulan Pengaruh Sistem Curing Pada Kuat Tekan Pasta Semen Yang Memakai Abu Terbang (Fly Ash). Surabaya: Teknik Sipil, FTSP-ITS. (Kuat Tekan Pasta Semen: Halaman 19) Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-29

20 Material Bahan Bangunan dan Konstruksi F-30