REAKTIVITAS BERBAGAI MACAM POZZOLAN DITINJAU DARI SEGI KEKUATAN MEKANIK

Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010 REAKTIVITAS BERBAGAI MACAM POZZOLAN DITINJAU DARI SEGI KEKUATAN MEKANIK I Made Alit Karyawan Salain 1 1 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Jimbaran-Bali Email: imaksalain@yahoo.com ABSTRAK Reaktivitas berbagai macam pozzolan ditinjau dari segi kekuatan mekanik telah diteliti pada umur 3, 7, 14, 28 dan 90 hari dengan menggunakan benda uji mortar berukuran 40x40x160 cm. Mortar dibuat dengan menggunakan campuran 1 bahan perekat : 3 pasir dalam perbandingan berat, dengan bahan perekat berupa campuran 80% Semen Portland Tipe I (SPI) dan 20% pozzolan. Untuk menjamin berlangsungnya proses hidrasi digunakan air sebanyak setengah dari berat bahan perekat. Lima jenis pozzolan digunakan dalam penelitian ini : dua pozzolan alam dan tiga pozzolan buatan. Sebagai kontrol dibuat mortar sejenis namun dengan perekat berupa 100% SPI. Hasil penelitian menunjukkan bahwa berbagai macam pozzolan yang dipelajari menunjukkan reaktivitas pozzolanik yang baik. Pada umur 3 hari, terlihat bahwa kekuatan mortar dengan perekat campuran SPI dan pozzolan lebih lebih rendah bila dibandingkan dengan kekuatan yang dihasilkan oleh mortar kontrol. Saat itu, kuat tarik lentur dan kuat tekan pada mortar dengan perekat campuran hanyalah berkisar antara 5,23-6,81 MPa dan 13,61-18,37 MPa, sedangkan pada mortar kontrol kekuatan tersebut masing-masing telah mencapai nilai 7,30 MPa dan 27,92 MPa. Dengan bertambahnya umur hidrasi, kekuatan meningkat hingga dapat mencapai dan atau melampaui kekuatan yang dihasilkan oleh mortar kontrol. Pada umur 90 hari, kuat tarik lentur dan kuat tekan pada mortar dengan perekat campuran dapat mencapai nilai berkisar antara 10,08-11,06 MPa dan 49,69-54,17 MPa. Pada periode hidrasi tersebut kekuatan pada mortar kontrol hanyalah 10,13 MPa dan 49,00 MPa. Perkembangan kekuatan mekanik yang dihasilkan oleh mortar dengan perekat berupa campuran SPI dan pozzolan berhubungan erat dengan reaktivitas dari pozzolan yang digunakan. Kata kunci: reaktivitas, pozzolan, semen portland, kuat tarik lentur, kuat tekan 1. PENDAHULUAN Semen portland merupakan komponen utama dalam teknologi beton yang berfungsi sebagai perekat hidrolik untuk mengikat dan menyatukan agregat menjadi masa padat. Berbagai jenis semen portland, melalui pengaturan rancangan bahan dasar, telah dikembangkan sesuai dengan jenis bangunan dan persyaratan lingkungan dimana beton akan digunakan. Salah satu jenis semen yang dikembangkan sebagai upaya untuk mereduksi biaya produksi serta mengatasi permasalahan lingkungan adalah semen portland-pozzolan (PPC). Semen jenis ini dibuat dari menggiling bersama-sama campuran dari klinker semen portland dan bahan mineral yang mempunyai sifat pozzolan [SNI 15-0302-2004]. Pozzolan adalah bahan mineral, terutama mengandung silika dan alumina, yang bila dihaluskan setara dengan butiran semen dan dicampur dengan air pada temperatur normal akan bereaksi dengan kapur untuk membentuk senyawa kalsium silikat hidrat C-S-H dan kalsium aluminat hidrat C-A-H, sejenis dengan senyawa yang dihasilkan pada proses hidrasi semen [Lea, 1970]. Diketahui bahwa, reaksi mineral utama semen portland, C 3 S dan C 2 S, dengan air akan menghasilkan C-S-H dan kapur bebas Ca(OH) 2. Kapur bebas ini tidak banyak memberikan kontribusi terhadap kekuatan dan bahkan cenderung merugikan dari sisi