Pengaruh Temperatur Curing Terhadap Sifat Mekanik Beton Geopolimer - ITS Repository

  TUGAS AKHIR – RC 141501

PENGARUH TEMPERATUR CURING PADA SIFAT

MEKANIK BETON GEOPOLIMER NUR FADLILAH PRIYANKA NRP: 3113 105 027 DOSEN PEMBIMBING I: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. DOSEN PEMBIMBING II: Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT. PhD PROGRAM STUDI LINTAS JALUR TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

  TUGAS AKHIR – RC 141501

  

PENGARUH TEMPERATUR CURING PADA SIFAT

MEKANIK BETON GEOPOLIMER

  NUR FADLILAH PRIYANKA NRP: 3113 105 027 DOSEN PEMBIMBING I: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA.

  DOSEN PEMBIMBING II: Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT. PhD PROGRAM STUDI LINTAS JALUR TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN FINAL PROJECT – RC 141501

THE EFFECT OF CURING TEMPERATURE ON

MECHANICAL PROPERTIES OF GEOPOLYMER

CONCRETE NUR FADLILAH PRIYANKA NRP: 3113 105 027 SUPERVISOR I: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. SUPERVISOR II: Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT. PhD.

  CIVIL ENGINEERING EXTENSION PROGRAM FACULTY OF CIVIL ENGINEERING AND PLANNING

  FINAL PROJECT – RC 141501

  

THE EFFECT OF CURING TEMPERATURE ON

MECHANICAL PROPERTIES OF GEOPOLYMER

CONCERETE

  NUR FADLILAH PRIYANKA NRP: 3113 105 027 SUPERVISOR I: Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA.

  SUPERVISOR II: Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT. PhD. CIVIL ENGINEERING EXTENSION PROGRAM FACULTY OF CIVIL ENGINEERING AND PLANNING

  

PENGARUH TEMPERATUR CURING TERHADAP SIFAT

MEKANIK BETON GEOPOLIMER

  Nama Mahasiswa : Nur Fadlilah Priyanka NRP : 3113 105 027 Jurusan : Lintas Jalur Teknik Sipil Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA.

  Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST, MT.

  

Abstrak

Beton Geopolimer adalah jenis beton yang tidak

menggunakan semen dalam campourannya. Dikarenakan produksi

₂

semen menghasilkan 0.95 ton gas CO , maka dibuatlah beton

geopolimer ynag dapat mengurangi emisi gas CO ^{2 . Fly ash}

merupakan limbah dari hasil pembakaran batu bara dan salah

satu limbah yang dapat dimanfaatkan sebagai binder pada pasta

beton geopolimer. Tetapi fly ash membutuhkan alkali aktivator

yang terdiri dari Sodium Hidroksida (NaOH) dan Sodium Silikat

_{2 3} (Na SiO ) sebagai pengikat.

  Beton yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk

silinder dengan ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm. Adapun

variasi yang digunakan dalam komposisi beton tersebut

mempunyai perbandingan NaOH : Na ^{2 SiO 3 adalah 1:1,5 ; 1:2 ;}

1:2,5 dengan temperatur perawatan yang berbeda yaitu

_o temperatur normal ruang, steam curing pada temperatur 40 _{o o}

  C,

  

60 C dan 80 C selama 24 jam. Benda uji yang telah dibuat akan

diuji tekan pada umur beton 3, 7, 14, 21, dan 28 hari. Selain itu

benda uji beton akan diuji split, modulus young, dan porositas

pada umur benda uji beton 28 hari. Selain menggunakan benda uji

silinder, dalam pengujian pasta menggunakan cetakan pasta

dengan ukuran diameter 2 cm dan tinggi 4 cm yang diuji tekan

pada umur pasta 28 hari. Serta menggunakan benda uji dogbone

untuk uji tarik belah beton.

  Dari hasil pengujian diperoleh Kuat tekan maksimum,

kuat tarik belah, dan modulus elastisitas maksimum pada

perbandingan alkali 2,5 dan mengalami proses steam curing pada

_o

temperatur 80 C selama 24 jam. Sedangkan pada kuat tekan pasta

dan kuat tarik benda uji dogbone cenderung lebih tinggi pada

perbandingan alkali 1,5.

  

Kata kunci : Geopolimer, Fly Ash, Steam Curing, Sodium

Hidroksida, Sodium Silikat, Superplasticizer, Plastiment VZ

  

THE EFFECT OF CURING TEMPERATURE ON

MECHANICAL PROPERTIES OF GEOPOLYMER

CONCRETE _{NRP : 3113 105 027 Student : Nur Fadlilah Priyanka Supervisor} Department : Civil Engineering Extension Program : Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. _{Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST, MT .}

  Abstract

  Concrete Geopolymer is a type of concrete that is not using

cement in mixed. Due to the production of cement produces 0.95

₂

tons of gas CO , it made concrete geopolimer unjust can reduce

the greenhouse gas CO ^{2 . Fly ash is a waste from the result of the}

burning of coal and one of the waste that can be used as a binder

in concrete geopolymer paste. But fly ash need alkali consisting of

activator Sodium Hidroksida (Na OH) and Sodium no silicates

(Na ^{2 SiO 3 ) as strapping.}

  Concrete used in this research is the cylinder with the

diameter sizes 10 cm and height of 20 cm. Now the variation that

is used in the composition of concrete has a comparison of Na OH

: Na ^{2 SiO 3 is 1:1.5 ; 1:2 ; 1:2.5 with temperature treatment is}

different from the normal temperature of space, steam curing in

_{o o o}

temperatures 40 C 60 C and 80 C for 24 hours. Test objects that

have been made will be tested press at the age of concrete 3, 7, 14,

21, and 28 days. In addition to the test objects concrete will be

tested split, modulus young, and whereas total on the age of the

test objects concrete 28 days. In addition to using the cylinder test

objects, in testing using the mold pasta pasta with the size of the

diameter of 2 cm and height 4 cm tested press on the age of the

pasta 28 days. As well as using objects dogbone test to test the pull

sides concrete.

