Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer B
ANALISA SIFAT MEKANIK BETON GEOPOLIMER BERBAHAN DASAR FLY ASH
DAN LUMPUR PORONG KERING SEBAGAI PENGISI
Oleh :
Triwulan*)
Januarti Jaya Ekaputri**)
Tami Adiningtyas***)
Abstrak
Geopolimer adalah beton dengan bahan pengikat tidak menggunakan semen hidrolis, tetapi menggunakan
material alami sebagai penggantinya. Material alami yang digunakan adalah material yang memiliki
kandungan oksida silika dan alumina tinggi. Fly Ash dan lumpur Porong dipilih sebagai bahan dasar
penelitian ini karena kandungan silika dan aluminanya yang tinggi. Fly Ash yang digunakan harus
diaktifkan dengan larutan alkalin berupa Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat sebagai katalisatornya.
Penggunaan lumpur Porong dalam hal ini merupakan usaha untuk memanfaatkan lumpur Porong sebagai
bahan bangunan (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Dalam penelitian yang dilakukan, dibuat 4 buah benda uji
berupa binder dan 4 buah benda uji beton dengan variasi aktifator sodium hidroksida molaritas 8M dan 10M
serta penambahan air sebanyak 80% dan 100% dari berat lumpur. Pada benda uji binder akan dilakukan tes
yang meliputi: tes waktu pengikatan, tes tekan dan tes porositas. Sedangkan untuk benda uji beton akan
dilakukan tes yang meliputi: tes slump, tes tekan, tes tarik belah dan tes porositas. Pada pengujian tekan dan
tarik belah, umur benda uji ditentukan pada 3, 7, 14, 21 dan 28 hari. Dari hasil penelitian terlihat bahwa
molaritas larutan aktifator dan persentase penambahan air mempengaruhi sifat mekanik beton geopolimerlumpur. Secara umum, semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada
campuran akan memberikan karakteristik beton yang lebih tinggi.
Kata kunci : geopolimer, binder, aktifator, molaritas, fly ash, lumpur Porong
PENDAHULUAN
Beton Geopolimer
merupakan
beton
dengan material dari bahan alami sebagai
pengikat. Material pengikat tersebut mengalami
reaksi polimerisasi dalam proses pengerasannya.
Studi terhadap material alami sebagai pengganti
semen diperlukan sejalan dengan peningkatan
pembangunan infrastruktur beton di dunia yang
menyebabkan meningkatnya permintaan terhadap
semen
sebagai
Penggunaan
bahan
semen
pembentuk
ternyata
beton.
memberikan
pengaruh negatif karena gas CO2 yang dilepaskan
ke atmosfir akibat proses produksi semen dengan
jumlah
setara
dengan
berat
semen
dihasilkan.
yang
Material alami yang diutamakan sebagai
pengganti semen ini adalah material yang
memiliki kandungan oksida silika dan alumina
tinggi
(Davidovits,
1994).
Kebutuhan
akan
tingginya kandungan oksida silika dan alumina
disebabkan karena oksida ini merupakan bahan
utama yang akan mengalami proses polimerisasi
yang menghasilkan binder atau pengikat dalam
beton geopolimer.
Pada penelitian ini, dibuat binder dan
beton geopolimer untuk diamati sifat mekaniknya.
Beton geopolimer yang dibuat menggunakan
bahan dasar fly ash sebagai pengikat dan lumpur
Porong sebagai pengisi.
*) Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
**) Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
***) Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
Lumpur Porong merupakan lumpur panas
yang keluar dari perut bumi. Besarnya volume
33 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
lumpur panas yang keluar telah menimbulkan
2.
berbagai dampak buruk pada kehidupan sosial,
ekonomi dan kesehatan masyarakat Sidoarjo pada
fly ash dan Lumpur Porong.
3.
khususnya (Timnas PSLS, 2006).
Sebagai
usaha
dari
Bahan dasar binder yang digunakan adalah
Aktifator yang digunakan adalah NaOH dan
Sodium Silikat dengan perbandingan Sodium
meminimalisasi
Silikat
kerugian yang ditimbulkan oleh lumpur Porong
dan
Sodium
Hidroksida
adalah
sebesar 2,5.
ini, beberapa peneliti telah mencoba untuk
4.
Molaritas NaOH sebesar 8 dan 10 Molar.
memanfaatkan lumpur Porong sebagai keramik
5.
Perbandingan berat Fly ash (fly ash) dan
dan bahan konstruksi seperti bata, genteng,
[15]
beton
dan paving. Penggunaan lumpur Porong
Lumpur Porong adalah 4 : 1.
6.
kering sebagai bahan pengisi beton geopolimer
pada
penelitian
ini
merupakan
usaha
F dari PLTU Paiton.
7.
pemanfaatan lumpur Porong.
oven lalu dihancurkan sampai berbentuk
ini adalah :
serbuk. Lalu diberi tambahan air sebesar 80%
Mengetahui
waktu
pengikatan
binder
geopolimer-lumpur.
2.
Mengetahui temperatur saat terjadi reaksi
Mengetahui besarnya kuat tekan binder dan
Mengetahui
besarnya
kuat
Kuat Tekan Dilakukan pada 3,7,14,21 dan 28
hari.
9.
beton geopolimer-lumpur
4.
dan 10% dari beratnya.
8.
polimerisasi.
3.
Lumpur Porong yang digunakan berupa
Lumpur kering, yaitu lumpur yang telah di
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian
1.
Fly ash yang digunakan adalah fly ash kelas
Penelitian
hanya
terbatas
pada
skala
laboratorium.
10. Curing dilakukan pada suhu kamar selama 4
tarik
beton
hari.
geopolimer-lumpur
5.
Mengetahui porositas binder dan beton
geopolimer-lumpur.
6.
Mengetahui kandungan senyawa kimia dalam
binder geopolimer-lumpur.
STUDI PUSTAKA
Beton Geopolimer
Proses pembentukan beton geopolimer
disebut dengan proses polimerisasi kondensasi,
LINGKUP PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, masalah yang dibahas
meliputi:
1.
Mengetahui dan membandingkan sifat fisik
dari bahan bahan dasar beton geopolimerlumpur yang meliputi:
a) Fly ash
b) Lumpur Porong
yaitu reaksi gugus fungsi banyak (molekul yang
mengandung dua gugus fungsi atau lebih yang
dapat bereaksi) yang menghasilkan satu molekul
besar bergugus fungsi banyak pula dan diikuti
oleh pelepasan molekul kecil. Dalam proses
geopolimerisasi, molekul kecil yang dilepaskan
adalah air. Pelepasan air ini terjadi selama proses
curing berlangsung.
Perbedaan reaksi beton geopolimer dengan
beton konvensional dapat dilihat pada Gambar 1
34 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Kandungan Fly ash kelas F yang digunakan
dalam tugas akhir dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Fly ash yang didapatkan
dari analisa kimia
Gambar 1. – Reaksi Hidrasi dan
SiO2
52.24
Na2O
0.52
P 2O 5
0.13
Al2O3
38.58
K2O
0.44
SO3
1.21
Fe2O3
2.94
TiO2
2.42
SO2
-
CaO
0.69
MgO
0.49
LOI
1.39
Sumber: Ekaputri, Januarti J. dan Triwulan,
“Study
Polimerisasi (www.geopolymer.org)
Peneliti
dari
Universitas
Deventer (Deventer, 2005) mengemukakan bahwa
Porong
Mud-Based
Geopolymer Concrete”, 2006.
Melbourne,
Australia, di bawah pimpinan Prof. J Van
on
Sejauh ini, fly ash telah banyak digunakan
sebagai penambah atau pengganti sejumlah semen
dalam pembuatan beton dengan semen portland.
beton geopolimer dapat dimanfaatkan untuk
memasung („immobilise‟) bahan-bahan berbahaya
Lumpur Porong
yang mengandung radioaktif maupun bahanbahan beracun lain. Dalam laporan penelitian
disebutkan hampir semua bahan buangan industri
yang mengandung unsur-unsur silika dan alumina
bisa dibuat menjadi semen geopolimer.
yang keluar dari perut bumi. Sejak mulai
menyembur keluar dari dalam perut bumi pada
tanggal 28 Mei 2006 di sekitar Sumur Eksplorasi
Banjar
Panji-1
(BJP-1)
Lapindo
Brantas,
Kabupaten Sidoarjo-Jatim, hingga kini, Juli 2007,
Fly Ash
semburan lumpur tidak menunjukkan tanda akan
Material
utama
untuk
pembentukan
geopolimer yang memiliki ikatan alumino-silikate
harus kaya akan Silikon (Si) dan aluminium (Al).
