Pengaruh Pumice terhadap Karakteristik Beton Polimer sebagai Bahan Bangunan Jenis Beton Ringan StrukturalP. Sebayang1, Muljadi2, Deni S. Khaerudini3, Anggito. P. Tetuko4. Pusat Penelitian Fisika-LIPI,Kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang 15314 Email: pard003@lipi.go.id; mulj004@lipi.go.id; deni008@lipi.go.id; angg005@lipi.go.id1,2,3,4

Abstrak. Telah dilakukan pembuatan beton polimer berbasis pumice, pasir dan epoxy resin sebagai bahan bangunan jenis beton ringan struktural. Komposisi bahan baku beton polimer dibuat dengan perbandingan antara pumice dan pasir adalah 0 : 100, 10 : 90, 20 : 80, 30 : 70 dan 50 : 50 % berat, jumlah epoxy resin dibuat tetap sebesar 25% (% berat dari total agregat). Preparasi benda uji dilakukan dengan tahapan sebagai berikut: penimbangan, pencampuran, pengadukan, pencetakan dan pengerasan (ageing) selama 24 jam pada suhu 60 oC. Parameter yang diukur antara lain: densitas, water absorption, kuat tarik, kuat tekan, kuat patah, koefisienn ekspansi termal dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa kondisi optimum beton polimer, diperoleh pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% epoxy resin (% berat dari total agregat). Pada kondisi ini diperoleh karakteristik beton polimer sebagai berikut: densitas = 2,18 g/cm3, water absorption = 0,98%, kuat tarik = 8,27 MPa, kuat tekan = 31,2 MPa, kuat patah = 15,36 MPa, dan koefesien ekspansi termal = 10,3 x 10-6 oC -1. Mikrostruktur beton ringan struktural dianalisa dengan menggunakan SEM menunjukkan bahwa distribusi dan ukuran pori tidak merata, sedangkan bentuk gumpalan agregat berkisar antara 2 6 m dan ukuran pori 2 m. Kata kunci: light weight concrete, pumice, epoxy resin, polymer concrete.

1. Pendahuluan Beton adalah bahan konstruksi yang berbasis perekat semen, dan agregatnya berupa: pasir dan batu (kerikil). Beton umumnya digunakan untuk konstruksi rumah, gedung, jembatan, jalan dan lain-lain. Karakteristik beton yang beredar di pasar, memiliki densitas sebesar: 2,0 2,5 g/cm3, dan kuat tekan: 3 50 MPa [1]. Beton ini tergolong cukup berat, untuk satu panel berukuran 240 x 60 x 6 cm, dengan bobot sekitar 100 - 125 kg. Oleh karena itu untuk mengangkat ataupun instalasinya memerlukan tenaga lebih dari satu orang atau alat berat sebagai media pembantu. Beton dengan perekat semen disamping berat, mempunyai kelemahan lainnya: pengerasannya cukup lama (28 hari), tidak tahan terhadap lumut atau kelembaban tinggi dan menyebabkan beton cepat rapuh [2]. Cara mengatasinya, perlu dilakukan proses perekayasaan material beton sehingga kelemahan tersebut dapat diminimalkan. Rekayasa material yang telah dilakukan antara lain: menambahkan aditif nano silika agar kekuatan dan kepadatan beton meningkat 30 50% [3]. Permasalahannya bobotnya tetap tinggi, harga nano silika mahal, sulit mendapatkannya, dan waktu pengerasan relatif lama, 21 hari. Salah satu usaha adalah dengan cara merekayasa material beton melalui penggunaan agregat ringan seperti batu apung (pumice), perlite, foam dan lain-lain. Untuk mempercepat waktu pengerasan dan sekaligus menutup rongga rongga pada beton agar tahan terhadap kelembaban tinggi maka perlu dilakukan subsitusi bahan semen dengan material polimer. Keunggulan polimer dibandingkan semen, yaitu: cepat pengerasannya, ringan, kekuatannya lebih tinggi dan daya lenturnya lebih baik [4]. Pada penelitian ini, dibuat beton dengan menggunakan perekat epoxy resin dan agregat pumice. Pumice banyak dijumpai di Indonesia, misalnya: Pulau Sumatera dan Jawa, dan saat ini penggunaan pumice belum optimal. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh komposisi pumice dan pasir terhadap karakteristik beton polimer, dengan perekat 25% epoxy resin (% berat dari total agregat). Besaran fisis yang diamati: densitas, water absorption, kuat tarik, kuat tekan, kuat patah, koefisien ekspansi termal, dan analisa mikrostrukturnya dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

