Pengaruh Konsentrasi Alkali Terhadap Penetrasi Ion Chlorida Pada Beton Geopolimer - ITS Repository

  TUGAS AKHIR – RC 141501

PENGARUH KONSENTRASI ALKALI TERHADAP

PENETRASI ION CHLORIDA PADA BETON

GEOPOLIMER RUCEH SIMANJUNTAK NRP: 3113 106 025 DOSEN PEMBIMBING I: Dr. Eng Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT.

  DOSEN PEMBIMBING II: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA

PROGRAM STUDI LINTAS JALUR TEKNIK SIPIL

  TUGAS AKHIR – RC 141501

  

PENGARUH KONSENTRASI ALKALI TERHADAP

PENETRASI ION CHLORIDA PADA BETON

GEOPOLIMER

  RUCEH SIMANJUNTAK NRP: 3113 106 025 DOSEN PEMBIMBING I: Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT.

  DOSEN PEMBIMBING II: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA.

  PROGRAM STUDI LINTAS JALUR TEKNIK SIPIL

  FINAL PROJECT – RC 141501

  THE EFFECT OF CONCENTRATION OF THE ALKALI ON PENETRATION OF ION CHLORIDE IN GEOPOLYMER CONCRETE.

  RUCEH SIMANJUNTAK NRP: 3113 106 025 SUPERVISOR I: Dr. Eng Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT.

  SUPERVISOR II: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT

  

PENGARUH KONSENTRASI ALKALI TERHADAP

PENETRASI ION CHLORIDA PADA BETON

GEOPOLIMER

  Nama Mahasiswa : Ruceh Simanjuntak NRP : 31 13 106 025 Jurusan : Teknik Sipil FTSP-ITS Dosen Konsultasi : Dr. Eng Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT

  Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA

  

ABSTRAK

Air laut mengandung 3,5% garam- (ion Cl ) yang dapat

  ⁻

menggerogoti kekuatan dan keawetan beton yang mampu

melarutkan beton, sehingga yang tertinggal hanyalah batu - batu

kerikil dan pasir tanpa semen. Penetrasi ion Cl− di dalam beton

dapat menyebabkan terjadinya korosi pada beton bertulang.

  

Kombinasi antara fly ash dan rasio antara Natrium Hidroksida

dan Natrium Silikat berpengaruh pada proses penetrasi ion

chloride pada beton. Jumlah fly ash yang lebih banyak dan rasio

antara Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat yang lebih kecil

mampu menghasilkan beton yang memiliki perlawanan yang

lebih baik terhadap ion chloride di lingkungan air laut

  Dari penelitian ini diketahui bahwa kuat tekan beton

geopolimer paling maksimum ada pada variasi 12M : 2,5.

Dengan selisih nilai laju potensial paling rendah sebesar -

  

THE EFFECT CONCENTRATION OF ALKALI ON

PENETRATION OF ION CHLORIDE IN

GEOPOLYMER CONCRETE.

ABSTRACT

  Nama Mahasiswa : Ruceh Simanjuntak NRP : 31 13 106 025 Jurusan : Teknik Sipil FTSP-ITS Dosen Konsultasi : Dr. Eng Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT

  Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA

  

ABSTRAK

Sea water contains 3.5% salts (ions Cl ) that undermined

  ⁻

the strength and durability of concrete which is capable of

dissolving the concrete, so that is left is the stone - gravel and

sand without cement. Cl ion penetration in concrete can cause

corrosion in reinforced concrete. The combination of fly ash and

the ratio of Sodium Hydroxide and Sodium Silicate effect on the

penetration of chloride ion in concrete. The amount of fly ash that

is more and the ratio of Sodium Hydroxide and Sodium Silicate

smaller capable of producing concrete has better resistance to

chloride ions in sea water environment From this research it is known that most of geopolymer

concrete compressive strength at maximum no variation 12M:

  

2.5. With the difference in value of the rate of the lowest potential

of -202mV.Keywords: geopolymer, fly ash, alkali activators,

chloride ions, salt water, compressive strength, corrosion

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga dapat terselesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh Konsentrasi Alkali Terhadap Penetrasi Ion Chorida pada Beton Geopolimer” tepat pada waktunya.

  Terselesaikannya Tugas Akhir ini juga tidak terlepas dari dukungan dan motivasi dari berbagai pihak yang telah sangat banyak membantu dan memberi masukan serta arahan kepada kami. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya , terutama kepada :

  1. Kedua orang tua, saudara-saudara kami tercinta, sebagai penyemangat dan yang telah memberi dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar.

  2. Ibu Dr.Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST, MT. Dan ibu Prof. Dr.

  Ir. Triwulan, DEA atas bimbingannya yang telah banyak memberikan arahan, petunjuk, dan motivasi dalam penyusunan proyek akhir ini.

  3. Bapak / Ibu dosen pengajar yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan selama bangku kuliah.

  4. Teman-teman terdekat yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas bantuannya dan saran-saran yang telah diberikan selama proses pengerjaan tugas akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan masih jauh dari sempurna, untuk itu kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

  Surabaya, Januari 2016 Penulis

  DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .......................................... i

ABSTRAK ............................................................. ii

ABSTRACT ............................................................ iii

KATA PENGANTAR ................................................. iv

DAFTAR ISI ............................................................. vi

DAFTAR TABEL ........................................................ x

DAFTAR GAMBAR ................................................ xiii

  

BAB 1 PENDAHULUAN ........................................ 1

Latar belakang ................................................... 1 Rumusan Masalah ............................................. 4 Tujuan Penelitian............................................... 4 Batasan Masalah ................................................ 4 Manfaat Penelitian............................................. 5 Sistematika Penulisan ........................................ 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA............................... 7

