PAVING GEOPOLIMER DARI COAL ASH LIMBAH PABRIK

Transkripsi

1 PAVING GEOPOLIMER DARI COAL ASH LIMBAH PABRIK Yulia Putri Wijaya, Januarti Jaya Ekaputri, dan Triwulan Jurusan Teknik Sipil FTSP ITS, Surabaya Abstrak Coal ash adalah materi yang dihasilkan dari proses pembakaran batu bara. Coal ash terdiri dari fly ash dan bottom ash. Dalam penelitian ini coal ash yang dipakai adalah coal ash dari PT. Kasmaji Inti Utama Mojokerto. Hasil dari penelitian ini akan diaplikasikan untuk bahan bangunan non struktural berupa paving. Dalam penelitian ini juga menggunakan abu batu sebagai filler dari mortar paving geopolimer. Terdapat 2 mix design dalam pembuatan mortar paving geopolimer dan ada dua perlakuan pada benda uji, yaitu setelah benda uji dicetak, diletakkan di udara bebas dan di steam 60 o C selama 6 jam. Dalam mix design pertama (A) perbandingan antara agregat : binder 70:30, coal ash : alkali 70 : 30 penambahan air 1.3% dari berat coal ash, dalam mix design kedua (B) perbandingan antara agregat : binder 65:35, coal ash : alkali 65 : 35 penambahan air 3/35 bagian dari alkali. Berdasarkan analisa yang telah dilakukan didapat hasil bahwa mix design (B) dengan steam 6 jam mempunyai hasil yang optimum, yaitu mempunyai rata-rata kuat tekan pada umur 28 hari adalah 20.8 Mpa dan rata- rata penyerapan air sebesar 5.27 % dan rata-rata ketahanan aus yang didapatkan adalah mm/menit. Dengan adanya hasil dari penelitian ini diharapkan adanya penelitian lanjutan agar hasil yang ingin dicapai bisa terlaksana. Sehingga hasil penelitian lanjutan bisa menghasilkan produk masal yang murah, ramah lingkungan, mudah dibuat, sekaligus mengatasi masalah pengendalian limbah coal ash berkualitas rendah. Selain itu, hasil penelitian ini akan menjadi contoh pemanfaatan coal ash berkualitas rendah yang dihasilkan oleh industri lain yang mempunyai masalah dengan pengendalian limbah coal ash. Kata kunci: paving, geopolimer, dan coal ash. 1. Pendahuluan Coal ash merupakan materi yang dihasilkan dari proses pembakaran batu bara. Coal ash terdiri dari fly ash dan bottom ash. Pada umumnya fly ash tersusun atas campuran oksida logam dan unsur/oksida non logam. Selain itu, fly ash juga mengandung zat beracun, yaitu Chrom 6+, Arsen, Fluorine, Boron, dan Selenium (Ekaputri, 2011). Zat beracun dalam fly ash yang ditimbun di tanah bisa menyebar melalui media air dan udara dan menimbulkan masalah lingkungan (Ekaputri, 2012). Boron, salah satu unsur dalam fly ash, menimbulkan bahaya bagi manusia dan tanaman jika konsentrasi di alam cukup tinggi (Ekaputri dkk, 2011). PTKIU (PT. Kasmaji Inti Utama) adalah pabrik kimia yang menghasilkan sodium silikat dan coal ash. Coal ash yang dihasilkan mempunyai kandungan silika yang rendah sifat amorfnya. Masalah yang dihadapi perusahaan tersebut Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 33