Ini bisa berarti material alam seperti kaolin, dan
lempung
Lumpur Porong merupakan lumpur panas
dimana
formula
empirisnya
mengandung Si, Al, dan oksigen (Davidovits,
1994). Atau material buatan seperti fly ash, silica
fume dan slag. Namun, diantara material buatan
yang juga merupakan limbah, fly ash dan slag
merupakan material yang paling potensial sebagai
bahan dasar beton geopolimer (Hardjito et all,
berhenti. Dampak buruk yang ditimbulkannya
menyebabkan
berbagai usaha telah dilakukan
untuk mengurangi volume lumpur. Pemanfaatan
lumpur sebagai filler pada beton geopolimer ini
juga merupakan usaha untuk mengurangi volume
lumpur.
Melalui uji kimia yang dilakukan oleh balai
besar keramik, dapat dilihat bahwa komponen
kimia dari lumpur Porong ini mirip dengan
komponen kimia dari fly ash. Detail komposisi
dari lumpur Porong ini dapat dilihat pada Tabel 2
2005).
35 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
sehingga penambahan hidroksida alkali pada fly
Tabel 2. Komposisi Lumpur Kering
ash dapat mereaksikan silika.
Didapatkan
Katalisator
Dengan Analisa Kimia
merupakan
zat
yang
SiO2
53.08
Na2O
2.97
P2O5
-
mempercepat terjadinya reaksi kimia. Dalam
Al2O3
18.27
K 2O
1.44
SO3
-
pembuatan beton geopolimer, katalisator juga
Fe2O3
5.6
TiO2
0.57
SO2
2.96
digunakan. Untuk aktifator Sodium Hidroksida
CaO
2.07
MgO
2.89
LOI
10.15
biasanya digunakan katalis Sodium Silikat, hal ini
sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh
Sumber: “Balai Besar Keramik”, Bandung,
Hardjito (2005)
Indonesia
Dalam
Berdasarkan penelitian yang dilakukan
oleh
Ekaputri
dan
Triwulan
(2006)
di
Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan ITS,
menunjukkan bahwa lumpur basah dan kering
penelitian
ini,
aktifator
yang
digunakan adalah kombinasi antara sodium silikat
dan sodium hidroksida. Kombinasi aktifator ini
digunakan berdasarkan penelitian Ekaputri dan
Triwulan[14].
oven tidak bersifat amorf, sehingga hanya dapat
dijadikan filler (pengisi) pada campuran beton
geopolimer bersama- sama dengan agregat kasar
STUDI EKPERIMENTAL
Benda uji dibuat menurut skema pada Gambar 2.
dan agregat halus. Sedangkan lumpur bakar (pada
suhu 1000o C) bersifat amorf sehingga dapat
digunakan sebagai pengikat dengan alkali kuat
sebagai pereaksi. Namun, lumpur yang dicampur
dengan semen atau kapur memberikan kuat tekan
yang sangat rendah, sehingga tidak berpotensi
dijadikan perekat pada beton geopolimer.
Sebagai filler, perbandingan dari lumpur
dan fly ash paling maksimal adalah 1:2 (Ekaputri
dan Triwulan, 2006).
Aktifator Dan Katalisator
Aktifator merupakan zat atau unsur yang
menyebabkan zat atau unsur lain bereaksi. Dalam
pembuatan beton geopolimer, aktifator yang
digunakan adalah unsur alkali yang terhidrasi.
Penggunaan hidroksida alkali sebagai aktifator ini
dikarenakan karena silika merupakan asam kuat
maka ia juga akan bereaksi dengan basa kuat.
Hidroksida alkali adalah senyawa basa kuat,
Gambar 2. Skema Komposisi Benda Uji dan
Pengetesan di Laboratorium
36 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
PERSIAPAN BAHAN
Larutan Aktivator
Fly ash
Fly ash yang digunakan merupakan fly ash
Pada pembuatan binder, sodium silikat dan
kelas F sisa dari pembakaran batubara di PLTU
sodium hidroksida dicampur beberapa menit
Paiton. Fly ash telah berbentuk serbuk yang siap
sebelum diberikan pada fly ash dan lumpur.
pakai.
Sedangkan pada pembuatan beton, kegiatan ini
dilakukan satu hari sebelum pembuatan beton.
Lumpur Porong
Lumpur yang didatangkan dari Porong
Agregat Kasar
Agregat Kasar yang digunakan berukuran
masih berbentuk lumpur basah, sehingga perlu
0,5-1 cm (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Sebelum
diberi perlakuan sebagai berikut:
a.
b.
Lumpur yang masih dalam keadaan
digunakan, agregat dicuci dan disaring dengan
basah di bersihkan dengan cara diayak
ayakan no.8. Lalu direndam dalam air. Aggegat
dengan ayakan 1 inci.
kasar
Lumpur yang telah diayak dimasukkan
pemakaian agar mencapai kondisi SSD.
diangin-anginkan
semalam
sebelum
kedalam oven untuk dikeringkan selama
4 hari.
c.
d.
Pada hari ke-2, lumpur dipecah menjadi
Aggregat Halus
ukuran
Agregat halus yang digunakan berasal dari
yang
lebih
kecil
untuk
mempermudah keluarnya air.
Lumajang. Sebelumnya agregat diayak dengan
Setelah
ayakan no.8 untuk memisahkan kotoran dan batu,
kering,
lumpur
dihancurkan
lalu dilakukan pemeriksaan agregat halus.
sampai berbentuk serbuk.
Sodium Hidroksida (NaOH)
Sodium
Hidroksida
yang
Mix Design Binder Geopolimer
Berdasarkan
tersedia
Literatur
didapatkan,
Sebagai aktifator, Sodium Hidroksida harus
komposisi bahan yang dibutuhkan. Perbandingan
dijadikan
dari bahan-bahan binder geopolimer adalah
diinginkan.
Larutan
dengan
ini
molaritas
harus
dibuat
yang
dan
didiamkan setidaknya selama satu malam sebelum
perhitungan
telah
umumnya berupa serpihan dengan kadar 98%.
larutan
diadakan
yang
terhadap
sebagai berikut:
a.
Berat lumpur : berat fly ash maksimal adalah
pemakaian (Hardjito et all, 2005). Pada penelitian
1: 2 (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Namun
ini, molaritas larutan yang dipilih adalah 8M dan
berdasarkan
10M.
sebelumnya, ternyata perbandingan tersebut
Sodium Silikat
Sodium Silikat yang digunakan terdiri dari
36.2083 % SiO2, 5.9280 % Na2O, dan 57.86
trial
pembuatan
binder
diatas sangat sulit dalam pelaksanaanya
karena terlalu kental sehingga digunakan
perbandingan 1:4.
% H2O.
37 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
b.
Perbandingan sodium silikat dan sodium
hidroksida
adalah
2,5
(Ekaputri
dan
Tes Vicat Binder Geopolimer
Triwulan, 2006).
c.
Tes Vicat dilakukan untuk menentukan
Perbandingan massa aktifator dan massa fly
waktu pengikatan awal/mulai mengikat dan
ash adalah 0,35 (Hardjito , 2004).
pengikatan akhir/mulai mengeras binder.
Perhitungan massa serpihan NaOH yang
dibutuhkan untuk 1 L larutan sodium
Tes Tekan Binder Geopolimer
hidroksida adalah = 320 gram untuk 8M dan
Tes
kuat
tekan
binder
geopolimer
dilakukan pada binder dengan umur 3,14,21,dan
400 gram untuk 10M
28 hari. Tiap komposisi akan dites sebanyak 2
benda uji. Tes ini dilakukan di Workshop Teknik
Mix Design Beton Geopolimer
Berdasarkan
didapatkan,
Literatur
diadakan
yang
perhitungan
telah
terhadap
Sipil ITS dengan alat torsi universal testing
machine AU–5 berkapasitas 5 ton.
komposisi bahan yang dibutuhkan. Perbandingan
dari bahan-bahan binder geopolimer adalah
Tes Porositas Binder Geopolimer
Tes porositas dilakukan untuk mengetahui
sebagai berikut:
Berat lumpur : berat fly ash yang
besarnya pori baik yang terbuka maupun yang
digunakan adalah 1: 4.
tertutup
b.