Umum ................................................................ 7 Beton Geopolimer ............................................. 8 Unsur Penyusun Geopolimer ............................ 9

  Beton di Lingkungan Air Laut ........................ 14 Mekanisme Kerusakan ................................... 16 Proses Masuknya Ion Chlorida ke dalam Beton17 Pengukuran Laju Korosi ................................. 19

  

BAB 3 METODOLOGI ........................................ 23

Diagram Alir ................................................... 23 Tahap – Tahap Metodologi Penenelitian ........ 25 Persiapan Bahan dan Material ........................ 26 Analisa/Uji Material ....................................... 30 Perhitungan kebutuhan benda uji dan kebutuhan

  Mix Design ...................................................... 55 Tes Benda UJi ................................................. 63

  

3.7.3 Tes Laju Korosi (ASTM C876-09) ................... 69

  Kontrol Kualitas Uji Tekan ............................. 74 Perhitungan Kandungan air dalam Alkali ....... 75 Analisa Hasil ................................................... 77 Kesimpulan ..................................................... 77

  

BAB 4 ............................................................ 79

Uji X Ray Fluorescene (XRF) Fly Ash ........... 79 Pengujian Material .......................................... 80 Uji Slump ........................................................ 94 Analisa Air Laut .............................................. 95 Hasil Pengukuran pH dan ppm ........................ 96 Analisa Hasil Uji Tekan Beton ........................ 98 Analisa Hasil Uji Porositas ........................... 108 Analisa Hasil Uji Laju Korosi ....................... 127 Analisa Hasil Resistivity ............................... 133 Analisa Hasil Uji Penetrasi Ion Chlorida ...... 134 Analisa Kandungan SiO ^{2 , Al 2 O 3 , Na 2 O dan H 2 O}

  Analisa Hubungan kandungan (Si/Al, Na2O/SiO2, , dan water/solid) dengan kuat Tekan ...................................................................... 147

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Partikel fly ash yang diamati dengan SEM (Ekaputri,

  2013) .................................................................................... 11

Gambar 2.2 Ikatan Polimerisasi SiO₄ dan AlO₄ ............................ 12Gambar 2.3. Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Si dan Al (Davidovits,

  1994) .................................................................................... 13

Gambar 2.4. Mekanisme terjadinya korosi pada tulangan dalam beton .................................................................................... 17Gambar 4.1 Pengujian berat volume pasir ..................................... 83Gambar 4.2 Pengujian Pasir Terhadap Bahan Organik ................. 84Gambar 4.3 Pengujian Pasir Terhadap Lumpur ............................. 85Gambar 4.4 Pasir oven yang sudah dicuci ..................................... 86Gambar 4.5 Grafik lengkung Ayakan Pasir ................................... 87Gambar 4.6 Pengujian berat volume batu pecah ............................ 90Gambar 4.7 Batu pecah yang telah di oven ................................... 91Gambar 4.8 Batu pecah oven yang sudah diuji keausan ................ 92Gambar 4.9 Grafik Lengkung Ayakan Batu Pecah ........................ 93Gambar 4.10 Grafik hubungan kuat tekan beton 8 M dengan rasio alkali 1,5 ; 2 ; 2,5 ................................................................. 99Gambar 4.11 Grafik hubungan kuat tekan beton 10 M dengan rasio alkali 1,5 ; 2 ; 2,5 ............................................................... 100Gambar 4.12 Grafik hubungan kuat tekan beton 12 M dengan rasio alkali 1,5 ; 2 ; 2,5 ............................................................... 101Gambar 4.13 Grafik hubungan kuat tekan beton 8M ;2,5 dengan perendaman di air tawar..................................................... 103Gambar 4.14 Grafik hubungan kuat tekan beton OPC dengan perendaman di air tawar dan air garam .............................. 107Gambar 4.15 Grafik hubungan kuat tekan beton dengan nilai porositas beton geopolimer variasi 8M;1,5 ....................... 110Gambar 4.16 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 8M ; 2 ................................................... 112Gambar 4.19 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 10M ; 2 ................................................. 118Gambar 4.20 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 10M ; 2,5 .............................................. 120Gambar 4.21 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 12M ; 1,5 .............................................. 122Gambar 4.22 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 12M ; 2 ................................................. 124Gambar 4.23 Grafik hubungan antara kuat tekan dengan porositas beton geopolimer 12M ; 2 ................................................. 126Gambar 4.24 . Cara Pengujian Nilai potensial pada Half cell. .... 128Gambar 4.25 Grafik kenaikan nilai potensial beton geoplimer variasi

  8M ..................................................................................... 130

Gambar 4.26 Grafik kenaikan nilai potensial beton geoplimer variasi

  10M ................................................................................... 130

Gambar 4.27. Grafik kenaikan nilai potensial beton geoplimer variasi 10M ........................................................................ 131Gambar 4.28 Silinder beton geopolimer untuk test penetrasi ion chloride .............................................................................. 135Gambar 4.29 Grafik hubungan penetrasi ion chlor terhadap kedalaman beton geopolimer variasi 8M ; 1,5 .................. 136Gambar 4.30 Grafik hubungan nilai pH terhadap kedalaman beton geopolimer variasi 8M ; 1,5 .............................................. 137Gambar 4.31 Grafik hubungan penetrasi ion chloride dengan pori tertutup beton geopolimer variasi 8M ; 1,5 umur 60 hari.. 139Gambar 4.32 Hubungan Si/Al dengan kuat tekan ....................... 149Gambar 4.33 Hubungan Na2O/SiO2 dengan kuat tekan ............. 150Gambar 3.26 Hubungan H2O/Na2O dengan kuat tekan ........ Error! Bookmark not defined.Gambar 3.28 Hubungan water/solid dengan kuat tekan .............. 152