  From the test result obtained strong press maximum,

strong pull sides, and modulus maximum elasticity on the

comparison of alkali 2.5 and undergoing a process of steam curing

in temperatures 80oC for 24 hours. While on the strong press pasta

and strong pull test dogbone objects tend to be higher on the

comparison of alkali 1.5.

  

Keywords: geopolymer, fly ash, activators, Sodium Hydroxide,

Sodium Silicate, superplasticizer, Steam Curing

KATA PENGANTAR

  Dengan memanjatkan puji syukur atas kehadirat Allah

SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya. Serta

shalawat serta salam kepada junjungan kita Nabi Muhammad

SAW, sehingga saya dapat menyelesaikan Proposal

Penelitian ini dengan baik dan lancar.

  Selama menyusun Proposal Penelitian hingga selesai,

tak lepas dari bantuan dari semua pihak yang membantu, baik

secara langsung maupun tidak. Dalam kesempatan kali ini,

perkenankan saya mengucapkan terima kasih yang sebesa-

besarnya kepada : 1.

  Kedua orang tua/wali kami, saudara-saudara kami tercinta yang senantiasa memberikan dukungan, semangat serta doa, sehingga saya dapat menyelesaikan laporan ini.

  2. Ibu Prof. Dr. Ir. Triwulan, selaku dosen pembimbing pertama.

  3. Ibu Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST. MT., selaku dosen pembimbing kedua.

  4. Bapak/Ibu dosen pengajar yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan selama di kelas.

  5. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan dukungan serta kerjasama yang baik.

  6. Semua pihak yang telah membantu sehingga Proposal Penelitian ini terselesaikan.

  Surabaya, Januari 2016

  DAFTAR ISI

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

Abstrak ................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ......................................................... vi

DAFTAR ISI ...................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................. xv

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

  1.1.Latar Belakang ...................................................... 1

  1.2.Perumusan Masalah ............................................... 3

  1.3.Tujuan .................................................................... 3

  1.4.Manfaat .................................................................. 4

  1.5.Batasan Masalah .................................................... 4

  

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .......................................... 5

  2.1.Efek Beton Konvensional Terhadap Lingkungan . 5

  2.2.Beton Geopolimer ................................................. 6

  2.2.1.Fly Ash Sebagai Material Binder ....................... 7

  2.2.2.Alkali Sebagai Pengikat Binder ....................... 13

  2.2.3.Temperatur Perawatan Beton ........................... 14

  2.2.4.Plastiment-VZ .................................................. 17

  

BAB 3 METODOLOGI ..................................................... 19

  3.1.Umum .................................................................. 19

  3.2.Persiapan Material ............................................... 22

  3.3.Persiapan Material ............................................... 22

  3.3.1.Fly Ash ....................................................... 22

  3.3.3.Sodium silikat (Na2SiO3) ........................... 25

  3.3.4.Agregat Kasar ............................................. 25

  3.3.5.Agregat Halus ............................................. 33

  3.3.6.Plastiment-VZ ............................................. 41

  3.4.Pembuatan Mix Design .................................. 41

  3.4.1.Mix Design Pasta Beton Geopolimer.......... 41

  3.4.2.Mix Design Benda Uji Tensile.................... 43

  3.4.3.Mix Design Beton Geopolimer ................... 47

  3.4.4.Berat Benda Uji ........................................... 51

  3.4.5.Proses Pembuatan Beton Geopolimer ......... 54

  3.5.Curing................................................................... 55

  3.6.Pengujian Beton Geopolimer ............................... 60

  3.6.1.Tes Setting Time (ASTM C 191) ................ 60

  3.6.2.Tes Slump (ASTM C 143/ C 143M - 03) ... 61

  3.6.3.Tes Porositas (AFNOR NF B 49104) ......... 62

  3.6.4.Tes Kuat Tekan (ASTM C 39/C-39M-03) .. 64

  3.6.5.Uji Berat Volume Beton ............................. 65

  3.6.6.Uji Kuat Tarik Belah (SplitASTM C496/C496M-04) ................................................. 66

  3.6.7.Tes Kuat Tarik (ASTM C 469-02) .............. 66

  3.6.8.Tes Modulus Elastisitas (ASTM C 469-02) 68

  3.6.9.Poisson’s Ratio ............................................ 74

  