Berat agregat 75% dari total beton.
dilaksanakan di Laboratorium Beton dan Bahan
c.
Agregat yang digunakan adalah agregat
Bangunan Teknik Sipil-ITS dengan prosedur
ukuran kecil (0,5-1 cm) (Ekaputri dan
pelaksanaan sesuai AFNOR NF B 49104, dan tiap
Triwulan, 2006).
pengujian digunakan 2 benda uji.
a.
d.
f.
binder
geopolimer.
Tes
ini
Perbandingan aggregat kasar : agregat
halus adalah 2 : 1
e.
dari
Tes Xrd Binder Geopolimer
Tes XRD (difraksi sinar X) dimaksudkan
Perbandingan sodium silikat dan sodium
hidroksida adalah 2,5 (Ekaputri dan
untuk
mengetahui
senyawa-senyawa
yang
Triwulan, 2006).
terbentuk setelah binder mengeras. Pengujian
Perbandingan massa aktifator dan massa
difraksi sinar X ini dilaksanakan di Laboratorium
fly ash adalah 0,35[12]
Besar Bersama UNAIR, Surabaya dengan alat XRay Diffractometer JEOL JDX 3530. Sampel
Tes Temperatur Reaksi Binder Geopolimer
yang diujikan berupa serbuk dari binder yang
Tes temperatur reaksi ini sama dengan tes
telah dihancurkan dan lolos ayakan 200. Berat
panas
hidrasi
semen.
Dilaksanakan
untuk
mengetahui besarnya temperatur yang terjadi saat
reaksi polimerisasi terjadi.
sampel ini minimal harus lebih besar dari 1 gram.
Dari
tes
XRD
yang
dilakukan
di
Laboratorium Besar Bersama UNAIR, data yang
diperoleh berupa grafik 2-theta dan intensitas dari
senyawa
yang
terkandung
38 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
dalam
binder
geopolimer-lumpur. Selanjutnya, data tersebut
DATA DAN ANALISA HASIL
diolah dengan bantuan program Rietica versi
LABORATORIUM
1.7.7 untuk mengetahui senyawa yang terkandung
Hasil Pengujian Binder Geopolimer
Test Vicat
dalam binder.
Tabel 3. Tes Setting Time
Tes Slump Beton Geopolimer
Test slump dilaksanakan sesuai ASTM C
143-78 untuk mengukur workability (kemampuan
dikerjakan) campuran beton.
Kode Initial Setting Time Finish Setting Time
Binder
(menit)
(menit)
11.7
240
A8-80
13.5
265
A8-100
10.1
140
A10-80
10.7
155
A10-100
Dari Tabel 3 terlihat bahwa penambahan
air dan molaritas larutan aktivator pada beton
geopolimer-lumpur ini hanya sedikit berpengaruh
Tes Tekan Beton Geopolimer
Tes tekan dilakukan pada 7, 14, 21 dan 28
hari dengan alat tes tekan UTM (Universal
Testing Machine) di Laboratorium Beton dan
Bahan Bangunan Teknik Sipil-ITS. Prosedur
pelaksanaan tes tekan ini sesuai dengan ASTM C
39-94.
pada initial setting time. Sedangkan pada finish
setting
time,
penambahan
air
memberikan
pengaruh besar. Dapat dilihat bahwa semakin
besar molaritas aktivator, maka semakin cepat
finish setting time. Selain itu, semakin besar kadar
air terhadap lumpur yang ditambahkan, maka
semakin lama finish setting time.
Tes Tarik Belah Beton Geopolimer
Tes tarik belah dilakukan sesuai dengan
Tes Temperatur Reaksi
ASTM C 496, tes ini dilakukan di Laboratorium
Beton dan Bahan Bangunan Teknik Sipil-ITS. Tes
ini dilakukan dengan menggunakan alat Torsee
Universal machine test, type rat-200, dengan
kapasitas 200 tf.
Tes Porositas Beton Geopolimer
Gambar 3. Variasi Temperatur Reaksi
Tes porositas dilakukan untuk mengetahui
besarnya pori baik yang terbuka maupun yang
tertutup
dari
beton
geopolimer.
Tes
ini
dilaksanakan di Laboratorium Beton dan Bahan
Bangunan Teknik Sipil-ITS dengan prosedur
pelaksanaan sesuai AFNOR NF B 49104 dan
Dari Gambar 3 terlihat bahwa molaritas
larutan mempengaruhi temperatur reaksi, binder
dengan campuran bermolaritas 8M menghasilkan
temperatur lebih tinggi bila dibandingkan dengan
aktifator 10M. Sedangkan kandungan air dalam
ASTM C-403-99, dan tiap pengujian digunakan 2
benda uji.
39 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
lumpur tidak memberi pengaruh besar pada
temperatur reaksi.
Tes Tekan
Gambar 6. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur dengan Kandungan Air
80% Dari Berat Lumpur
Gambar 4. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 8M
Gambar 7. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur dengan Kandungan Air
100% Dari Berat Lumpur
Dari Gambar 6 dan 7 terlihat bahwa kuat
Gambar 5. Grafik Tes Tekan Binder
tekan dari binder yang menggunakan aktifator
Geopolimer-Lumpur dengan Aktifator 10M
10M pada umur 28 hari lebih tinggi dibandingkan
binder yang menggunakan aktifator 8M. Ini
Dari Gambar 4 dan 5, penambahan air
berarti semakin besar molaritas aktifator yang
pada campuran sebesar 80% dari berat lumpur,
digunakan, semakin besar pula kuat tekan yang
pada aktifator 8M dan 10M, menghasilkan kuat
dapat dicapai oleh binder.
tekan yang lebih tinggi dibandingkan dengan
penambahan air sebanyak 100%. Sehingga dapat
Tes Porositas
diambil kesimpulan bahwa semakin sedikit air
Berkurangnya jumlah air dalam campuran
yang ditambahkan pada campuran berarti semakin
menyebabkan jumlah pori tertutup meningkat dan
besar kuat tekan yang dapat dicapai oleh binder.
pori terbuka berkurang.menyebabkan jumlah pori
tertutup meningkat dan mengurangi jumlah pori
terbuka. Sejalan dengan hal itu, meningkatnya
molaritas aktifator juga
40 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Tabel 4. Hasil Perhitungan Porositas Binder
Geopolimer-Lumpur (persen)
DATA
HASIL
PENGUJIAN
BETON
GEOPOLIMER
Tes Slump
Tabel 6. Hasil Tes Slump
Dari Tabel 6 terlihat bahwa beton
Tes Xrd
Tabel 5.3. Rekapitulasi Hasil Analisa XRD
geopolimer-lumpur ini termasuk beton tanpa
slump, yaitu beton yang memiliki slump sebesar 1
Pada Tabel 5, Zeolit yang semula diduga banyak
inch (25,4 mm) atau kurang.
terdapat dalam lumpur Porong ternyata tidak
banyak ditemukan dalam penelitian ini.
Tabel 5. Hasil Identifikasi Senyawa pada
Tes Tekan
Binder
No. UNSUR
1
2
3
4
CASIO4
CRISTOBA
GYPSUM
MULLITE
5 NA2SIO3
6
7
8
9
A8-80
A8-100
A10-80
A10-100
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
NAALSIO
ADA
NAFESIO
TIDAK ADA
SIO2
ADA
SIO2MONO TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
10 SIO2ORTO
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
11 SIO2TRI
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
12
13
14
15
16
TIDAK ADA
ZEOLIT2
ZEOLIT3
ZEOLIT4
ZEOLIT5
ZEOLIT6
ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
Gambar 8. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 8M
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
Dari Gambar 8 terlihat bahwa pada umur 3
hari kuat tekan beton yang menggunakan aktifator
8M dengan penambahan air 80% lebih kecil bila
dibandingkan dengan yang diberi penambahan air
100% dari berat lumpur, namun pada umur 28
41 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
hari kuat tekannya menjadi sedikit lebih besar.
Terlihat juga pada umur 21 dan 28 hari, kuat
tekan beton dengan molaritas 8M hampir sama.