  

DAFTAR TABEL

  Tabel 2.1.Interpretasi nilai half cell potential (mV) terhadap elektroda ................................................................................ 20

Tabel 2.2 Resiko korosi berdasarkan kadar klorida....................... 21Tabel 2.3. Tingkat korosi berdasarkan Tahanan Beton ................. 22

  Tabel 3.1Ukuran lubang ayakan .................................................... 37

Tabel 3.2 Jumlah kebutuhan benda uji beton geopolimer untuk uji kuat tekan ............................................................................... 45Tabel 3.3 Jumlah kebutuhan benda uji beton geopolimer untuk uji laju korosi .............................................................................. 46Tabel 3.4 Jumlah kebutuhan benda uji OPC untuk kuat tekan dan pentrasi ion chlorida .............................................................. 47Tabel 3.5 Kebutuhan material beton geopolimer .......................... 51Tabel 3.6 Total kebutuhan untuk 108 benda uji silinder ............... 51Tabel 3.7 Kebutuhan material untuk balok ................................... 55Tabel 3.8 Kebutuhan total material dan untuk 18 benda uji balok

  10x10x15cm .......................................................................... 55

Tabel 3.9 Standar Deviasi Pembuatan Beton Sesuai ..................... 75Tabel 3.10 Kebutuhan material ..................................................... 76Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Fly Ash ........................................ 79Tabel 4.2 Hasil Test Reaktivitas Silica (SiO₂) .............................. 80Tabel 4.3 Kelembaban Pasir .......................................................... 80Tabel 4.4 Berat Jenis Pasir ........................................................... 81Tabel 4.5 Air Resapan Pasir ......................................................... 81Tabel 4.6 Berat Volume Pasir....................................................... 82Tabel 4.7 Kebersihan Pasir dari Bahan Organik .......................... 83

  Tabel Tabel 4.8 Kebersihan Pasir Terhadap Lumpur (Pengendapan) ............................................................................................... 84

Tabel 4.9 Kebersihan Pasir Terhadap Lumpur / Pencucian ........ 85Tabel 4.10 Kebersihan Pasir Terhadap Lumpur / Pencucian ....... 86Tabel 4.11 Kelembapan batu pecah .............................................. 87Tabel 4.16 Keausan Agregat Kasar .............................................. 91Tabel 4.17 Hasil Analisa Saringan ............................................... 92Tabel 4.18 Nilai slump Beton Geopolimer dan OPC ................... 94Tabel 4.19 Kandungan unsur-unsur air laut kenjeran .................. 95Tabel 4.20 Hasil pengukuran pH larutan air garam ..................... 96Tabel 4.21 Hasil pengukuran ppm larutan air tawar .................... 97Tabel 4.22 Uji Tekan Beton Geopolimer ...................................... 98Tabel 4.23 Kuat tekan beton geopolimer 8M : 2,5 di rendam di air tawar ..................................................................................... 102Tabel 4.24 Mix Desain Beton OPC ........................................... 104Tabel 4.25 Uji Tekan Beton OPC di Air Garam ........................ 106Tabel 4.25 Uji Tekan Beton OPC di Air Tawar ........................ 106Tabel 4.27. Hasil uji porositas beton geopolimer 8M : 1,5 ......... 109Tabel 4.28 Hasil uji porositas beton geopolimer 8M : 2 ............ 111Tabel 4.29 Hasil uji porositas beton geopolimer 8M : 2,5 ........ 113Tabel 4.30 Hasil uji porositas beton geopolimer 10M ; 1,5 ...... 115Tabel 4.31 Hasil uji porositas beton geopolimer 10M ; 2 ......... 117Tabel 4.32 Hasil uji porositas beton geopolimer 10M ; 2,5 ...... 119Tabel 4.33 Hasil uji porositas beton geopolimer 12M ; 1,5 ...... 121Tabel 4.32 Hasil uji porositas beton geopolimer 12M ; 2 ......... 123Tabel 4.32 Hasil uji porositas beton geopolimer 12M ; 2,5 ...... 125Tabel 4.36 Hasil Uji Half Cell Potential ..................................... 128

  Tabel. 4.37. Interpretasi nilai Half Cell Potensial ........................ 132

Tabel 4.38 Hasil Uji Resistivity .................................................. 133Tabel 4.39 Resiko korosi berdasarkan tahanan beton ................. 133Tabel 4.40 Penetrasi ion chloride (%) pada variasi 8 M ; 1,5 ..... 136Tabel 4.40 Nilai pH pada variasi 8 M ; 1,5 ................................. 137Tabel 4.42 Tabel porositas dan penetrasi ion Chlorida 8M ; 1,5138Tabel 4.43 Komposisi Material Beton Geopolimer 12 Benda Uji

  .............................................................................................. 140

Tabel 4.44 Rekapituasi kandungan SiO 2 , Al

  ^{2 O 3 , Na 2 O dan H 2 O} dalam beton geopolimer ....................................................... 146

  dan kandungan (Si/Al, SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2, H2O/ Na2O, Fe2O3/SiO2 dan water/solid) .............................................. 148

BAB I BAB 1 PENDAHULUAN Latar belakang Pada zaman sekarang ini beton memegang peranan yang sangat

  penting dalam pekerjaan konstruksi. Beton dihasilkan dari proses pencampuran yang homogen, yang terdiri dari agregat berupa pasir dan kerikil, semen sebagai bahan pengikat, air dan admixture yang biasa disebut bahan tambahan, yang kemudian akan mengeras karena proses kimia antara semen dan air. Semen yang digunakan adalah Semen Portland. Dengan berkembangnya pembangunan di segala bidang maka meningkat pula permintaan akan Semen Portland. Hal ini menyebabkan produksi semen semakin gencar di semua negara.

