View
223
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI
(Na2O / SiO2) TERHADAP SETTING TIME
FLY ASH – BASED GEOPOLYMER
(Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na2O / SiO2)
on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer)
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
ERVIN NINGTYAS NIM I 1106029
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI
(Na2O / SiO2) TERHADAP SETTING TIME
FLY ASH – BASED GEOPOLYMER
(Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na2O / SiO2)
on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer)
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
ERVIN NINGTYAS NIM I 1106029
Persetujuan :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II S. A. Kristiawan, ST, MSc, (Eng), Ph.D Ir. Sunarmasto, MT NIP. 19690501 199512 1 001 NIP. 19560717 198703 1 003
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI
(Na2O / SiO2) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH – BASED GEOPOLYMER
(Effect of NaOH Molarity and Alkali Modulus (Na2O / SiO2) on Setting Time Fly Ash-Based Geopolymer)
SKRIPSI
Disusun Oleh :
ERVIN NINGTYAS NIM I 1106029
Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari : Senin, 15 November 2010
1. S A Kristiawan, ST, MSc, (Eng), Ph.D __________________
NIP. 19690501 199512 1 001
2. Ir. Sunarmasto, MT __________________ NIP. 19560717 198703 1 003
3. Edy Purwanto, ST, MT __________________ NIP. 19680912 199702 1 001
4. Endah Safitri, ST, MT __________________ NIP. 19701212 200003 2 001
Disahkan,
Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS
Ir. Agus Sumarsono, MT NIP. 19570814 198601 1 001
Mengetahui, Disahkan, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS Ir. Noegroho Djarwanti, MT Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19561112 198403 2 007 NIP. 19590823 198601 1 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
MOTTO
Jangan pernah merasa khawatir karena
kekhawatiran adalah penyebab aktivitas dan
pikiran kita
menjadi tidak produktif. . . .
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan karyaku ini untuk :
Bapak dan Ibuku, atas cinta, kasih sayang, doa, dan dukungan yang kalian berikan selama ini Adikku Fery di rumah, Umi, om Har, mb Bhekti, dan seluruh keluargaku atas doa dan dukungannya Seseorang yang masih menjadi rahasia Allah untuk menjadi pendamping hidupku kelak Temen2 satu kelompokku, temen2 angkatan 2006, 2004, 2005, 2007, anak2 Mess UFO, anak2 GAMARESA, anak2 HMTE dan yang lainnya yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu, terimakasih atas persahabatan yang kita jalin selama ini Special thanks to PAK IWAN, PAK MASTO atas bimbingannya selama ini
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
Almamaterku, Universitas Sebelas Maret Surakarta
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ABSTRAK
Ervin Ningtyas, 2010. ”PENGARUH MOLARITAS NaOH DAN MODULUS ALKALI (Na2O / SiO2) TERHADAP SETTING TIME FLY ASH – BASED GEOPOLYMER”. Skripsi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk dikembangkan lebih lanjut. Namun penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH). Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 yang mempunyai setting time paling cepat, untuk kemudian dapat dibuat grafik hubungan pengaruh penambahan molaritas NaOH dan variasi modulus alkali (Na2O/SiO2) pada geopolymer terhadap konstanta A. Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah dengan mengadakan suatu percobaan di laboratorium secara langsung untuk mendapatkan data atau hasil yang menghubungkan antara variabel bebas dan variabel terikat yang diamati. Dalam percobaan ini akan dicatat jatuhnya penetrasi sehingga akan didapatkan waktu inital dan final setting time sebagai titik tembaknya. Dari hasil analisis, pengaruh molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 terhadap setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power yaitu P = A(t – t0)
B dengan A dan B sebagai konstanta. Pada molaritas NaOH maupun modulus alkali Na2O/SiO2, didapatkan konstanta B yang setara yaitu sebesar -0,23 untuk molaritas NaOH dan -0,18 untuk modulus alkali Na2O/SiO2. Untuk konstanta A tergantung pada variasi jumlah molaritas dan modulus alkalinya. Dari grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A didapatkan persamaan y = 1,357x2 – 20,21x + 121,9 dengan variabel x sebagai molaritas NaOH dan y sebagai konstanta A. Dari grafik hubungan antara modulus alkali Na2O/SiO2 dan konstanta A didapatkan persamaan y = 14,28x2 – 43,65x + 77,25 dengan variabel x sebagai modulus alkali (Na2O/SiO2) dan y sebagai konstanta A. Dari kedua persamaan ini didapatkan komposisi molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada molaritas 8 molar dan modulus alkali 1,25. Kata kunci : Fly ash, Geopolymer, Setting time, Modulus alkali Na2O/SiO2,
Molaritas NaOH
v
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan
rahmat dan hidayah-Nya maka penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan
baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan S-1
di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis mengambil judul skripsi “Pengaruh Molaritas NaOH dan Modulus
Alkali (Na2O / SiO2) Terhadap Setting Time Fly Ash – Based Geopolymer”.
Skripsi ini tidak dapat terselesaikan tanpa bantuan dari pihak-pihak yang ada di
sekitar penulis, karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima
kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3. Bapak S. A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I.
4. Bapak Ir. Sunarmasto, MT selaku Dosen Pembimbing II.
5. Tim Penguji Pendadaran.
6. Bapak S. J. Legowo, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7. Staf pengelola/laboran Laboratorium Bahan Bangunan dan Struktur Jurusan
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
8. Teman-teman Tim : Rahma, Ika, Vely, Cahyo, Riza, Agus, Windha, Heri,
Fahri, Andi, Ari, Dimas, Uus, mb Dwi, dan Rosyid yang telah membantu
selama di laboratorium.
9. Teman-teman Mahasiswa Sipil 2006 UNS.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu
saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati demi
kesempurnaan penelitian selanjutnya. Akhir kata semoga skripsi ini dapat
memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada
khususnya.
Surakarta, November 2010
Penyusun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iii
HALAMAN MOTTO DAN PESEMBAHAN ................................................. iv
ABSTRAK ......................................................................................................... v
PENGANTAR ................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv
DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xv
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................... 3
1.3. Batasan Masalah ..................................................................................... 4
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................................... 4
1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
1.5.1. Manfaat Praktis ........................................................................................ 4
1.5.2. Manfaat Teoritis ....................................................................................... 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan ............................................................................................ 5
2.2. Fly Ash - Based Geopolymer ................................................................... 6
2.2.1. Mortar ....................................................................................................... 6
2.2.2. Geopolymer .............................................................................................. 7
2.2.3. Geopolymer Mortar ................................................................................. 8
2.2.4. Fly Ash ..................................................................................................... 8
2.2.5. Fly Ash - Based Geopolymer Mortar ....................................................... 10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
2.3. Potensi Fly Ash - Based Geopolymer Mortar .......................................... 11
2.4. Alkaline Activator (Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida) .................. 11
2.4.1. Sodium Silikat .......................................................................................... 12
2.4.2. Sodium Hidroksida .................................................................................. 13
2.5. Molaritas .................................................................................................. 14
2.6. Modulus Alkali ........................................................................................ 15
2.7. Setting Time .............................................................................................. 16
2.8. Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali terhadap
Setting Time ............................................................................................. 17
BAB 3. METODE PENELITIAN
3.1. Tinjauan Umum ...................................................................................... 19
3.2. Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji .......................................................... 19
3.2.1. Air ............................................................................................................ 20
3.2.2. Fly Ash ..................................................................................................... 20
3.2.3. Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida ................................................... 21
3.3. Benda Uji ................................................................................................. 21
3.3.1. Jenis Benda Uji ........................................................................................ 21
3.3.2. Pembuatan Benda Uji ............................................................................... 23
3.4. Prosedur Pengujian Benda Uji ................................................................. 24
3.4.1. Alat-alat yang Digunakan ........................................................................ 24
3.4.2. Prosedur Pengujian Setting Time ............................................................. 25
BAB 4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisis data ............................................................................................ 28
4.1.1. Pengamatan berdasar Molaritas NaOH .................................................... 28
4.1.2. Pengamatan berdasar Modulus Alkali (Na2O/SiO2) ................................ 34
4.2. Pembahasan .............................................................................................. 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 42
5.2. Saran ........................................................................................................ 43
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 44
LAMPIRAN ....................................................................................................... xvi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al .... 7
Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly
ash dengan Sodium Silikat ................................................................ 13
Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly
ash dengan Sodium Hidroksida .......................................................... 14
Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan fly ash - based
geopolymer ......................................................................................... 20
Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian .................................................... 27
Gambar 4.1. Hubungan Molaritas NaOH dan Waktu Tercapainya Setting Time .. 29
Gambar 4.2. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mol 6 .................................................................................... 30
Gambar 4.3. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mol 7 .................................................................................... 31
Gambar 4.4. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mol 8 .................................................................................... 31
Gambar 4.5. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mol 9 .................................................................................... 32
Gambar 4.6. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mol 10 .................................................................................. 32
Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power .. . 34
Gambar 4.8. Hubungan Modulus Alkali Na2O/SiO2 dan Waktu Tercapainya
Setting Time ....................................................................................... 35
Gambar 4.9. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mal 1 ................................................................................... 36
Gambar 4.10. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mal 1,25 ............................................................................... 37
Gambar 4.11.Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mal 1,5 ................................................................................. 37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
Gambar 4.12. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mal 1,75 ............................................................................... 38
Gambar 4.13. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time
untuk G.Mal 2 .................................................................................... 38
Gambar 4.14. Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi
Power ................................................................................................. . 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian .............. 21
Tabel 3.2. Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH ........... 22
Tabel 3.3. Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali
Na2O/SiO2 ......................................................................................... 23
Tabel 4.1. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai
variasi Molaritas NaOH .................................................................... 29
Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol ...... 33
Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai
variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2 ................................................... 35
Tabel 4.4. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mal ...... 39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR NOTASI
M = molaritas (Molar)
P = penetrasi resistance
A & B = konstanta
t = waktu penetrasi
t0 = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca ( skala
penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas )
r = koefisien korelasi
Dt2 = jumlah dari kuadrat selisih antara nilai data dan nilai rerata
D2 = jumlah dari kuadrat selisih antara nilai data dan fungsi g(x)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Beton adalah campuran dari beberapa material seperti semen, air, batu pecah,
pasir dan admixture. Semen jika diaduk dengan air akan terbentuk adukan pasta
semen, sedangkan jika ditambah pasir menjadi mortar semen dan jika ditambah
lagi dengan batu pecah disebut beton. Admixture hanya sebagai bahan tambah
selain unsur pokok beton yang ditambahkan dalam jumlah relatif sedikit pada
adukan beton sebelum, segera atau selama pengadukan beton. Tujuannya untuk
mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan beton
segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer
adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas (mengurangi sifat getas) dan
sebagainya.