Gambar 10. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Kandungan Air
80% Dari Berat Lumpur
Gambar 9. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 10M
Dari Gambar 10 terlihat bahwa kuat tekan
beton
dengan
penambahan
air
80%
dan
molaritas10M memiliki kuat tekan yang lebih
Dari Gambar 9 terlihat bahwa kuat tekan
besar dari pada beton dengan aktifator 8M, namun
beton yang menggunakan aktifator 10M dengan
pda pada umur 7 dan 28 hari, kuat tekan yang
penambahan air 80% dari berat lumpur selalu
dicapai hampir sama.
lebih besar daripada yang diberikan penambahan
air sebesar 100% dari berat lumpur. Namun pada
umur 7 dan 28 hari, kuat tekan yang dicapai
hampir sama.
42 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Gambar 11. Grafik Tes Tekan Beton
Test Porositas
Geopolimer-Lumpur Dengan Kandungan Air
Tabel 8. Hasil Perhitungan Porositas Beton
100% Dari Berat Lumpur
Geopolimer-lumpur
B8-80
Dari Gambar 11 terlihat bahwa pada umur
3 hari kuat tekan beton yang dengan penambahan
Porositas Total πt
Porositas Terbuka πo
Porositas Tertutup πf
B8-100
B10-80
B10-100
30.96
21.40
42.94
50.37
21.31
19.33
5.70
39.47
9.65
2.07
37.24
10.90
air 100% dan aktifator 10M lebih kecil bila
dibandingkan
dengan
campuran
Pada molaritas yang sama, penambahan air
yang
menggunakan aktifator 8M, namun pada umur 28
justru
menambah
jumlah
peningkatan
hari kuat tekannya menjadi sedikit lebih besar.
terbuka. Pori terbuka ini yang mendorong
Terlihat juga pada 28 hari, kuat tekan beton
timbulnya retak sehingga menurunkan kekuatan
dengan dengan penambahan air 100% hampir
beton.Demikian
sama. Jika dibandingkan dengan grafik kuat tekan
Peningkatan molaritas menyebabkan peningkatan
binder, kuat tekan beton jauh lebih kecil
jumlah total pori. Semakin tinggi molaritas diikuti
dibandingkan kuat tekan binder. Hal ini berarti:
dengan campuran yang semakin tidak workable,
a)
Pada beton,campuran binder yang terbentuk
sehingga mendorong terbentuknya banyak pori
terlalu sedikit, sehingga tidak mengikat
dalam beton.
halnya
dengan
pori
molaritas.
aggregat dengan sempurna.
b)
Partikel lumpur yang tidak ikut bereaksi
menempel
pada
permukaan
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan,
aggregat,
sehingga menyebabkan pengikatan binder-
maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1.
aggregat tidak sempurna.
Waktu
pengikatan
binder
geopolimer-
lumpur
penambahan
Test Tarik Belah
air
dan
molaritas
larutan
Tabel 7. Hasil Perbandingan Kuat Tarik dan
aktivator pada beton geopolimer-lumpur ini
Kuat Tekan Beton Geopolimer-Lumpur
hanya sedikit berpengaruh pada initial
B8-80
ft
fc'
ft/fc'
B8-100
B10-80
B10-100
setting time. Sedangkan pada finish setting
time, penambahan air memberikan pengaruh
0.227
6.63
0.324
6.39
0.41
6.71
0.362
6.62
0.034
0.051
0.061
0.055
besar. Semakin besar molaritas aktivator,
maka semakin cepat finish setting time.
Tetapi semakin besar kadar air terhadap
Dari Tabel 7 terlihat bahwa seperti halnya
lumpur yang ditambahkan, maka semakin
kuat tekan, kuat tarik juga mendapat pengaruh
yang sama akibat molaritas aktivator dan besar
penambahan air, yaitu kuat tarik semakin besar
apabila molaritas larutan tinggi dan penambahan
air sedikit.
lama finish setting time.
2.
Beton
Geopolimer-Lumpur
memiliki
workabilitas yang amat rendah dengan nilai
slump 0 atau mendekati 0.
43 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
3.
Kuat tekan binder dan beton geopolimer-
minyak
lumpur pada umur 28 hari:
tersebut.
semakin besar molaritas aktivator, semakin
4.
5.
2.
Pada
yang
dikandung
penelitian
oleh
selanjutnya,
lumpur
sebaiknya
besar pula kuat tekan yang dapat dicapai
lumpur yang digunakan adalah lumpur yang
oleh binder maupun beton. Semakin sedikit
dibakar. Pembakaran lumpur dimaksudkan
kadar air yang ditambahkan pada campuran
agar ikatan kimia lumpur Porong akan
juga dapat meningkatkan kuat tekan beton.
berubah.
Proses
polimerisasi
yang
terjadi
3.
Pada
penelitian
selanjutnya,
sebaiknya
menghasilkan panas (eksoterm). Kandungan
dilakukan analisa kimia untuk mengetahui
air dalam lumpur tidak mempengaruhi panas
persentase kandungan senyawa pada binder,
reaksi polimerisasi. Molaritas aktivator yang
sehingga dapat diketahui kandungan SiO2
tinggi menurunkan panas reaksinya.
dan Na2O yang tersisa pada binder. Hal ini
Kuat tarik beton geopolimer-lumpur sangat
dimaksudkan
kecil. Hal ini memberikan informasi bahwa
larutan aktivator yang paling optimum yang
beton geopolimer-lumpur ini hanya bisa
dapat mereaksikan banyak SiO2.
untuk
mencari
molaritas
dijadikan beton non-struktural
6.
Meningkatnya jumlah air dalam campuran
dan
7.
molaritas
aktifator
mempengaruhi
DAFTAR PUSTAKA
AFNOR NF B 49104
jumlah pori yang terbentuk. Selain itu
ASTM C 823 – 75
semakin pekat aktivator yang digunakan,
ASTM C 618 – 84
semakin
ASTM C 618 – 78
sulit
beton
dicetak
sehingga
semakin banyak pori yang terbentuk.
ASTM C 143 – 78
Tidak ditemukan kandungan zeolit dalam
ASTM C 403 – 99
jumlah
ASTM C 496 – 94
besar
dalam
campuran
binder
ASTM C 39 – 94
geopolimer-lumpur.
ASTM C 191 – 92
SARAN
Saran yang diberikan setelah penelitian ini
dikerjakan antara lain:
1.
Meskipun memiliki kandungan kimia yang
hampir sama dengan fly ash, lumpur Porong
kering tidak dapat digunakan sebagai binder,
hal
ini
mungkin
dikarenakan
adanya
kandungan minyak pada lumpur tersebut.
Untuk itulah, sebaiknya pada penelitian
selanjutnya
dilakukan
penelitian
kadar
Davidovits, J , “Properties of Geopolymer
Cements” , 1994
Deventer, Van, “The Efect of Aggregate Particle
Size on Formation of Geopolymeric Gel”,
2005
Hardjito, D., Wallah, S. E. and Rangan, B. V.,
“Factors Influencing The Compressive
Strength of Fly ash-Based Geopolymer
Concrete”, Dimensi Teknik Sipil, 2005
Kriven, M, “Effect of Alkali Choice on
Geopolymer Properties”, 2004
Ekaputri, Januarti J.and Triwulan, “The Efforts to
Use Porong Mud as an Additive Material
for Geopolymer Concrete”. Presented at
the National Seminar on The Efforts to
44 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Use Porong Mud as a Building Materia,
ITS, Surabaya, Indonesia, October 3rd
2006. Organized by KLH-ITS Indonesia.
Ekaputri, Januarti J. and Triwulan, “Study on
Porong
Mud-Based
Geopolymer
Concrete, Presented at the 2nd ACF
International
Conference”,
Bali
Indonesia, 20-21 November 2006.
Organized by Indonesian Society of Civil
and Structural Engineers under the
Auspices of Asian Concrete Federation
(ACF)
Lily Pudiastuti, “Fisik Kimia Lumpur Panas
Porong Sidoarjo”, Dipresentasikan pada
Seminar Nasional Usaha Pemanfaatan
Lumpur Porong Sidoaro sebagai Bahan
Bangunan, Surabaya Indonesia, 3 Oktober
2006.