  Produksi semen ternyata ikut menyumbang emisi gas rumah kaca yaitu sekitar 1,35 miliar ton pertahun atau sekitar 7% dari total emisi gas rumah kaca dunia ke atmosphere bumi.(Hardjito, dkk, 2004). Produksi 1 ton semen secara langsung menghasilkan 0.55 ton gas C0₂, dan pada saat proses pembakaran menghasilkan 0.40 ton gas C0₂. Agar lebih sederhana dapat dituliskan bahwa produksi 1 ton semen menghasilkan kurang lebih 1 ton CO₂ dan secara langsung dilepaskan ke atmosfer.(Davidovits,1994). Untuk menekan gas CO₂ yang dihasilkan oleh produksi semen, maka dilakukan usaha untuk mencari bahan pengganti semen tersebut.

  Berkembangnya ilmu pengetahuan membuat banyak peneliti melakukan usaha untuk mencari bahan pengganti kebutuhan semen dan salah satunya adalah beton geopolimer. Beton geopolimer untuk pertama kalinya dikembangkan oleh Davidovits (1970), seorang berkebangsaan Prancis. Beton geopolimer ini adalah jenis beton yang tidak memakai semen dasar yang sering digunakan untuk membuat beton geoplimer adalah Fly Ash.

  Fly Ash adalah sisa pembakaran batu bara yang sudah tidak dimanfaatkan lagi dan memiliki potensi mencemari lingkungan, sehingga diharapkan limbah batu bara ini bisa bermanfaat sebagai pengganti semen dan ramah lingkungan. Diperlukan alkali activator seperti Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat dalam campuran geopolimer karena fly ash tidak memiliki kemampuan untuk mengikat, seperti semen. (Hardjito dan Rangan, 2005).

  Muttashar dkk (2014) meneliti ketahanan beton geopolimer dan ternyata memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan beton konvensional di antaranya memliki kuat tarik dan tekan yang lebih tinggi, tahan terhadap serangan sulfat, tahan terhadap aktivitas bakar, dan resistansi yang kuat terhadap asam.. Penelitian yang mirip juga dilakukan oleh Subekti (2008) dan hasilnya adalah beton geopolimer lebih tahan terhadap lingkungan agresif (air laut dan sulfat) daripada beton konvensional.

  Air laut mengandung 3,5% garam sodium , yang artinya dalam

  1 L (1000mL) air laut terdapat 35 gram garam yang dapat menggerogoti kekuatan dan keawetan beton. Beberapa jenis garam sodium yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida (Hidayat, 2011).

  Garam pada air laut maupun larutan sulfat [ Mg SO4 CaSO4, NaSO4 ] yang terkandung dalam tanah atau air tanah juga dapat menggerogoti beton akibatnya beton akan retak – retak, bahkan menjadi lembek atau soft, MgSO4 bahkan mampu melarutkan beton, sehingga yang tertinggal hanyalah batu - batu kerikil dan pasir tanpa semen (Sudarmadi. M, 2006)

  Korosi akibat dari penetrasi ion Cl− di dalam beton dapat menyebabkan beton berpori dan menjadi keropos sehingga

  Beberapa penelitian mengenai kekuatan dan durabilitas beton geopolimer di lingkungan agresif seperti sulfat, asam dan api telah banyak dilakukan. Namun, hanya sedikit literatur yang membahas durabilitas beton geopolimer berbahan dasar fly ash di lingkungan air garam

  Penelitian ini akan mempelajari laju korosi tulangan pada benda uji beton geopolimer dan penetrasi ion Cl‾ ke dalam beton untuk yang mengetahui sejauh mana kedalaman ion Cl‾ yang terpenetrasi dalam beton dengan variasi konsentrasi alkali yang berbeda beda, ratio benda uji beton geopolimer yang berbeda-beda dan lama perendaman yang berbeda beda. Untuk mengetahui laju korosi tulangan dibuat benda uji beton geopolimer berbentuk balok ukuran (10x10x15)cm dan di tengahnya diberikan tulangan polos Ǿ16mm. Untuk mengetahui penetrasi ion Cl‾ ke dalam beton dibuat benda uji berbentuk silinder (10x20)cm. Benda uji dibuat variasi konsentrasi 8M, 10M,dan 12M ; ratio penggunaan Sodium Silikat dan Sodium Hiidroksida 1,5, 2, dan 2,5 dan lama perendaman 30 hari di air tawar di lanjutkan dengan perendaman di air garam , sampai 120hr. Selain itu akan dibuat benda uji dari beton OPC dengan ukuran benda uji, perlakuan rendaman, dan pengujian yang sama dengan beton geopolimer. Penelitian ini juga akan mempelajari kuat tekan beton beton geopolimer dan beton OPC yang direndam di air garam, serta mengetahui hubungan porositas terhadap kuat tekan beton.

  Rumusan Masalah

  Adapun yang menjadi rumusan masalah pada peneltian ini adalah:

  1. Bagaimana kuat tekan yang terjadi pada silinder beton geopolimer di lingkungan air garam dan hubungannya dengan porositas.

  2. Bagaimana laju korosi tulangan dengan melihat nilai potensial pada balok beton geopolimer yang direndam dalam air garam?

