Pendahuluan
Beton merupakan material konstruksi yang populer digunakan, dalam pembangunan infrastruktur seperti gedung, jembatan, jalan raya, dan lain-lain. Konsumsi dunia terhadap beton diperkirakan sekitar 8,8 juta ton setiap tahun, dan kebutuhan material ini akan meningkat setiap tahunnya (Mehta, 2001). Beton merupakan material tersusun dari komposisi utama agregat kasar, agregat halus, air dan pengikat yakni semen portland.
Dalam proses produksi semen portland terjadi pelepasan karbon dioksida (CO2) yang merupakan kontributor utama pada emisi gas rumah kaca, produksi satu ton portland mengakibatkan terjadinya pelepasan karbon dioksida sebesar satu ton di atmosfir. Untuk mengatasi efek buruk yang merusak lingkungan ini, maka diperlukan material lainnya sebagai pengganti semen portland untuk digunakan pada campuran beton sehingga didapatkan beton yang ramah lingkungan.
Usaha untuk mendapatkan beton ramah lingkungan adalah melalui pengembangan beton dengan menggunakan bahan pengikat anorganik seperti alumina-silikat polymer atau dikenal dengan geopolymer yang merupakan sintesa dari material geologi yang terdapat pada alam yang kaya akan kandungan silica dan aluminia (J Davidovits, 1999).
Abu terbang (fly ash) merupakan salah satu material hasil sampingan industri yang dapat digunakan untuk membuat bahan pengikat pada beton geopolymer. Geopolymer merupakan bahan atau material yang berupa anorganik yang disintesa melalui proses polimerisasi. Terminologi geopolymer pertama kali digunakan oleh profesor Davidovits pada tahun 1978 untuk menjelaskan tentang mineral polymer yang dihasilkan melalui geochemistry (J. (1988) Davidovits, 1988). Abu terbang atau fly ash merupakan limbah hasil pembakaran batu bara pada tungku pembangkit listrik tenaga uap yang berbentuk halus, bundar dan bersifat pozolanik (Gedung, 2002). Sedangkan menurut ASTM C-618, fly ash didefinisikan sebagai butiran halus residu pembakaran batubara atau bubuk batubara. Hasil pembakaran batubara pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ini banyak digunakan sebagai bahan tambahan untuk memperbaiki kinerja beton. Material ini tersedia sangat banyak tapi penggunaannya masih sangat terbatas. Sedangkan apabila fly ash ini dibuang secara terbuka dapat mengakibatkan pencemaran pada air, tanah dan udara karena mengandung elemen beracun seperti arsenik, vanadium, antimony, boron dan chromium meskipun kandungannya hanya sedikit. Salah satu cara agar material tersebut tidak terkontaminasi lingkungan adalah dengan menggunakannya sebagai bahan pengganti sebagian semen� portland atau mengganti secara keseluruhan dalam pembuatan beton.
PLTU Pangkalan Susu merupakan salah satu industri listrik Indonesia yang menghasilkan fly ash dalam jumlah besar akibat hasil dari aktivitas pembakaran batubaranya. Setiap harinya PLTU Pangkalan Susu menghasilkan limbah fly ash hingga 1 ton dan belum ada penanganan khusus terhadap pemanfaatan atau pengolahannya.
Beton geopolymer berbahan dasar fly ash terbentuk dari reaksi polimerisasi akibat raksi alkali-aluminosilikat yang menghasilakan material kuat berstruktur seperti zeolit (Joseph Davidovits, 2005). Dalam campurannya, sumber silika dan alumina direaksikan dengan larutan alkali sebagai aktivatornya. Untuk itu, diperlukan komposisi aktivator yang tepat sehingga bisa membentuk pasta geopolymer untuk mengikat agregat menjadi beton geopolymer. Aktivator yang umumnya digunakan adalah campuran Na2SiO3 dan NaOH dengan konsentrasi 8M sampai 14M. Perbandingan antara Na2SiO3 dan NaOH bisa diambil 0,4 sampai 2,5 (Hardjito, 2004).
Melakukan penelitian sifat mekanik beton geopolymer berbahan dasar fly ash Jawa Power Paiton sebagai pengganti semen. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan komposisi campuran beton geopolymer yang tepat untuk menghasilkan kuat tekan yang tinggi. Adapun kesimpulan dari penelitian tersebut adalah semakin tinggi molaritas yang digunakan maka semakin tinggi kuat tekan dan kuat tarik belah yang dihasilkan (Ekaputri & Damayanti, 2007).