Timnas PSLS “(Penanggulangan Semburan
Lumpur Sidoarjo)”, Media Center Lusi,
Edisi VIII, Nopember 2006
45 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
DAN LUMPUR PORONG KERING SEBAGAI PENGISI
Oleh :
Triwulan*)
Januarti Jaya Ekaputri**)
Tami Adiningtyas***)
Abstrak
Geopolimer adalah beton dengan bahan pengikat tidak menggunakan semen hidrolis, tetapi menggunakan
material alami sebagai penggantinya. Material alami yang digunakan adalah material yang memiliki
kandungan oksida silika dan alumina tinggi. Fly Ash dan lumpur Porong dipilih sebagai bahan dasar
penelitian ini karena kandungan silika dan aluminanya yang tinggi. Fly Ash yang digunakan harus
diaktifkan dengan larutan alkalin berupa Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat sebagai katalisatornya.
Penggunaan lumpur Porong dalam hal ini merupakan usaha untuk memanfaatkan lumpur Porong sebagai
bahan bangunan (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Dalam penelitian yang dilakukan, dibuat 4 buah benda uji
berupa binder dan 4 buah benda uji beton dengan variasi aktifator sodium hidroksida molaritas 8M dan 10M
serta penambahan air sebanyak 80% dan 100% dari berat lumpur. Pada benda uji binder akan dilakukan tes
yang meliputi: tes waktu pengikatan, tes tekan dan tes porositas. Sedangkan untuk benda uji beton akan
dilakukan tes yang meliputi: tes slump, tes tekan, tes tarik belah dan tes porositas. Pada pengujian tekan dan
tarik belah, umur benda uji ditentukan pada 3, 7, 14, 21 dan 28 hari. Dari hasil penelitian terlihat bahwa
molaritas larutan aktifator dan persentase penambahan air mempengaruhi sifat mekanik beton geopolimerlumpur. Secara umum, semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada
campuran akan memberikan karakteristik beton yang lebih tinggi.
Kata kunci : geopolimer, binder, aktifator, molaritas, fly ash, lumpur Porong
PENDAHULUAN
Beton Geopolimer
merupakan
beton
dengan material dari bahan alami sebagai
pengikat. Material pengikat tersebut mengalami
reaksi polimerisasi dalam proses pengerasannya.
Studi terhadap material alami sebagai pengganti
semen diperlukan sejalan dengan peningkatan
pembangunan infrastruktur beton di dunia yang
menyebabkan meningkatnya permintaan terhadap
semen
sebagai
Penggunaan
bahan
semen
pembentuk
ternyata
beton.
memberikan
pengaruh negatif karena gas CO2 yang dilepaskan
ke atmosfir akibat proses produksi semen dengan
jumlah
setara
dengan
berat
semen
dihasilkan.
yang
Material alami yang diutamakan sebagai
pengganti semen ini adalah material yang
memiliki kandungan oksida silika dan alumina
tinggi
(Davidovits,
1994).
Kebutuhan
akan
tingginya kandungan oksida silika dan alumina
disebabkan karena oksida ini merupakan bahan
utama yang akan mengalami proses polimerisasi
yang menghasilkan binder atau pengikat dalam
beton geopolimer.
Pada penelitian ini, dibuat binder dan
beton geopolimer untuk diamati sifat mekaniknya.
Beton geopolimer yang dibuat menggunakan
bahan dasar fly ash sebagai pengikat dan lumpur
Porong sebagai pengisi.
*) Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
**) Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
***) Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
Lumpur Porong merupakan lumpur panas
yang keluar dari perut bumi. Besarnya volume
33 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
lumpur panas yang keluar telah menimbulkan
2.
berbagai dampak buruk pada kehidupan sosial,
ekonomi dan kesehatan masyarakat Sidoarjo pada
fly ash dan Lumpur Porong.
3.
khususnya (Timnas PSLS, 2006).
Sebagai
usaha
dari
Bahan dasar binder yang digunakan adalah
Aktifator yang digunakan adalah NaOH dan
Sodium Silikat dengan perbandingan Sodium
meminimalisasi
Silikat
kerugian yang ditimbulkan oleh lumpur Porong
dan
Sodium
Hidroksida
adalah
sebesar 2,5.
ini, beberapa peneliti telah mencoba untuk
4.
Molaritas NaOH sebesar 8 dan 10 Molar.
memanfaatkan lumpur Porong sebagai keramik
5.
Perbandingan berat Fly ash (fly ash) dan
dan bahan konstruksi seperti bata, genteng,
[15]
beton
dan paving. Penggunaan lumpur Porong
Lumpur Porong adalah 4 : 1.
6.
kering sebagai bahan pengisi beton geopolimer
pada
penelitian
ini
merupakan
usaha
F dari PLTU Paiton.
7.
pemanfaatan lumpur Porong.
oven lalu dihancurkan sampai berbentuk
ini adalah :
serbuk. Lalu diberi tambahan air sebesar 80%
Mengetahui
waktu
pengikatan
binder
geopolimer-lumpur.
2.
Mengetahui temperatur saat terjadi reaksi
Mengetahui besarnya kuat tekan binder dan
Mengetahui
besarnya
kuat
Kuat Tekan Dilakukan pada 3,7,14,21 dan 28
hari.
9.
beton geopolimer-lumpur
4.
dan 10% dari beratnya.
8.
polimerisasi.
3.
Lumpur Porong yang digunakan berupa
Lumpur kering, yaitu lumpur yang telah di
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian
1.
Fly ash yang digunakan adalah fly ash kelas
Penelitian
hanya
terbatas
pada
skala
laboratorium.
10. Curing dilakukan pada suhu kamar selama 4
tarik
beton
hari.
geopolimer-lumpur
5.
Mengetahui porositas binder dan beton
geopolimer-lumpur.
6.
Mengetahui kandungan senyawa kimia dalam
binder geopolimer-lumpur.
STUDI PUSTAKA
Beton Geopolimer
Proses pembentukan beton geopolimer
disebut dengan proses polimerisasi kondensasi,
LINGKUP PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, masalah yang dibahas
meliputi:
1.
Mengetahui dan membandingkan sifat fisik
dari bahan bahan dasar beton geopolimerlumpur yang meliputi:
a) Fly ash
b) Lumpur Porong
yaitu reaksi gugus fungsi banyak (molekul yang
mengandung dua gugus fungsi atau lebih yang
dapat bereaksi) yang menghasilkan satu molekul
besar bergugus fungsi banyak pula dan diikuti
oleh pelepasan molekul kecil. Dalam proses
geopolimerisasi, molekul kecil yang dilepaskan
adalah air. Pelepasan air ini terjadi selama proses
curing berlangsung.
Perbedaan reaksi beton geopolimer dengan
beton konvensional dapat dilihat pada Gambar 1
34 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Kandungan Fly ash kelas F yang digunakan
dalam tugas akhir dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Fly ash yang didapatkan
dari analisa kimia
Gambar 1. – Reaksi Hidrasi dan
SiO2
52.24
Na2O
0.52
P 2O 5
0.13
Al2O3
38.58
K2O
0.44
SO3
1.21
Fe2O3
2.94
TiO2
2.42
SO2
-
CaO
0.69
MgO
0.49
LOI
1.39
Sumber: Ekaputri, Januarti J. dan Triwulan,
“Study
Polimerisasi (www.geopolymer.org)
Peneliti
dari
Universitas
Deventer (Deventer, 2005) mengemukakan bahwa
Porong
Mud-Based
Geopolymer Concrete”, 2006.
Melbourne,
Australia, di bawah pimpinan Prof. J Van
on
Sejauh ini, fly ash telah banyak digunakan
sebagai penambah atau pengganti sejumlah semen
dalam pembuatan beton dengan semen portland.
beton geopolimer dapat dimanfaatkan untuk
memasung („immobilise‟) bahan-bahan berbahaya
Lumpur Porong
yang mengandung radioaktif maupun bahanbahan beracun lain. Dalam laporan penelitian
disebutkan hampir semua bahan buangan industri
yang mengandung unsur-unsur silika dan alumina
bisa dibuat menjadi semen geopolimer.
yang keluar dari perut bumi. Sejak mulai
menyembur keluar dari dalam perut bumi pada
tanggal 28 Mei 2006 di sekitar Sumur Eksplorasi
Banjar
Panji-1
(BJP-1)
Lapindo
Brantas,
Kabupaten Sidoarjo-Jatim, hingga kini, Juli 2007,
Fly Ash
semburan lumpur tidak menunjukkan tanda akan
Material
utama
untuk
pembentukan
geopolimer yang memiliki ikatan alumino-silikate
harus kaya akan Silikon (Si) dan aluminium (Al).