  3. Bagaimana laju penetrasi ion chlorida pada silinder beton geopolimer di lingkungan air garam?

  Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah :

  1. Untuk menghitung kuat tekan dan hubungannya dengan porositas pada silinder beton geopolimer di lingkungan air garam.

  2. Untuk mengetahui laju korosi tulangan dengan melihat nilai potensial pada balok beton geopolimer yang direndam dalam air garam.

  3. Untuk mengetahui laju penetrasi ion chlorida pada silinder beton geopolimer di lingkungan air garam

  Batasan Masalah

  Dalam penyusunan laporan penelitian Tugas Akhir ini penulis melakukan batasan permasalahan agar tidak timbul penyimpangan terhadap permasalahan yang semakin meluas. Batasan permasalahan adalah sebagai berikut :

  1. Semua hal yang berkaitan dengan perencanaan maupun pembuatan geopolimer tidak dipandang dari segi biaya jika dibandingkan dengan beton konvensional.

  4. Menggunakan PDAM Surabaya

  5. Fly ash yang digunakan pada penelitian ini merupakan fly ash kelas F yang berasal dari PT. Petrokimia, Gresik.

  6. Tidak membahas tentang reaksi kimia.

  Manfaat Penelitian

  Dalam penulisan laporan penelitian tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut ini :

  1. Hasil dari penelitian ini dapat menjadi referensi pada penelitian beton geopolimer yang akan datang.

  2. Penelitian ini dapat menjadi referensi untuk pembuatan beton geopolimer pada skala industri.

  Sistematika Penulisan

  BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, manfaat dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini berisi tentang pembahasan beton geopolimer

  beserta penelitian-penelitian pendahulu, dan pembahasan unsur penyusun beton geopolimer.

  BAB III METODOLOGI Pada bab ini membahas tentang persyaratan material yang

  dapat digunakan pada penelitian, mix desain dan proses pembuatan balok beton geopolimer, serta pengetesan yang dilakukan terhadap balok beton geopolimer.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini membahas hasil akhir dari Pengujian beton geopolimer dan saran-saran untuk penelitian berikutnya.

BAB II BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Umum Saat ini banyak pembangunan konstruksi yang sedang

  dan akan terus berlangsung. Sehingga dampak pembangunan terhadap lingkungan perlu diperhatikan, pencemaran lingkungan karena pembangunan, perlu ditekan seminimal mungkin. Dan juga penggunaan beton pada konstruksi saat ini menimbulkan pencemaran lingkungan, karena menggunakan semen sebagai material penyusunnya. Padahal, semen menghasilkan gas CO2 yang berbahaya bagi lingkungan. Banyaknya gas CO2 yang dihasilkan diukur berdasarkan banyaknya bahan bakar yang digunakan bukan berdasarkan banyanya asap yang keluar dari cerobong asap. Dalam hal ini saat 1 ton semen diproduksi, maka secara langsung 0,55 ton gas CO2 terbentuk dan 0,40 terbentuk saat proses pembakaran. Bisa disimpulkan bahwa jika 1 ton semen diproduksi maka menghasilkan 1 ton gas CO2. (Davidovits,1994).

  Pencarian bahan pengganti semen portland telah menjadi suatu tantangan bagi komunitas semen internasional.

  Bab ini akan menjelaskan secara umum tentang geopolimer mulai dari latar belakang beton dan perkembangan geopolimer dengan bahan dasar fly ash sehingga dipakai menjadi salah satu alternatif baru untuk mengganti semen. Perkembangan beton geopolimer juga diharapakan menjadi terobosan baru pada skala besar sehingga perlu diteliti kekuatannya dan ketahanan (resistansi) dengan berbagai variasi campuran untuk mendapatkan hasil yang baik. Penelitian ini mengacu pada lingkungan air laut sehingga dalam penerapannya beton beton maupun korosi yang terjadi pada beton maupun baja tulangan.

  Beton Geopolimer

  Penelitian tentang beton geopolimer pertama kali diperkenalkan oleh Davidovits (1978) menyatakan larutan alkaline bisa dibuat dengan bahan dasar Fly Ash atau abu sekam agar menghasilkan binder. (Davidovits, 1994) menyatakan reaksi kimia yang terjadi dalam pencampuran material diatas merupakan proses polimerisasi disebut geopolimer untuk binder binder tersebut.

  Beton geopolimer merupakan beton yang tidak menggunakan semen pada campurannya. Sebagai pengganti semen digunakan fly ash yang merupakan limbah hasil pembakaran batu bara, namun fly ash tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen, sehingga diperlukan alkali aktivator. Aktivator yang umumnya digunakan adalah Sodium Hidroksida 8M sampai 14M dan Sodium Silikat (Na2SiO3) dengan perbandingan antara 0,4 sampai 2,5 (Hardjito, 2005).

  Geopolimer merupakan sintesis bahan-bahan produk sampingan seperti abu terbang (fly ash), abu kulit padi (rice

  

husk ash) dan lain-lain yang banyak mengandung silika dan

  alumina (prekursor) membentuk sebuah senyawa silikat alumina anorganik (Lloyd dan Ranga, 2010).

  Penelitian tentang geoplimer dilakukan oleh banyak peneliti di berbagai negara dan universitas termasuk yang dilakukan oleh Chalmers, dkk (2013), yang melakukan uji fly

  

ash berdasarkan 10 sumber yang berbeda di Australia. Dalam

  penelitian nya mereka menggunakan suhu curing sebesar 23°C dengan umur beton 7 hari, 28 hari, 56 hari, dan 90 hari menunjukkan bahwa pada umur 7 hari beton tersebut memiliki bahwa kekuatan tekan geopolimer berbahan dasar fly ash cukup tinggi dan semakin lama kuat tekan yang dihasilkan juga tinggi Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Subekti, 2008, berjudul “Ketahanan Beton Geopolimer dengan Bahan Dasar

  Fly Ash terhadap Lingkungan Agresif – Air dan Sulfat.” Meneliti kuat tekan, kuat tarik belah, tes porositas dan tes hasil kandungan Chlor dengan ukuran benda uji 10 x 20 cm².