BAB 4 ANALISA DATA ................................................... 77

  4.1.Pengetesan Terhadap Material Yang Digunakan . 77

  4.1.1.Agregat Kasar ............................................. 77

  4.1.2.Agregat Halus ............................................. 82

  4.2.1.Uji XRF ....................................................... 88

  4.2.2.Uji XRD ...................................................... 90

  4.3.Beton Geopolimer .............................................. 91

  4.3.1.Tes Setting Time ........................................ 91

  4.3.2.Analisa Tes Uji Tekan Benda Uji Pasta ... 101

  4.3.3.Analisa Tes Uji Dogbone ......................... 106

  4.3.4.Tes Slump Beton Geopolimer .................. 110

  4.3.5.Analisa Hasil Tes Kuat Tekan Beton Geopolimer ........................................................ 112

  4.3.6.Analisa Uji Berat Volume Beton Geopolimer ........................................................ 128

  4.3.7.Analisa Uji Kuat Tarik Belah Beton Geopolimer ........................................................ 131

  4.3.8.Analisa Uji ModulusYoung Beton Geopolimer ........................................................ 134

  4.3.9.Analisa Poisson’s Ratio ............................ 148

  4.3.10.Analisa Uji Porositas Beton Geopolimer 150

  4.3.11.Analisa Peranan H2O, Si, dan Al Pada Beton Geopolimer ........................................................ 152

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................ 177

  5.1.Kesimpulan ........................................................ 177

  5.2.Saran .................................................................. 178

DAFTAR PUSTAKA ...................................................... 179

BIODATA PENULIS ...................................................... 185

LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Grafik perencanaan kenaikan produksi semen sampai tahun 2050 (CEMBUREAU, 2010) ......................... 5Gambar 2.2. Struktur kimia Poly(sialate) (Davidovits, 1994) ..................................................................................... 7Gambar 2.3. Hasil Kuat Tekan Beton Umur 7 Hari (Mishra, dkk, 2008) ........................................................................... 15Gambar 2.4. Hasil Kuat Tekan Beton Umur 28 Hari (Mishra, dkk, 2008) ........................................................................... 16Gambar 3.1. Metodologi penelitian .................................... 20Gambar 3.2. Fly ash dari PT. Petrokimia Gresik ............... 23Gambar 3.3. Larutan NaOH 8M ......................................... 25Gambar 3.4. Agregat Kasar ................................................ 26Gambar 3.5. Satu set Ayakan Batu Pecah .......................... 32Gambar 3.6. Satu Set Ayakan Pasir ................................... 41Gambar 3.7. Ukuran benda uji dogbone ............................ 45Gambar 3.8. Komposisi Beton Geopolimer ....................... 48Gambar 3.9. Benda uji yang dibungkus dengan plastik sebelum dimasukkan kedalam mesin steam ....................... 56Gambar 3.10. Benda uji dalam mesin sream ...................... 57Gambar 3.11. Benda uji yang ditutup karung goni ............ 57Gambar 3.12. Time History temperatur curing .................. 58Gambar 3.13. Proses pengaplikasian steam curing di lapangan (1) ........................................................................ 59Gambar 3.14. Proses pengaplikasian steam curing di lapangan (2) ........................................................................ 59Gambar 3.16. Grafik modulus elastisitas ............................ 69Gambar 3.17. Posisi peletakan strain gauge pada beton geopolimer .......................................................................... 70Gambar 3.18. Tampilan Data Logger dengan strain gauge yang telah terbaca ................................................................ 71Gambar 3.19. Tampilan data output strain gauge dalam format .csv ........................................................................... 72Gambar 3.20. Grafik cara menentukan modulus elastisitas 73Gambar 3.21. Pengukuran perhitungan poisson’s ratio ...... 74Gambar 3.22. Grafik Poisson’s Ratio ................................. 76Gambar 4.1. Lengkung Ayakan Batu Pecah ....................... 82Gambar 4.2. Lengkung ayakan pasir .................................. 88Gambar 4.3. XRD fly ash PT. Petrokimia Gresik ............... 90Gambar 4.4. Grafik setting time dengan tambahan silica fume ............................................................................................. 93

  

Gambar 4.5, Grafik setting time dengan tambahan

superplasticizer.................................................................... 95

Gambar 4.6. Grafik setting time dengan tambahan sikatard 930 ....................................................................................... 97Gambar 4.7. Hubungan antara setting time dengan tambahan silica fume, superplasticizer, dan sikatard 930 ................... 98Gambar 4.8. Grafik pengikatan awal dan akhir setting time dengan tambahan plastiment VZ ......................................... 99Gambar 4.9. Grafik pengikatan awal dan akhir setting time tanpa tambahan plastiment VZ ......................................... 100Gambar 4.10. Diagram kuat tekan pasta geopolimer umur 28 hari .................................................................................... 105Gambar 4.11. Grafik kuat tarik dogbone dengan normalGambar 4.12. Grafik kuat tarik dogbone dengan curing temperatur 400C ............................................................... 107Gambar 4.13. Grafik kuat tarik dogbone dengan curing temperatur 600C ............................................................... 108Gambar 4.14. Grafik kuat tarik dogbone dengan curing temperatur 800C ............................................................... 110Gambar 4.15. Perbandingan kuat tekan beton pada setiap umur pengujian pada perbandingan Na2SiO3:NaOH =

  

1,5 ..................................................................................... 120

Gambar 4.16. Perbandingan kuat tekan beton dengan pengaruh temperatur curing pada perbandingan