Melakukan analisa sifat mekanik beton geopolymer berbahan dasar fly ash dan lumpur porong kering sebagai pengisi. Dari hasil penelitian terlihat bahwa molaritas larutan aktifator dan persentase penambahan air mempengaruhi sifat mekanik beton geopolimer lumpur. Secara umum, semakin besar molaritas dan semakin sedikit persentase penambahan air pada campuran akan memberikan karakteristik beton yang lebih tinggi (Ekaputri & Triwulan, 2013).
Melakukan penelitian kuat tekan beton dengan aditif fly ash ex PLTU Mpanau Tavaeli. Penelitian ini memvariasikan bahan tambah abu terbang antara 5%, 10%, 15%, 20% dan 25% sebagai bahan tambah. Hasil pengujian di laboratorium menunjukkan bahwa beton dengan penggunaan fly ash sebagai bahan tambah dalam campuran beton mengalami peningkatan kuat tekan antara 5,099%, 9,473%, 12,103%, 14,034%, dan 15,347% dari beton normal (Suarnita, 2011).
Dalam skripsinya tentang studi literatur pengaruh konsentrasi NaOH dan rasio NaOH: Na2SiO3, rasio air /prekursor, suhu curing dan jenis prekursor terhadap kuat tekan beton geopolymer (Septia, 2011). Analisa dilakukan berdasarkan data yang sudah dikelompokkan berdasarkan 4 faktor yang mempengaruhi kuat tekan beton geopolimer yaitu konsentrasi NaOH dan rasio NaOH: Na2SiO3, rasio air/prekursor, suhu curring dan suhu prekursor yang digunakan. Hasil penelitian dari data-data yang telah dikelompokkan kedalam empat kategori tersebut dianalisa dengan cara membandingkan hasil penelitian yang ditinjau dengan dasar teori tentang geopolymer dan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Hasil penelitian-penelitian yang ditinjau dalam studi literatur ini, menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH dan rasio massa NaOH: Na2SiO3 yang optimum, rasio prekursor yang optimum dan suhu curring yang lebih tinggi akan menghasilkan beton geopolymer dengan kuat tekan paling tinggi. Namun pengaruh faktor jenis prekursor pada penelitian yang ditinjau pada studi literatur ini menunjukkan bahwa penggunaan fly ash tipe C sebagai prekursor menghasilkan mortar geopolimer dengan kuat tekan yang lebih tinggi daripada mortar geopolymer yang menggunakan fly ash tipe F sebagai prekursor. Hasil penelitian yang bertentangan dengan dasar teori yang ada ini dapat disebabkan oleh pengaruh faktor dominan lain seperti suhu curing dan kandungan atom Si pada geopolymer.
(Ekaputri & Triwulan, 2013) melakukan penelitian sifat mekanik beton geopolymer dengan material subsitusi fly ash dengan larutan Na2SiO3 dan NaOH sebagai bahan aktivatornya. Berdasarkan hasil penelitian didapat bahwa kuat tekan beton dipengaruhi oleh konsentrasi NaOH, perbandingan Na2SiO3 terhadap larutan NaOH dan penyusunan material dasar bindernya.
(Abraham, 2013) melakukan eksperimen untuk menentukan dan membandingkan perilaku lentur balok geopolymer (GPC) dengan balok beton konvensional yang sama kelasnya. Sebanyak dua puluh balok yang terdiri dari dua belas spesimen balok GPC dan delapan spesimen balok PCC dianalisis dalam penelitian ini. Balok dirancang sebagai di bawah yang diperkuat dengan rasio tulangan tarik 0,55%, 0,83%, 1,02% dan 1,3%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa beton geopolymer menunjukkan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan beton konvensional dengan grade yang sama.
Dalam tulisannya menjelaskan bahwa ia telah melakukan penelitian mengenai pengaruh perawatan dan umur terhadap kuat tekan beton geopolymer berbasis abu terbang. Adapun hasil yang disimpulkan dalam tulisan ini adalah tipe perawaran sangat mempengaruhi perkembangan kekuatan tekan beton, dimana perawatan pada temperatur ruang menghasilkan beton dengan perkembangan kekuatan yang lebih lambat terutama pada umur-umur muda sampai dengan 3 bulan. Sedangkan perawatan pada elevated temperatur yaitu pada temperatur 600C selama 24 jam menunjukkan bahwa tekan beton yang diharapkan dapat dicapai selama proses perawatan selesai (Wallah, 2014).