Ini bisa berarti material alam seperti kaolin, dan
lempung
Lumpur Porong merupakan lumpur panas
dimana
formula
empirisnya
mengandung Si, Al, dan oksigen (Davidovits,
1994). Atau material buatan seperti fly ash, silica
fume dan slag. Namun, diantara material buatan
yang juga merupakan limbah, fly ash dan slag
merupakan material yang paling potensial sebagai
bahan dasar beton geopolimer (Hardjito et all,
berhenti. Dampak buruk yang ditimbulkannya
menyebabkan
berbagai usaha telah dilakukan
untuk mengurangi volume lumpur. Pemanfaatan
lumpur sebagai filler pada beton geopolimer ini
juga merupakan usaha untuk mengurangi volume
lumpur.
Melalui uji kimia yang dilakukan oleh balai
besar keramik, dapat dilihat bahwa komponen
kimia dari lumpur Porong ini mirip dengan
komponen kimia dari fly ash. Detail komposisi
dari lumpur Porong ini dapat dilihat pada Tabel 2
2005).
35 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
sehingga penambahan hidroksida alkali pada fly
Tabel 2. Komposisi Lumpur Kering
ash dapat mereaksikan silika.
Didapatkan
Katalisator
Dengan Analisa Kimia
merupakan
zat
yang
SiO2
53.08
Na2O
2.97
P2O5
-
mempercepat terjadinya reaksi kimia. Dalam
Al2O3
18.27
K 2O
1.44
SO3
-
pembuatan beton geopolimer, katalisator juga
Fe2O3
5.6
TiO2
0.57
SO2
2.96
digunakan. Untuk aktifator Sodium Hidroksida
CaO
2.07
MgO
2.89
LOI
10.15
biasanya digunakan katalis Sodium Silikat, hal ini
sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh
Sumber: “Balai Besar Keramik”, Bandung,
Hardjito (2005)
Indonesia
Dalam
Berdasarkan penelitian yang dilakukan
oleh
Ekaputri
dan
Triwulan
(2006)
di
Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan ITS,
menunjukkan bahwa lumpur basah dan kering
penelitian
ini,
aktifator
yang
digunakan adalah kombinasi antara sodium silikat
dan sodium hidroksida. Kombinasi aktifator ini
digunakan berdasarkan penelitian Ekaputri dan
Triwulan[14].
oven tidak bersifat amorf, sehingga hanya dapat
dijadikan filler (pengisi) pada campuran beton
geopolimer bersama- sama dengan agregat kasar
STUDI EKPERIMENTAL
Benda uji dibuat menurut skema pada Gambar 2.
dan agregat halus. Sedangkan lumpur bakar (pada
suhu 1000o C) bersifat amorf sehingga dapat
digunakan sebagai pengikat dengan alkali kuat
sebagai pereaksi. Namun, lumpur yang dicampur
dengan semen atau kapur memberikan kuat tekan
yang sangat rendah, sehingga tidak berpotensi
dijadikan perekat pada beton geopolimer.
Sebagai filler, perbandingan dari lumpur
dan fly ash paling maksimal adalah 1:2 (Ekaputri
dan Triwulan, 2006).
Aktifator Dan Katalisator
Aktifator merupakan zat atau unsur yang
menyebabkan zat atau unsur lain bereaksi. Dalam
pembuatan beton geopolimer, aktifator yang
digunakan adalah unsur alkali yang terhidrasi.
Penggunaan hidroksida alkali sebagai aktifator ini
dikarenakan karena silika merupakan asam kuat
maka ia juga akan bereaksi dengan basa kuat.
Hidroksida alkali adalah senyawa basa kuat,
Gambar 2. Skema Komposisi Benda Uji dan
Pengetesan di Laboratorium
36 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
PERSIAPAN BAHAN
Larutan Aktivator
Fly ash
Fly ash yang digunakan merupakan fly ash
Pada pembuatan binder, sodium silikat dan
kelas F sisa dari pembakaran batubara di PLTU
sodium hidroksida dicampur beberapa menit
Paiton. Fly ash telah berbentuk serbuk yang siap
sebelum diberikan pada fly ash dan lumpur.
pakai.
Sedangkan pada pembuatan beton, kegiatan ini
dilakukan satu hari sebelum pembuatan beton.
Lumpur Porong
Lumpur yang didatangkan dari Porong
Agregat Kasar
Agregat Kasar yang digunakan berukuran
masih berbentuk lumpur basah, sehingga perlu
0,5-1 cm (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Sebelum
diberi perlakuan sebagai berikut:
a.
b.
Lumpur yang masih dalam keadaan
digunakan, agregat dicuci dan disaring dengan
basah di bersihkan dengan cara diayak
ayakan no.8. Lalu direndam dalam air. Aggegat
dengan ayakan 1 inci.
kasar
Lumpur yang telah diayak dimasukkan
pemakaian agar mencapai kondisi SSD.
diangin-anginkan
semalam
sebelum
kedalam oven untuk dikeringkan selama
4 hari.
c.
d.
Pada hari ke-2, lumpur dipecah menjadi
Aggregat Halus
ukuran
Agregat halus yang digunakan berasal dari
yang
lebih
kecil
untuk
mempermudah keluarnya air.
Lumajang. Sebelumnya agregat diayak dengan
Setelah
ayakan no.8 untuk memisahkan kotoran dan batu,
kering,
lumpur
dihancurkan
lalu dilakukan pemeriksaan agregat halus.
sampai berbentuk serbuk.
Sodium Hidroksida (NaOH)
Sodium
Hidroksida
yang
Mix Design Binder Geopolimer
Berdasarkan
tersedia
Literatur
didapatkan,
Sebagai aktifator, Sodium Hidroksida harus
komposisi bahan yang dibutuhkan. Perbandingan
dijadikan
dari bahan-bahan binder geopolimer adalah
diinginkan.
Larutan
dengan
ini
molaritas
harus
dibuat
yang
dan
didiamkan setidaknya selama satu malam sebelum
perhitungan
telah
umumnya berupa serpihan dengan kadar 98%.
larutan
diadakan
yang
terhadap
sebagai berikut:
a.
Berat lumpur : berat fly ash maksimal adalah
pemakaian (Hardjito et all, 2005). Pada penelitian
1: 2 (Ekaputri dan Triwulan, 2006). Namun
ini, molaritas larutan yang dipilih adalah 8M dan
berdasarkan
10M.
sebelumnya, ternyata perbandingan tersebut
Sodium Silikat
Sodium Silikat yang digunakan terdiri dari
36.2083 % SiO2, 5.9280 % Na2O, dan 57.86
trial
pembuatan
binder
diatas sangat sulit dalam pelaksanaanya
karena terlalu kental sehingga digunakan
perbandingan 1:4.
% H2O.
37 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
b.
Perbandingan sodium silikat dan sodium
hidroksida
adalah
2,5
(Ekaputri
dan
Tes Vicat Binder Geopolimer
Triwulan, 2006).
c.
Tes Vicat dilakukan untuk menentukan
Perbandingan massa aktifator dan massa fly
waktu pengikatan awal/mulai mengikat dan
ash adalah 0,35 (Hardjito , 2004).
pengikatan akhir/mulai mengeras binder.
Perhitungan massa serpihan NaOH yang
dibutuhkan untuk 1 L larutan sodium
Tes Tekan Binder Geopolimer
hidroksida adalah = 320 gram untuk 8M dan
Tes
kuat
tekan
binder
geopolimer
dilakukan pada binder dengan umur 3,14,21,dan
400 gram untuk 10M
28 hari. Tiap komposisi akan dites sebanyak 2
benda uji. Tes ini dilakukan di Workshop Teknik
Mix Design Beton Geopolimer
Berdasarkan
didapatkan,
Literatur
diadakan
yang
perhitungan
telah
terhadap
Sipil ITS dengan alat torsi universal testing
machine AU–5 berkapasitas 5 ton.
komposisi bahan yang dibutuhkan. Perbandingan
dari bahan-bahan binder geopolimer adalah
Tes Porositas Binder Geopolimer
Tes porositas dilakukan untuk mengetahui
sebagai berikut:
Berat lumpur : berat fly ash yang
besarnya pori baik yang terbuka maupun yang
digunakan adalah 1: 4.
tertutup
b.
Berat agregat 75% dari total beton.
dilaksanakan di Laboratorium Beton dan Bahan
c.
