JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 1 PASTA RINGAN GEOPOLIMER BERBAHAN DASAR LUMPUR BAKAR SIDOARJO DAN FLY ASH PERBANDINGAN 3:1 DENGAN TAMBAHAN ALUMINUM POWDER dan SERAT ALAM Resti Nur Arini, Triwulan dan Januarti Jaya Ekaputri Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan,Institut Teknologi Sepuluh November. Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail : triwulan@ce.its.ac.id Abstrak Pada umumnya proses pembuatan beton ringan masih menggunakan unsur semen sebagai bahan pengikat. Akhir-akhir ini mulai diperkenalkan beton geopolimer yang ramah lingkungan sebagai green concrete. Pembuatan geopolimer yang ramah lingkungan dapat mereduksi penggunaan semen yang dalam pembuatanny menghasilkan gas CO2 dalam jumlah banyak. Dimana semen digantikan sebagai fly ash dan lumpur bakar. Beton ringan akan dalam bentuk pasta ringan geopolimer dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi dasar yang baik untuk selanjutnya bisa dipakai sebagai beton ringan geopolimer. Untuk pembuatan pasta ringan akan ditambahkan aluminum powder agar pasta dapat mengembang, selain itu ditambahkan juga fiber. Untuk pembuatan pasta ringan ada 3 tahap yang dilakukan dalam percobaan. Percobaan pertama membuat pasta dasar campuran superplasticiser yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan maksimum, percobaan kedua membuat pasta ringan dengan mencari kadar aluminum powder yang tepat, percobaan ketiga membuat pasta ringan berserat dengan mencari komposisi serat yang tepat. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapatkan hasil bahwa pada percobaan pertama untuk pembuatan pasta dasar diperoleh penggunaan superplasticiser yang baik sebanyak 3.5% dengan kuat tekan maksimum 49.50Mpa. Sedangkan untuk percobaan kedua pembuatan pasta ringan diperoleh penambahan 0.25% aluminum powder dengan kuat tekan maksimum 2.13Mpa. Sedangkan untuk percobaan ketiga pembuatan pasta ringan berserat diperoleh penambahan 1.5% serat dengan kuat tkan maksimum 5.65Mpa. Kata kunci : pasta ringan geopolimer, fly ash, lumpur bakar, alumunium powder, serat I PENDAHULUAN Pada umumnya proses pembuatan beton ringan masih menggunakan unsur semen sebagai bahan pengikat pada campuran beton. Akhir-akhir ini mulai diperkenalkan beton geopolimer yang ramah lingkungan sebagai solusi beton inovasi untuk mengurangi emisi CO 2 akibat penggunaan semen portland (Ekaputri,J.J dan Triwulan, 2011). Geopolimer yang ramah lingkungan dapat mengurangi jumlah energi yang diperlukan karena berkurangnya pemakaian semen, lebih awet dan lebih murah, bahan ini juga tetap menunjukkan perilaku mekanik memuaskan (wartawarga, 2009). Sebagai pengganti semen digunakan bahan pengganti diantaranya fly ash dan pemanfaatan lumpur Sidoarjo. Fly ash merupakan limbah dari hasil residu pembakaran batubara atau bubuk batu bara (ASTM C.168). Untuk saat ini fly ash sangat potensial sebagai bahan subsitusi terhadap semen dan diharapakan sifat pozolanik yang dikandung dapat meningkatkan kuat tekan beton geopolimer yang berbahan dasar fly ash. Selain penggunaan fly ash sebagai bahan dasar beton geopolimer, digunakan juga pemanfaatan lumpur Sidoarjo sebagai bahan pencampur fly ash. Lumpur Sidoarjo yang sekarang ini semakin menumpuk dan menyebar perlu dimanfaatkan, untuk membantu mengurangi volume lumpur yang semakin hari meluas, sehingga limbah alami ini dapat diolah menjadi bahan yang berguna. Beton ringan akan dibuat menjadi beton ringan geopolimer dalam bentuk pasta ringan geopolimer dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi dasar yang baik untuk selanjutnya bisa dipakai sebagai beton ringan geopolimer. Pada penelitian ini akan membuat pasta ringan geopolimer 14M dengan tujuan untuk mencari komposisi dasar yang baik untuk selanjutnya bisa dibuat sebagai bentuk beton ringan geopolimer dengan memanfaatkan limbah seperti fly ash dan lumpur Sidoarjo.