  Pengujian dlakukan pada umur rendaman 0, 30, 60, 90, dan 120 hari, sementara untuk campuran menggunakan variasi molaritas 8 Mol dengan rasio alkali

  = 1,5 dan molaritas

  ₂ ₃

  12 mol dengan rasio alkali = 1,5.

  

₂ ₃

  Dari hasil kuat tekan dan kuat tarik belah beton, secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa beton geopolimer lebih tahan terhadap lingkungan agresif (air laut dan sulfat) daripada beton konvensional.

  Penetrasi ion klorida pada beton geopolimer berbahan dasar fly ash lebih tinggi daripada beton OPC. Pada beton OPC di lingkungan air laut, besarnya risiko korosi klorida diinduksi tulangan baja . Hal ini disebabkan oleh tidak adanya mekanisme yang mengikat klorida, seperti dalam semen dengan C₃A, dan kurangnya hidrasi yang terus menerus dalam geopolimer fly ash untuk mengurangi porositas. Potensi korosi geopolimer fly ash dan OPC lebih rendah dari -270 mV vs Ag / AgCl di 91 hari, yang menunjukkan besarnya risiko korosi tulangan baja pada geopolimer lebih rendah dari beton laju korosi OPC (Monita Olivia dan Hamid R Nikraz, 2012). Material Geopolimer

  Unsur Penyusun Geopolimer 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, 2005).

  Komposisi dari fly ash sebagian besar terdiri dari silikat dioksida (SiO2), alumunium (Al2O3), besi (Fe2O3) dan kalsium (CaO), serta magnesium, potassium, sodium, titanium, sulfur, dalam jumlah yang kecil. Komposisinya tergantung dari tipe batu bara.

  Menurut ASTM C618 (ASTM, 2003:304) abu terbang (fly ash) didefinisikan sebagai butiran halus hasil residu pembakaran batu bara atau bubuk batu bara. Pada beton geopolimer, fly ash berfungsi sebagai pengikat material beton. Kandungan utama fly ash terdiri atas senyawa silicate glass yang mengandung silika (Si), alumina (Al), Ferrum (Fe), dan kalsium (Ca).

  Menurut ACI Committee 226 dijelaskan bahwa fly ash mempunyai sifat sebagai berikut:

  1. Spesific gravity : 2.2 – 2.8

  2. Ukuran : ϕ 1 mikron – ϕ 1 mm, dengan kehalusan 70% - 80% melewati saringan no. 200 (75 mikron)

  3. Kehalusan : % tertahan ayakan 0.075 mm 3.5% tertahan ayakan 0.045 mm 19.3 % sampai ke dasar 77.22

  Klasifikasi jenis Fly Ash (ASTM C 618) Fly Ash dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

  a. Kelas C Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 50% 

  b. Kelas F

  Pozzolan alam atau hasil pembakaran yang dapat digolongkan antara lain tanah diatomic, opaline chertz, dan

  shales, tuff, dan abu vulkanik, dimana biasa diproses melalui

  pembakaran atau tidak melalui proses pembakaran. Selain itu juga mempunyai sifat pozzolan yang baik.

Gambar 0.1 Partikel fly ash yang diamati dengan SEM

  (Ekaputri, 2013) Menurut Triwulan dkk, 1997, Halaman 4 -5, pengaruh

  Fly Ash terhadap perilaku phisik dan mekanik beton adalah : Menurunkan panas hidrasi beton 

   Meningkatkan workability beton segar Memperlambat setting time beton  Meningkatkan kuat tekan beton  Meningkatkan ketahanan beton  Meningkatkan perlindungan korosi, dengan mengurangi  permeabilitas, fly ash bisa mengurangi kecepatan agresi

  Alkali Aktivator

  Alkali activator yang sering dipakai dalam campuran beton geopolimer adalah Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida. (Hardjito dan Rangan, 2005).

  Sodium Silikat 

  Sodium silikat mempunyai fungsi untuk mempercepat

  reaksi polimerisasi. Bentuknya dapat berupa padatan dan larutan, pada pengguanaan beton lebih banyak digunakan bentuk larutan. Sodium silikat dikenal sebagai water glass yang awalnya digunakan sebagai campuran dalam pembuatan sabun fly ash dan sodium silikat membentuk ikatan yang sangat kuat namun terjadi retakan antar mikrostruktur.

   Sodium hdroksida berfungsi untuk mereaksikan unsur-

  Sodium hiroksida

  unsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash sehingga dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat. Fly ash dalam sodium hiroksida membentuk ikatan kurang kuat namun ikatan lebih padat dan terjadi retakan antar mikrostruktur

  Semakin besar rasio perbandingan Si/Al, maka karakter polimer semakin terbentuk kuat. Hal ini dapat dilihat pada

gambar 2.2 Selain itu reaksi pembentukan material geopolimer dilihat dalam persamaan pada Gambar 2.3 (Wallah, 2006).Gambar 0.3. Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Si dan Al

  (Davidovits, 1994) Dari gambar diketahui bahwa peranan unsur silikat dan alumunium sangat penting dalam proses polimerisasi. Hal ini ditunjukkan dalam bentuk rasio perbandingan Si/Al, semakin besar ratio Si/Al karakter polimer semakin terbentuk kuat.