  

Na2SiO3:NaOH = 1.5 ...................................................... 120

Gambar 4.17. Perbandingan kuat tekan beton pada setiap umur pengujian pada perbandingan Na2SiO3:NaOH = 2 122Gambar 4.18. Perbandingan kuat tekan beton dengan pengaruh temperatur curing pada perbandingan

  

Na2SiO3:NaOH = 2 ......................................................... 122

Gambar 4.19. Perbandingan kuat tekan beton pada setiap umur pengujian pada perbandingan Na2SiO3:NaOH =

  

2,5 ..................................................................................... 124

Gambar 4.20. Perbandingan kuat tekan beton dengan pengaruh temperatur curing pada perbandingan

  

Na2SiO3:NaOH = 2,5 ...................................................... 124

Gambar 4.21. Hasil kuat tekan beton geopolimer pada umur 28 hari ............................................................................... 126Gambar 4.22. Hasil kuat tekan terhadap perbedaan temperatur curing pada umur 28 hari ............................... 127Gambar 4.23. Hasil pengujian berat volume beton geopolimer umur 28 hari .................................................. 130Gambar 4.24. Grafik hasil tes kuat tarik belah beton geopolimer ........................................................................ 133

  

Gambar 4.25, Grafik hasil pengujian modulus young ...... 135

Gambar 4.26. Grafik hubungan modulus elastisitas dan kuat tekan .................................................................................. 136Gambar 4.27. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-1,5-normal ..... 137Gambar 4.28. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-1,5-40 ............ 138Gambar 4.29. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-1,5-60 ............ 139Gambar 4.30. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-1,5-80 ............ 140Gambar 4.31. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2-normal ........ 141Gambar 4.32. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2-40 ............... 142Gambar 4.33. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2-60 ............... 143Gambar 4.34. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2-80 ............... 145Gambar 4.35. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2,5-normal. .... 145Gambar 4.36. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2,5-40. ........... 146Gambar 4.37. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2,5-60 ............ 147Gambar 4.38. Grafik 50µ - 0,4 f’c pada B-2,5-80 ........... 148Gambar 4.39. Hubungan antara modulus elastisitas dan poisson’s ratio ................................................................... 150Gambar 4.40. Grafik porositas total, terbuka, dan tertutup .............................................................................. 152Gambar 4.41. Hubungan Si/Al dengan kuat tekan............ 154Gambar 4.42. Hubungan Si/Al dengan kuat tarik ............. 159Gambar 4.43. Hubungan Si/Al dengan modulus elastisitas ........................................................................... 160Gambar 4.44. Hubungan Si/Al dengan poisson’s ratio ..... 160Gambar 4.45. Hubungan SiO2/Al2O3 pada kuat tekan .... 161Gambar 4.47. Hubungan SiO2/Al2O3 pada modulus elastisitas .......................................................................... 162Gambar 4.48. Hubungan SiO2/Al2O3 pada poisson’s ratio ................................................................................... 163Gambar 4.49. Hubungan SiO2/Na2O dengan kuat tekan 164Gambar 4.50. Hubungan SiO2/Na2O dengan kuat tarik .. 164Gambar 4.51. Hubungan SiO2/Na2O dengan modulus elastisitas .......................................................................... 165Gambar 4.52. Hubungan SiO2/Na2O dengan poisson’s ratio ................................................................................... 165Gambar 4.53. Hubungan H2O/Na2O dengan kuat tekan . 166Gambar 4.54. Hubungan H2O/Na2O dengan kuat tarik .. 167Gambar 4.55. Hubungan H2O/Na2O dengan modulus elastisitas .......................................................................... 167Gambar 4.56. Hubungan H2O/Na2O dengan poisson’s ratio ................................................................................... 168Gambar 4.61. Hubungan H2O/Solid dengan kuat tekan, . 169Gambar 4.62. Hubungan H2O/Solid dengan kuat tarik ... 170Gambar 4.63. Hubungan H2O/Solid dengan modulus elastisitas, ......................................................................... 170Gambar 4.64. Hubungan H2O/Solid dengan poisson’s ratio ................................................................................... 171Gambar 4.65. Hubungan Si/Na dengan kuat tekan .......... 172Gambar 4.66. Hubungan Si/Na dengan kuat tarik ........... 172Gambar 4.67. Hubungan Si/Na dengan modulus elastisitas .......................................................................... 173Gambar 4.68. Hubungan Si/Na dengan poisson’s ratio ... 173