Beton merupakan bahan struktur yang sering digunakan dalam sebuah konstruksi.
Hal ini disebabkan beton mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan
bahan-bahan lain diantaranya adalah harga yang relatif murah dikarenakan
material dasar beton dari bahan-bahan lokal, memiliki kuat desak yang tinggi,
kemampuannya untuk dicetak menjadi bentuk yang sangat beragam, serta
ketahanannya yang baik terhadap cuaca dan lingkungan sekitar. Selain memiliki
kelebihan beton juga memiliki kelemahan antara lain seperti kecenderungan untuk
retak, mempunyai berat sendiri yang besar, kualitas beton tergantung pada sifat
bahan dan cara pelaksanaanya, mempunyai kuat tarik yang sangat rendah,
mengalami kesulitan dalam pembongkaran, serta terjadinya deformasi antara lain
berupa rangkak (creep) dan susut (shrinkage).
Beton dapat mengalami kerusakan karena berbagai faktor seperti serangan asam,
korosi, beban yang berlebih dan lain-lain. Kerusakan-kerusakan yang timbul
diantaranya terjadi retak-retak, delaminasi, spalling (terlepasnya bagian beton
1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
atau rontok), scalling (pengelupasan), void (berlubang). Perbaikan konstruksi
beton pada suatu konstruksi bangunan yang diakibatkan oleh kerusakan-kerusakan
tersebut sangat diperlukan karena bertujuan untuk mengembalikan daya dukung
konstruksi beton kepada kondisi yang direncanakan. Kerusakan atau perubahan
yang terjadi pada permukaan struktur dan massa struktur beton tidak serta merta
merusak konstruksi beton secara keseluruhan, beberapa metode dan bahan dapat
dilakukan untuk mengatasi kerusakan tersebut seperti metode penambalan
(patching), grouting, beton tembak (shotcrete) dan coating sebagai bahan pelapis.
Metode dan bahan yang dipakai harus disesuaikan dengan kondisi kerusakan
permukaan yang terjadi sehingga daya dukung konstruksi dapat dikembalikan
seperti semula sesuai dengan yang direncanakan tanpa penambahan kapasitas.
Dalam perbaikan beton dengan cara penambalan (patching) perlu diperhatikan
syarat-syarat material yang digunakan untuk patch repair. Syarat-syarat yang
harus dipenuhi untuk material patch repair yaitu diantaranya mampu menyatu
atau melekat erat dengan beton yang akan di patch repair, dapat menyesuaikan
bentuk beton yang akan di patch repair dan tidak mengurangi kekuatan beton
setelah dilakukan patch repair. Harga jenis material patch repair beton di pasaran
yang beredar relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair
yang dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar.
Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan
perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash
maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan
yang direkatkan. Pada penelitian ini, mortar yang digunakan sebagai material
repair dikembangkan lebih lanjut menjadi geopolymer mortar berbahan dasar fly
ash.
Geopolymer mortar adalah mortar yang terbuat dari campuran agregat halus
(pasir), fly ash sebagai pengganti semen, air, dan alkaline activator sebagai
pengikatnya yaitu sodium silikat dan sodium hidroksida. Penggantian semen
dengan fly ash berpotensi menambah keawetan beton. Geopolymer mortar sangat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
potensial digunakan sebagai patch repair karena mempunyai sifat antara lain
kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya rendah, tahan terhadap api dan
serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki nilai susut yang lebih rendah
dibandingkan mortar semen biasa.
Fly ash (abu terbang) adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam
banyak industri. Penggunaan fly ash (abu terbang) sepenuhnya sebagai bahan
dasar untuk pembuatan beton merupakan sesuatu hal yang cukup potensial untuk
dikembangkan lebih lanjut. Selama ini fly ash tidak dimanfaatkan dan dibuang
begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Namun
penggunaan fly ash sebagai material pengganti semen memerlukan proses yang
agak rumit karena fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti
halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan alkaline activator (sodium silikat
dan sodium hidroksida), oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi
secara kimia dengan sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH).
Dalam pembuatan fly ash – based geopolymer mortar ini, digunakan variasi
molaritas NaOH dan modulus alkali (Na2O / SiO2) untuk mendapatkan fly ash –
based geopolymer mortar yang memenuhi persyaratan setting time sebagai
material repair.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka dapat diambil suatu rumusan
masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh molaritas NaOH terhadap setting time fly ash – based
geopolymer ?
2. Bagaimana pengaruh modulus alkali (Na2O / SiO2) terhadap setting time fly
ash – based geopolymer ?
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
1.3. Batasan Masalah
Agar penelitian ini tidak terlalu luas tinjauannya dan tidak menyimpang dari
rumusan masalah di atas maka perlu adanya pembatasan masalah yang ditinjau,
tinjauan tersebut dibatasi oleh:
1. Repair material yang dikembangkan adalah geopolymer.
2. Fly Ash yang digunakan yaitu tipe C yang diambil dari P.T. Jaya Ready Mix,
Sukoharjo.
3. Alkaline activator yang digunakan adalah Sodium Hidroksida (NaOH) dan
Sodium Silikat (Na2SiO3) jenis BE 58 R 2,3.
4. Batas penentuan setting time dari polimerisasi fly ash – based geopolymer
serupa dengan batas penentuan setting time dari hidrasi semen.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh komposisi campuran sodium
silikat dan sodium hidroksida yang akan menghasilkan geopolymer yang
memenuhi persyaratan setting time.
1.5. Manfaat Penelitian
1.5.1. Manfaat Teoritis
Dengan adanya penelitian ini, maka didapat komposisi formula campuran fly ash–
based geopolymer yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat
digunakan dalam pekerjaan patch repair (penambalan) dengan kinerja yang baik.