Agregat yang digunakan adalah agregat
Bangunan Teknik Sipil-ITS dengan prosedur
ukuran kecil (0,5-1 cm) (Ekaputri dan
pelaksanaan sesuai AFNOR NF B 49104, dan tiap
Triwulan, 2006).
pengujian digunakan 2 benda uji.
a.
d.
f.
binder
geopolimer.
Tes
ini
Perbandingan aggregat kasar : agregat
halus adalah 2 : 1
e.
dari
Tes Xrd Binder Geopolimer
Tes XRD (difraksi sinar X) dimaksudkan
Perbandingan sodium silikat dan sodium
hidroksida adalah 2,5 (Ekaputri dan
untuk
mengetahui
senyawa-senyawa
yang
Triwulan, 2006).
terbentuk setelah binder mengeras. Pengujian
Perbandingan massa aktifator dan massa
difraksi sinar X ini dilaksanakan di Laboratorium
fly ash adalah 0,35[12]
Besar Bersama UNAIR, Surabaya dengan alat XRay Diffractometer JEOL JDX 3530. Sampel
Tes Temperatur Reaksi Binder Geopolimer
yang diujikan berupa serbuk dari binder yang
Tes temperatur reaksi ini sama dengan tes
telah dihancurkan dan lolos ayakan 200. Berat
panas
hidrasi
semen.
Dilaksanakan
untuk
mengetahui besarnya temperatur yang terjadi saat
reaksi polimerisasi terjadi.
sampel ini minimal harus lebih besar dari 1 gram.
Dari
tes
XRD
yang
dilakukan
di
Laboratorium Besar Bersama UNAIR, data yang
diperoleh berupa grafik 2-theta dan intensitas dari
senyawa
yang
terkandung
38 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
dalam
binder
geopolimer-lumpur. Selanjutnya, data tersebut
DATA DAN ANALISA HASIL
diolah dengan bantuan program Rietica versi
LABORATORIUM
1.7.7 untuk mengetahui senyawa yang terkandung
Hasil Pengujian Binder Geopolimer
Test Vicat
dalam binder.
Tabel 3. Tes Setting Time
Tes Slump Beton Geopolimer
Test slump dilaksanakan sesuai ASTM C
143-78 untuk mengukur workability (kemampuan
dikerjakan) campuran beton.
Kode Initial Setting Time Finish Setting Time
Binder
(menit)
(menit)
11.7
240
A8-80
13.5
265
A8-100
10.1
140
A10-80
10.7
155
A10-100
Dari Tabel 3 terlihat bahwa penambahan
air dan molaritas larutan aktivator pada beton
geopolimer-lumpur ini hanya sedikit berpengaruh
Tes Tekan Beton Geopolimer
Tes tekan dilakukan pada 7, 14, 21 dan 28
hari dengan alat tes tekan UTM (Universal
Testing Machine) di Laboratorium Beton dan
Bahan Bangunan Teknik Sipil-ITS. Prosedur
pelaksanaan tes tekan ini sesuai dengan ASTM C
39-94.
pada initial setting time. Sedangkan pada finish
setting
time,
penambahan
air
memberikan
pengaruh besar. Dapat dilihat bahwa semakin
besar molaritas aktivator, maka semakin cepat
finish setting time. Selain itu, semakin besar kadar
air terhadap lumpur yang ditambahkan, maka
semakin lama finish setting time.
Tes Tarik Belah Beton Geopolimer
Tes tarik belah dilakukan sesuai dengan
Tes Temperatur Reaksi
ASTM C 496, tes ini dilakukan di Laboratorium
Beton dan Bahan Bangunan Teknik Sipil-ITS. Tes
ini dilakukan dengan menggunakan alat Torsee
Universal machine test, type rat-200, dengan
kapasitas 200 tf.
Tes Porositas Beton Geopolimer
Gambar 3. Variasi Temperatur Reaksi
Tes porositas dilakukan untuk mengetahui
besarnya pori baik yang terbuka maupun yang
tertutup
dari
beton
geopolimer.
Tes
ini
dilaksanakan di Laboratorium Beton dan Bahan
Bangunan Teknik Sipil-ITS dengan prosedur
pelaksanaan sesuai AFNOR NF B 49104 dan
Dari Gambar 3 terlihat bahwa molaritas
larutan mempengaruhi temperatur reaksi, binder
dengan campuran bermolaritas 8M menghasilkan
temperatur lebih tinggi bila dibandingkan dengan
aktifator 10M. Sedangkan kandungan air dalam
ASTM C-403-99, dan tiap pengujian digunakan 2
benda uji.
39 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
lumpur tidak memberi pengaruh besar pada
temperatur reaksi.
Tes Tekan
Gambar 6. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur dengan Kandungan Air
80% Dari Berat Lumpur
Gambar 4. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 8M
Gambar 7. Grafik Tes Tekan Binder
Geopolimer-Lumpur dengan Kandungan Air
100% Dari Berat Lumpur
Dari Gambar 6 dan 7 terlihat bahwa kuat
Gambar 5. Grafik Tes Tekan Binder
tekan dari binder yang menggunakan aktifator
Geopolimer-Lumpur dengan Aktifator 10M
10M pada umur 28 hari lebih tinggi dibandingkan
binder yang menggunakan aktifator 8M. Ini
Dari Gambar 4 dan 5, penambahan air
berarti semakin besar molaritas aktifator yang
pada campuran sebesar 80% dari berat lumpur,
digunakan, semakin besar pula kuat tekan yang
pada aktifator 8M dan 10M, menghasilkan kuat
dapat dicapai oleh binder.
tekan yang lebih tinggi dibandingkan dengan
penambahan air sebanyak 100%. Sehingga dapat
Tes Porositas
diambil kesimpulan bahwa semakin sedikit air
Berkurangnya jumlah air dalam campuran
yang ditambahkan pada campuran berarti semakin
menyebabkan jumlah pori tertutup meningkat dan
besar kuat tekan yang dapat dicapai oleh binder.
pori terbuka berkurang.menyebabkan jumlah pori
tertutup meningkat dan mengurangi jumlah pori
terbuka. Sejalan dengan hal itu, meningkatnya
molaritas aktifator juga
40 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Tabel 4. Hasil Perhitungan Porositas Binder
Geopolimer-Lumpur (persen)
DATA
HASIL
PENGUJIAN
BETON
GEOPOLIMER
Tes Slump
Tabel 6. Hasil Tes Slump
Dari Tabel 6 terlihat bahwa beton
Tes Xrd
Tabel 5.3. Rekapitulasi Hasil Analisa XRD
geopolimer-lumpur ini termasuk beton tanpa
slump, yaitu beton yang memiliki slump sebesar 1
Pada Tabel 5, Zeolit yang semula diduga banyak
inch (25,4 mm) atau kurang.
terdapat dalam lumpur Porong ternyata tidak
banyak ditemukan dalam penelitian ini.
Tabel 5. Hasil Identifikasi Senyawa pada
Tes Tekan
Binder
No. UNSUR
1
2
3
4
CASIO4
CRISTOBA
GYPSUM
MULLITE
5 NA2SIO3
6
7
8
9
A8-80
A8-100
A10-80
A10-100
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
NAALSIO
ADA
NAFESIO
TIDAK ADA
SIO2
ADA
SIO2MONO TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA
ADA
10 SIO2ORTO
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
11 SIO2TRI
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
12
13
14
15
16
TIDAK ADA
ZEOLIT2
ZEOLIT3
ZEOLIT4
ZEOLIT5
ZEOLIT6
ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
Gambar 8. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 8M
TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
TIDAK ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
ADA
ADA
TIDAK ADA TIDAK ADA
Dari Gambar 8 terlihat bahwa pada umur 3
hari kuat tekan beton yang menggunakan aktifator
8M dengan penambahan air 80% lebih kecil bila
dibandingkan dengan yang diberi penambahan air
100% dari berat lumpur, namun pada umur 28
41 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
hari kuat tekannya menjadi sedikit lebih besar.
Terlihat juga pada umur 21 dan 28 hari, kuat
tekan beton dengan molaritas 8M hampir sama.