2 terkait dengan coal ash adalah biaya yang dikeluarkan perusahaan untuk transportasi penjualan coal ash ke pabrik semen jauh lebih mahal daripada hasil penjualan coal ash. Dengan kata lain, untuk memindahkan coal ash dari lingkungan pabrik diperlukan biaya tambahan. Untuk menyelesaikan masalah tersebut, PTKIU telah melaksanakan kerjasama dengan ITS dalam bentuk riset tentang beton geopolimer. Beberapa percobaan telah dilakukan, dan disimpulkan bahwa solusi yang sesuai untuk mengatasi masalah tersebut adalah pemanfaatan coal ash sebagai bahan utama pembuatan paving geopolimer. Penelitian pendahuluan yang sudah dilakukan di ITS menunjukkan bahwa kuat tekan beton geopolimer yang dibuat dari bahan fly ash berkualitas rendah berkisar antara MPa. Nilai ini jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan beton geolpolimer yang menggunakan fly ash dengan kadar silika amorf yang tinggi. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa material ini hanya bisa diaplikasikan untuk bahan bangunan non struktural seperti paving. Pada penelitian sebelumnya memanfaatkan limbah serat sagu sebagai bahan dalam pembuatan paving (Petrus, 2011). Serta memanfaatkan limbah botol plastic sebagai bahan campurannya (Arif, 2013). Sementara itu untuk pemanfaatan bahan geopolimer dalam pembuatan batu bata juga belum pernah diterapkan, namun dalam penelitian pembuatan batu bata sebelumnya memanfaatkan fly ash, serbuk kayu, sabut kelapa, sekam padi, serta ampas tebu (Alfred, 2012). Bebe - rapa penelitian telah dilakukan untuk membuat bata dari bahan semen geopolimer. Jika material ini dibuat menjadi bata ringan dengan density g/cm 3 dengan kuat tekan sekitar 7 MPa yang mana nilai ini memenuhi standar bata untuk bangunan (Amin, 2013). 2. Metode Penelitian Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium sehingga semua aktivitas di lakukan di Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan, Jurusan Teknik Sipil ITS. Bahan bahan yang dipakai dalam penelitian ini antara lain: a) Aquades atau air suling, didapatkan dengan membeli di toko kimia. Pemakaian aquades dimaksudkan agar air yang digunakan lebih murni. b) Larutan NaOH 14M. Larutan NaOH adalah kristal NaOH yang dibuatkan larutannya sesuai kebutuhan yaitu 14M. c) Sodium silikat atau water glass didapatkan dari PT. Kasmaji Inti Utama (PTKIU) dengan keadaan siap pakai. Sodium silika ini bertekstur cair dan kental. Kandungan dalam sodium silika ini adalah Na2O 18%, SiO2 36%, H2O 46%. d) Coal ash yang digunakan adalah Coal ash yang didatangkan dari PT.Kasmaji Inti Utama (PTKIU). Coal ash dalam kondisi belum siap pakai, jadi sebelum digunakan coal ash ditumbuk dahulu dengan alat bond ball mill yang ada di Lab Beton dan Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil ITS. e) Abu batu yang digunakan dalam penelitian ini didapat dari UD. Mulya Jaya Sidoarjo. Penggunaan abu batu dalam pembuatan mortar paving adalah sebagai fille/pengisi dalam mortar geopolimer ini. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 34

3 Dalam penelitian ini terdapat 2 tahap dalam penentuan mix design yang paling optimum, antara lain sebagai berikut: 1. Mix design pertama (A) Perbandingan antara binder (coal ash dan larutan alkali) dan agregat adalah 30:70. Perbandingan antara coal ash dan larutan alkali adalah 70:30. Larutan alkali dari NaOH (14M) dan Na2SiO3 dengan perbandingan antara Na2SiO3 dan NaOH adalah 2,5:1. Penambahan air 1.3% dari jumlah coal ash yang dipakai. 2. Mix design kedua (B) Perbandingan antara binder (coal ash dan larutan alkali) dan agregat adalah 35:65. Perbandingan antara coal ash dan larutan alkali adalah 65:35. Larutan alkali dari NaOH (14M) dan Na2SiO3 dengan perbandingan antara Na2SiO3 dan NaOH adalah 2,5:1. Penambahan air 3/35 bagian dari jumlah alkali. Dalam pembuatan campuran mortar 900 gram diperlukan komposisi material seperti pada Tabel 1. Dengan adanya penambahan air dalam komposisi mortar geopolimer,maka larutan NaOH menjadi menurun molaritasnya, sehingga dari rencana awal menggunakan larutan NaOH 14 molar menjadi M untuk mix design A dan 9.69 M untuk mix design B. Penurunan molaritas larutan NaOH yang digunakan dapat dihitung dengan cara sebagai berikut: 1. Pertama menentukan berat jenis dari larutan NaOH 14 M, yaitu dengan cara: Ambil labu ukur 25ml dan timbang labu ukur kosong (W1) Isi labu ukur dengan larutan NaOH sampai batas kapasitas, kemudian timbang labu ukur + larutan NaOH (W2) Rumus yang dipakai : dimana V = Volume labu ukur 2. Dari pengukuran yang dilakukan berat jenis larutan NaOH 14 M sebesar 1.35 g/ml 3. Sebagai contoh untuk mix design B kita punya larutan NaOH sebesar 28.8 gram berarti terdiri atas: NaOH = 14 (mol NaOH/1000mL larutan)*9 gram larutan *40 gram NaOH/mol NaOH /(1.35 g larutan/ml larutan) = 11.9 gram NaOH H2O = massa larutan massa NaOH = 28.8 gram 11.9 gram = 16.9 gram H2O Tabel 1. Kebutuhan Material Dalam 900 Gram Mortar Jenis mix design Kebutuhan material (gram) Abu batu Coal Ash NaOH Na2SiO3 air A B Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 35