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sepuluh teratas daftar negara produsen batubara pada tahun 2013 ................................................................... 8Tabel 2.2. Presentase sumber daya mineral yang tersedia di Indonesia .............................................................................. 8Tabel 2.3. Jumlah produksi batubara 5 tahun terakhir ......... 9Tabel 2.4. Penggunaan batubara ke perusahaan dalam negeri 5 tahun terakhir ..................................................................... 9Tabel 2.5. Penjualan batubara ke luar negeri 5 tahun terakhir ................................................................................. 9Tabel 2.6. Jumlah limbah fly ash di Indonesia dalam 5 Tahun ............................................................................................ 10Tabel 2.7. Oksida yang terkandung dalam fly ash ............. 12Tabel 2.8. Komponen pasta Silverstrim, dkk (1997) ......... 13Tabel 2.9. Hasil Kuat Tekan Benda Uji (Hardjito, 2005) .. 14Tabel 2.10. Proporsi Campuran Penelitian Olivia Dan Nikraz (2011) ................................................................................. 16Tabel 2.11. Hasil Kuat Tekan Dan Kuat Belah Penelitian Olivia Dan Nikraz (2011) ................................................... 16Tabel 3.1. Senyawa yang terkandung pada sodium silikat 25Tabel 3.2. Kode benda uji pasta ......................................... 42Tabel 3.3. Komposisi pasta geopolimer ............................. 43Tabel 3.4. Kode benda uji dogbone .................................... 44Tabel 3.5. Komposisi benda uji dogbone ........................... 46Tabel 3.6. Kebutuhan sampel benda uji dogbone geopolimer .......................................................................... 47Tabel 3.7. Kode benda uji beton geopolimer ..................... 48Tabel 3.8. Komposisi benda uji beton geopolimer ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm ........................................ 50Tabel 3.9. Kebutuhan sampel benda uji beton geopolimer ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm ............................ 51Tabel 3.10. Volume kebutuhan alkali aktivator benda uji dogbone ............................................................................... 52Tabel 3.11. Volume kebutuhan alkali aktivator benda uji ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm ............................ 54Tabel 3.12. Jenis strain gauge yang digunakan ................... 70Tabel 3.13 Spesifikasi strain gauge..................................... 71Tabel 4.1. Berat jenis batu pecah ........................................ 77Tabel 4.2. Kelembapan batu pecah ..................................... 77Tabel 4.3. Air resapan batu pecah ....................................... 78Tabel 4.4. Berat volume batu pecah .................................... 79Tabel 4.5. Kebersihan batu pecah terhadap lumpur (Pencucian).......................................................................... 79Tabel 4.6. Keausan agregat kasar ........................................ 80Tabel 4.7. Hasil analisa saringan batu pecah ...................... 81Tabel 4.8. Berat jenis pasir .................................................. 82Tabel 4.9. Kelembaban pasir ............................................... 83Tabel 4.10. Air resapan pasir .............................................. 84Tabel 4.11. Berat volume pasir ........................................... 84Tabel 4.12. Kebersihan pasir dari bahan organik ................ 85Tabel 4.13. Kebersihan pasir terhadap lumpur (Pengendapan) ............................................................................................. 86Tabel 4.14. Kebersihan pasir terhadap lumpur/pencucian .. 86Tabel 4.15. Analisa saringan pasir ...................................... 87Tabel 4.16. Komposisi fly ash berdasarkan hasil uji di Sucofindo ........................................................................... 89Tabel 4.17. Kandungan mineral pada fly ash ..................... 91Tabel 4.18. Hasil tes setting time dengan tambahan silica fume .................................................................................... 92Tabel 4.19. Hasil tes setting time dengan tambahan superplasticizer ................................................................... 94Tabel 4.20. Hasil tes setting time dengan tambahan sikatard 930 ...................................................................................... 96

  

Tabel 4.21, Hasil uji kuat tekan pasta .............................. 101

Tabel 4.22. Hasil uji slump .............................................. 111Tabel 4.23. Hasil kuat tekan beton geopolimer ................ 112Tabel 4.24. Hasil uji berat volume beton geopolimer ...... 128Tabel 4.25. Hasil tes kuat tarik belah beton geopolimer .. 131Tabel 4.26. Hasil pengujian modulus elastisitas .............. 134Tabel 4.27. Hasil poisson’s ratio beton geopolimer ......... 148Tabel 4.28. Hasil uji porositas beton geopolimer ............. 150Tabel 4.29. Perhitungan massa air dalam 1 liter larutan NaOH .......................................................................................... 153Tabel 4.30. Massa NaOH(s) dan H2O pada NaOH ......... 154Tabel 4.31. Massa Na2O dan H2O dalam NaOH(s) ........ 154Tabel 4.32. Massa SiO2, Na2O, H2O, dalam Na2SiO3 .. 155Tabel 4.33. Total H2O pada beton geopolimer ................ 156Tabel 4.34. Total Solid pada beton geopolimer ............... 157Tabel 4.35. Hasil H2O/Solid pada beton geopolimer ...... 157Tabel 4.36. Perhitungan Si pada beton geopolimer ......... 157Tabel 4.37. Perhitungan Al pada beton geopolimer ......... 158

  

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB I BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Semen merupakan material utama dalam pembuatan beton. Kebutuhan beton yang semakin meningkat membuat produksi

  semen juga meningkat. Padahal dalam produksinya semen ₂ mengeluarkan gas CO yang berbahaya bagi lingkungan. Dalam hal ini saat 1 ton semen diproduksi, maka secara langsung 0,55 ton ₂ gas CO terbentuk dan 0,40 ton terbentuk pada saat proses ₂ pembakaran. Banyaknya gas CO dihitung berdasarkan banyaknya bahan bakar yang digunakan pada proses tersebut sehingga bisa disimpulkan bahwa jika 1 ton semen diproduksi maka ₂ menghasilkan 0,95 ton gas CO (Davidovits, 1994).