  Dalam pembuatan beton geopolimer diperlukan alkali aktifator yang berfungsi mengikat agregat karena fly ash tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Aktivator yang umumnya digunakan adalah Sodium Hidroksida 8M sampai 14M dan Sodium Silikat (Na2SiO3) dengan perbandingan antara 0,4 sampai 2,5 (Hardjito,2005).

  Molaritas larutan sodium hidroksida juga sangat berpengaruh pada kuat tekan beton geopolimer. Semakin tinggi molaritas larutan sodium hidroksida semakin tinggi pula kuat tekannya. Demikian juga rasio perbandingan antara sodium silikat : sodium hidroksida (Na2SiO3 : NaOH) yang memegang peranan penting terhadap pembentukan sifat mekanik beton geopolimer. Semakin tinggi rasio perbandingan tekan tertinggi sebesar 58,95 Mpa. Sedangkan beton geopolimer 8 Mol dan perbandingan Na2SiO3 : NaOH = 0,5 dalam rendaman larutan NaCl 120 hari memiliki kuat tekan lebih rendah yaitu 26,49 MPa. (Subekti, 2007).

  Chindaprasirt dkk (2007) mengemukakan bahwa, untuk menghasilkan kuat tekan geopolimer yang lebih tinggi, rasio natrium silikat dan natrium hidroksida yang optimum sekitar 0,67-1,00. Sementara itu, konsentrasi NaOH antara 10 dan 20 M memberikan efek kecil pada kuat tekan.

  Agregat

  Agregat yang dipakai dalam pembuatan beton harus bersih dari kotoran karena berpengaruh terhadap kuat tekan beton. Kandungan lumpur yang lebih dari 2,5% pada agregat halus maka harus dicuci terlebih dahulu. Pada agregat kasar kandungan lumpurnya tidak boleh lebih dari 1%. Pemilihan agregat yang digunakan dalam pencampuran beton dalam keadaan jenuh kering muka. Hal ini disebabkan karena keadaan jenuh kering muka merupakan kebasahan agregat yang hampir sama dengan agregat dalam beton, sehingga agregat tidak akan menambah maupun mengurangi air dari pastanya, selain itu kadar air di lapangan lebih banyak yang mendekati keadaan SSD daripada yang kering tungku. (Tjokrodimuljo (2007) dalam Pujianto, dkk. 2013.

  Superplastisizer Superplasticizer merupakan bahan tambah (admixture).

  Superpalsticizer yang digunakan pada penelitian ini berbahan Naphthalene dengan penggunaan 2% dari berat flyash.

  Beton di Lingkungan Air Laut

  Kandungan klorida (Cl⁻) yang yang begitu tinggi pada air mengakibatkan beton kehilangan sebagian massa, kehilangan kekuatan dan kekakuannya serta mempercepat proses pelapukan.Garam-garam Sodium yang terkandung dalam air laut dapat menjadi unsur yang berbahaya bila berkombinasi dengan agregat alkali yang reaktif, sama seperti dengan kombinasi dengan semen alkali. Karena itu air laut tidak boleh dipakai untuk beton yang diketahui mempunyai potensi agregat alkali reaktif, bahkan bila kadar alkalinya rendah.

  Garam-garam seperti Kalsium Klorida dan Magnesium klorida akan bereaksi secara kimiawi dengan semen sehingga mengurangi setting time (waktu pengikatan) beton, kekuatan dini meningkat tetapi untuk kekuatan akhirnya menurun dan konsentrasi sulfat pada air laut juga bisa menyebabkan kerusakan pada pasta. Selain reaksi kimia, kristalisasi garam dalam rongga beton dapat mengakibatkan kehancuran akibat tekanan kristalisasi tadi. Karena kristalisasi terjadi pada titik penguapan air, bentuk serangan terjadi di dalam beton di atas pemukaan air. Garam naik di dalam beton dengan aksi kapiler, jadi serangan terjadi hanya jika air dapat terserap dalam beton (Nugraha, 2007).

  Pada bangunan tepi pantai, beton akan bersinggungan dengan air garam yang mengandung NaCl yang dapat meresap ke dalam beton sehingga dapat merusak dan bahkan menghancurkan beton. Kerusakan beton terjadi ketika NaCl tersebut menguap sehingga di dalam pori-pori beton timbul kristal – kristal garam yang akan mendesak pori-pori dinding beton. Akibatnya beton pecah menjadi serpihan-serpihan lepas. Maka dari itu biasanya untuk mengurangi kerugian yang ditimbulkan akibat pengaruh klorida dan sulfat pada beton ini, seringkali digunakan beton dengan mutu tinggi. Hal ini dimaksudkan agar penetrasi air laut ke dalam beton menjadi semakin sulit karena tingkat kepadatan beton yang tinggi.

  Mekanisme Kerusakan

  Difusi ion Cl‾ terjadi dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi rendah. Proses difusi terjadi karena pada permukaan luar beton secara langsung kontak dengan air laut yang mengandung ion Cl‾ de-ngan konsentrasi tinggi sedangkan bagian dalam dari beton mula-mula tidak mengandung ion Cl‾ sehingga menyebabkan terjadinya gradien konsentrasi antara permukaan dan bagian dalam beton.(Hartono, dkk, 2009).

  Umumnya beton memiliki tingkat proteksi yang tinggi terhadap korosi. Beton yang memiliki faktor air semen yang rendah dengan perawatan yang baik memiliki permeabilitas yang rendah dimana akan mengurangi penetrasi unsur-unsur penyebab korosi seperti oksigen (O2), ion Klorida (Cl-), Karbondioksida (CO2) dan Air (H2O). Semakin baik mutu suatu beton maka permeabilitasnya semakin rendah. Ini berarti bahwa kemungkinan terekspos terhadap lingkungan yang korosif semakin kecil.(Atur, 2006).