1.5.2. Manfaat Praktis
Hasil penelitian ini dapat menjadi petunjuk praktis di lapangan mengenai
komposisi formula fly ash–based geopolymer yang paling efektif untuk digunakan
dalam pekerjaan patch repair (penambalan).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
Beton adalah bahan gabungan yang terdiri dari agregat kasar dan halus yang
dicampur dengan air dan semen sebagai pengikat dan pengisi antara agregat kasar
dan halus, seringkali ditambahkan admixture atau additive bila diperlukan
(Subakti, 1994). Beton juga dapat didefinisikan sebagai bahan bangunan dan
konstruksi yang sifat-sifatnya dapat ditentukan terlebih dahulu dengan
mengadakan perencanaan dan pengawasan yang teliti terhadap bahan-bahan
pembentuknya (Samekto, 2001).
Beton adalah material yang tahan lama namun terkadang masih ada beton yang
perlu diperbaiki, masalahnya adalah defisiensi secara struktural, estetika atau
keduanya. Secara umum defisiensi dapat disebabkan oleh desain yang salah,
kualitas kerja yang jelek, lingkungan agresif yang tidak normal, beban struktural
yang berlebihan, kecelakaan, dan kombinasinya. Perbaikan dan restorasi menjadi
perlu untuk mengembalikan beton kepada kondisi yang memuaskan dari
kemampuan struktural, ketahanan, maupun penampilan ( Nugraha, 2007:226).
Salah satu metode untuk memperbaiki kerusakan tersebut adalah dengan
penambalan (patch repair). Harga material patch repair yang beredar di pasaran
saat ini relatif mahal. Oleh karena itu perlu dikembangkan material repair yang
dapat dibuat sendiri dengan bahan dasar mortar yang tentunya lebih murah.
Material yang sering dipakai adalah monomer mortar dan geopolymer mortar.
Geopolymer adalah sebuah senyawa silikat alumino anorganik yang disintesiskan
dari bahan-bahan produk sampingan seperti fly ash (abu terbang), abu kulit padi
(rice husk ash) dan lain-lain, yang banyak mengandung silikon dan alumunium
(Davidovits, 1997). Geopolymer mortar dihasilkan dengan sepenuhnya
5
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
mengganti semen portland biasa (OPC) dengan fly ash. Dari konferensi Concrete
2001 yang diselenggarakan di Perth, Australia, dilaporkan penggunaan HVFA
(high volume fly ash) concrete atau beton dengan kandungan fly ash tinggi pada
sejumlah proyek infrastruktur, demikian pula penggunaan bahan buangan lain
seperti slag, menunjukkan hasil memuaskan di lapangan. Dalam waktu singkat di
masa mendatang, penggunaan beton jenis ini diperkirakan akan meningkat dengan
cepat. Selain lebih ramah lingkungan, dapat mengurangi jumlah energi yang
diperlukan karena berkurangnya pemakaian semen, lebih awet dan lebih murah,
bahan ini juga tetap menunjukkan perilaku mekanik yang memuaskan.
Perkembangan mutakhir yang menjanjikan adalah penggunaan fly ash sepenuhnya
sebagai pengganti semen lewat proses yang disebut polimerisasi anorganik
(kadang disebut geopolimer) yang dipelopori oleh seorang ilmuwan Perancis,
Prof. Joseph Davidovits, sekitar 20 tahun lalu.
Fly ash–based geopolymer mortar sendiri tidak dapat mengeras seperti halnya
semen, maka dibutuhkan alkaline activator sebagai pengikatnya. Fly ash–based
geopolymer mortar dengan metode aktivasi larutan alkali adalah mortar yang
menggunakan fly ash sebagai bahan pengganti semen seluruhnya dengan
menggunakan sodium hidroksida (NaOH) dan sodium silikat (Na2SiO3) sebagai
alkali aktivator untuk mengikat fly ash.
2.2. Fly Ash – Based Geopolymer Mortar
2.2.1. Mortar
Mortar adalah adukan yang terbuat dari campuran agregat halus (pasir), bahan
perekat dan air. Bahan perekat tersebut dapat berupa tanah liat, kapur, fly ash
maupun semen Portland. Disini pasir berfungsi sebagai bahan pengisi atau bahan
yang direkatkan.
Tjokrodimuljo (1996), menyebutkan bahwa mortar yang baik harus mempunyai
sifat-sifat sebagai berikut: murah, tahan lama (awet), mudah dikerjakan (diaduk,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
diangkut, dipasang, dan diratakan), melekat dengan baik dengan batu, cepat
kering/keras, tahan terhadap rembesan air, dan tidak timbul retak-retak setelah
dipasang.
2.2.2. Geopolymer
Geopolymer adalah senyawa anorganik silikat alumino yang disintesiskan dari
bahan-bahan yang banyak mengandung silikon dan aluminium lewat proses
polimerisasi. Dalam reaksi polimerisasi ini Alumunium (Al) dan Silica (Si)
mempunyai peranan penting dalam ikatan polimerisasi (Davidovits, 1994). Proses
polimerisasi menghasilkan suatu rantai dalam bentuk tiga struktur dimensional
dimana masing-masing terdiri dari bentuk ikatan-ikatan polymeric Si-O-O-Al
(Polysialate). Polysialate-polysialate ini dibagi dalam 3 jenis yaitu Polysialate (Si-
O-Al-O), Polysialate-Siloxo (Si-O-Al-O-Si-O) dan Polysialate-Disiloxo (Si-O-Al-
O-Si-O-Si-O). Proses geopolimerisasi adalah suatu reaksi kimia antara
aluminosilika oksida (Si2O5, Al2O2) dengan alkali polysialate.
Gambar 2.1. Macam Ikatan Polimerisasi Berdasarkan Perbandingan Si dan Al
Sumber : About geopolymerization, Geopolymer Institute, 2006.
http://www.geopolymer.org/science/about-geopolymerization
Geopolymer merupakan polimer anorganik aluminosilikat yang sangat kompleks.
Salah satu parameter proses geopolimerisasi adalah reaktan yang digunakan, yaitu
SiO2, H2O dan NaOH. SiO2 meningkatkan kuat tekan namun keberadaan H2O
justru memperlemahnya. NaOH membantu mengoptimalkan kuat tekan namun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
NaOH berlebih justru menghambat solidifikasi geopolimer (H. Fansuri et al.
2007 dalam Akta Kimindo Vol. 3 No.2 April 2008).
2.2.3. Geopolymer Mortar
Geopolymer mortar adalah mortar dengan bahan pengikat menggunakan material
alami. Material alami yang digunakan adalah material yang memiliki kandungan
oksida silika dan alumina tinggi. Fly ash dipilih sebagai bahan dasar penelitian ini
karena kandungan silika dan aluminanya yang tinggi. Fly ash yang digunakan
harus diaktifkan dengan larutan alkali berupa sodium hidroksida (NaOH) dan
sodium silikat (Na2SiO3) sebagai katalisatornya untuk meningkatkan reaksi
polimerisasi. Geopolymer mortar sangat potensial digunakan sebagai patch repair
karena mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya
rendah, tahan terhadap api dan serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki
nilai susut yang lebih rendah dibandingkan mortar semen biasa.
2.2.4. Fly Ash
Fly ash adalah material yang berasal dari sisa pembakaran batu bara yang tidak
terpakai. Material ini mempunyai kadar bahan semen yang tinggi dan mempunyai
sifat pozzolanik, yaitu dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen
saat proses hidrasi dan membentuk senyawa yang bersifat mengikat pada
temperatur normal dengan adanya air (Himawan, dan Darma, 2000). Komposisi
dari fly ash sebagian besar terdiri dari silikat dioksida (SiO2), alumunium (Al2O3),
besi (Fe2O3), dan kalsium (CaO), serta magnesium, potasium, sodium, titanium,
dan sulfur dalam jumlah yang lebih sedikit. Sebagian besar komposisi kimia dari
fly ash ini tergantung dari tipe batu bara.
Fly ash memiliki butiran yang lebih halus daripada butiran semen dan mempunyai
sifat hidrolik. Oleh karena itu fly ash tidak sekedar menambah kekuatan mortar.
Secara mekanik fly ash ini akan mengisi ruang kosong (rongga) di antara butiran-
butiran, dan secara kimiawi akan memberikan sifat hidrolik pada kapur mati yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
dihasilkan dari proses hidrasi, dimana mortar hidrolik ini akan lebih kuat daripada
mortar udara (kapur mati + air) (Suhud, 1993).
Fly ash termasuk bahan pozolan buatan yang memiliki sifat pozolanik. Sifat fly
ash tersebut membuat fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen
dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada umumnya
dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat juga
menurunkan panas hidrasi semen.