  Beton geopolimer saat ini menjadi salah satu alternatif yang dilakukan untuk menggantikan kebutuhan beton berbahan semen. Meskipun begitu bukan berarti beton geopolimer tidak _{2 2} menghasilkan emisi gas CO . Gas CO dikeluarkan saat pengolahan materialnya, sebagai contoh pengolahan kaolin ₂ menghasilkan 0,180 ton gas CO dari hasil pembakaran menggunakan bahan bakar karbon, 6 kali lebih sedikit daripada beton konvensional. Sedangkan fly ash menghasilkan 0,106 ton ₂ gas CO dari proses pengolahannya, lebih sedikit 9 kali dari yang dikeluarkan beton konvensional. (Davidovits, 2008). Dengan adanya beton geopolimer ini paling tidak dapat mengurangi emisi ₂ gas CO sebanyak 80% di atmosfer (Rangan dan Wallah, 2006).

  Semen dibuat dengan bahan dasar batu kapur yang jumlahnya semakin terbatas, sehingga sebagai alternative digunakan fly ash sebagai salah satu bahan dalam pembuatan beton. Fly ash merupakan limbah hasil pembakaran batu bara. Namun fly ash tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya pada semen, sehingga diperlukan alkali aktivator. Alkali aktivator yang umumnya digunakan adalah sodium hidroksida 8M – 14M dan sodium silikat dengan jumlah 0,4 – 2,5 dari perbandingan dengan jumlah sodium hidroksida (Hardjito, 2005).

  Beton geopolimer yang diletakkan pada suhu ruang mempunyai kuat tekan rata-rata 20 MPa, setelah selama 4 jam pada suhu 20

  C, dan pada saat umur beton mencapai 28 hari, maka kuat tekan dapat mencapai 70-100 MPa (Davidovits, 1994). Davidovits (2008), juga membuktikan temperatur curing yang lebih tinggi akan menghasilkan kuat tekan beton yang lebih tinggi pula. Walaupun demikian peningkatan suhu yang melebihi 60 C tidak terlalu menghasilkan kuat tekan yang signifikan. Dry curing mempunyai kuat tekan 15% lebih kuat dibandingkan dengan steam

  curing

  . Proses curing dapat ditunda untuk beberapa hari asal tidak lebih dari 5 hari dari proses pembuatan beton. Pengaruh steam

  curing

  terhadap beton geopolimer berguna untuk mempercepat proses polimerisasi dan memberikan kuat tekan yang lebih tinggi daripada beton yang berada pada normal curing (Davidovits, 2008).

  Kuat tekan dapat semakin bertambah seiring bertambahnya kadar NaOH dari 8M – 16M. Peningkatan kuat tekan beton tersebut dapat didukung seiring bertambahnya waktu dalam proses curing beton geopolimer. Bagaimanapun ketika waktu curing bertambah dari 48 jam ke 72 jam, menghasilkan kuat tekan yang tidak terlalu bervariasi (Mishra, dkk, 2008). Dengan semakin tingginya kadar NaOH maka akan membuat campuran yang baik antara agregat dan pasta beton geopolimer (Anuar, dkk, 2011).

  Menurut penelitian yang dilakukan oleh Hardjito, dkk (2004), perbandingan Na ^{2 SiO 3 :NaOH = 2,5 memilki kuat tekan} tertinggi yaitu 56,8 MPa. hal ini dibenarkan oleh Al Bakri, dkk

  (2012) yang juga mengatakan bahwa kuat tekan tertinggi ada pada perbandingan Na ^{2 SiO 3 :NaOH = 2,5.}

  Sehingga berdasarkan teori yang telah dibuat pada penelitian sebelumnya, dilakukanlah penelitian dengan memanfaatkan fly ash dan alkali aktivator sebagai pengikatnya dengan perbandingan _{2 3} Na SiO berbanding NaOH sebesar 1,5 ; 2 dan 2,5. Beton geopolimer tersebut akan berada pada temperatur steam curing yang berbeda-beda yaitu normal curing, 40 , 60 , dan 80 selama 24 jam. Adapun jenis benda uji yang akan dibuat berupa pasta geopolimer, dogbone, dan beton geopolimer. Pasta geopolimer yang dibuat akan diuji kuat tekan pada umur 28 hari, sedangkan untuk dogbone akan diuji tarik pada umur 28 hari, dan untuk benda uji beton geopolimer akan diuji tekan pada umur beton 3, 7, 14, 21, dan 28 hari, uji tarik belah dan modulus elastistas pada umur beton 28 hari.

  Perumusan Masalah

  Dengan penjelasan di atas, maka dalam penelitian ini terdapat permasalahan sebagai berikut :

  1. Pada kondisi berbagai temperatur curing, berapakah yang menghasilkan beton dengan kuat tekan dan kuat belah terbaik? _{2 3}

  2. Pada perbandingan NaOH dan Na SiO , berapakah yang menghasilkan beton dengan kuat tekan dan kuat belah terbaik?

  3. Berapakah besar modulus elastisitas dari beton geopolimer tersebut?

  4. Berapakah kuat tarik langsung yang dihasilkan dari beton geopolimer tersebut?

  Tujuan

  Dari permasalahan di atas diharapkan dapat mencapai tujuan sebagai berikut :

  1. Mendapatkan kondisi temperatur curing terbaik yang menghasilkan beton dengan kuat tekan dan kuat tarik belah terbaik.

  2. Mendapatkan perbandingan NaOH dan Na ^{2 SiO 3 yang dapat} ditambahkan pada beton geopolimer.

  3. Mendapatkan nilai modulus elastisitas dari beton geopolimer tersebut.

  4. Mendapatkan nilai kuat tarik langsung yang dihasilkan dari beton geopolimer tersebut.

  Manfaat

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

  1. Hasil dari penelitian ini dapat dijadikan pedoman untuk memanfaatkan limbah fly ash sebagai material beton.

  2. Hasil dari penelitian ini dapat berguna untuk menggantikan penggunaan beton konvensional.

  Batasan Masalah

  Dalam penyusunan laporan penelitian 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.

