Prosiding Pertemuon dan Presentasi I/miah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 23.25 April/996 Buku 1/ 337

KARAKTERISASI BLOK MONOLIT HASIL SEMENT ASILIMBAH RESIN

Prayitno, Endro Kismolo, Isman MTPPNY-BATAN. JI. BabarsariP,O. Box 1008 YogyakartaN

ABSTRAK

KARAKTERISAS/ BLOK MONOL/T HAS/L SEMENTAS/ LlMBAH RES/N. Proses immobi/isasi dengansemen di/akukan terhadap limbah resin (resin bekas), sehingga mencegah adanya penyebaran radionuklidapada penyimpanan atau pembuangan akhir. Komposisi proses sementasi terdiri alas berbagai perbandinganair/semen yaitu 0,3; 0,4; dan 0,5 dengan berbagai berat resin bekas yaitu 25 g, 37,5 g dan 50 gram.Kekuatan tekan berbagai perbandingan air/semen tanpa limbah resin lebih besar 0,3 pada penelitian ini.Semen Tiga Roda mempunyai kekuatan tekan lebih baik dari pada semen Gresik atau semen NzlSantara.Kekuatan uji tekan blok semen hasil sementasi limbah resin dipengaruhi oleh beberapa laktor antara lain;perbandingan air/semen dan jumlah resin yang ditambahkan. Kondisi terbaik dicapai pada perbandinganair/semen 0,3 dan 25 gram limbah resin, mempunyai kuat tekan /7,87 N/mm2. Kecepatan ~elindianberbagai komposisi berat hasil sementasi untuk waktu 91 hari adalah an tara 10-2 -10-4 gram.cm- .harz-I.

ABSTRACT

CHARACTERlZ4TION OF MONOLITH BLOCK OF SPENT RESIN CEMENTATION. Spent resinimmobilization process with cement was done to prevent release of radionuclide in the ultimate storage ordisposal. The varied Composition of water/cement ratio in the cementation process were 0.3; 0.4; 0.5 andthe various weight of resin waste are 25 g. 37.5 g and 50 gram. The compressive strength of the variouswater/cement ratio wi(hout spent resin was bigger than 0.3. This investigation proved that the compressivestrength ofTiga Roda cement was bigger than those ofGresik cement or Nllsantara cement. The compressiveof the cement block of were the spent resin cementation was influenced by the wafer/cement ratitJ and (he(otal spen( resin addition. The best condition reached at (he wafer/cement ra(io of 0.3 and 25 gram spentresin. was compressive s(rength of 17.86 N/mm2. Leachin§ rate tJf the various weight ctJmposition ofspent resin cemen(ationfor 91 days were be(ween 10-2.10- gram.cm-2.day-1

PENDAHULUAN Proses immobilisasi adalah proses merubahkonsentrat, endapan, resin bekas dan lain-lain darilimbah radioaktif menjadi bentuk parlato Limbahresin merupakan salah satu limbah yangditimbulkan pada proses dekontaminasi dan demi-neralisasi dari sistem reaktor nuklir. Padapenelitian ini digunakan radionuklida uraniumsebagai kontaminan yang diikat resin Dowex-X8.Proses immobilisasi resin bekas meng-gunakansemen dilakukan dengan mencampur semen, resindan air, kemudian diaduk sampai homogen denganalat pengaduk/ mixer. Keuntungan penggunaansemen untuk proses immobilisasi resin ini adalah :

I. Semen menghasilkan ketahanan tekan yangrelatif tinggi sehingga memberikan jaminanyang meyakinkan selama pengangkutan ketempat penyimpanan semen tara maupunpenyimpanan akhir.

L imbah radioaktif adalah limbah yangmengandung sejumlah radionuklida yang

dapat membahayakan bagi kesehatan manusiamaupun lingkungan bila tidak dikelola denganbaik. Pengelolaan limbah radioaktif adalah segala

kegiatan yang meliputi pengolahan, transportasiclan penyimpanan akhir dimana setiap langkahdiadakan pemantauan tingkat radiasinya.