Keuntungan pemakaian fly ash pada beton adalah:
1. Beton akan lebih kedap air karena kapur bebas yang dilepas pada proses
hidrasi akan terikat oleh silikat dan alumina aktif yang terkandung di dalam
fly ash dan menambah pembentukan silika gel, yang berubah menjadi
kalsium silikat hidrat yang akan menutupi pori–pori yang terbentuk sebagai
akibat dibebaskannya Ca(OH)2.
2. Mempermudah pengerjaan beton karena beton lebih plastis.
3. Mengurangi jumlah air yang digunakan (FAS), sehingga kekuatan beton akan
meningkat.
4. Menurunkan panas hidrasi yang terjadi, sehingga dapat mencegah terjadinya
retak.
5. Relatif dapat menghemat biaya karena akan mengurangi pemakaian semen
(Hidayat, 1993).
Kelemahan pemakaian fly ash pada beton adalah:
1. Pemakaian fly ash kurang baik untuk pengerjaan beton yang memerlukan
waktu pengerasan dan kekuatan awal yang tinggi, karena proses pengerasan
dan penambahan kekuatan betonnya agak lambat.
2. Pengendalian mutu harus sering dilakukan karena mutu fly ash sangat
tergantung pada proses pembakaran (suhu) serta jenis batubaranya (Husin,
1998).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Menurut (Himawan, dan Darma 26), penggunaan fly ash dalam campuran beton
memiliki berbagai keunggulan, yaitu :
a) Pada beton segar, kehalusan dan bentuk partikel fly ash yang bulat dapat
meningkatkan workability serta mengurangi terjadinya bleeding dan
segregasi.
b) Pada beton keras, fly ash dapat meningkatkan kuat tekan beton setelah ± 52
hari, meningkatkan durabilitas beton, meningkatkan kepadatan (density)
beton, serta mengurangi terjadinya penyusutan beton.
2.2.5. Fly Ash-Based Geopolymer Mortar
Mortar geopolymer merupakan senyawa silikat alumina anorganik yang
disintesiskan dari bahan sampingan fly ash yang banyak mengandung silikon dan
aluminium. Fly ash merupakan debu yang dihasilkan dari sisa pembakaran
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara.
Geopolymer dapat disintesis dengan mencampur bahan alumino-silikat reaktif (fly
ash) dan alkali aktivator (NaOH dan Na2SiO3) untuk meningkatkan reaksi
polimerisasi. Selama pembentukan kimia geopolymer ini pada akhirnya akan
mempengaruhi mutu geopolymer itu. Dapat dikatakan bahwa air tidak mempunyai
peran penting dalam menentukan hidrasi yang berkualitas, dimana proses ini akan
mempengaruhi mutu mortar.
Variabel yang mempengaruhi sifat-sifat adukan mortar dan hasil modifikasi
geopolymer yang diperkeras dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti jenis
geopolymer, rasio antara geopolymer dengan semen, rasio air dengan semen,
kandungan air dengan kondisi perawatan. Selain itu, sifat-sifat campuran yang
baru akan sangat bervariasi tergantung pada komposisi campuran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
2.3. Potensi Fly Ash-Based Geopolymer Mortar
Geopolymer mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitas
rendah, tahan api dan serangan asam, kuat tekan tinggi dan susut rendah
dibandingkan dengan mortar semen biasa. Dalam penelitian ini digunakan fly ash
sebagai bahan dasar geopolymer mortar.
Fly ash merupakan limbah dari pembakaran batubara yang banyak dihasilkan oleh
PLTU. Fly ash termasuk bahan pozzolan buatan yang memiliki sifat pozzolanik.
Karena bersifat pozzolanik, fly ash dapat digunakan sebagai bahan pengganti
semen dan bahan patch repair yang dapat memperbaiki kerusakan beton pada
umumnya dan meningkatkan ketahanan/keawetan beton terhadap ion sulfat.
Selain itu fly ash juga dapat menurunkan panas hidrasi semen.
Fly ash cukup baik untuk digunakan sebagai bahan ikat karena kandungan
utamanya adalah silikon dioksida (SiO2), alumunium (Al2O3) dan ferrum oksida
(Fe2O3). Oksida-oksida tersebut dapat bereaksi dengan kapur bebas yang
dilepaskan semen ketika bereaksi dengan air. Clarence (1966: 24) menjelaskan
dengan pemakaian fly ash sebesar 20 – 30% terhadap berat semen maka jumlah
semen akan berkurang secara signifikan dan dapat menambah kuat tekan beton.
Pengurangan jumlah semen akan menurunkan biaya material sehingga efisiensi
dapat ditingkatkan, sekaligus sebagai bentuk pemanfaatan limbah yang akan
membantu menjaga kelestarian lingkungan.
2.4. Alkaline Activator (Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida)
Sodium silikat dan sodium hidroksida digunakan sebagai alkaline aktivator
(Hardjito Djuwantoro, dkk, 2004). Sodium silikat mempunyai fungsi untuk
mempercepat reaksi polimerisasi. Sedangkan sodium hidroksida berfungsi untuk
mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash sehingga dapat
menghasilkan ikatan polimer yang kuat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
2.4.1. Sodium Silikat
Sodium silikat merupakan salah satu bahan tertua dan paling aman yang sering
digunakan dalam industri kimia. Hal ini dikarenakan proses produksi yang lebih
sederhana maka sejak 1818 sodium silikat berkembang dengan cepat. Sodium
silikat dapat dibuat dengan 2 proses yaitu proses kering dan proses basah. Pada
proses kering, pasir (SiO2) dicampur dengan sodium carbonate (Na2CO3) atau
dengan pottasium carbonate (K2CO3) pada temperatur 1100 – 1200oC. Hasil
reaksi tersebut menghasilkan kaca (cullets) yang dilarutkan kedalam air dengan
tekanan tinggi menjadi cairan yang bening dan agak kental. Sedangkan pada
proses pembuatan basah, pasir (SiO2) dicampur dengan sodium hidroxide (NaOH)
melalui proses filtrasi akan menghasilkan sodium silikat yang murni (Andi dan
Calvin, 2006).
Sodium silikat terdapat dalam 2 bentuk, yaitu padatan dan larutan. Untuk
campuran beton lebih banyak digunakan dengan bentuk larutan. Sodium silikat
atau yang lebih dikenal dengan water glass, pada mulanya digunakan sebagai
campuran dalam pembuatan sabun. Tetapi dalam perkembangannya sodium
silikat dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, antara lain untuk bahan
campuran semen, pengikat keramik, coating, campuran cat serta dalam beberapa
keperluan industri, seperti kertas, tekstil dan serat. Beberapa penelitian telah
membuktikan bahwa sodium silikat dapat digunakan untuk bahan campuran
dalam beton (Hartono, B. dan Sutanto, E., 2005). Dalam penelitian ini, sodium
silikat digunakan sebagai salah satu alkaline activator.
Sodium silikat ini merupakan salah satu larutan alkali yang memainkan peranan
penting dalam proses polimerisasi karena sodium silikat mempunyai fungsi untuk
mempercepat reaksi polimerisasi. Reaksi terjadi secara lebih cepat pada larutan
alkali yang banyak mengandung larutan silikat seperti sodium silikat ataupun
potassium siikat dibandingkan larutan alkali yang banyak mengandung larutan
hidroksida. Di dalam Gambar 2.2. ditunjukkan campuran fly ash dengan sodium
silikat yang diamati dalam ukuran mikrostruktur, terlihat bahwa campuran antara
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
fly ash dan sodium silikat membentuk ikatan yang sangat kuat namun banyak
terjadi retakan-retakan antar mikrostruktur.