BSS_282_1_1 - 6

2. MetodologiBahan baku yang digunakan untuk pembuatan beton polimer: pasir, pumice, epoxy resin dan thinner. Bahan baku tersebut ditimbang sesuai dengan komposisi: A1, A2, A3, A4, dan A5, seperti pada tabel 1, penambahan thinner berfungsi sebagai bahan pengencer epoxy resin.Tabel 1. Komposisi campuran bahan baku pada pembuatan beton polimer. Kode Sampel Pasir (g) Pumice (g) Epoxy resin (g) Thinner (g) A1 300 0 75 37,5 A2 270 30 75 37,5 A3 240 60 75 37,5 A4 210 90 75 37,5 A5 150 150 75 37,5

Setelah bahan baku ditimbang, kemudian dicampur dan diaduk dalam suatu wadah hingga merata, diperlihatkan pada gambar 1. Selanjutnya adonan (slurry) tersebut dituangkan ke dalam cetakan yang terbuat dari baja (mould steel). Ada dua model sampel uji, yaitu: bentuk silinder (diameter 2,5 cm dan tinggi 7,5 cm), dan balok (16 x 4 x 4 cm). Proses pengeringan atau pengerasan dilakukan di dalam drying oven pada suhu 60 oC selama 24 jam. Pengujian yang dilakukan meliputi: densitas, water absorption, kuat tarik, kuat tekan, kuat patah, koefisien termal ekspansi, dan analisa mikrostruktur.

Gambar 1. Diagram alir proses preparasi sampel uji beton polimer dan karakterisasinya.

Pengujian densitas dari beton polimer yang telah dibuat, diamati dengan menggunakan prinsip Archimedes dan mengacu pada [5], water absorption mengacu [5], kuat tarik mengacu [5], kuat tekan mengacu [5], kuat patah mengacu [5]. Pengukuran koefesien ekspansi termal dilakukan dengan menggunakan Dilatometer (Harrop TD-712), pada rentang suhu: 30 60 oC dan mengacu [5]. Bentuk dan ukuran partikel penyusun beton polimer diidentifikasi dengan alat Scanning Electron Microscope (SEM). 3. Hasil dan pembahasan Batu apung (pumice) yang digunakan pada pembuatan beton polimer adalah berbentuk bongkahan, berwarna putih, densitas 0,64 g/cm3 dan porositas 22,5%. Hasil analisa pumice yang diamati dengan Atomic Absoption Spectroscophy (AAS) diperlihatkan pada tabel 2.Tabel 2. Hasil Analisa Batu apung (pumice) Parameter Komposisi (% berat) Al203 12,90 SiO2 71,35 Na2O 3,40 K2O 4,45 MgO 0,50 MnO 0,10 CaO 1,10 Fe2O3 1,40 FeO 0,90 TiO2 0,13 LOI 3,77

BSS_282_1_2 - 6

Dari tabel 2, terlihat bahwa komposisi pumice dominan adalah: silika (SiO2), alumina (Al2O3), kalium oksida (K2O) dan natrium oksida (Na2O), sedangkan komponen lainnya relatif kecil dan merupakan bagian dari pengotor. Loss of ignition (LOI) adalah hilang pijar atau material yang terlepas menjadi gas pada saat pembakaran pada suhu 1100 0C [6]. Komposisi pumice ini mirip dengan semen, kelebihannya adalah ringan dan memiliki pori yang terdistribusi keseluruh material. Hasil pengukuran densitas beton polimer yang berbasis agregat pumice dan binder epoxy resin diperlihatkan pada gambar 2. Dari gambar 2, terlihat bahwa densitas beton polimer yang diperoleh berkisar antara 1,94 2,18 g/cm3, dengan waktu pengerasan (ageing) selama 7 hari.2.5Densitas (g/cm3)

Beton konvensional2.04 2.1 2.15 2.18 1.94

2

1.5

Beton semen pumice1 0 10 20 30 40 50 Pumice (% berat)

Gambar 2. Hubungan antara densitas terhadap kandungan pumice.