Dalam jurnalnya menjelaskan analisisnya mengenai kuat tarik belah beton geopolymer berbasis fly ash. Pada penelitian ini, kuat tarik beton pada umur tujuh hari diuji melalui tes kuat tarik belah. Material yang digunakan adalah abu terbang asal PLTU Amurang, sodium silikat, sodium hidroksida dangan konsentrasi 8M, dan superplastisizer viscocrete-10. Dalam penelitian ini disimpulkan bahwa semakin lama curring time maka semakin besar kuat tarik yang dihasilkan (Putra, 2015).
Melakukan eksperimen dengan membandingkan nilai kuat tekan yang dihasilkan oleh mortar geopolymer �yang dibuat dengan prosedur yang berbeda-beda. Adapun hasil dari eksperimen tersebut yaitu metode pembuatan atau pencampuran mortar geopolymer yang berbeda akan menghasilkan kuat tekan yang berbeda pula (Surja et al., 2017).
Sebelum penelitian ini dilaksanakan, telah dilakukan penelitian awal terkait komposisi senyawa kimia yang dikandung oleh fly ash hasil aktivitas PLTU Pangkalan Susu dan pengujian trial mortar geopolymer berbahan dasar fly ash tersebut. Berdasarkan hasil uji XRF fly ash Pangkalan Susu termasuk kedalam fly ash kelas C. Hasil uji kuat tekan mortar geopolymer maksimum yang didapatkan dari hasil pengujian trial adalah 34,9 MPa.
Atas dasar uraian diatas, maka dilakukan penelitian terhadap �fly ash hasil aktivitas PLTU Pangkalan Susu yang akan digunakan sebagai pengganti penggunaan semen dalam campuran beton dengan harapan membentuk campuran beton geopolymer yang mempunyai kekuatan yang tidak kurang daripada beton semen portland.
Metode Penelitian
Sebelum penelitian dilakukan, telah dilaksanakan pengujian trial mortar geopolymer menggunakan fly ash PLTU Pangkalan Susu yang dilarutkan dengan alkali dengan konsentrasi yang bervariasi untuk menentukan konsenterasi alkali yang akan digunakan pada beton geopolymer. Pengujian dilakukan menggunakan alkali dengan konsenterasi 6 M, 8 M, dan 10 M dengan massa yang sama. Pencampuran fly ash Pangkalan Susu dengan alkalin 6 M memberikan hasil yang terlalu encer sedangkan pencampuran fly ash dengan alkali 10 M tidak dapat dilakukan. Hal tersebut dikarenakan alkali terlalu kental sehingga tidak terjadi pencampuran yang baik antara fly ash dan alkali. Dengan demikian maka konsenterasi alkali yang akan digunakan adalah alkali 8 M.
Komposisi campuran beton geopolymer direncanakan berdasarkan pendekatan terhadap penelitian sebelumnya dan hasil pengujian trial yang telah dilakukan. Adapun detail komposisi campuran material beton geopolymer yang digunakan, disajikan dalam bagan pada Gambar 1.
Gambar 1. Komposisi campuran beton geopolymer rencana
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen di laboratorium. Beton geopolymer dibuat dan diuji di laboratorium Universitas Sumatera Utara. Penelitian diawali dengan studi pustaka dan dilanjutkan dengan penyiapan material penelitian hingga penelitian selesai untuk ditarik kesimpulan. Adapun tahapan penelitian secara rinci adalah:
a. Persiapan alat dan bahan penelitian
b. Pengujian karakteristik material untuk agregat kasar dan halus yang meliputi:
1) Pemeriksaan gradasi
2) Pemeriksaan kadar air
3) Pemeriksaan berat jenis, berat volume dan absorbsi
4) Pemeriksaan keausan
c. Perencanaan komposisi campuran
d. Pembuatan campuran beton (mixing)
e. Pencetakan
f. Perawatan
g. Pemeriksaan berat volume benda uji
h. Pengujian kuat tekan dan kuat tarik belah
i. Menganalisa data hasil pengujian yang telah dilakukan
j. Membuat kesimpulan terhadap hasil penelitian
Secara keseluruhan proses pelaksanaan penelitian dapat diilustrasikan pada bagan alir yang disajikan dalam Gambar 2 berikut.
Gambar 2. Bagan alir proses penelitian
 |
|
|
||||||
 |
|||||||
Gambar 3. Pengujian beton geopolymer
1. Pengujian XRF (X-Ray Fluorosense) pada Fly Ash Pangkalan Susu
Sebelum pelaksanaan pembuatan benda uji beton geopolymer, maka dilakukan pengujan XRF pada fly ash Pangkalan Susu. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan unsur kimia yang terkandung pada fly ash sehingga dapat diketahui jenis fly ash yang digunakan dalam beton geopolymer.
Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan� fly ash PLTU Pangkalan Susu mengandung 34,81% SiO2, 25,39% CaO, 14,92% Al2O3, 16,49% Fe2O3 dan 4,92% MgO. Dari hasil tersebut fly ash diklasifikasikan sebagai fly ash kelas C karena jumlah SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 adalah lebih besar dari 50% (ASTM C-618) yaitu 66,22%.
2. Kuat Tekan Beton Geopolymer
Analisa kuat tekan dilakukan pada beton geopolymer dengan umur beton 7 hari, 14 hari dan 28 hari. Pengujian dilakukan pada benda uji berbentuk silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. Pengujian dilakukan berdasarkan SNI 1947:2011, Cara Uji Tekan Beton dengan Benda Uji Silinder.
Hasil pengujian kuat tekan beton geopolymer disajikan pada Tabel 1 dan disajikan dalam grafik pada Gambar 4.
Tabel 1. Hasil pengujian kuat tekan silinder beton geopolymer
|
No |
Umur beton (hari) |
Sampel |
Luas penampang (cm2) |
Berat sampel (kg) |
Kuat tekan aktual (MPa) |
Kuat tekan rata-rata (MPa) |
|
1 |
7 |
1 |
176,625 |
12,370 |
18,5 |
20,47 |
|
2 |
2 |
176,625 |
12,448 |
21,5 |
||
|
3 |
3 |
176,625 |
12,389 |
21,4 |
||
|
4 |
14 |
1 |
176,625 |
12,299 |
24,79 |
25,16 |
|
5 |
2 |
176,625 |
12,308 |
25,3 |
||
|
6 |
3 |
176,625 |
12,203 |
25,4 |
||
|
7 |
28 |
1 |
176,625 |
12,265 |
29,0 |
28,50 |
|
8 |
2 |
176,625 |
12,102 |
28,5 |
||
|
9 |
3 |
176,625 |
12,013 |
28,0 |
Gambar 1. Grafik hubungan kuat tekan dan umur beton geopolymer
Dari Tabel 1 terlihat bahwa rata-rata kuat tekan beton pada umur 7 hari sudah mencapai nilai yang tinggi yakni 20,47 MPa. Peningkatan kuat tekan terjadi pada beton geopolymer umur 14 dan 28 hari. Peningkatan nilai kuat tekan beton� 14 hari adalah 22,95% dari beton geopolymer umur 7 hari dan peningkatan beton umur 28 hari adalah 13,3% lebih besar dari beton geopolymer 14 hari. Terjadi peningkatan yang tinggi pada beton umur 14 hari namun peningkatan mengecil pada beton 28 hari. Hal ini disebabkan proses pengerasan beton yang cepat, sehingga peningkatan kuat tekan beton setelah 14 hari mengecil, karena proses hidrasi beton hampir selesai.
3. Kuat Tarik Belah Beton Geopolymer
Analisa kuat tarik dilakukan pada beton geopolymer dengan umur beton 7 hari, 14 hari dan 28 hari. Pengujian dilakukan pada benda uji berbentuk silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. Pengujian dilakukan berdasarkan SNI 03-2491-2002, Metode Pengujian Kuat Tarik Belah Beton.
Hasil pengujian kuat tarik beton geopolymer disajikan pada Tabel 2 dan disajikan dalam grafik pada Gambar 5.
Tabel 2. Hasil pengujian kuat tarik beton geopolymer
|
No |
Umur beton (hari) |
Sampel |
Luas penampang (cm2) |
Berat sampel (kg) |
Hasil pengujian (kN) |
Kuat tarik aktual (MPa) |
Kuat tarik rata-rata (MPa) |
|
1 |
7 |
1 |
176,625 |
12,334 |
95 |
5,38 |
5,76 |
|
2 |
2 |
176,625 |
12,361 |
100 |
5,66 |
||
|
3 |
3 |
176,625 |
12,348 |
110 |
6,23 |
||
|
4 |
14 |
1 |
176,625 |
12,103 |
110 |
6,23 |
6,61 |
|
5 |
2 |
176,625 |
12,172 |
115 |
6,51 |
||
|
6 |
3 |
176,625 |
12,203 |
125 |
7,07 |
||
|
7 |
28 |
1 |
176,625 |
11,832 |
115 |
6,51 |
6,83 |
|
8 |
2 |
176,625 |
11,981 |
127 |
7,19 |
||
|
9 |
3 |
176,625 |
11,823 |
120 |
6,79 |
Gambar 2. Grafik hubungan kuat tarik dan umur beton geopolymer
Berdasarkan Tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai rata-rata kuat tarik beton geopolymer umur 7 hari adalah 5,67 MPa. Nilai kuat tarik beton geopolymer� umur 14 hari meningkat sebesar 14,75% daripada beton geopolymer umur 7 dan kuat tarik beton geopolymer umur 28 hari lebih besar 3,42% dari beton geopolymer umur 14 hari. Peningkatan signifikan terjadi pada waktu 7-14 hari perawatan beton geopolymer. Hal tersebut menandakan bahwa proses pengerasan beton yang signifikan terjadi 14 hari pertama sehingga pada waktu tersebut kuat tarik beton terbentuk.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan bahwa fly ash PLTU Pangkalan Susu merupakan fly ash kelas C yang mengandung 34,81% SiO2, 25,39% CaO, 14,92% Al2O3, 16,49% Fe2O3 dan 4,92% MgO dengan total senyawa SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 adalah 66,22%. Fly ash kelas C termasuk fly ash yang dapat digunakan sebagai campuran beton geopolymer menurut ASTM-C618.