Gambar 2.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash
dengan Sodium Silikat
(Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004)
2.4.2. Sodium Hidroksida
Sodium hidroksida yang digunakan sebagai alkali aktivator berfungsi untuk
mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung di dalam fly ash sehingga
dapat menghasilkan ikatan polimer yang kuat. Sedangkan sodium silikat
mempunyai fungsi untuk mempercepat reaksi polimerisasi. Penambahan sodium
silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida (NaOH) membuat beton menjadi basa
(Hardjito, Djuwantoro, dkk : Factor Influencing the Compressive Strength of
Fly Ash-Based Geolpolymer Concrete). Gambar 2.3. menunjukkan campuran fly
ash dengan sodium hidroksida yang diamati dalam ukuran mikrostruktur. Terlihat
bahwa campuran antara fly ash dan sodium hidroksida membentuk ikatan yang
kurang kuat tetapi menghasilkan ikatan yang lebih padat dan tidak ada retakan
seperti pada campuran sodium silikat dan fly ash.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Gambar 2.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) dari Campuran antara Fly ash
dengan Sodium Hidroksida
(Neil B. Milestone dan Cyril Lynsdale, 2004)
2.5. Molaritas
Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan. Molaritas dapat
ditentukan dengan rumus :
( )( )
( )literairvolumeliter
xNaOHdariAr
NaOHberat
larult
terlarutzatmoljumlahMolaritas
140
tan1
=
=
Dalam pengujian ini akan ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium
hidroksida (NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap
setting time, sehingga juga dapat diketahui apakah dengan penambahan pada
konsentrasi hidroksida (NaOH) dapat meningkatkan kekuatan mortar.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin
tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang
semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir
yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah
solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na2O.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
2.6. Modulus Alkali
Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin
yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium
silikat (Na2SiO3), dan air distilat (H2O), yang masing-masing komponen memiliki
peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari
material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat.
SiO2 adalah reaktan penting dalam geopolimerisasi, dimana peningkatan
kandungan SiO2
akan memperbesar kuat tekan. Sumber silika (SiO2) yang
dipelajari berasal dari abu layang dan Na-silikat. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa SiO2 berpengaruh positif dan H2O berpengaruh negatif terhadap kuat
tekan. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun NaOH yang
tersisa dapat terdegradasi menjadi Na2O yang pada akhirnya memperlemah
solidifikasi geopolimer.
Pada saat fly ash-based geopolymer dipanaskan, terjadi penguapan molekul-
molekul air. Jika di dalam sistem fly ash-based geopolymer sudah tidak lagi
terdapat molekul air, penguapan molekul air dapat pula terjadi dari molekul
NaOH yang terdehidrasi menjadi oksida natrium (Windholtz, 1976).
2NaOH(aq) Na2O(s) + H2O(l)
Kondisi seperti ini sudah tentu tidak dikehendaki karena menghambat proses
polimerisasi aluminosilikat pada masa simpan. Itu sebabnya, peningkatan
konsentrasi larutan NaOH yang lebih banyak boleh jadi tidak akan menambah
kekuatan geopolimer yang dihasilkan.
Na2O atau NaOH merupakan serbuk putih yang reaktif dengan air dan CO2 di
udara. Reaksi dengan molekul CO2 terjadi di pori-pori geopolymer mortar dan
merubah Na2O menjadi Na2CO3 yang berbentuk kristal jarum berwarna putih
(Windholtz, 1976).
Na2O(s) + CO2(g) Na2CO3(s)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
2.7. Setting Time
Pengikatan (set) adalah perubahan bentuk dari bentuk cair menjadi bentuk padat,
tetapi masih belum mempunyai kekuatan. Pengikatan ini terjadi akibat reaksi
hidrasi yang terjadi pada permukaan butir fly ash.
Fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator akan membentuk pasta
yang plastis dan lecak (workable). Namun setelah selang beberapa waktu, pasta
secara bertahap menjadi kurang plastis, dan akhirnya menjadi keras. Pada proses
ini, tahap pertama dicapai ketika pasta cukup kaku untuk menahan suatu tekanan.
Waktu untuk mencapai tahap ini disebut sebagai waktu ikatan. Waktu tersebut
dihitung sejak fly ash jika dicampur dengan air dan alkaline activator. Waktu
ikatan dibagi menjadi dua bagian, yaitu waktu ikatan awal (initial setting time)
dan waktu ikatan akhir (final setting time). Waktu dari pencampuran fly ash
dengan air dan alkaline activator sampai saat kehilangan sifat keplastisannya
disebut waktu ikatan awal, dan waktu sampai mencapai pastanya menjadi massa
yang keras disebut waktu ikatan akhir. Alat untuk menentukan waktu ikat adalah
vicat. Waktu ikat awal tercapai bila hasil penetrasi (masuknya jarum ke dalam
pasta) mencapai 25 mm sedangkan waktu pengikatan akhir tercapai bila jarum
tidak menembus pasta.
Pengertian waktu ikatan awal adalah penting pada pekerjaan mortar. Waktu ikatan
awal yang cukup lama diperlukan untuk pekerjaan mortar, yaitu waktu
transportasi, penuangan, pemadatan, dan perataan permukaan. Proses ikatan ini
disertai perubahan temperatur. Temperatur naik dengan cepat dari ikatan awal dan
mencapai puncaknya pada waktu berakhirnya ikatan akhir. Waktu ikatan yang
pendek kenaikan temperatur dapat sampai 30 derajat celcius. Dalam praktek lama
waktu ikatan ini dipengaruhi oleh jumlah air campuran yang digunakan dan suhu
udara di sekitarnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
2.8. Hubungan Antara Molaritas NaOH dan Modulus Alkali
Terhadap Setting Time
Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting
time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin
sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik
beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan
peningkatan kandungan SiO2. Di lain pihak, peningkatan jumlah air yang
digunakan dalam pembuatan geopolymer menurunkan kuat tekan fly ash-based
geopolymer. NaOH mampu membantu mengoptimalkan kuat tekan, namun
kelebihan NaOH memperlemah solidifikasi geopolimer.
Pada saat geopolymer mengeras, fly ash menyerap panas yang timbul dari hidrasi
untuk mempercepat reaksi pozzolanic, dengan demikian mendorong terjadinya
reaksi antara fly ash dengan calcium dan oksida alkali yang ada. Penggunaan fly
ash juga memungkinkan untuk memperlambat setting time. Fly ash kelas F
umumnya memperpanjang waktu setting time, sedangkan fly ash kelas C mungkin
bisa memperpanjang, mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada
setting time. Waktu setting time yang lebih panjang dapat meningkatkan
perubahan dari keretakan susut plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan
udara yang tinggi.
Kandungan SiO2 dan Na2O dari geopolymer memberikan pengaruh terhadap sifat
fisik dari geopolymer, dimana jika rasio Na2O/SiO2 menurun maka kehomogenan
dan kerapatan mikrostruktur akan meningkat. Penurunan angka banding
Na2O/SiO2 sampai batas kandungan Na2O tertentu juga mengakibatkan
peningkatan kuat tekan geopolymer. Kandungan Na2O yang sangat kecil akan
memperlemah kuat tekan karena kecilnya komponen yang berperan untuk proses
pelarutan unsur silikona dan alumina dari abu layang untuk membentuk
geopolymer, tetapi kandungan Na2O yang sangat tinggi juga akan memperlemah
kuat tekan dan meningkatkan heterogenitas serta menurunkan kerapatan
mikrostruktur geopolymer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Semakin lama waktu ikat dan semakin tinggi suhu ikat akan memperkuat kuat
tekan dari beton, walaupun pada beberapa penelitian kenaikan kuat tekan tidak
signifikan untuk suhu ikat di atas 60oC dan waktu ikat lebih dari 48 jam.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, setting time dan kadar pori tertutup
serta kuat tekan pada binder dengan semakin tinggi rasio sodium silikat terhadap
sodium hidroksida ,menghasilkan nilai yang tidak berbanding linear. Sedangkan
dengan semakin tinggi molaritas, menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas
tertutup yang semakin besar pula. Selain itu menghasilkan setting time awal dan
akhir yang semakin cepat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Tinjauan Umum
Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah penelitian suatu masalah,
kasus, gejala atau fenomena tertentu dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan
jawaban yang rasional. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah
metode eksperimen yaitu metode yang dilakukan dengan mengadakan suatu
percobaan langsung untuk mendapatkan suatu data atau hasil yang
menghubungkan antara variabel-variabel yang diselidiki. Metode ini dapat
dilakukan di dalam ataupun di luar laboratorium. Penelitian ini akan dilakukan di
dalam laboratorium.
Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh komposisi campuran geopolymer
dengan bahan tambahan yang memenuhi persyaratan setting time sehingga dapat
menghasilkan beton geopolymer dengan mutu tinggi untuk digunakan sebagai
beton struktural. Adapun material yang digunakan, yaitu fly ash telah dilakukan
pengujian sebelumnya yang sesuai dengan standard yang berlaku.
Pemecahan masalah pada penelitian ini dengan menggunakan cara statistik, yaitu
dengan urutan kegiatan dalam memperoleh data sampai data itu berguna sebagai
dasar pembuatan keputusan diantaranya melalui proses pengumpulan data,
pengolahan data, analisis data dan cara pengambilan keputusan secara umum
berdasarkan hasil penelitian.