Nilai densitas tertinggi (2,18 g/cm3) diperoleh pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% berat epoxy resin (dari jumlah total agregat). Densitas beton konvensional (semen portland) adalah 2,307 g/cm3, dan beton semen pumice 1,181 g/cm3 pada umur 14 hari [1]. Densitas beton berat (heavy weight concrete) adalah berkisar 3,30 3,80 g/cm3 dan beton ringan 1,60 g/cm3 [7]. Terjadinya peningkatan densitas dapat disebabkan oleh adanya bahan epoxy resin yang mampu menutup pori-pori atau cacat mikro pada beton, sehingga proses solidifikasi menjadi lebih sempurna. Hubungan antara water absorption terhadap kandungan pumice pada beton polimer diperlihatkan pada gambar 3. Water absorption dari beton polimer berkisar antara 0,98 1,82%, dengan waktu pengerasan 7 hari.8.5Water absorption (%)

Beton semen pumice6.5 4.5 2.5 0.5 0 10 20 30 Pumice (% berat) 40 501.82 1.4

Beton konvensional

1.22

1.7 0.98

Gambar 3. Hubungan antara water absorption terhadap kandungan pumice.

Nilai water absorption berbanding terbalik dengan jumlah kandungan pumice, kecuali pada 50% pumice cenderung meningkat. Pada 50% pumice terjadi peningkatan water absorption mungkin disebabkan jumlah resin yang dibutuhkan kurang, sehingga daya serapnya meningkat. Water absorption turun menyatakan beton tersebut semakin kedap (resistance) dan bertambah baik kualitasnya. Nilai water absorption terendah (0,98%) diperoleh pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% berat epoxy resin (dari jumlah total agregat), dengan. Beton semen pumice dengan campuran semen : pasir : pumice = 1 : 1 : 0,7,

BSS_282_1_3 - 6

faktor air semen (fas) = 0,7 dan dikeringkan pada suhu kamar, menghasilkan water absorption 7,84% [8]. Beton konvensional umumnya mempunyai nilai water absorption sekitar 5,5% [4]. Hubungan antara kuat tarik terhadap kandungan pumice pada beton polimer diperlihatkan pada gambar 6. Kuat tarik dari beton polimer berkisar antara 6,19 8,27 MPa, waktu pengerasan 7 hari. Penambahan pumice hingga 30%, nilai kuat tarik cenderung meningkat, kecuali pada 50% pumice. Oleh karena itu pada 50% pumice, ikatan antara agregatnya kurang sempurna dan perlu ditambahkan epoxy resin. Untuk beton konvensional semen portland, kuat tarik rata-rata sekitar 2,5 MPa [4], beton polimer 12 14% (berat) resin poliester kekuatan tariknya sekitar 6,5 8 MPa. Kenyataan ini mengidensifikasikan tercapainya kondisi optimum dan menghasilkan sifat mekanik terbaik [9].9Kuat tarik (MPa)7.00 7.40 8.06

7 5 3 1 0

8.27

6.19

Beton semen pumice Beton konvensional

10

20 30 Pumice (% berat)

40

50

Gambar 6. Hubungan antara kuat tarik terhadap kandungan pumice. .

Penelitian lain [7], penambahan 10% berat resin polimer pada campuran beton menghasilkan kuat tarik sebesar 1,43 MPa. Beton ringan berbasis material pumice dan semen, kekuatan tariknya pada usia beton 7 90 hari, yaitu: 1 4,33 MPa [1]. Beton polimer yang dibuat berbasis pumice cukup baik, dimana respon deformasi relatif tinggi dan tergantung pada komposisi bahan baku yang digunakan. Nilai kuat tarik terbesar (8,27 MPa) dicapai pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% berat epoxy resin (dari jumlah total agregat). Dengan demikian, penambahan epoxy resin dapat diaplikasikan untuk kondisi darurat, misal: pembuatan terowongan, perbaikan jembatan, dan lainnya yang membutuhkan waktu singkat dan tetap memenuhi standar konstruksi. Disamping waktu pengerjaannya cepat, ringan dalam pengangkutan, umur pakai lebih lama, dan biaya perawatan (maintenance cost) relatif murah. Hubungan antara kuat tekan terhadap kandungan pumice pada beton polimer diperlihatkan pada gambar 4. Nilai kuat tekan dari beton polimer berkisar antara 24,6 31,20 MPa, waktu pengerasan 7 hari.40

Kuat tekan (MPa)

3327.3

29.2

30.8

31.20

26 19 12 0

Beton konvensional + 5% polimer Beton semen pumice + 10% polimer10 20 30 Pumice (% berat) 40

24.60

50

Gambar 4. Hubungan antara kuat tekan terhadap kandungan pumice. .

Pada penambahan pumice sampai 30% cenderung meningkatkan kuat tekan, dan pada 50% pumice nilainya turun, hal ini disebabkan adanya pori dan kurangnya ikatan diantara agregat tersebut. Nilai kuat tekan akan naik, apabila jumlah epoxy resin ditambah karena ikatan antara pasir dan pumice menjadi lebih kuat. Kondisi optimum dicapai pada: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% epoxy resin (dari jumlah total agregat),

BSS_282_1_4 - 6

dengan kuat tekan 31,20 MPa. Dengan demikian, fungsi epoxy resin selain sebagai perekat, meningkatkan kekuatan dan dapat mengurangi abrasi atau terkikisnya pumice tersebut. Beton normal dengan penambahan 5% polyethelene, menghasilkan kuat tekan 23,3 MPa [8]. Sedangkan beton semen pumice dengan campuran semen : pasir : batu apung = 1 : 1 : 0,7 dan fas = 0,7 serta dikeringkan pada udara terbuka, kuat tekannya 14,73 MPa [6]. Beton ringan dengan benda uji berbentuk selinder dan berbasis pumice, mempunyai kuat tekan 22 MPa [1]. Hubungan antara kuat patah terhadap kandungan pumice pada beton polimer diperlihatkan pada gambar 5. Nilai kuat patah dari beton polimer berkisar antara 13,30 15,36 MPa, waktu pengerasan 7 hari.16

Beton polimer poliester13.70 14.17 1 4.81

15.36 1 3.30

Kuat patah (MPa)

12

8

Beton konvensional4 0 10 20 30 40 50 pumice (% berat)

Gambar 5. Hubungan antara kuat patah terhadap kandungan pumice. .

Penambahan pumice sampai 30%, cenderung meningkatkan kuat patah, kecuali pada 50% pumice terjadi penurunan, karena adanya pori diantara agregat dan di dalam pumice itu sendiri. Pada kondisi 50% pumice perlu penambahan resin untuk mengisi pori-pori atau menutupi cacat mikro pada beton polimer tersebut. Nilai kuat patah terbesar (15,36 MPa) diperoleh pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% epoxy resin (dari jumlah total agregat). Kuat patah beton konvensional sekitar 4,90 MPa [9], dan kekuatan patah dari beton polimer rata-rata sekitar 24,57 MPa [10]. Beton polimer dengan binder epoxy resin atau poliester mempunyai kuat patah sebesar 15 MPa [4]. Hubungan antara koefisien ekspansi termal (CTE) terhadap kandungan pumice pada beton polimer diperlihatkan pada gambar 7. CTE beton polimer berkisar: (9,2 19,1) x 10-6 oC-1, dengan waktu pengerasan 7 hari. Nilai CTE beton konvensional adalah (10 12) x 10-6 oC-1, beton polimer dengan binder epoksi dan poliester, mempunyai CTE: (10 35) x 10-6 oC-1 dan (10 30) x 10-6 oC-1 [4].Koef. eksp. termal (oC-1)

4.5E-05 3.5E-05 2.5E-05 1.5E-05 5.0E-061.91E-05 1.48E-05 1.22E-05 1.03E-05

9.20E-06

Beton konvensional0 10 20 30 40 50

Pumice (% berat)