Nilai kuat tekan maksimum beton geopolymer dengan menggunakan fly ash hasil aktivitas PLTU Pangkalan Susu sebagai pengganti semen dan senyawa alkali 8M sebagai bahan polimerisasi adalah 28,5 MPa atau setara dengan beton K-300. Sehingga dapat disimpulkan bahwa beton geopolymer ini dapat digunakan dalam aplikasi konstruksi di lapangan.
Kuat tarik maksimum beton geopolymer dengan menggunakan fly ash hasil aktivasi PLTU Pangkalan Susu sebagai pengganti semen dan senyawa alkali 8M sebagai bahan polimerisasi adalah 6,83 MPa.
Penggunaan fly ash sebagai pengganti semen dapat mengurangi penggunaan semen yang menyebabkan pencemaran lingkungan dan mengurangi limbah hasil pembakaran PLTU Pangkalan Susu.
Bibliografi
Abraham, R. (2013). Raj, S. D., dan Abraham, V. , �Strength and Behaviour of Geopolymer Concrete Beams�, International Journal of Innovative Reasecrh in Science, Engineering and Technology, ISSN:2347-6710. Vol.2.
Davidovits, J. (1988). (1988). �Soft Mineralurgy and Geopolymers�, Paper present at the Geopolymer �88, First European Conference on Soft Mineralurgy, Compiegne, France.
Davidovits, J. (1999). Chemistry of Geopolymeric Systems, Terminology In: Proceedings of 99 International Conference. Eds. Joseph Davidovits, R. Davidovits & C. James, France.
Davidovits, Joseph. (2005). Geopolymer, green chemistry and sustainable development solutions: proceedings of the world congress geopolymer 2005. Geopolymer Institute.
Ekaputri, J. J., & Damayanti, O. (2007). Sifat mekanik beton geopolimer berbahan dasar fly ash jawa power paiton sebagai material alternatif. Jurnal Pondasi, 13(2), 124�134.
Ekaputri, J. J., & Triwulan, T. (2013). Sodium sebagai aktivator fly ash, Trass dan Lumpur Sidoarjo dalam beton geopolimer. Jurnal Teknik Sipil, 20(1), 1�10.
Gedung, B. (2002). Badan Standarisasi Nasional. Tata Cara.
Hardjito, D. (2004). at al. �On the Development of Fly Ash Based Geopolymer Concrete�, ACI Materials Journal, Desember 2004.
Mehta, P. K. (2001). Reducing the environmental impact of concrete. Concrete International, 23(10), 61�66.
Putra, A. R. (2015). Pengembangan media pembelajaran matematika berbantuan computer berbasis kontruktivis untuk kelas X SMK pada materi geometri. Tesis Program Pascasarjana. Universitas Negeri Malang.
Septia, P. (2011). Studi Literatur Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Rasio NaOH: Na2SiO3, Rasio Air/Prekursor Suhu Curing, Dan Jenis Prekursor Terhadap Kuat Tekan Beton Geopolimer. Skripsi. Universitas Indonesia.
Suarnita, I. W. (2011). Kuat Tekan Beton dengan Aditif Fly Ash Ex. PLTU Mpanau Tavaeli. SMARTek, 9(1).
Surja, R. T., Mintura, R., Antoni, A., & Hardjito, D. (2017). Perbandingan Beberapa Prosedur Pembuatan Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash Tipe C. Jurnal Dimensi Pratama Teknik Sipil, 6(2), 185�191.
Wallah, S. E. (2014). Pengaruh Perawatan dan Umur Terhadap Kuat Tekan Beton Geopolimer Berbasis Abu Terbang. Jurnal Ilmiah Media Engineering, 4(1).