3.2. Bahan-Bahan Penyusun Benda Uji
Bahan - bahan penyusun benda uji yang akan digunakan, diuji terlebih dahulu di
dalam laboratorium untuk mengetahui karakteristiknya. Pengujian ini dilakukan
pada awal penelitian untuk mengetahui apakah material - material tersebut layak
19
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
digunakan atau tidak. Karena beton adalah material yang tidak homogen, maka
material yang akan digunakan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi
kekuatan beton.
(a) fly ash (b) sodium silikat (c) sodium hidroksida
Gambar 3.1. Material yang digunakan dalam pembuatan
fly ash-based geopolymer
3.2.1. Air
Air merupakan salah satu unsur dalam pembuatan fly ash-based geopolymer. Air
sangat mempengaruhi atau mempunyai peranan penting pada perilaku campuran
beton segar, karena campuran dengan kadar air tinggi akan terjadi bleeding dan
segregasi. Fenomena ini biasanya diikuti dengan kekuatan tekan menurun ketika
beton mengeras. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air yang berasal
dari PDAM di Laboratorium Struktur Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air
yang digunakan harus memenui syarat, antara lain memiliki kotoran-kotoran yang
rendah, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak berwarna.
3.2.2. Fly Ash
Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe C yang merupakan limbah dari PLTU
Paiton, yang diperoleh dari P.T. Jaya Ready Mix. Fly ash memiliki karakteristik
kandungan pozzolanik yang tinggi dan komposisi kimia dari fly ash dapat dilihat
pada Tabel 3.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Tabel 3.1. Komposisi kimia fly ash yang digunakan dalam penelitian
Oksida Fly Ash tipe C (%)
SiO2 45,27
Al2O3 20,07
Fe2O3 10,59
TiO2 0,82
CaO 13,32
MgO 2,83
K2O 1,59
Na2O 0,98
P2O5 0,41
SO3 1,00
MnO2 0,07
3.2.3. Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida
Di dalam penelitian ini akan digunakan sodium silikat dengan jenis BE 58 R 2,3,
sedangkan sodium hidroksida digunakan sodium hidroksida yang dijual di toko-
toko bahan kimia yang berbentuk serpihan-serpihan padat. Sodium silikat dan
sodium hidroksida ini akan digunakan sebagai alkaline activator yang dapat
digunakan untuk mereaksikan unsur-unsur Si dan Al yang terkandung di dalam fly
ash agar terjadi reaksi polimerisasi.
3.3. Benda Uji
3.3.1. Jenis Benda Uji
Benda uji yang digunakan ini, dibuat dengan faktor air semen 0,25 dengan
molaritas dan modulus alkali yang berbeda-beda. Jenis benda uji dan proporsi
bahan dasar yang digunakan selengkapnya disajikan dalam Tabel 3.2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
Tabel 3. 2. Proporsi campuran benda uji untuk variasi molaritas NaOH
Kode Benda
Uji Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji
G. Mol 6
Molaritas NaOH 6 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
G. Mol 7
Molaritas NaOH 7 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
G. Mol 8
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
G. Mol 9
Molaritas NaOH 9 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
G. Mol 10
Molaritas NaOH 10 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
Jumlah 15 buah
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Tabel 3. 3. Proporsi campuran benda uji untuk variasi modulus alkali Na2O/SiO2
Kode Benda
Uji Proporsi Campuran Jumlah Benda Uji
G. Mal 1
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 1
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 10
Fab 0,25
3 buah
G. Mal 1,25
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 1,25
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 2
Fab 0,25
3 buah
G. Mal 1,5
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 1,5
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 1
Fab 0,25
3 buah
G. Mal 1,75
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 1,75
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 0,67
Fab 0,25
3 buah
G. Mal 2
Molaritas NaOH 8 Molar
Modulus alkali 2
Perbandingan NaOH : Na2SiO3 = 1 : 0,5
Fab 0,25
3 buah
Jumlah 15 buah
3.3.2. Pembuatan Benda Uji
Pembuatan campuran ini dilakukan setelah menghitung proporsi masing-masing
bahan yang dipergunakan, kemudian mencampur dengan langkah-langkah sebagai
berikut :
1. Menyiapkan bahan dan peralatan yang akan digunakan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
2. Menimbang bahan – bahan yang akan digunakan sesuai kebutuhan.
3. Melarutkan sodium hidroksida (NaOH) ke dalam air berdasarkan perhitungan
mix design.
4. Menambahkan sodium silikat (Na2SiO3) ke dalam larutan air dan sodium
hidroksida (NaOH) kemudian diaduk sampai homogen selama ± 3 menit
sehingga terbentuk larutan alkaline activator.
5. Alkaline activator kemudian didiamkan selama 24 jam untuk menuntaskan
reaksi eksotermis pelarutan NaOH.
6. Mencampur larutan alkaline activator (NaOH + air + Na2SiO3) tersebut
dengan fly ash sampai benar-benar homogen selama waktu ± 4 - 10 menit
sehingga terbentuk larutan fly ash-based geopolymer.
7. Menuangkan adukan ke dalam cincin ebonite dan dilakukan pengujian
penetrasi untuk mendapatkan waktu pengikatan (setting time).
8. Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala sehingga
didapatkan waktu pengikatan awal (initial setting time) dan waktu pengikatan
akhir (final setting time).
9. Mengulangi lagi langkah 2 sampai 8 dengan variasi komposisi, sehingga
didapatkan komposisi awal fly ash-based geopolymer yang memenuhi
persyaratan setting time.
3.4. Prosedur Pengujian Benda Uji
3.4.1. Alat-Alat yang Digunakan
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Struktur Teknik, Jurusan Teknik Sipil,
Universitas Sebelas Maret Surakarta, sehingga menggunakan alat-alat yang
terdapat pada laboratorium tersebut.
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
a) Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk menimbang komposisi bahan yang akan
digunakan dalam campuran geopolymer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
b) Vicat Apparatus lengkap dengan cincin ebonite
Vicat Apparatus dan cincin ebonite digunakan untuk pengujian penetrasi
setting time. Cincin ebonite berukuran diameter bawah 70 mm, diameter atas
60 mm, dan tinggi 40 mm.
c) Gelas ukur
Gelas ukur berkapasitas 50 ml, digunakan untuk menakar air yang akan
dipakai dalam campuran geopolymer.
d) Stop watch / jam
Stop watch / jam digunakan untuk mencatat waktu pengadukan dan waktu
penetrasi setting time.
e) Alat bantu
a. Pengaduk kayu, digunakan untuk mengaduk larutan alkaline activator
(NaOH + air + Na2SiO3).
b. Cetok semen, digunakan untuk mengaduk geopolymer dan
memasukkannya pada cincin ebonite.
c. Mangkok stainless steel, digunakan untuk tempat merendam larutan dan
mengaduk geopolymer.
3.4.2. Prosedur Pengujian Setting Time
Setelah membuat campuran fly ash – based geopolymer, maka dilakukan
pengujian setting time untuk mengetahui waktu ikat awal (initial setting time) dan
waktu ikat akhir (final setting time). Dalam ini akan digunakan alat uji Vicat
Apparatus lengkap dengan cincin ebonite.
Langkah - langkah pengujian Vicat adalah sebagai berikut :
1. Menyetel jarum pada vicat agar menunjuk angka nol pada skala pembacaan di
bagian kanan dan kemudian menguncinya.
2. Memasukkan fly ash – based geopolymer ke dalam cincin ebonite kemudian
meratakan permukaannya.
3. Memasang cincin ebonite di bawah jarum penetrasi (1 mm).
4. Menunggu selama 60 menit kemudian melepaskan batang peluncur.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
5. Mencatat kedalaman masuknya jarum dengan membaca skala.
6. Mengulangi langkah no.4 dan 5 dengan selang waktu 60 menit. Cincin harus
selalu dipindahkan dengan jarak minimal 1 cm.
7. Setelah kedalaman penetrasi mencapai 25 mm berarti waktu pengikatan awal
/ initial setting time telah tercapai.