4 4. Penambahan air pada mix design B adalah sebesar 9.45 gram, maka: Volume larutan awal = massa larutan awal/density larutan = 28.8gram larutan/(1.35 gram larutan/ml larutan) = 21.3 ml Volume larutan akhir = volume larutan awal + volume air yang ditambahkan (karena density air = 1 g/ml, maka volume air =9.45 ml) = 21.3 ml ml = ml Molaritas akhir = mol NaOH terlarut / Liter larutan akhir Molaritas akhir = 11.9 gram NaOH *(1 mol NaOH/40gram NaOH)* (1000mL/1 L)/(30.75 ml larutan) = 9.69 Molar 5. Begitu pula untuk mix design A, caranya sama dalam menghitung penurunan molaritasnya. Langkah-langkah pembuatan mortar geopolimer adalah sebagai berikut: 1. Siapkan bahan sesuai komposisi yang telah ditentukan 2. Siapkan alat yang akan digunakan diantaranya: Wadah untuk mengaduk mortar Kaus tangan pelindung dari karet Cetakan Kubus (5cm x 5cm x 5cm). 3. Campur larutan NaOH 14 M yang telah dingin, Na2SiO3 dan juga penambahan air, hingga tercampur homogen untuk membuat larutan alkali. 4. Campur coal ash dan abu batu, aduk dengan tangan (memakai pelindung kaus tangan dari karet) hingga merata. 5. Masukkan larutan alkali ke dalam campuran coal ash dan abu batu, aduk dengan tangan (memakai pelindung kaus tangan dari karet) hingga merata. 6. Tuangkan mortar pada cetakan yang sudah di lumuri dengan oli agar nanti pada saat pembongkaran dari cetakan mortar mudah dipisahkan dari cetakan dan didapat permukaan sisi mortar yang halus. Penuangan pertama mortar pada cetakan yaitu 1/3 bagian dari cetakan, tumbuk dengan besi kubus ukuran 3cmx3cmx3cm sebanyak 100 kali secara merata pada permukaan atasnya, begitu seterusnya hingga penuh 1 cetakan. Pengujian benda uji yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi: a) Pengujian Kuat Tekan Kuat tekan mortar geopolimer dihitung dengan menggunakan persamaan: Kuat tekan: Dimana: P = beban hancur (Kgf) L = luas bidang tekan (cm 2 ) b) Pengujian Penyerapan Air Penyerapan air mortar geopolimer dihitung dengan menggunakan persamaan: Penyerapan air: Dimana: A = berat basah (gram) B = berat kering (gram) c) Pengujian Ketahanan Aus Ketahanan aus mortar geopolimer dihitung dengan menggunakan persamaan: Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 36