  Tulangan besi dalam beton sebenarnya tahan terhadap korosi, karena sifat alkali dari beton (pHnya sekitar 12-13), sehingga dipermukaan tulangan dalam beton terbentuk sebuah lapisan pasif yang menyebabkan besi terlindung dari pengaruh luar. Proses karbonisasi (carbonation) dan intrusi ion-ion khlorida (Cl⁻) ke dalam beton adalah dua faktor utama yang menyebabkan rusaknya lapisan pasif tersebut dan berlanjut pada terkorosinya tulangan di dalam beton.(Atur, 2006).

  Korosi pada besi tulangan merupakan proses bereaksinya atom-atom Fe yang berada dalam batang tulangan menjadi ion

  

Fe2+ atau Fe3+. Mekanisme korosi yang disebabkan baik ion

  Klorida maupun karbonasi adalah sebagai berikut:

  Hasil pada reaksi tersebut terbentuk ion hidroksil (OH)⁻ yang mana ion tersebut meningkatkan sifat alkali dari beton dan memperkuat lapis pasif dan mengurangi pengaruh karbonasi dan ion klorida pada katoda seperti yang ditunjukkan gambar 2.4 (Broomfield J. P . 1997, (dalam Atur, 2006).

Gambar 0.4. Mekanisme terjadinya korosi pada tulangan dalam beton

  

Proses Masuknya Ion Chlorida ke dalam Beton

  Masuknya chloride ke dalam beton adalah penyebab yang paling signifikan dari kondisi korosi pada beton dan baja tulangan yang tertanam di dalam beton. Masuknya chloride pada umumnya disebabkan oleh tiga mekanisme yaitu penyerapan, perembesan dan difusi.

  Penyerapan terjadi akibat suatu cairan dapat menembus ke  dalam bahan semen karena akibat dari permukaan beton yang memiliki pori-pori kapiler, sehingga membantu cairan masuk ke dalam beton. Perembesan adalah sebuah mekanisme dimana sebuah 

  Difusi didefenisikan sebagai transportasi ion/molekul dari  daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, dan akan terus bergerak sampai terjadi keseimbangan ion atau moleku tersebut. (Koorp, 1995), dalam Jonathan dkk 2013 Nilson dkk (1996), mengatakan tingkat masuknya klorida ke dalam beton di lingkungan laut dan garam tergantung pada beton itu sendiri (sifat potensial) serta agresivitas klorida lingkungan. Sebenarnya difusivitas klorida beton berbeda. Masuknya klorida ke dalam beton di zona percikan air laut bisa lebih kecil dari masuknya klorida ke dalam beton di zona yang terpapar/ terendam air laut. Parameter bahwa beton sudah mengandung chloride ada 4 yaitu:

  Chloride sudah mencapai permukaan beton  Kandungan chloride pertama kali sebelum terpapar air laut  Koefisien difusi klorida telah tercapai  Lama perendaman/ paparan terhadap air laut. 

  Masalah serangan klorida muncul ketika ion klorida masuk dari luar. Yang lebih penting, adalah bahwa ion klorida dalam air laut melakukan kontak langsung dengan beton. Chloride dapat megendap pada permukaan beton dalam bentuk yang sangat halus (Neville, 1995).

  Bagaimana pun chlorida pasti menembus beton akibat reaksi dari bahan organik yang mengandung klorida. Asam klorida yang terbentuk masuk melalui permukaan beton di mana ia bereaksi dengan ion kalsium dalam air pori akhirnya membantu masuknya ion klorida ke dalam beton (Lammke A, 1990) dalam Neville, 1995

  Beton geopolimer dan beton geopolimer memiliki

  % sedangkan beton OPC pada kedalaman yang sama mengandung chloride sebesar 0,13 %. Hasil ini menunjukkan bahwa daya tahan beton geopolimer secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan OPC beton dalam hal penetrasi clhorida. Dengan kata lain beton geopolimer menunjukkan stabilitas kimia baik setelah direndam dalam larutan garam dari OPC beton.

  Pengukuran Laju Korosi

  Metode pengujian untuk mengetahui potensial korosi akibat penetrasi ion chloride adalah dengan menggunakan half-cell potential dan untuk mengetahui resistivity beton menggunakan four-probe resistivity meter.

  Pengukuran laju korosi dilakukan untuk mencari kemungkinan terjadi karat menggunakan alat half cell potential adalah teknik yang paling sederhana yang dapat menentukan potensi korosi. Korosi tulangan baja pada beton geopolimer dan OPC diukur dengan alat half cell potential berdasarkan ASTM C876. Arus listrik bersumber dari voltmeter yang terdiri dari dua terminal. Satu terminal terhubung ke tulangan beton sedangkan terminal yang lain terhubung ke elektroda Cu/CuSO ^{4 . Pengukuran dilakukan dengan mengamati} perbedaan tegangan antara elektroda dan batang baja tulangan (Shaikh, 2014). Potensi korosi kemudian dibandingkan dengan nilai ambang untuk menafsirkan resiko korosi. Nilai ambang disajikan pada Tabel 2.1. Tabel 0.1.Interpretasi nilai half cell potential (mV) terhadap elektroda

  SCE elektroda (ASTM C 876)

  Nilai Resiko Korosi ≥ 200 Kemungkinan 90% tidak terjadi korosi

  200- 350 Beresiko terjadi korosi ≥ 350 Kemungkinan 90% terjadi korosi