2 II. URAIAN PENELITIAN A. Beton Geopolimer Beton geopolimer adalah senyawa silikat alumino anorganik, yang disintesiskan dari bahan-bahan produk sampingan seperti abu terbang (fly ash) dan abu sekam padi (rice hush ash) yang banyak mengandung alumunium dan silikon (Davidovits, 1997). Beton geopolimer merupakan beton geosintetik yang reaksi pengikatannya terjadi melalui reaksi polimerisasi dan bukan melalui reaksi hidrasi seperti pada beton konvensional (Davitdovits, 2005). Gel pengikat pada geopolimer menampilkan persamaan struktural pada panjang skala nanometer dengan panjang atom seperti material zeolitic. Dalam beberapa kasus khususnya dengan adanya kandungan air yang tinggi, suhu tinggi, rendah sintesa dan perbandingan Si/Al tinggi sampai membentuk formasi nanokristal terhadap gel geopolimer (Provis et al, 2005). Beton geopolimer lebih ramah lingkungan, karena selain dapat menggunakan bahan pembuangan industri, proses pembuangannya juga tidak perlu energi, seperti pada proses pembuatan semen hingga suhu 800 o C cukup dengan pemanasan 60 o C selama sehari penuh, maka bisa dihasilkan beton berkualitas tinggi (Sanggapramana, 2011). Hal yang menarik dalam pembuatan beton geopolimer adalah dengan membandingkan energi yang dibutuhkan terhadap emisi gas rumah kaca CO 2 semen portland dan semen geopolimer adalah sebagai berikut : Tabel 2.1 Energi yang dibutuhkan, MJ/ton Tipe Kalsinasi Penghancuran Total Portland semen geopolimer 3200 600 430 390 3430 990 sumber: davitdovits, 2005 Tabel 2.2 Emisi gas rumah kaca, CO 2 dalam ton/ton Portlan semen 1.00 geopolimer 0.15 0.20 sumber: Davitdovits, 2005 Pada penelitian ini akan dibuat pasta ringan geopolimer dengan ditambahkannya zat pengembang berupa alumunium powder dengan tujuan untuk membentuk pori-pori udara didalam pasta yang selanjutnya bisa difungsikan sebagai beton ringan geopolimer. B. Material Penyusun Pasta ringan Geopolimer Komposisi pasta ringan geopolimer teridri dari fly ash, lumpur bakar Sidoarjo, alkali aktivator, alumunium powder dan serat. 1 Fly ash, Menurut ASTM C618 (ASTM, 1995:304) abu terbang (fly ash) didefinisikan sebagai butiran halus hasil residu pembakaran batubara atau bubuk batu bara. Banyaknya hasil material, hanya fly ash dan slag telah terbukti menjadi sumber material yang dapat membuat geopolimer. Fly ash dianggap menguntungkan karena reaktivitas partikelnya lebih halus daripada slag. Selain itu, fly ash yang mengandung rendah kalsium lebih diharapkan dibandingkan slag yang digunakan sebagai bahan baku (Hardjito dan Rangan, 2005. Fly ash mengandung kalsium oksidasi, alumunium dan silicon. Kandungan karbon dalam fly ash harus sedikit mungkin sedangkan kandungan silika harus tinggi. Kandungan unsur fly ash adalah : Tabel 2.4 Komposisi fly ash kelas F berdasarkan tes XRF Komponen Persen Persen Komponen (%) (%) SiO 2 Al 2 O 3 52,2 38,6 K 2 O MgO 0,4 0,5 Fe 2 O 3 CaO Na 2 O 2,9 0,7 0,5 SO 3 SO 2 LOI 1,2-1,4 sumber: januarti&triwulan, 2011 2 Lumpur Sidoarjo (LUSI) bahan ini berbentuk butiran halus, berwarna abu-abu kehitaman, sangat plastis dan memiliki nilai susut kering yang tinggi. Unsur kimia yang terkandung didominasi oleh silika (> 50%), alumina (26%) dan beberapa unsur lain seperti besi, kalsium dan magnesium dengan jumlah yang relatif kecil ( Lasino, Nur, Cahyadi, 2010).Pada pembuatan beton geopolimer yang menggunakan lumpur Sidoarjo basah (LUSI basah) tidak dapat langsung digunakan sebagai perekat dalam beton tetapi bila dicampur dengan fly ash dan larutan aktifator campuran ini bisa dijadikan perekat yang baik. Lumpur basah, kering maupun bakar (pada suhu 1000 o C) bisa dijadikan beton geopolimer, material ini tidak bersifat amorf sehingga bisa dijadikan pengisi (filler) pada campuran beton geopolimer bersama-sama dengan agregat kasar dan agregat halus (Ekaputri dan Triwulan, 2006). 