  2. Semua data dan hasil yang dicantumkan dalam laporan penelitian berdasarkan hasil penelitian di laboratorium.

  3. Fly ash yang digunakan pada penelitian ini merupakan fly ash kelas F yang diambil dari PT. Petrokimia Gresik.

BAB II BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini akan dijelaskan tentang efek dari material yang

  terkandung dalam beton konvensional, perkembangan dan penelitian mengenai beton geopolimer dengan material yang digunakan fly ash beserta proses curing beton geopolimer tersebut.

  Efek Beton Konvensional Terhadap Lingkungan

  Beton konvesional merupakan beton yang menggunakan semen sebagai bindernya. Beton konvensional ini menjadi jenis beton yang umum digunakan di dunia konstruksi. Hal inilah yang ₂ membuat semen dan beton turut menyumbangkan emisi gas CO sebanyak 5-8% (Scrivener, 2014).

Gambar 2.1. Grafik perencanaan kenaikan produksi semen sampai tahun 2050 (CEMBUREAU, 2010)Gambar 2.1. menunjukkan jumlah peningkatan kebutuhan semen sampai pada tahun 2050 yang dimana tingkat peningkatan semen

  di tahun-tahun berikutnya akan muncul dari negara-negara berkembang yang sudah membuat 80% dari produksi semen global. Produksi semen dari China sendiri melebihi total produksi dari seluruh dunia pada 10 tahun yang lalu (Scrivener, 2014).

  Tidak seperti material lain, dalam produksinya semen ₂ mengeluarkan 0,40 ton gas CO yang berasal dari proses pembakaran. Sedangkan 0,55 ton gas CO ^{2 berasal dari penguraian} ₃ material mentahnya yaitu batu kapur atau CaCO seperti pada reaksi berikut : _{3 2 2 2 2}

  5CaCO + 2SiO => (3CaO,SiO )(2CaO,SiO ) + 5CO (2.1) (Davidovits, 1994).

  Beton Geopolimer

  Davidovits (1994), seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis menyarankan penggunaan poly(sialate) dalam geopolimer dengan memanfaatkan ikatan antara silika-alumina.

  Nama sialate merupakan singkatan dari silika-oxo-alumina yang mengandung senyawa SiO ^{4 dan AlO} _{4+ 3+} ^{4 . poly(sialate) adalah rantai} dan cincin polimer antara Si dan Al yang terkoordinasi dengan oksigen. Berikut adalah rumus empiris dari poly(sialate):

  ) -AlO ) .wH O (2.2) Mn(-(SiO

  2 z 2 n

  2 Dimana:

  M = Kation seperti potasium, sodium, atau kalsium n = Derajat polikondensasi z = 1,2,3

  Ikatan yang tak terbentuk menjadi semi-kristalin dengan 3 dimensi struktur dari silika-alumina yang tergambar pada

  

Gambar 2.2. Struktur kimia Poly(sialate) (Davidovits, 1994)

2.2.1. Fly Ash Sebagai Material Binder

  Fly ash merupakan salah satu limbah yang dapat

  dimanfaatkan sebagai material binder dalam beton geopolimer. Fly

  

ash merupakan limbah hasil pembakaran batu bara. Batu bara

  merupakan sumber energi terpenting untuk pembangkitan listrik dan berfungsi sebagai bahan bakar pokok untuk produksi baja dan semen.

  Dengan tingkat produksi saat ini, cadangan batubara global diperkirakan habis sekitar 112 tahun kedepan. Cadangan batubara terbesar ditemukan di Amerika Serikat, Rusia, Cina, dan India. Indonesia menempati peringkat ke-13 dengan sekitar 0,6% dari total cadangan batubara global dan 3 wilayah di Indonesia yang memiliki cadangan batubara terbesar berada di Sumatera Selatan, Kalimantan Selatan, dan Kalimantan Timur. Sedangkan pada peringkat produsen batu bara terbesar di dunia Indonesia menduduki peringkat 4, seperti yang tertera pad Tabel 2.1.Sepuluh teratas daftar negara produsen batubara pada tahun 2013

  165,1 Mt

  1. Cina 1840,0 Mt 6. Rusia 500,5 Mt 144,7 Mt

  2. USA

  1. Afrika Selatan 269,1 Mt 58, 4 Mt

  3. Australia

  2. Kazakhstan 258,9 Mt 57,6 Mt

  3. Polandia

  1. Indonesia 228,8 Mt 55,6 Mt

  4. Kolombia

  2. India Keterangan : Mt = Million Tons Sumber : BP Statistical Review of World Energy 2014

  Produksi batu bara Indonesia menempati peringkat 2 dengan sumber daya mineral terbanyak yang dapat di temukan di Indonesia