Gambar 10. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Kandungan Air
80% Dari Berat Lumpur
Gambar 9. Grafik Tes Tekan Beton
Geopolimer-Lumpur Dengan Aktifator 10M
Dari Gambar 10 terlihat bahwa kuat tekan
beton
dengan
penambahan
air
80%
dan
molaritas10M memiliki kuat tekan yang lebih
Dari Gambar 9 terlihat bahwa kuat tekan
besar dari pada beton dengan aktifator 8M, namun
beton yang menggunakan aktifator 10M dengan
pda pada umur 7 dan 28 hari, kuat tekan yang
penambahan air 80% dari berat lumpur selalu
dicapai hampir sama.
lebih besar daripada yang diberikan penambahan
air sebesar 100% dari berat lumpur. Namun pada
umur 7 dan 28 hari, kuat tekan yang dicapai
hampir sama.
42 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Gambar 11. Grafik Tes Tekan Beton
Test Porositas
Geopolimer-Lumpur Dengan Kandungan Air
Tabel 8. Hasil Perhitungan Porositas Beton
100% Dari Berat Lumpur
Geopolimer-lumpur
B8-80
Dari Gambar 11 terlihat bahwa pada umur
3 hari kuat tekan beton yang dengan penambahan
Porositas Total πt
Porositas Terbuka πo
Porositas Tertutup πf
B8-100
B10-80
B10-100
30.96
21.40
42.94
50.37
21.31
19.33
5.70
39.47
9.65
2.07
37.24
10.90
air 100% dan aktifator 10M lebih kecil bila
dibandingkan
dengan
campuran
Pada molaritas yang sama, penambahan air
yang
menggunakan aktifator 8M, namun pada umur 28
justru
menambah
jumlah
peningkatan
hari kuat tekannya menjadi sedikit lebih besar.
terbuka. Pori terbuka ini yang mendorong
Terlihat juga pada 28 hari, kuat tekan beton
timbulnya retak sehingga menurunkan kekuatan
dengan dengan penambahan air 100% hampir
beton.Demikian
sama. Jika dibandingkan dengan grafik kuat tekan
Peningkatan molaritas menyebabkan peningkatan
binder, kuat tekan beton jauh lebih kecil
jumlah total pori. Semakin tinggi molaritas diikuti
dibandingkan kuat tekan binder. Hal ini berarti:
dengan campuran yang semakin tidak workable,
a)
Pada beton,campuran binder yang terbentuk
sehingga mendorong terbentuknya banyak pori
terlalu sedikit, sehingga tidak mengikat
dalam beton.
halnya
dengan
pori
molaritas.
aggregat dengan sempurna.
b)
Partikel lumpur yang tidak ikut bereaksi
menempel
pada
permukaan
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan,
aggregat,
sehingga menyebabkan pengikatan binder-
maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1.
aggregat tidak sempurna.
Waktu
pengikatan
binder
geopolimer-
lumpur
penambahan
Test Tarik Belah
air
dan
molaritas
larutan
Tabel 7. Hasil Perbandingan Kuat Tarik dan
aktivator pada beton geopolimer-lumpur ini
Kuat Tekan Beton Geopolimer-Lumpur
hanya sedikit berpengaruh pada initial
B8-80
ft
fc'
ft/fc'
B8-100
B10-80
B10-100
setting time. Sedangkan pada finish setting
time, penambahan air memberikan pengaruh
0.227
6.63
0.324
6.39
0.41
6.71
0.362
6.62
0.034
0.051
0.061
0.055
besar. Semakin besar molaritas aktivator,
maka semakin cepat finish setting time.
Tetapi semakin besar kadar air terhadap
Dari Tabel 7 terlihat bahwa seperti halnya
lumpur yang ditambahkan, maka semakin
kuat tekan, kuat tarik juga mendapat pengaruh
yang sama akibat molaritas aktivator dan besar
penambahan air, yaitu kuat tarik semakin besar
apabila molaritas larutan tinggi dan penambahan
air sedikit.
lama finish setting time.
2.
Beton
Geopolimer-Lumpur
memiliki
workabilitas yang amat rendah dengan nilai
slump 0 atau mendekati 0.
43 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
3.
Kuat tekan binder dan beton geopolimer-
minyak
lumpur pada umur 28 hari:
tersebut.
semakin besar molaritas aktivator, semakin
4.
5.
2.
Pada
yang
dikandung
penelitian
oleh
selanjutnya,
lumpur
sebaiknya
besar pula kuat tekan yang dapat dicapai
lumpur yang digunakan adalah lumpur yang
oleh binder maupun beton. Semakin sedikit
dibakar. Pembakaran lumpur dimaksudkan
kadar air yang ditambahkan pada campuran
agar ikatan kimia lumpur Porong akan
juga dapat meningkatkan kuat tekan beton.
berubah.
Proses
polimerisasi
yang
terjadi
3.
Pada
penelitian
selanjutnya,
sebaiknya
menghasilkan panas (eksoterm). Kandungan
dilakukan analisa kimia untuk mengetahui
air dalam lumpur tidak mempengaruhi panas
persentase kandungan senyawa pada binder,
reaksi polimerisasi. Molaritas aktivator yang
sehingga dapat diketahui kandungan SiO2
tinggi menurunkan panas reaksinya.
dan Na2O yang tersisa pada binder. Hal ini
Kuat tarik beton geopolimer-lumpur sangat
dimaksudkan
kecil. Hal ini memberikan informasi bahwa
larutan aktivator yang paling optimum yang
beton geopolimer-lumpur ini hanya bisa
dapat mereaksikan banyak SiO2.
untuk
mencari
molaritas
dijadikan beton non-struktural
6.
Meningkatnya jumlah air dalam campuran
dan
7.
molaritas
aktifator
mempengaruhi
DAFTAR PUSTAKA
AFNOR NF B 49104
jumlah pori yang terbentuk. Selain itu
ASTM C 823 – 75
semakin pekat aktivator yang digunakan,
ASTM C 618 – 84
semakin
ASTM C 618 – 78
sulit
beton
dicetak
sehingga
semakin banyak pori yang terbentuk.
ASTM C 143 – 78
Tidak ditemukan kandungan zeolit dalam
ASTM C 403 – 99
jumlah
ASTM C 496 – 94
besar
dalam
campuran
binder
ASTM C 39 – 94
geopolimer-lumpur.
ASTM C 191 – 92
SARAN
Saran yang diberikan setelah penelitian ini
dikerjakan antara lain:
1.
Meskipun memiliki kandungan kimia yang
hampir sama dengan fly ash, lumpur Porong
kering tidak dapat digunakan sebagai binder,
hal
ini
mungkin
dikarenakan
adanya
kandungan minyak pada lumpur tersebut.
Untuk itulah, sebaiknya pada penelitian
selanjutnya
dilakukan
penelitian
kadar
Davidovits, J , “Properties of Geopolymer
Cements” , 1994
Deventer, Van, “The Efect of Aggregate Particle
Size on Formation of Geopolymeric Gel”,
2005
Hardjito, D., Wallah, S. E. and Rangan, B. V.,
“Factors Influencing The Compressive
Strength of Fly ash-Based Geopolymer
Concrete”, Dimensi Teknik Sipil, 2005
Kriven, M, “Effect of Alkali Choice on
Geopolymer Properties”, 2004
Ekaputri, Januarti J.and Triwulan, “The Efforts to
Use Porong Mud as an Additive Material
for Geopolymer Concrete”. Presented at
the National Seminar on The Efforts to
44 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341
Use Porong Mud as a Building Materia,
ITS, Surabaya, Indonesia, October 3rd
2006. Organized by KLH-ITS Indonesia.
Ekaputri, Januarti J. and Triwulan, “Study on
Porong
Mud-Based
Geopolymer
Concrete, Presented at the 2nd ACF
International
Conference”,
Bali
Indonesia, 20-21 November 2006.
Organized by Indonesian Society of Civil
and Structural Engineers under the
Auspices of Asian Concrete Federation
(ACF)
Lily Pudiastuti, “Fisik Kimia Lumpur Panas
Porong Sidoarjo”, Dipresentasikan pada
Seminar Nasional Usaha Pemanfaatan
Lumpur Porong Sidoaro sebagai Bahan
Bangunan, Surabaya Indonesia, 3 Oktober
2006.
Timnas PSLS “(Penanggulangan Semburan
Lumpur Sidoarjo)”, Media Center Lusi,
Edisi VIII, Nopember 2006
45 / JURNAL TEKNOLOGI DAN REKAYASA SIPIL”TORSI”/ NOPEMBER 2007 no.3 ISSN 0853-6341