3 Pada pembuatan beton ringan geopolimer akan ditambahkan zat pengembang berupa alumunium powder. Sehingga struktur pada beton akan terdapat banyak pori-pori karena terjadi penambahan katalis alumunium. Tujuan penambahan pada pasta alumunium untuk mempercepat proses pengembangan adonan bahan (Aroni dan Wittman,1992). Dengan pemberian pasta alumunium dalam adukan maka akan timbul reaksi kimia yang melepas sejumlah gas, dan setelah adukan mengeras maka terbentuk struktur berpori sehingga lebih ringan(scheffler dan Colombo, 2005). Proses kimia menyebabkan proses terbentuknya gas hidrogen yang membuat adonan mengembang membentuk pori-pori kecil (Subari,dkk., 2006), sehingga dari reaksi tersebut akan menimbulkan jejak pori-pori dalam badan beton yang sudah mengeras. Semakin banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori terbentuk dan beton akan semakin ringan. 4 Dalam penelitian ini, digunakan serat alam. Serat alam naturally occurring fibers adalah serat yang berasal dari alam, dari hewan maupun tumbuhan. Serat alami terbukti dapat memperbaiki sifat mekanis beton seperti kuat tekan yang lebih tinggi dari beton konvensional. Selain itu, serat alam juga mampu
3 mendukung pembuatan beton berbusa (Frisaini, 2008). Kandungan kimia yang terdapat dalam serat kenaf antara lain; 45-65% selulosa, 8-13% lignin, dan 3-5% pektin. Selulosa adalah komponen struktur utama dari tumbuhan dengan hemiselulosa sebagai pengisi ruang antara serat-serat selulosa dalam dinding sel tumbuhan. Selulosa menyediakan kekuatan, kekakuan, dan stabilitas dalam struktur tumbuhan. Serat kenaf memiliki modulus tarik sekitar 200-300Mpa. Lignin atau zat kayu bersifat amorf, tidak lebih polar (larut air) dari pada selulosa dan bertindak sebagai perekat kimia kedalam dan antarserat. Lignin, hemiselulosa, dan pektin berfungsi sebagai matriks dan perekat, membantu mengikat kerangka struktur selulosa serat alam komposit (Clemons et al, 2005). 5 Alkali Aktivator Pada pembuatan beton geopolimer menggunakan Na 2 SiO 3 (sodium silikat) dan NaOH (sodium hidroksida) sebagai alkali aktifator. a. Na 2 SiO 3 (sodium silikat) Na 2 SiO 3 (sodium silikat) merupakan salah satu bahan tertua dan paling aman yang sering digunakan dalam industri kimia, hal ini dikarenakan proses produksi yang lebih sederhana. Sodium silikat mempunyai 2 bentuk, yaitu padatan dan larutan, untuk campuran beton lebih banyak digunakan dengan bentuk larutan. b. NaOH (sodium hidroksida) NaOH (sodium hidroksida) merupakan oksidasi alkali yang reaktif dan merupakan basa yang kuat. NaOH dihasilkan melalui elektrolisis larutan NaCl. Na termasuk logam alkali pada golongan 1 pada tabel periodik kecuali hidrogen dan semua unsur ini sangat reaktif sehingga secara alami tidak ditemukan dalam bentuk tunggal. NaOH (sodium hidroksida) berfungsi untuk mereasikan unsurunsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash sehingga dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat menunjukan bahwa superplasticiser dapat meningkatkan workability dalam pengerjaan pasta dasar, semakin banyak superplasticiser yang digunakan pada pembuatan pasta dasar semakin mudah pengerjaan serta meningkatkan keseragaman material.. B. Kuat Tekan Pasta ringan Tes kuat tekan dilakukan terhadap 3buah benda uji kuran 5cmx5cmx5cm pada umur 3,7,14 dan 21 hari dengan penambahan variasi alumunium powder sebanyak 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%. Gambar 4.2 Kuat tekan pasta ringan steam curing Dari Gambar diatas 4.2 dapat dilihat bahwa kuat tekan tertinggi pada penambahan alumunium sebanyak 0.25% pada umur 21 hari mencapai 2.13 Mpa, hal ini menunjukan bahwa besarnya kuat tekan pasta ringan (Mpa) yang dihasilkan berbanding terbalik dengan penambahan prosentase alumunium. C. Perbandingan kuat tekan curing suhu kamar dan steam III. HASIL PENELITIAN A. Kuat tekan pasta dasar Tes kuat tekan dilakukan terhadap 6 buah benda uji silinder ukuran 2cmx4cm pada umur 3,7,dan 14 hari. Berikut adalah grafik pasta dasar : Gambar 4.3 Perbandingan kuat tekan umur 21hari curing suhu kamar dan steam Dari data gambar 4.3 diatas menunjukan bahwa kuat tekan tertinggi dicuring dengan steam. hal ini disebabkan pada pasta ringan yang di curing suhu kamar akan mengalami retak sehingga akan mempengaruhi kuat tekan, maka dari itu pasta ringan harus disteam agar pasta tidak terjadi retak dan mengahasilkan kuat tekan yang tinggi. Gambar 4.1 Kuat tekan pasta dasar umur ke3,7 dan 14hari Dari gambar 4.1 dapat disimpulkan pada pasta dasar dengan perbandingan lusi bakar : fly ash 3:1kuat tekan maksimum ditunjukan pada PD3,5 mencapai 49,50Mpa. ini D. Hubungan Kuat Tekan dengan Berat Volume
4 Gambar 4.4 Hubungan berat volume Vs kuat tekan Dapat gambar 4.4 dilihat dari data diatas dengan penambahan %alumunium yang semakin banyak kedalam pasta ringan kuat tekan menjadi rendah dan berat volume cenderung menurun. Ini membuktikan bahwa semakin banyak %alumunium yang ditambahkan kedalam pasta ringan akan dapat mereduksi berat volume pada pasta ringan. Gambar 4.6 Pasta ringan berserat steam curing Dari Gambar 4.6 terlihat bahwa kuat tekan tertinggi ditunjukan dengan penambahan %serat sebanyak 1,5% dengan kaut tekan mencapai 6.08Mpa. Ini menunjukan penambahan serat akan menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi. G. Berat volume vs kuat tekan pasta ringan berserat E. Porositas Pasta Ringan Gambar 4.7 pasta ringan berserat Gambar 4.5 Porositas pasta ringan curing steam Dari gambar 4.5 hasil pengujian porositas menunjukan bahwa dengan banyaknya penambahan alumunium powder kedalam pasta maka pori terbuka lebih besar dibandingkan dengan pori tertutup dan semakin sedikit penambahan alumunium powder akan mengurangi pori terbuka. Terjadinya porositas terbuka lebih besar dipengaruhi oleh penambahan persen alumunium powder kedalam campurannya. F. Pasta ringan berserat Tes kuat tekan dilakukan terhadap 3buah benda uji ukuran 5cmx5cmx5cm dengan penambahan variasi % serat sebanyak 0.5%, 1%, 1,5%. Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa semakin banyak jumlah fiber yang ditambahkan kedalam pasta akan menghasilkan berat volume yang lebih besar terhadap pasta ringan. Tetapi semakin banyak penambahan fiber kedalam pasta akan menghasikn kuat tekan yang lebih tinggi. IV. KESIMPULAN 1. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa prosentase superplasticiser yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan pasta dasar maksimum yaitu sebesar 3,5% dari berat binder, dengan kuat tekan pasta dasar sebesar 49,50 Mpa. 2. Sedangkan hasil penelitian untuk pasta ringan didapatkan prosentase alumunium yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan pasta ringan maksimum yaitu sebesar 0,25% dari berat binder, dengan kuat tekan pasta ringan 2,13 (steam curing). 3. Berdasarkan hasil penelitian pasta ringan berserat didapatkan prosentase fiber yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan pasta ringan berserat maksimum yaitu sebesar 1,5% dari berat binder, dengan
5 kuat tekan pasta ringan berserat mencapai 5,65Mpa(steam curing). UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih saya haturkan kepada ibu Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA & Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST., MT selaku pembimbing saya, teman teman LJ 2010, dan banyak pihak yang telah membantu selama proses penulisan tugas akhir saya. DAFTAR PUSTAKA 1. Triwulan dan Ekaputri, Januarti J.2006. Study on Porong Mud-Based Geopolymer Concrete. Surabaya. 2. ASTM Committee C90. ASTM C618, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natunal Pozzolan For Use in Concrete. ASTM International,2002 3. Mulyono, Tri, 2003. Teknologi Beton.Jakarta. 4. Ekaputri, J.J dan Triwulan (2011). Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash, Trass dan Lumpur Sidoarjo. Journal of Civil Engineering vol.31 no.2. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. 5. Hardjito, D., & Rangan, B. V. (2005). Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Research Report GC1, Perth, Australia: Faculty of Engineering, Curtin University of Technology. 6. Prasetya, C.W (2012). Pemanfaatna lumpur Sidoarjo (LUSI) bakar untuk campuran beton ringan dengan tambahan alumunium powder. Tugas Akhir FTSP ITS SURABAYA.