keawetan, bila dalam perjalanan waktu kapur tersebut bereaksi dengan unsur yang bersifat agresif seperti sulfat [Lea, 1970, Mehta, 1986, Neville and Brooks, 1998]. Dengan mengkombinasikan klinker semen portland dan pozzolan, dalam proporsi tertentu, akan diperoleh jenis semen yang mempunyai karakter antara lain panas hidrasi lebih rendah serta workabilitas, kekuatan dan daya tahan terhadap sulfat lebih baik [Lea, 1970, Mehta, 1986, Neville and Brooks, 1998] bila dibandingkan dengan semen portland tipe I. Umumnya semen portland tipe I (SPI) dipakai untuk bangunan-bangunan yang tidak memerlukan persyaratan khusus, seperti panas dan atau waktu hidrasi serta kondisi lingkungan agresif [SNI 15-2049-2004]. Pozzolan yang digunakan dalam pembuatan PPC dapat bersumber dari alam seperti batu apung maupun berasal dari limbah industri seperti abu terbang (residu dari pembakaran batu bara pada pembangkit listrik). Yang menjadi masalah adalah karakter dari tiap pozzolan dapat berbeda antara satu jenis dengan jenis lainnya, karena pozzolan bukanlah merupakan produk fabrikasi. Dengan demikian tentunya diperlukan suatu pemeriksaan untuk dapat Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 207

I Made Alit Karyawan Salain mengetahui apakah suatu pozzolan dapat digunakan sebagai bahan pengganti sebagian semen portland dalam pembuatan PPC. Salah satu cara yang dapat digunakan adalah dengan memeriksa reaktivitas pozzolan tersebut dengan kehadiran semen portland. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui reaktivitas pozzolanik dari berbagai macam pozzolan sebagai upaya untuk mendapatkan informasi tentang potensi dari pozzolan tersebut untuk dimanfaatkan sebagai komponen dari PPC. Terlebih dahulu disampaikan karakteristik dari bahan-bahan yang digunakan dalam studi. Selanjutnya ditampilkan dan didiskusikan hasil yang diperoleh dari pengujian mortar yang dibuat dengan menggunakan bahan perekat berupa campuran SPI dan pozzolan. 2. BAHAN DAN METODE PENGUJIAN Pozzolan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua pozzolan alam yaitu batu apung 1 (BA1) dan batu apung 2 (BA2) dan tiga pozzolan buatan yaitu abu terbang (ATB), abu dasar (ADS) dan pecahan genteng (PGT). Untuk mendapatkan ukuran butiran yang menyerupai semen, semua pozzolan, kecuali ATB, ditumbuk dan dihaluskan sehingga butirannya lolos saringan Nomor 200. Sebagai bahan dasar utama dari perekat hidrolis, digunakan SPI. Kandungan beberapa unsur kimia dari SPI maupun masing-masing pozzolan ditampilkan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia dari pozzolan Oksida SPI Pozzolan BA1 BA2 ATB ADS PGT Al 2 O 3 (%) 5,22 0,44 15,25 2,96 1,37 1,33 CaO (%) 56,76 0,43 0,27 1,84 1,64 0,36 SiO 2 (%) 25,97 75,93 68,84 66,62 82,15 81,58 Fe 2 O 3 (%) 4,03 0,32 5,28 2,72 5,50 2,70 Untuk agregat halus digunakan pasir alami yang mana susunan butirannya dirancang memenuhi gradasi zone 2 menurut SNI 03-2834-2000. Gambar 1 menampilkan gradasi pasir yang digunakan dalam penelitian. Dibuat 5 macam mortar dengan menggunakan perekat berupa 80% SPI dan 20% dari masing-masing jenis pozzolan. Sebagai kontrol dibuat mortar dengan perekat berupa 100% SPI. Perbandingan campuran antara perekat dengan pasir sebesar 1 : 3 dalam perbandingan berat. Air yang digunakan untuk mencampur adalah sebanyak 50% dari berat perekat. Pembuatan mortar dilaksanakan dengan menggunakan alat pencampur. Karakteristik dari masing-masing mortar diberikan pada Tabel 