5 Ketahanan aus: Dimana: A = selisih berat sebelum dan sesudah diauskan (gram) BJ = berat jenis (gram/cm 3 ) L = Luas permukaan bidang aus (cm 2 ) W = lama pengausan (menit) 3. Hasil Dan Pembahasan a) Analisa Coal Ash Hasil Analisa XRD Coal Ash (gambar 1) Dari gambar analisa XRD dari coal ash di atas dapat dibuat tabel 2. Tabel 2. Hasil Analisa Kuantitatif Coal Ash Phase name Content (%) cristobalite-beta 21.8 (16) Mullite, syn 60 (13) Quartz, syn 15.1 (12) quartz low HP, 3.2 (3) Dari hasil analisis kuantitatif di atas, komposisi fase yang dominan dalam coal ash adalah fase mullite. Hasil Analisa XRF Coal Ash (tabel 3) Tabel 3. Hasil Analisa XRF Coal Ash Senyawa % SiO Al2O Fe2O SO CaO 5.23 MgO 1.20 Na2O 0.80 K2O 2.68 Dari hasil analisa XRF di atas, komposisi kimia yang dominan dalam coal ash adalah Al2O3, SiO2 dan Fe2O3 dimana senyawa oksida tersebut sangat reaktif bila dicampur dengan alkali aktifator. b) Analisa Abu Batu (tabel 4) Dari hasil uji kadar lumpur dan analisa ayakan abu batu yang digunakan sebagai filler sangat baik untuk pembuatan paving geopolimer. Intensity (cps) 5.0e e e e e e+000 [1], d=5.412(3), 2-theta=16.365(10) [2], d=4.271(3), 2-theta=20.782(14) [3], d=4.1109(10), 2-theta=2 [4], d=3.4324(14), [5], d=3.3957(11), [6], d=3.3500(8), 2-theta=25.937(11) 2-theta=26.222( [7], d=3.2630(13), 2-theta=27.309(11) 2-theta=26.5 [8], d=2.892(2), 2-theta=30.90(2) [9], d=2.7006(10), 2-theta=33.145(12) [11], d=2.5177(19), [10], d=2.5475(7), 2-theta=35.63(3) 2-theta=35.200(10) [12], d=2.4294(9), 2-theta=36.971(15) [13], d=2.2932(14), 2-theta=39.25(2) [14], d=2.2122(6), 2-theta=40.753(11) [15], d=2.1226(12), 2-theta=42.56(3) [16], d=1.8903(17), 2-theta=48.09(5) [17], [18], d=1.8460(6), d=1.8187(5), 2-theta=49.326(18) 2-theta=50.115(13) [19], d=1.628(4), 2-theta=56.48(16) [20], d=1.6022(13), 2-theta=57.47(5) [21], d=1.5447(6), [22], d=1.5272(3), 2-theta=59.82(3) 2-theta=60.578(15) [23], d=1.463(2), 2-theta=63.54(12) [24], d=1.4442(8), 2-theta=64.47(4) [25], d=1.3755(16), 2-theta=68.11(9) [26], d=1.3292(4), 2-theta=70.83(2) [27], d=1.2694(17), 2-theta=74.71(12) [28], d=1.187(3), 2-theta=80.9(2) Intensity (cps) theta (deg) Gambar 1. Hasil Analisa XRD Coal Ash Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 37

6 Tabel 4. Hasil Uji Kadar Lumpur Abu Batu PERCOBAAN NOMOR 1 2 Berat Abu batu Kering (W1) 500 gr 500 gr Berat Abu batu Bersih Kering (W2) 440 gr 443 gr Kadar Lumpur = (W1-W2)/W1 x 100% 12% 11.40% Rata - rata 11.7 % Tabel 5. Hasil Analisa Ayakan Abu Batu Diameter Berat Berat Tertahan Ayakan Tertahan Kumulatif (gram) (mm) (gram) Persen Kumulatif Tertahan Lolos pan FM (Fine Modulus) c) Data dan Analisa Mortar Geopolimer (tabel 6) Tes Kuat Tekan (tabel 7) Dari hasil kuat tekan rata-rata mortar geopolimer di atas dapat dibuat grafik kuat tekan seperti pada Gambar 2. Dapat dilihat dari Gambar 2 yang dihasilkan dari tes kuat tekan bahwa mix Gambar 1. Grafik Analisa Ayak Abu Batu design B jauh lebih baik menghasilkan mortar dengan kuat tekan rata-rata cukup tinggi yaitu Mpa pada umur 28 hari, sehingga mortar dengan mix design B masuk dalam mutu B dalam standar SNI yang mana dalam mutu B disyaratkan kuat Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 38

7 tekan rata-rata 20 Mpa dan kuat tekan minimal 17 MPa. Tabel 6. Sifat-sifat fisik paving block (sumber: SNI ) Mutu Kuat Tekan (Mpa) Ketahanan aus (mm/menit) Penyerapan air rata - rata maks. Rata - rata Min. Rata - rata Min. (%) A ,090 0,103 3 B ,130 0,149 6 C 15 12,5 0,160 0,184 8 D 10 8,5 0,219 0, Tabel 7. Hasil Tes Kuat Tekan Benda Uji Kuat tekan (Mpa) pada umur (hari) KODE BENDA UJI PERCOBAAN A A60 B B Tabel 8. Hasil Rata- rata Tes Kuat Tekan Benda Uji KODE BENDA UJI Kuat tekan (Mpa) pada umur (hari) A A B B Keterangan: Kode benda uji A : untuk mix design A dengan suhu di hamparan bebas Kode benda uji A60 : untuk mix design A dengan steam 60 o C Kode benda uji B : untuk mix design B dengan suhu di hamparan bebas Kode benda uji B60 : untuk mix design B dengan steam 60 o C Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 39

8 Gambar 2. Hasil Kuat Tekan rata-rata Mortar Umur 7, 14, 21, 28 hari Tes Penyerapan Air (tabel 9) Dari hasil tes penyerapan air didapat hasil rata-rata 5.27%, sehingga dapat disimpulkan bahwa paving geopolimer ini memenuhi standar SNI dan masuk dalam mutu B dimana disyaratkan penyerapan air rata-rata maksimal sebesar 6%. Tes Ketahanan Aus (tabel 10) Dari hasil tes ketahanan aus didapat hasil rata - rata mm/menit dan ketahanan aus minimal mm/ menit, sehingga dapat disimpulkan bahwa paving geopolimer ini memenuhi standar SNI dan masuk dalam mutu C dimana disyaratkan ketahanan aus rata-rata sebesar mm/menit dan ketahanan aus minimal sebesar mm/menit. 4. Kesimpulan dan Saran 4.1. Kesimpulan Dari pembahasan hasil penelitian yang telah dilakukan seperti diuraikan di atas maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Untuk mortar geopolimer dari mix design A yaitu benda uji A dan benda uji A60 mempunyai rata rata kuat tekan 7.03 Mpa dan 8.88 Mpa dimana kuat tekan tersebut tidak memenuhi standar SNI Untuk mortar geopolimer dari mix design B yaitu benda uji B dan benda uji B60 mempunyai rata rata kuat tekan berturut-turut Mpa dan Mpa dan minimal kuat tekan berturut-turut Mpa dan Mpa, dimana kuat tekan tersebut dalam SNI mempunyai kualitas mutu kelas B, dan hasil penyerapan air rata rata nya sebesar 5.27%, sehingga dapat disimpulkan bahwa paving geopolimer ini memenuhi standar SNI mutu kelas B, akan tetapi jika dilihat dari rata-rata ketahanan ausnya sebesar mm/menit dan ketahanan aus minimalnya mm/menit. mortar geopolimer ini masuk dalam mutu kelas C. Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 40

9 Tabel 9. Hasil Tes Penyerapan Air Benda Uji PERCOBAAN Berat Paving Basah (A) (gram) Berat Paving Kering (B) (gram) Penyerapan Air = (A-B)/B x 100% 4.40% 4.40% 5.58% 4.82% 6.04% 6.40% Rata - rata 5.27% Tabel 10. Hasil Tes Ketahanan Aus Benda Uji Sebelum diaus (gram) Sesudah diaus (gram) Setelah direndam (gram) Timbang dalam air (gram) BJ (gram/ cm3) A (gram) L (cm2) W (menit ) Ketahanan Aus (mm/menit) [(A*10)/(BJ*L*W)] Rata-rata Saran Saran yang dapat penulis sampaikan melihat hasil dari penelitian ini adalah perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan metode curing yang lebih tepat agar hasil kuat tekan, penyerapan air, dan ketahanan aus yang dihasilkan lebih baik dan bisa memenuhi standar yang telah ditentukan. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terimakasih kepada Ibu Triwulan dan Ibu Januarti yang telah membimbing dan memberkan bantuan finansial serta bantuan peralatan yang sangat bermanfaat. Ucapan terimakasih juga penulis ucapkan kepada pak Harjo dari Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan Teknik Sipil ITS, Bapak Tri Eddy dari semen Gresik, dan seluruh teman teman yang membantu dalam penelitian ini. Daftar Pustaka Amin, Shofi ul; Firmansyah, M.; Ekaputri, Januarti Jaya dan Triwulan, Potensi Agregat Alwa sebagai Bahan Dasar Beton Geopolimer Berbahan Lumpur Sidoarjo, Proceeding Seminar Nasional IX Feb 2013 Teknik Sipil ITS Surabaya. Ekaputri, Januarti J. and Maekawa, K., Time-Dependent Modeling of Boron Leaching from Fly Ash and Adsorption to Solid, Journal of Basic and Applied Scientific Research 2(7)2012 pp , textroad, ISSN Ekaputri, Januarti J., Leachable Boron from Fly Ash, Jurnal PURIFIKA- SI, volume 12 no 2 July ISSN , page Patandung, Petrus; Moniharapon A. and Syarif, Syamsiwarni Reny, Penelitian Pemanfaatan Limbah Serat Sagu Untuk Bata Beton Paving Block, Majalah Ilmiah Teknologi Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 41

10 Industri Vol. 3 No.1 Juni 2011: ISSN NO: X. SNI tentang Bata Beton (paving Block) Material Bahan Bangunan dan Konstruksi G - 42