8. Mengulangi lagi langkah no.6 dengan selang waktu yang sama.
9. Setelah kedalaman penetrasi tidak menembus permukaan fly ash – based
geopolymer ( mencapai 23 mm ) berarti waktu pengikatan akhir / final setting
time telah tercapai.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
Tahap-tahap penelitian ini dapat dilihat secara skematis dalam bentuk bagan alir
sebagai berikut :
Gambar 3.2. Bagan alir tahap - tahap penelitian
Mulai
Persiapan Bahan
NaOH Air Na2SiO3
Pengujian Setting Time
Komposisi fly ash-based geopolymeryang memenuhi persyaratan setting time
Analisis danPembahasan
Didiamkan selama24 jam
Kesimpulan
Selesai
Alkaline Activator + Fly Ash
Komposisi awalfly ash-based geopolymer
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
BAB 4
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisis Data
4.1.1. Pengamatan berdasar Molaritas NaOH
Molaritas (M) adalah satuan untuk mengukur konsentrasi larutan, yang dapat
dirumuskan sebagai berikut :
( )( )
( )literairvolumeliter
xNaOHdariAr
NaOHberat
larultterlarutzatmoljumlah
Molaritas
140
tan1
=
=
.....................................(4.1.)
Dalam pengujian ini ditentukan beberapa variasi konsentrasi sodium hidroksida
(NaOH) yang dominan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap setting time.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Wiyoto J., 2007), dengan semakin
tinggi molaritas akan menghasilkan kuat tekan dan kadar porositas tertutup yang
semakin besar. Selain itu juga akan menghasilkan setting time awal dan akhir
yang semakin cepat. Namun pada jumlah yang berlebih akan memperlemah
solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na2O.
Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya
penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai
variasi Molaritas NaOH 6 Molar sampai dengan 10 Molar ( G.Mol 6 - G.Mol 10 )
dapat dilihat pada Tabel 4.1.
28
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
Tabel 4.1. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi
Molaritas NaOH
Molaritas NaOH
( Molar )
Mix Design Initial Setting Time
( Jam )
Rata-Rata Initial ( Jam )
Final Setting Time
( Jam )
Rata-Rata Final
( Jam ) Kode
Benda Uji Sampel
6
G.M
ol 6
1 17
18
29,5
30 2 19 32,5
3 18 28
7
G.M
ol 7
1 17
17,33
27
28,17 2 18 29,5
3 17 28
8
G.M
ol 8
1 17
16,67
24,5
25,17 2 17 26
3 16 25
9
G.M
ol 9
1 21
22,67
27
28,83 2 24 30,5
3 23 29
10
G.M
ol 1
0 1 44
45
47,5
49,83 2 46 53
3 45 49
Berdasar data pengamatan pada Tabel 4.1. juga dapat dinyatakan dalam bentuk
hubungan seperti pada Gambar 4.1. berikut :
Gambar 4.1. Hubungan Molaritas NaOH dan Waktu Tercapainya Setting Time
Wak
tu (
Jam
)
Molaritas NaOH ( Molar )
final setting time
initial setting time
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Dari Gambar 4.1. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mol 8 memiliki waktu initial dan
final setting time yang paling cepat.
Polivka dan Klein (1960) menyatakan bahwa pengaruh molaritas NaOH terhadap
setting time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P
dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power,
yaitu:
( )BttAP 0-= ........................................................................... (4.2.)
dengan :
P = jatuhnya penetrasi
A dan B = konstanta
t = waktu penetrasi
t0 = waktu terakhir sebelum skala penetrasi dapat terbaca
(skala penetrasi menunjukkan angka 50 ke atas)
Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat
grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time
yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar 4.6.
Gambar 4.2. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 6
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 49 (t - t0) - 0,23
t0 = 1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Gambar 4.3. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 7
Gambar 4.4. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 8
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 48 (t - t0) - 0,23
t0 = 1
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 47 (t - t0) - 0,23
t0 = 4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
Gambar 4.5. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 9
Gambar 4.6. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mol 10
Persamaan – persamaan yang terdapat pada Gambar 4.2. sampai dengan Gambar
4.6. akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi.
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 49 (t - t0) - 0,23
t0 = 5
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 56 (t - t0) - 0,23
t0 = 10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan –
persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut :
2
22
Dt
DDtr
-= ................................................................................(4.3.)
dengan :
( )2
1
2 å=
-=n
i
yyiDt ...............................................................................(4.4.)
( )2
110
2 å=
--=n
i
xaayiD .....................................................................(4.5.)
Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.2. berikut :
Tabel 4.2. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mol
Molaritas
NaOH
Fungsi Power
Persamaan Koef. Korelasi
6 M P = 49 (t – 1) – 0,23 0,962
7 M P = 48 (t – 1) – 0,23 0,976
8 M P = 47 (t – 4) – 0,23 0,989
9 M P = 49 (t – 5) – 0,23 0,983
10 M P = 56 (t – 10) – 0,23 0,974
Dari Tabel 4.2. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi
power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang
didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada
fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk
itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A dari
persamaan tersebut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Gambar 4.7. Hubungan Antara Molaritas dan Konstanta A untuk Fungsi Power
Dari Gambar 4.7. di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi molaritas NaOH
yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time
tercepat yaitu pada Molaritas 8 Molar.
4.1.2. Pengamatan berdasar Modulus Alkali Na2O/SiO2
Modulus alkali merupakan perbandingan Na-silikat/NaOH (b/b). Larutan alkalin
yang digunakan adalah campuran antara natrium hidroksida (NaOH), natrium
silikat (Na2SiO3), dan air distilat (H2O), yang masing-masing komponen memiliki
peran penting dalam sintesis. Sintesis ini didasari oleh reaksi polikondensasi dari
material yang mengandung silika-aluminat dan alumina-silikat.
Data pengamatan setting time repair material diambil dari pembacaan jatuhnya
penetrasi pada vicat. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai
variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2 Modulus Alkali 1 sampai dengan Modulus
Alkali 2 ( G.Mal 1 - G.Mal 2 ) dapat dilihat pada Tabel 4.3.
y = 1,357x2 - 20,21x + 121,9
Kons
tant
a A
Molaritas ( M )
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Tabel 4.3. Data pengamatan setting time pada fly ash dengan berbagai variasi
Modulus Alkali Na2O/SiO2
Modulus Alkali
Na2O/SiO2
Mix Design
Initial Setting Time
( Jam )
Rata-Rata Initial ( Jam )
Final Setting Time
( Jam )
Rata-Rata Final ( Jam
Kode
Benda Uji Sampel
1
G.M
al 1
1 86
84
90
90,67 2 84 92
3 82 90
1.25
G.M
al 1
,25 1 20
19,33
28
28,67 2 18 28
3 20 30
1.5
G.M
al 1
,5 1 26
27,33
38
40,67 2 28 44
3 28 40
1.75
G.M
al 1
,75 1 32
32
52
52,67 2 32 52
3 32 54
2
G.M
al 2
1 26
27,33
50
48 2 30 46
3 26 48
Berdasar data pengamatan pada Tabel 4.3. juga dapat dinyatakan dalam bentuk
hubungan seperti pada Gambar 4.8. berikut :
Gambar 4.8. Hubungan Modulus Alkali Na2O/SiO2 dan Waktu Tercapainya Setting Time
Wak
tu (
Jam
)
Modulus Alkali
final setting time
initial setting time
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Dari Gambar 4.8. tersebut dapat dilihat bahwa G.Mal 1,25 memiliki waktu initial
dan final setting time yang paling cepat.
Pengaruh modulus alkali Na2O/SiO2 terhadap setting time juga dapat
direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P dan waktu ikat t
yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan berbentuk fungsi power seperti
yang telah dinyatakan oleh Polivka dan Klein (1960), yaitu pada persamaan
(4.2.).
Berdasarkan pengamatan penetrasi setting time yang telah dilakukan, dapat dibuat
grafik hubungan antara jatuhnya penetrasi dan waktu tercapainya setting time
yang dapat dilihat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar 4.13.
Gambar 4.9. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 50 (t - t0) - 0,18
t0 = 62
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Gambar 4.10. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,25
Gambar 4.11. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,5
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 42.5 (t - t0) - 0,18
t0 = 2
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 45 (t - t0) - 0,18
t0 = 4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Gambar 4.12. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 1,75
Gambar 4.13. Hubungan Antara Jatuhnya Penetrasi dan Waktu Setting Time untuk G.Mal 2
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 47 (t - t0) - 0,18
t0 = 2
jatu
hnya
pen
etra
si (
mm
)
t ( jam )
initial setting timefinal setting time
P = 44 (t - t0) - 0,18
t0 = 2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
Persamaan – persamaan yang terdapat pada Gambar 4.9. sampai dengan Gambar
4.13. akan di evaluasi keakuratannya dengan cara menghitung koefisien korelasi.