Berbagai cara telah dikembangkan untukmereduksi kadar radionuklida yang kemudiandipadatkan sebelum dilakukan pembuangan akhir.Salah satu cara untuk pengungkunganradionuklida adalah dengan cara sementasi, yaituproses pemadatan limbah radioaktif meng-gunakan semen agar radionuklida yang ada didalam limbah dapat terkungkung dan tidaktersebar ke lingkungan.

ISSN 0216-3128 Prayitno, dkk

Prosiding Pertemuan dan Presentasi I/miah

PPNY-BATAN. Yogyakarla 23-25 April /996338 Buku II

2. Semen mempunyai kerapatan yang tinggi.sehingga mempunyai pori-pori yang relatifkecil yang dapat digunakan sebagai perisailimbah aktivitas sedang..

3. Proses sederhana dan dapi\t dilakukan pad atemperatur kamar.

4. Pengadaan relatif mudah dan biaya relatifmurah.

Disamping keuntungan-keuntungan ters-ebut, proses sementasi juga mempunyai

kekurangan yaitu pelucutan/pelindian yang tinggiclan untuk limbah resin sering mengalami"swelling" atau pengembangan sehinggamenimbulkan keretakan semen pad a hasilsementasi.

Untuk menguji hasil sementasi tersebutmaka parameter yang diteliti adalah kekuatantekan clan kecepatan pel indian, sedang hasil ujilainnya masih banyak lagi yang belum ditelitiseperti perubahan pH, waktu mengeras, sifatmudah patah clan retak. Untuk menguji kekuatantekan digunakan alat uji tekan "Paul Webber" clanuntuk menguji kecepatan lucut dipakai alat cacahalpha/beta buatan Canberra.

PELAKSANAAN PENELITIAN

wadah sampel yang terbuat dari polyethyline.Oiperam selama 28 hari, dilakukan uji tekanmenggunakan alar uji tekan " Paul Webber ".

b. Mcmbuat Limbah Resin Simulasi:

Oirendam sejumlah resin selama beberapahari di dalam larutan limbah uranium rasa air pactapH=4, yang telah diketahui aktivitasnya. Diukuraktivitas dari campuran sejumlah resin dalamcampuran limbah dengan alat cacah alpha/betalatar rendah buatan Canberra setiap hari sampaidiperoleh aktivitas terukur menunjukkan angkayang konstan.

c. Mencntukan beban penambahan limbahresin:

Oibuat campuran adonan air, semen denganperbandingan air/semen 0,3; 0,4; 0,5. Kedalamnya ditambahkan limbah resin masing-masing sebanyak 25 gram, 37,5 gram clan 50 gramuntuk setiap perbandingan air/semen. Campurandicetak dalam tabung polyethyline, diperamselama 28 hari. Kemudian dilakukan analisis ujitekan clan uji lucut.

d. Pengolahan data.

Data yang didapat dihitung menggunakancara statistik, sehingga dapat diperoleh hasilpenelitian secara kualitatif. Faktor-faktor yangberpengaruh pada penelitian ini adalah Merksemen, perbandingan air/semen dan banyaknyaresin yang ditambahkan. Untuk mengetahui hasilpenelitian secara kuantitatif dilakukan uji lucutStandart IAEA. Blck semen yang berbentuksilinder diletakkan dalam wadah yang terbuat daribahan plastik yang berisi aquades s~banyak 1O kalivolume sampel blok semen.

Kecepatan pelindian dapat dihitung denganrumus:

R = 1:( At. Wo) / ( Ao.S. T) gram.cm-2 hari-l

dengan :R : kecepatan pel indian, gram.cm-2 hari-lAt :jumlah aktivitas yang terlindi pada waktu t,

uCiAo : jumlah aktivitas mula-mula dalam cuplikan .

Wo: berat blok semen, gramS : luas permukaan blok, cm2t : lama pelindian.

I. Bahan-bahan

a. Semen, dipakai semen Portland Standard type 1merk : gresik, Nusantara clan Tiga Roda.

b. Limbah resin terkontaminasi Uranium dengan

aktivitas 2,6x1 0-4I1Ci/ml.c. Media lindi, digunakan aquades.

2. Peralatan

a. Alat cacah alpha/beta latar rendah buatan

Canberra.b. Alat uji tekan Paul Webberc. Alat pengaduk listrikd. Timbangane. Gelas ukur .f. Wadah sampel (tabung polyethyline )

g. Tabung pelindian.

3. Langkah-langkah Penelitian

a. Menentukan kekuatan tekan dari tiga merk

semen:Dibuat campuran adonan semen daD air

dengan perbandi- ngan air/semen: 0,3; 0,4; 0,5;0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0. Campuran dicetak dalam

ISSN 0216-3128Prayitno, dkk

Prosiding Pertemuan don Presentasi IImiah

PPNY-BATA,V. Yog}'akarta 23-25 ..lpril/996 Buku II 339

HASIL DAN PEMBAHASAN

I. Pcncntuan pcrbandingan air/semen (A/S)dari bcrbagai mcrk semen.

Oari percobaan pengaruh perbandinganair/semen terhadap kuat tekan untuk merek semenNusantara, semen gresik dan semen Tiga Rodadapat dilihat pada tabell, 2 dan 3

Tabe! Hasil uji tekan blok semen Nusantara.

No A/S Volume

(cm3 )'-Berat

(gram)

I

Kerapatan l(gram/cm3) kuattekan

(N/mm2.10,30,40,50,60,70,80,91,0

44,4646,1446,4739,0843,5641,4341,7735,83

92,6891,9284,2870,4576,5871,5870,5859,70

2;081,991,811,801,761,731,691,67

37,5131,2527,6821,4316,0712,509,828,04

2345678

Tabel 3. Hasil uji tekan blok semen Tiga Roda

No AlS Volume(cm3 )

'IBerat I(gram) Kerapatan

(gram/cm3:

--

kuat

tekan

(N/mm248,3846,2544,5735,6137,5136,5134,7132,59

103,5897,8688,5669,0472,0668,2462,1357.63

2,142,121,991,941,921,871,791,77

37,37,34,31,29,26,23,17,

perbandingan air terhadap semen (A/S). Semakinbcsar pcrbandingan air tcrhadap Semen akanmengaki batkan reaksi hidrasi yang terjadikelebihan molekul air (bleeding) clan terjadiShrinkage (penyusutan volume matrik) selamaproses setting clan hardening berlangsung. Selamaberlangsung proses setting clan hardening, makaudara yang terkandung dalam air akan ikut keluardari pasta semen akibat timbulnya panas hidrasi.Hal ini akan mengakibatkan terbentuknyaporositas blok semen sehingga densitas bloksemen menjadi rendah. Pada proses pemadatan,adanya porositas blok semen tidak diharapkan,karena selain mempunyai sifat tembus air yangtinggi, juga akan mengakibatkan kuat tekannyamenjadi kecil.

Kelebihan molekul air akan menyebabkanpula adanya air bebas pada blok semen, yang.mana pada pemadatan hat ini sangat tidakdiharapkan karena akan menyebabkan terlepasnyaradionuklida ke lingkungan.

Kekuatan tekan dari suatu blok semen yangdicampur dengan resin dipengaruhi oleh adanyafaktor pengembangan (swel.1ing) dari resin, yangmana resin setelah menyerap cairan maka resinakan mengembang sehingga bila jumlah resinmakin banyak akan menyebabkan penurunankekuatan tekan ciari blok semen menjadi besarpula. Disamping itu, kekuatan tekan dari bloksemen yang bercampur dari resin dipengaruhi pulaoleh derajat " cross linking" dari resin. Makin

besar cross linking maka akan kokoh clan faktorpengembangan akan makin kecil. Penurunankekuatan tekan dapat pula disebabkan karenakurangnya semen sebagai bahan pengikat, sertakurangnya air yang tersedia membentuk adonan

yang homogen.

Untuk mengetahui merek semen mana yangmempunyai kekuatan tekan yang terbaik dariketiga merek semen tersebut, dihitung denganmenggunakan cara statistik yaitu dengan desainblok lengkap acak.

Hasil pengamatan untuk model ini biasanyadiatur seperti tabel berikut ( tabel.4 )

Setelah dihitung harga jumlah kuadrat dariberbagai variasi, maka diperoleh daftar ANOV Aseperti pada tabel 5. Dari daftar distribusi F(Ftabel), didapat : FO.O5(7.14)= 2,77 clanFO,OI(7,4) = 4,28. F tabel jauh lcbih kecil dariOari scmua jcnis semen tcrlihat pacta label

1,2 dan tabel 3 maka tampak adanya penurunankekuatan tekan jika semakin besar harga

ISSN 0216-3128 Prayitno, dkk

5172

8325

47792286

Tabel.4. Oaftar Oesain Blok Lengkap Acak.

pacta F hilling, jadi hipotesa H ditolak pacta taraf0,05 dan 0,01 dan hasil pengujian bersifatsignifikan, yaitu acta beda nyata antara ketigamerek semen itu terhadap uji kekuatan .

Untuk mengetahui merek semen dan

perbandingan air/semen yang terbaik dapat dilihat

Tabel.5. Daftar ANOV A dari Desain BlokLengkap Acak

dipilih desain eksperimen faktorial 33 tanpareplikasi ( pengulangan ). Ada 3 faktor yangberpengaruh yaitu :a. Jenis semen ( = A )

b: Ratio NS (= B )c. Berat limbah resin ( = C )

Data yang diperoleh berdasarkan uji tekarldengan menggunakan alat uji tekan Paul Webber (N/mm2), dapat dilihat pada tabel.6.

Setelah dihitung jumlah kuadrat Uk) daDrerata jumlah kuadrat (rjk) dari berbagai sumbervariasi, maka diperoleh daftar ANOV A sepertitabel.7.

Batas.batas daerah kritis untuk masing.masing pengujian ditentukan oleh taraf signifikanyang dipiJih sesuai dari distribusi F dengan derajatkebebasan yang diambil sesuai dengan perlakuan

masing-masing dipasangkan dengan derajatkebebasan kekeJiruan. Dari daftar distribusi F(Ftabel ), didapat :

F 0,05 (2,8) = 4,46 clan F 0,01 (2,8) = 8,65F 0,05 (4,8) = 3,85 dan FO 01 (2,8) = 7,01

Temyata bahwa hanya faktor.faktor B (= ratioair/semen) clan C (berat resin) yang mempunyaiefek terhadap kekuatan uji tekan yang sang at nyatadi dalam eksperimen ini. Lain- lainnya tidakmempunyai efek yang signifikan.

Tabel.6. Daftar eksperimen faktorial

dari uji rata-rata. Dari tabel dapat dilihat bahwauji kekuatan tekan terbaik dari ketiga mereksemen dicapai oleh semen Tiga Roda padaperbandingan NS = 0,3.

2. Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh.

Pada percobaan untuk menentukan faktor-faktor yang berpengaruh dalam campuran resin,air dan semen dari ketiga merek semen tersebut,

Prayitno. dkk ISSN 0216-3128

Prosiding Pertelnuan dan Presentas; I/m;ah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 2J-25 April /996 Buku II 341

Tabel.7. Daftar ANOV A dati eksperimen faktorial33, 3. Penentuan kecepatan pelindian.

Dari ke 27 sam pel percobaan yang diteliti,diperoleh data karakteristik monolit blok semenseperti terlihat pada label 8.

Setelah sampel direndam di dalam aquadesyang volumenya 10 kali volume sam pel, dari 27sampel yang direndam hanya 6 sampel yang tidakpecah. Dari keenam sampel yang tidak pecahdilakukan analisis aktivitas pel indian denganmenggunakan alat cacah alpha! beta Jatar rendahbuatan Canberra. Analisis aktivitas pelindiandilakukan pada hari ke 1,2,3, 7, 14,21,28,35,42, 77 sampai hari ke 91. Kecepatan pelindiandapat dilihat pad a tabel.9

Tabel.S. Data karakteristik mono lit blok basil pencetakan.

MerekSeffien-I Komposi~C~~puran Karaktenstlk MonolitNo

~_l-R:eSln(gra!!!)~LYolume

(cmJ) 1 Berat,(gram)74,53573,97067,83773,84869,07166;62268,27372,28464,190

I Kerapat~(.!!;raiiJCmJ) jN-uSANTARA

~~

0,5~0,4~

~~

0,5

25,025,025,037,5W37,550,05"0]50~

~44,239

~42,778~43,67441,43445:9r34I;2lO

1,7751,672T:6281,7261,632~1,648

~1,558

23456

-8

9

0,30,4

})2~0,4OJ~0,4~

25,025,0~~~

375,50,050,050,0

~~~~~

~~~42,778

75,43470,749~72,271

~65,397

~~6_~,Z32

1,773

~1,615~~

~~~

1.537

10

18

GRES

k

192021222324252627

T 0,30,4~~

~~0,30,40,5

~

25,0

~~37,537,5-so:o50,050,0

37,830~~

39,418~43,898

~43,67446,249

~~

71,6606B:98570:996~~74,32673-:0"7974,735

~

1,7061,608

~1,694

~~1,673~

GA

R0DA

lSSN 0216-3128 Prayitno, dkk

Prosiding Pertelnuan don Presentasi l/miah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 23-25 April 1996342 Buku II

Tabel.9. Hasil perhitungan kecepatan pelindian

I Laju lindi ( x 10-.) gram cm-" hari-l ): NUSANTARA I GRESIK--1TIG:;\.-RODA .

HARIKe

KESIMPULAN. DAFTARPUSTAKA

1. A.ANTONO, ,"Teknologi Beton", FakultasTeknik Jurusan Sipil UGM, Yogyakarta, 1980.

2. IAEA, " Characteristic Of Solidified, liigh

Level Waste Product", Vienna, 1979.

3. IAEA, " Management Of Radioactive Waste

From Nuclear Fuel Cycle", Volume II, Vienna,1976.

4. SUDJANA, "Disain Dan AnalisisEksperimen", Penerbit Tarsito, Bandung, 1982

5. TECHNICAL REPORT SERIES No.82 , "

Treatment Of Low And Intermediate LevelRadioactive Waste Concentrates ", IAEA,Vienna, 1968.

TANYAJAWAB

Berdasarkan hasil analisis data percobaanclan teori yang ada, dapat diambil beberapakesimpulan :

I. Kenaikan perbandingan air/semen menurunkankekuatan tekan mono lit blok semen yangdihasilkan. Hal ini terjadi karena adanyakelebihan molckul air yang dapatmeningkatkan porositas monolit blok.

2. Kckuatan tekan monolit blok semen tanpapenambahan limbah resin mempunyai hargatertinggi dicapai pada perbandingan air/semen= 0,3 clan semen Tiga Roda mempunyai

kekuatan tekan yang lebih baik bila dibandingsemen Nusantara clan semen Gresik.

3. Pad a sementasi limbah resin faktorperbandingan air/semen clan banyaknya resin

yang ditambahkan sangat berpengaruh padakekuatan tekan mono lit blok yang dihasilkan.sedangkan merek semen clan interaksi antaraketiga faktor tidak mempunyai efek yang

nyata.4. Kekuatan uji tekan terbaik dicapai pada

perbandingan air/semen ( AlS ) = 0,3 clanbanyaknya iimbah resin yang ditambahkan =

25 gram, yaitu sebesar 17,86 N/mm2. Ujipelindian pada hari ke 91 menghasilkankecepatan pelindian an tara 10-2 -10-4grarl1.cm-2.hari-l, sehingga masih pada batas

yang diijinkan.

Eko BlIdiO1l0

-, Sele/ah mengikuli presenlasi bapak, do/amIransparasi masih banyak penggunaan bahasayang kurang konsislen. seperli misa/nyaprosedur kerja meslinya cora kerja. ado kala/ucul ado kala lindi. Mohon dijelaskan.

ISSN 0216-3128Prayitno, dkk

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Jlmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 23-25 April 1996 Buku 11 343

Pryitno:

". Saran kami terima, prosedur kerja akan kamiganti dengan tara kerja dan untuk kesamaantulisan akan kami ganti dengan kata uji lucut.

Herry Poernomo:

", Mengapa semen PC tipe I un/uk semen produk

Gresik, Tiga Roda don Nusan/ara memberikan.kuat tekan yang berbeda, mohon penje/asan

-.Berapa kadar air di do/am resin bekas.-, Mengingat resin mempunyai sifat "swelling",

bagaimana pengaruhnya /erhadap proses"hardening"

Prayitno

-.Limbah resin dalam blok semen hanya bersifatinert dan terkungkung dalam semen.

-.Menahan terjadinya swelling dengapenambahan aditif.

-.Komposisi limbah limbah resin dalam padatansebanyak 25%

-.Batas !aju lindi sebesar 10-3

gram/(ggram2hari) pada hari ke 90

Nurilnaniwaty

-.Mengapa tidak di/akukan uji panas?

Prayitno:

-.Akan kami lakukan pada penelitian yang akan

datang.

Ngasifudin:

-.Mohon penje/asan bagaimana karekteristikyang utama terhadap b/ok mono/it?

-.Dari segi ekonomi .bagaimana p.endapatsaudara hila membuat semen sendiri?

Prayitno:

-.Karakteristik yang utama ada!ah perbandinganair/semen, volume, berat dan krapatan

-.Membuat semen sendiri untuk mengolahlimbah masih kurang efesien.

Amir Rusti:

-.Apakah ado hubungan antara komposisi semendengan rasio air/semen yang diper/ukan.?

Prayitno:

-.Ada hubungan antara komposisi kimia ke tigasemen dengan rasio air/semen yang

diperlukan.

Pryitno:

-.Disini tidak dikaitkan dengan komposisi %dari campuran dalam semen tapi melihatkekuatan tekan dari campuran yang selain itudihitung dari statistik untuk tingkat keyakinan95% dan 99% terjadi perbedaan yangsignifikan (lihat tabel 5)

-.Kadar air dalam resin bekas tidak teliti, hanyasejumlah resin direndam dalam larutanuranium rase air yang telah diketahui

aktivitasnya.-.Adanya faktor "swelling" dari resin setelah

menyerap air, maka resin akan mengembang.Jika jumlah resin makin banyak akanmengakibatkan penurunan kekuatan tekan dariblok semen menjadi besar. Selain itudipengaruhi oleh derajad "cross linking" dariresin., makin besar "cross linking" maka akankokoh dan faktor pengembangan akan makinkecil.

Supardi:

-.Bagaimana mekanisme reaksi reaksi anatararesin aktif dengan semen?

-.Bagaimana cara untuk menekan terjadinyaswelling dikaitkan dengan kuat tekan dan lajulindi? .

-.Berapa koposisi resin dalam padatan?-.Berapa batas laju lindi untuk sementasi limbah

resin?

ISSN 0216-3128 Prayitno, dkk