Tabel 2.2 setelah minyak bumi, seperti yang tertera pada .Tabel 2.2. Presentase sumber daya mineral yang tersedia di Indonesia

  Energi Mix (%) Energi Mix (%) Sumber Daya Mineral 2011 2025

  Minyak Bumi

  50

  23 Batubara

  24

  30 Gas Alam

  20

  20 Energi Terbarukan

  6

  6 Sumber: Kementrian Energi Dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Adapun besar batubara yang dihasilkan di Indonesia dapat dilihat dalamang merupakan banyak batubara yang dihasilkan di Indonesia dalam kurun waktu 5 tahun terakhir. Terlihat bahwa jumlah produksi terbesar ada pada tahun 2013 dengan jumlah produksi batubara sebanyak 272.046.445 ton.

Tabel 2.3. Jumlah produksi batubara 5 tahun terakhir

  Tahun Jumlah (ton) 2010 219.029.653 2011 255.729.964 2012 231.017.994 2013 272.046.445 2014 227.557.135

  Sumber: Kementrian Energi Dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Dari banyak batubara yang diproduksi di Indonesia tidak semuanya dimaanfaatkan oleh perusahaan dalam negeri, sebagian produksi batubara di export ke luar negeri. Adapun jumlah batubara yang gunakan di dalam negeri dapat dilihat dalamdan untuk jumlah batubara yang di ekspor ke luar negeri dapat dilihat dalam

Tabel 2.4. Penggunaan batubara ke perusahaan dalam negeri 5 tahun terakhir

  Tahun Jumlah (ton) 2010 46.183.015 2011 57.460.353 2012 49.571.478 2013 58.210.800 2014 55.772.111

Tabel 2.5. Penjualan batubara ke luar negeri 5 tahun terakhir

  Tahun Jumlah (ton) 2010 173.247.008 2011 192.319.857 2012 175.622.408 Lanjut

  Tahun Jumlah (ton) 2013 208.324.066 2014 174.443.318

  Tiap batu bara yang dibakar akan menghasilkan paling sedikitnya 5% polutan padat yang berupa fly ash dan bottom ash. Dari total polutan padat yang dikeluarkan, 80-90% nya merupakan

fly ash, dan selebihnya merupakan bottom ash (Wardhana,2011).

Jadi dari data pad

Tabel 2.6. Jumlah limbah fly ash di Indonesia dalam 5 Tahun

  Jumlah Jumlah Jumlah Tahun Batu bara Polutan Padat Fly Ash

  (ton) (ton) (ton) 2010 46.183.015 2309150,75 2078235,7 2011 57.460.353 2873017,65 2585715,9 2012 49.571.478 2478573,9 2230716,5 2013 58.210.800 2910540 2619486 2014 55.772.111 2788605,55 2509745

  Menurut ASTM C-618 (ASTM, 1995:304) fly ash didefinisikan sebagai butiran halus 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). Terdapat 3 kelas fly ash menurut ASTM C618, yaitu:

   Kelas C

  Beberapa fly ash kelas C mengandung CaO lebih tinggi dari 10% yang dihasilkan dari pembakaran lignite atau sub- bitumen batubara (batubara muda).

  a. Kadar (SiO ^{2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) > 50%}

  b. Kadar CaO mencapai 10% ₃

  c. Kadar SO < 5%  Kelas F Fly ash yang dihasilkan dari pembakaran anthracite atau bitumen batu bara. _{2 2 3 2 3}

  a. Kadar (SiO + Al O + Fe O ) > 70 % ₂

  b. Kadar SO < 5%

  c. Kadar CaO < 5%

  Fly ash kelas F disebut juga low-calcium fly ash, yang tidak mempunyai sifat cementitious dan hanya bersifat pozolanic.

   Kelas N Pozzolan alami atau hasil pembakaran yang dapat digolongkan antara lain tanah diatomic, opaline chertz, shales, tuff dan abu vulkanik, yang mana biasa diproses melalui pembakaran atau tidak melalui proses pembakaran. Selain itu juga mempunyai sifat pozzolan yang baik.

  Sehingga pada fly ash yang diambil dari PT. Petrokimia Gresik yang digunakan dalam penelitian ini merupakan fly ash _{2 2 3 2 3} kelas F dikarenakan jumlah (SiO + Al O + Fe O ) berjumlah _{2 2 3 2 3}

  87,06%. Sehingga jumlah (SiO + Al O + Fe O ) > 70 % yang merupakan syarat dari fly ash kelas F yang tertera dalam ASTM C 618 (ASTM, 1995:304). Adapun jumlah oksida yang terkandung didalam fly ash dapat dilihat dalam

Tabel 2.7. Oksida yang terkandung dalam fly ash

  Sumber: Sucofindo (2015) Secara umum fly ash memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

  1. Non plastis Artinya bersifat elastis yaitu bisa kembali lagi ke bentuk semula, misalnya pada saat dicampur dengan air awalnya memang terbentuk seperti adonan, tetapi setelah kering bisa kembali lagi ke bentuk awalnya yaitu abu, yang kemudiian akan terpisah dari adonan.