2. Benda uji yang telah dicetak, berupa prisma berukuran 40x40x160 mm, dibiarkan dalam cetakannya selama 24 jam dan setelah itu dibuka dari cetakannya untuk selanjutnya mendapatkan perawatan. Perawatan dilaksanakan dengan merendam benda uji dalam air sampai dengan waktu yang ditentukan untuk pengujian : 3, 7, 14, 28 dan 90 hari. 100 90 80 Persentasa Lolos (%) 70 60 50 40 30 20 10 Batas Atas Batas Bawah Gradasi Yang Digunakan 0 0 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 9,6 Ukuran Lubang Ayakan (mm) Gambar 1. Gradasi Pasir Yang Digunakan S - 208 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

Reaktivitas Berbagai Macam Pozzolan Ditinjau Dari Segi Kekuatan Mekanik Uji kuat tarik lentur terlebih dahulu dilaksanakan setelah itu baru dilakukan uji kuat tekan dengan menggunakan patahan dari benda uji prisma yang digunakan untuk uji kuat tarik lentur. Setiap pengujian digunakan 3 buah benda uji. Alat yang digunakan untuk melaksanakan uji kuat tarik lentur dan kuat tekan serta contoh benda uji prisma ditunjukkan pada gambar 2. Tabel 2. Karakteristik Mortar Mortar Perekat : Pasir Perekat Air : Perekat M1 1 : 3 80% SPI + 20% BA1 1 : 2 M2 1 : 3 80% SPI + 20% BA2 1 : 2 M3 1 : 3 80% SPI + 20% ATB 1 : 2 M4 1 : 3 80% SPI + 20% ADS 1 : 2 M5 1 : 3 80% SPI + 20% PGT 1 : 2 M6 1 : 3 100% SPI 1 : 2 Gambar 2. Alat Uji Kekuatan Mekanik dan Benda Uji Prisma 40x40x160mm 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Kekuatan Mekanik Perkembangan kuat tarik lentur dan kuat tekan dari masing-masing mortar berdasarkan waktu hidrasi diberikan pada Gambar 3. Perkembangan kekuatan tersebut sangat dipengaruhi oleh macam pozzolan yang digunakan dalam perekat. Pada umur 3 hari, terlihat bahwa kekuatan mortar dengan perekat campuran SPI dan pozzolan lebih lebih rendah bila dibandingkan dengan kekuatan yang dihasilkan oleh mortar kontrol dengan perekat 100% SPI (M6). Saat itu, kuat tarik lentur dan kuat tekan pada mortar dengan perekat campuran hanyalah berkisar antara 5,23-6,81 MPa dan 13,61-18,37 MPa, sedangkan pada mortar kontrol kekuatan tersebut masing-masing telah mencapai nilai 7,30 MPa dan 27,92 MPa. Dengan bertambahnya umur hidrasi, kekuatan meningkat hingga dapat mencapai dan atau melampaui kekuatan yang dihasilkan oleh mortar M6. Pada umur 90 hari, kuat tarik lentur dan kuat tekan pada mortar dengan perekat campuran dapat mencapai nilai berkisar antara 10,08-11,06 MPa dan 49,69-54,17 MPa. Kuat tarik lentur dan kuat tekan tertinggi dihasilkan masing-masing oleh mortar M2 dan M3. Pada periode hidrasi tersebut kekuatan pada mortar M6 hanyalah 10,13 MPa dan 49,00 MPa. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 209

I Made Alit Karyawan Salain Kuat Tarik Lentur (M Pa) 12 10 8 6 4 M1 M2 M3 M4 M5 M6 0 20 40 60 80 100 Umur (hari) Kuat Tekan (M Pa) 60 48 36 24 12 M1 M2 M3 M4 M5 M6 0 20 40 60 80 100 Umur (hari) Gambar 3. Perkembangan Kuat Tarik Lentur Dan Kuat Tekan Mortar Kuat tarik lentur untuk mortar dengan perekat campuran SPI dan pozzolan berupa abu terbang (M3) atau pecahan genteng (M5) menunjukkan perkembangan yang lebih cepat pada 28 hari pertama dan selanjutnya perkembangannya cenderung lebih lambat. Untuk mortar dengan perekat campuran SPI dan pozzolan berupa batu apung atau abu dasar (M1, M2 atau M4), terjadi hal yang sebaliknya dimana perkembangan kuat tariknya cenderung lambat di umur awal dan lebih cepat di umur hidrasi yang lebih panjang. Umumnya, kuat tarik mortar