Adanya perbedaan nilai CTE disebabkan oleh karena bahan polimer relatif mudah terbakar (flammable), beton konvensional umumnya mengandung bahan anorganik dan tidak mudah terbakar. Analisa mikrostruktur dari beton polimer pada komposisi 30% berat pumice, 70% berat pasir dan 25% epoxy resin (dari jumlah total agregat), diperlihatkan pada gambar 8. Dari foto SEM beton polimer terlihat bahwa masih banyak terdapat rongga-rongga (warna gelap). Bentuk rongga tidak beraturan dengan ukuran sekitar < 2 m, dan gumpalan agregat dengan ukuran berkisar 2 - 6 m (warna abu-abu). Sedangkan

Gambar 7. Hubungan antara kuat tarik terhadap kandungan pumice. .

BSS_282_1_5 - 6

epoxy resin dinyatakan dengan warna putih (terang) yang menyelimuti gumpalan agregat. Menurut [5], campuran bahan baku yang digunakan belum terdistribusi merata pada pembuatan beton polimer karena banyaknya mikro filler yang cenderung menimbulkan pori dan sulitnya epoxy resin mengalir untuk mengisi pori-pori.

Gambar 8. Foto SEM beton polimer pada komposisi 30% pumice, 70% pasir dan 25% epoxy resin.

4. Kesimpulan dan saran Pembuatan beton polimer berbasis pumice mempunyai sifat fisis, mekanik, termal dan mikrostrukturnya relatif lebih baik dibanding beton konvensional (semen portland). Beton polimer dengan kondisi optimum dicapai pada komposisi: 30% berat pumice, 70% berat pasir, dan 25% epoxy resin (dari total berat agregat). Pada kondisi tersebut menghasilkan: densitas = 2,18 g/cm3, water absorption = 0,98%, kuat tekan = 31,2 MPa, kuat patah = 15,36 MPa, kuat tarik = 8,27 MPa, dan koefisien ekspansi termal = 10,3 x 10 -6 o -1 C . Untuk melengkapi penelitian beton polimer yang dibuat sampai tahap komersialisasi maka perlu kajian lebih lanjut, meliputi: tingkat kedap suara, fire resistance, dan kajian tekno-ekonominya. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penelitian ini, sehingga dapat terlaksana dengan baik Daftar pustaka [1]. Yassar, E and Y. Erdogan (2008), Strength and Thermal Conductivity in Lightweight Building Materials, bull. Eng. Geol. Envirom, 67 : 513- 519. [2]. Cavaleri, L, N. Miraglia., and M.Papia (2003), Pumice Concrete for Structural Wall Panels; Engineering Structures, Vol 25, No.1, pp.115-125. [3]. Gaggino, R.(2006), Light and Insulant Plate for Housing External Closure; Construction and Building Materials, Vol20, pp. 917 928. [4]. Blaga, A. and J.J. Beaudoin, (2005), Polymer Concrete, Canadian Building Digest 242. [5]. Sebayang, P., dkk (2008), Sintesa dan Perekayasaan Beton Polimer untuk Enkapsulasi Limbah Padat Tanpa Menggunakan Semen, Prosiding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia, Surabaya. [6]. http://www.pumice.com.en/efs.htm (2008), Physical Properties of LOI for Material Pumice. [7]. Rommel, E (1999), Pengaruh Penambahan Resin Polimer terhadap Perbaikan Karakteristik Beton dengan Agregat Batu, http:// digilib.gunadarma.ac.id. [8]. Vipulanandan, C., and V.Y. Garas (1993), Review of Polyester Polymer Concrete Properties, Journal Materials in Civil Engineering, Vol. 5, No. 1. [9]. Emiliayuli (2008), Pengaruh Penambahan Polimer Jenis Polietilen Terhadap Kuat Tekan Beton, Politeknik Negeri Sriwijaya. [10]. Reis, J.M (2006), Strength Degradation of Polymer Concrete in Acid Environments, Congreso de Engenharia e Clencia dos Materials, Foz do Iguacu Brasil.

BSS_282_1_6 - 6