Besarnya nilai penyimpangan atau nilai koefisien korelasi antara persamaan –
persamaan tersebut dengan data pengukuran langsung dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (4.3.), (4.4.), dan (4.5.).
Hasil korelasi dari persamaan di atas ditampilkan dalam Tabel 4.4. berikut :
Tabel 4.4. Data perhitungan nilai koefisien korelasi pada benda uji G.Mal
Modulus
Alkali
Fungsi Power
Persamaan Koef. Korelasi
1 P = 50 (t – 62) – 0,18 0,904
1.25 P = 42.5 (t – 2) – 0,18 0,960
1.5 P = 45 (t – 4) – 0,18 0,920
1.75 P = 47 (t – 2) – 0,18 0,990
2 P = 44 (t – 2) – 0,18 0,771
Dari Tabel 4.4. di atas dapat dilihat bahwa nilai koefisien korelasi r untuk fungsi
power rata-rata mendekati 1, sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan yang
didapat dari fungsi power adalah baik. Selain itu juga dapat dilihat bahwa pada
fungsi power semua persamaan memiliki konstanta (pangkat) B yang sama. Untuk
itu maka dibuat suatu grafik hubungan antara modulus alkali dan konstanta A dari
persamaan tersebut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Gambar 4.14. Hubungan Antara Modulus Alkali dan Koefisien A untuk Fungsi
Power
Dari Gambar 4.14. di atas dapat disimpulkan bahwa komposisi modulus alkali
Na2O/SiO2 yang paling tepat untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting
time tercepat yaitu pada modulus alkali 1,25.
4.2. Pembahasan
Secara umum, penggunaan fly ash pada mortar menyebabkan peningkatan setting
time - pada keduanya, initial dan final set. Semakin besar molaritas dan semakin
sedikit persentase penambahan air pada campuran, akan memberikan karakteristik
beton yang lebih tinggi. Kekuatan geopolymer meningkat seiring dengan
peningkatan kandungan SiO2. Fly ash sendiri mungkin bisa memperpanjang,
mengurangi, atau tidak memiliki efek signifikan pada setting time. Waktu setting
time yang lebih panjang dapat meningkatkan perubahan dari keretakan susut
plastis permukaan pada kondisi tingkat penguapan udara yang tinggi.
Dari Tabel 4.1. dan Gambar 4.1. pada pengamatan berdasar molaritas NaOH
terlihat bahwa initial dan final setting time terjadi semakin cepat pada kenaikan
molaritas dari 6 Molar sampai 8 Molar, namun kemudian menjadi lebih lama
ketika molaritas dinaikkan menjadi 9 Molar dan 10 Molar. Setting time tercepat
y = 14,28x2 - 43,65x + 77,25Ko
nsta
nta
A
Modulus Alkali
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
diperoleh pada molaritas 8 Molar yaitu pada 16,67 jam untuk initial setting time
dan 25,17 jam untuk final setting time. Hal ini menunjukkan bahwa dengan
semakin tinggi molaritas akan menghasilkan setting time awal dan akhir yang
semakin cepat, namun pada jumlah yang berlebih justru akan semakin lama
karena akan memperlemah solidifikasi geopolimer akibat pembentukan Na2O.
Berbeda dengan pengamatan berdasar Molaritas NaOH, pengamatan berdasar
Modulus Alkali Na2O/SiO2 yang dapat kita lihat dari Tabel 4.3. dan Gambar 4.8.
mengalami peningkatan kecepatan yang sangat signifikan dari modulus alkali 1 ke
modulus alkali 1,25 dan kemudian menurun ketika modulus alkali dinaikkan
menjadi 1,5 dan 1,75 tapi kemudian mengalami peningkatan kecepatan lagi pada
modulus alkali 2. Setting time tercepat diperoleh pada modulus alkali 1,25 yaitu
pada 19,33 jam untuk initial setting time dan 28,67 jam untuk final setting time.
Hal ini menunjukkan bahwa setting time, dengan semakin tinggi atau semakin
rendah rasio sodium silikat terhadap sodium hidroksida menghasilkan nilai yang
tidak berbanding linear. Kandungan SiO2 dan Na2O dari geopolymer memberikan
pengaruh terhadap sifat fisik dari geopolymer, dimana jika rasio Na2O/SiO2
menurun maka kehomogenan dan kerapatan mikrostruktur akan meningkat.
Penurunan angka banding Na2O/SiO2 sampai batas kandungan Na2O tertentu juga
mengakibatkan peningkatan kuat tekan geopolymer. Kandungan Na2O yang
sangat kecil akan memperlemah kuat tekan karena kecilnya komponen yang
berperan untuk proses pelarutan unsur silikona dan alumina dari abu layang untuk
membentuk geopolymer, tetapi kandungan Na2O yang sangat tinggi juga akan
memperlemah kuat tekan dan meningkatkan heterogenitas serta menurunkan
kerapatan mikrostruktur geopolymer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari seluruh pengujian, analisis data, dan pembahasan yang dilakukan dalam
penelitian ini, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Fly ash-based geopolymer adalah campuran fly ash sebagai pengganti semen,
air, dan alkaline activator. Penggunaan fly ash pada pasta ini menyebabkan
peningkatan setting time pada keduanya, baik initial dan final set. Untuk
mempercepat setting time maka ditambahkan alkaline activator sebagai
pengikatnya yaitu sodium silikat dan sodium hidroksida.
2. Setting time tercepat pada variasi Molaritas NaOH diperoleh pada G.Mol 8 (8
Molar) yaitu pada 16,67 jam untuk initial setting time dan 25,17 jam untuk
final setting time. Sedangkan pada variasi Modulus Alkali Na2O/SiO2
diperoleh pada modulus alkali 1,25 yaitu pada 19,33 jam untuk initial setting
time dan 28,67 jam untuk final setting time.
3. Pengaruh molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 terhadap setting
time dapat direpresentasikan dalam suatu hubungan penetrasi resistance P
dan waktu ikat t yang dapat dinyatakan dalam suatu hubungan fungsi power
yaitu P = A(t – t0)B dengan A dan B sebagai konstanta. Pada molaritas NaOH
maupun modulus alkali Na2O/SiO2, didapatkan konstanta B yang setara yaitu
sebesar -0,23 untuk molaritas NaOH dan -0,18 untuk modulus alkali
Na2O/SiO2. Untuk konstanta A tergantung pada variasi jumlah molaritas dan
modulus alkalinya. Dari grafik hubungan antara molaritas dan konstanta A
didapatkan persamaan y = 1,357x2 – 20,21x + 121,9 dengan variabel x
sebagai molaritas NaOH dan y sebagai konstanta A. Dari grafik hubungan
antara modulus alkali Na2O/SiO2 dan konstanta A didapatkan persamaan y =
14,28x2 – 43,65x + 77,25 dengan variabel x sebagai modulus alkali
(Na2O/SiO2) dan y sebagai konstanta A. Dari kedua persamaan ini didapatkan
komposisi molaritas NaOH dan modulus alkali Na2O/SiO2 yang paling tepat
42
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
untuk mendapatkan konstanta A terkecil dan setting time tercepat yaitu pada
molaritas 8 molar dan modulus alkali 1,25.
4. Dari hasil penelitian ini didapatkan komposisi molaritas NaOH dan modulus
alkali Na2O/SiO2 dengan setting time tercepat yang kemudian akan digunakan
sebagai acuan komposisi larutan geopolymer untuk penelitian selanjutnya
yaitu pada komposisi molaritas NaOH 8 Molar dan modulus alkali 1,25.
5.2. Saran
Geopolymer mortar sangat potensial digunakan sebagai patch repair karena
mempunyai sifat antara lain kekuatan awalnya tinggi, permeabilitasnya rendah,
tahan terhadap api dan serangan asam, kuat tekan tinggi, dan memiliki nilai susut
yang lebih rendah dibandingkan mortar semen biasa. Untuk itu perlu diadakan
penelitian lebih lanjut untuk memperoleh komposisi campuran sodium silikat dan
sodium hidroksida yang tepat agar menghasilkan geopolymer yang memenuhi
persyaratan setting time dan repair material yang akan digunakan dalam patch
repair dapat meningkatkan kinerja mortar.
Recommended