dengan perekat campuran baru dapat melampaui kuat tarik mortar M6 pada saat telah melampaui umur hidrasi 28 hari, kecuali pada mortar M3 yang telah mengalaminya saat umur hidrasi 7 hari. Perkembangan kuat tekan relatif sama sampai dengan umur 28 hari, namun setelah periode tersebut mortar M2 dan M3 menunjukkan perkembangan yang relatif lebih cepat dibandingkan dengan mortar lainnya. Kuat tekan mortar yang dibuat dengan perekat campuran secara umum telah dapat melampaui kuat tekan mortar kontrol mulai umur hidrasi 14 hari. 3.2. Pembahasan Lima jenis pozzolan yang dicampur dengan SPI sebagai komponen dari perekat hidrolik jenis PPC menunjukkan reaktivitas pozzolanik yang sangat baik. Terlihat bahwa 5 macam mortar yang dibuat dengan menggunakan perekat berupa 80% SPI dan 20% dari masing-masing jenis pozzolan tersebut dapat menghasilkan kekuatan yang dapat mencapai dan atau melampaui kekuatan mortar yang dibuat dengan menggunakan 100% SPI. Hal ini menunjukkan bahwa alumina (Al 2 O 3 ) dan silika (SiO 2 ) yang ada pada masing-masing pozzolan bersifat reaktif dan dapat mengikat kapur bebas yang dilepaskan saat hidrasi SPI untuk membentuk senyawa tambahan bersifat perekat, seperti CAH dan C-S-H. Kenyataan inilah, terutama, yang menyebabkan penggantian sebanyak 20% SPI dengan pozzolan tersebut dapat menghasilkan mortar dengan kekuatan yang mampu mencapai atau melampaui kekuatan yang dihasilkan oleh mortar dengan perekat 100% SPI. Dari hasil uji juga diperoleh bahwa perkembangan kekuatan yang terjadi maupun nilai kekuatan pada umur 90 hari bervariasi tergantung dari macam pozzolan yang digunakan. Hal ini dapat disebabkan karena pozzolan yang digunakan bukanlah berasal dari sumber yang sama demikian juga kandungan kimianya sangat bervariasi. Dengan demikian adalah wajar bila reaktivitas pozzolanik dari masing-masing pozzolan berbeda antara satu pozzolan dengan pozzolan lainnya. 4. KESIMPULAN Berbagai macam pozzolan yang dipelajari menunjukkan reaktivitas pozzolanik yang baik ditinjau dari segi kekuatan mekanik, sehingga layak dipertimbangkan sebagai komponen dari PPC. Pada umur awal, kekuatan mekanik mortar dengan perekat campuran berupa campuran SPI dan pozzolan lebih rendah bila dibandingkan dengan mortar kontrol namun dengan bertambahnya umur hidrasi, kekuatannya meningkat hingga dapat mencapai dan atau melampaui kekuatan yang dihasilkan oleh mortar kontrol. Perkembangan kekuatan mekanik yang dihasilkan oleh mortar dengan perekat campuran berhubungan erat dengan reaktivitas dari pozzolan yang digunakan. REFERENSI Badan Standardisasi Nasional (2004). Standar Nasional Indonesia Semen Portland Pozzolan (SNI 15-0302-2004). S - 210 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

Reaktivitas Berbagai Macam Pozzolan Ditinjau Dari Segi Kekuatan Mekanik Badan Standardisasi Nasional (2004). Standar Nasional Indonesia Semen Portland (SNI 15-2049-2004). Badan Standarisasi Nasional (2000). Standar Nasional Indonesia Untuk Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal (SNI 03-2834-2000). Lea F.M. (1970). The Chemistry of Cement and Concrete. Edward Arnold Ltd, London. Mehta, P.K. (1986). Concrete Structure Properties, and Materials. Englewood Cliffs, New Jersey. Neville, A.M. and Brooks J.J. (1998). Concrete Technology. Longman, Singapore. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 211

I Made Alit Karyawan Salain S - 212 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta