Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017

MTR-83

KONTRIBUSI SERAT SINTETIS PADA PENINGKATAN KUAT TARIK LENTUR

BETON GEOPOLIMER

Firdaus1 dan Ishak Yunus

1

1Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Bina Darma, Jl. A. Yani No1, Palembang

Email: firdaus.dr@mail.binadarma.ac.id , firdaus.dr@gmail.com

ABSTRAK

Potensi penggunaan bahan non semen pada produk beton menjadi potensi yang dapat

diperhitungkan untuk terus dikembangkan. Penelitian sebelumnya berupa penggunaan bahan dasar

flyash dengan perlakuan berupa penyaringan sehingga diperoleh tingkat kehalusan yang lebih baik

dari bahan dasar flyash tanpa perlakuan menghasilkan perbaikan dalam karakteristik beton.

Rumusan masalah penelitian ini adalah untuk melihat perilaku beton geopolimer dengan

penambahan serat didalam campuran beton. Dan tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui

peningkatan kuat tarik lentur akibat dari penambahan serat. Penelitian menggunakan bahan

geopolimer dari komposisi optimum yang sudah diperoleh dari hasil penelitian sebelumnya. Bahan

dasar flyash dari didapat dari hasil penyaringan berupa tingkat kehalusan zona 0 dan 3,merupakan

bahan yang dipergunakan pada pembuatan beton geopolimer ini. Bahan aktivator yang digunakan

dalam pembuatan geopolimer berupa Na2SiO3 dan Natrium Hidroxide (NaOH). Sedangkan bahan

tambahan lain berupa serat sintetis yang akan digunakan sebagai material pada penelitian ini.

Penelitian yang dilakukan berupa pembuatan balok lentur dengan ukuran 27 cm x 7,5 cm x 7,5 cm.

Pengujian balok berupa uji lentur dengan tujuan untuk mendapatkan kekuatan tarik. Parameter yang

digunakan adalah prosentase serat yang digunakan adalah 0%, 0,25%, 0,35%, dan 0,45% terhadap

berat flyash. Dari hasil penelitian di dapat peningkatan kuat lentur maksimum diperoleh pada

penambahan serat 0,45% untuk kehalusan flyash Z0 sebesar 3,01 Mpa, dan untuk kehalusan flyash

Z3 kuat lentur maksimum pada penambahan serat 0,45% sebesar 3,17 Mpa.

Kata kunci : beton geopolimer, fly ash, serat sintetis, aktivator, lentur

1. PENDAHULUAN

Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh batubara berasal dari sisa pembakaran batu bara yang berupa abu

terbang (fly ash), abu dasar, slag dan flue gas merupakan elemen yang paling berbahaya yang dapat menimbulkan

hujan asam. Limbah padat berupa abu sebanyak 1.000-1.500 ton per hari yang dapat menghasilkan debu di musim

kering. Limbah tersebut selanjutnya dipindahkan ke lokasi pembuangan abu dan menumpuk di lokasi PLTU dalam

jumlah besar. Dengan bertambahnya jumlah abu batu bara maka sebaiknya ada penelitian untuk memanfaatkan

limbah batu bara.

Salah satu pemanfaatan flyash sebagai bahan campuran dalam pembuatan beton geopolimer. Beton geopolimer tidak

menggunakan campuran semen dalam proses pembuatannya sehingga dapat mengurangi pelepasan karbon dioksida

(CO2) ke atmosfer. Hal ini bisa terjadi karena setiap penggunaan sebanyak 1 ton semen Portland dibutuhkan energi

yang besar tetapi juga menghasilkan 1 ton gas CO2 yang bisa merusak lapisan atmosfer (Lloyd & Rangan, 2009).

Dengan melihat perilaku yang dimiliki beton geopolimer serta material-material yang menyusun beton geopolimer,

sifat dari beton geopolimer adalah sangat getas. Sifat getas beton geopolimer adalah saat menerima tegangan tarik.

Beton bersifat getas adalah karena adanya agregat. Tidak bisa dipungkiri agregat adalah bahan utama penyusun

beton, namun jika dilihat dari sifat getas yang ditimbulkan agregat akan membuat banyak kerugian pada

konstruksi bangunan pada keadaan bebas batas, lebih jelasnya secara struktural beton mempunyai tegangan tekan

cukup besar, sehingga sangat bermanfaat untuk struktur dengan gaya-gaya tekan dominan. Kelemahan struktur

beton adalah kuat tariknya yang sangat rendah dan bersifat getas.

MTR-84

2. TINJUAN PUSTAKA

Beton Geopolimer

Geopolimer adalah material yang dihasilkan dari geosintesis alumino silikat polimerik dan alkali-silikat yang

menghasilkan kerangka polimer SiO4 dan AlO4 yang terikat secara tetrahedral (Davidovits, 1994). Saat SiO2 dan

Al2O3 terikat secara tetrahedral dengan berbagai atom oksigen, harus ada ion positif

Geopolimer sangat ramah lingkungan karena selain bisa menggunakan bahan-bahan limbah industri, proses

pembuatan beton geopolimer tidak memerlukan energi seperti halnya pembuatan semen yang setidaknya

memerlukan suhu hingga 800 derajat Celsius. Dengan suhu lebih kurang 60 derajat Celsius selama kurang lebih 24

jam sudah dapat menghasilkan beton kualitas tinggi. Karenanya, pembuatan beton geopolimer dapat menurunkan

emisi gas rumah kaca yang diakibatkan oleh proses produksi semen.

Hasil riset selama ini telah menunjukkan bahwa beton geopolimer memiliki kekuatan dan ketahanan yang tinggi.

Hal yang memberikan perbedaan cukup penting antara beton geopolimer dengan beton polimer organik yang sudah

lebih dulu diperkenalkan, terutama adalah biaya pembuatannya. Beton geopolimer bisa diproduksi dengan biaya

yang setara dengan beton biasa yang jauh lebih murah dibanding biaya untuk menghasilkan beton polimer organik.

Fly Ash (abu terbang)

Abu terbang merupakan limbah yang berasal dari hasil akhir dari proses pembarakan pada industri dan PLTU yang

kemudian terbawa keluar oleh sisa-sisa permbakaran yang ditangkap menggunakan elektrostatic

precipitatir.Pembakaran batubara pada pembangkit listrik terbentuk tiga jenis abu yaitu abu terbang ( fly ash ),

boilerslag dan abu dasar( bottom ash ). Partikel abu yang terbawa gas buang disebut abu terbang.Sedangkan abu

yang tertingal dan dikeluarkan dari bawah tungku disebut abu dasar. Sebagian abu dasar berupa lelehan abu disebut

terak ( Boilerslag) abu terbang ditangkap dengan Electrical precipilator sebelum dibuang ke udara melalui

cerobong. Pozzoland dapat dipakai sebagai bahan tambahan atau bahan penganti sebagian semen Portland.Bila

dipakai sebagai penganti sebagian semen Portland umumnya berkisar antara 10% - 15% berat semen (

Tjokrodimulyo, 1996 ).

Alkaline activator

Sodium silikat dan sodium hidroksida digunakan sebagai alkalin aktivator (Hardjito Djuwantoro, 2005). Kegunaan

dari sodium silikat adalah mempercepat prosesnya polimerisasi, sedangkan sodium hidroksida berfungsi sebagai

mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung dalam fly ash yang dapat menghasilkan ikatan yang kuat.

Sodium silikat

Sodium silikat merupakan bahan yang paling aman yang sering digunakan dalam industri kimia, hal ini karena

proses pembuatan yang sederhana, sejak tahun 1818 hingga sekarang sodium silikat terus berkembang dengan

cepat.Sodium silikat dibagi menjadi 2 proses yaitu proses kering dan proses basah. Pada proses kering, pasir akan

dicampur dengan sodium carbonate (Na2Co3) atau dengan pottasium carbonate (K2CO3) pada temperatur 1100-

1200oC. Hasil Reaksi tersebut akan menghasilkan kaca 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 sehingga akan menghasilkan sodium silikat yang murni.

Dalam industri, berbagai kelas Sodium silikat yang ditandai dengan SiO2 mereka: rasio berat Na2O (rasio berat

dapat dikonversi ke molar rasio dengan perkalian dengan 1,032), yang dapat bervariasi antara 2: 1 dan 3,75Kelas 1

denganrasio ini di bawah 2.85: 1 yang disebut 'basa'. Mereka dengan SiO2 tinggi: rasio Na2O digambarkan sebagai

'netral'.

Sodium silikat terdapat dalam dua bentuk, yaitu berupa padat dan larutan, Untuk campuran beton lebih banyak

digunakan berbentuk larutan. Sodium silikat biasa juga dikenal dengan nama water glass, pada mulanya digunakan

sebagai bahan campuran dalam pembuatan sabun, tetapi dalam perkembangannya sodium silikat dapat digunakan

untuk berbagai macam keperluan, antara lain untuk bahan campur semen, pengikat keramik, campuran cat serta

berbagai keperluan industri seperti kertas, serat dan teksil.

MTR-85

Sodium hdiroksida

Sodium Hydroxide (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik, soda api, atau Sodium Hydroxide, adalah

sejenis basa logam kaustik. Sodium hydroxide terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air.

Natrium hidroksida membentuk larutanalkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air.

Sodium Hydroxide (NaOH) digunakan sebagai pembuatan pupuk, sabun, pembersih pipa. Sodium Hydroxide adalah

basa yang paling umum digunakan dalam laboratorium kimia. Sodium Hydroxide murni berbentuk putihpadat

dantersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%yang biasa disebut larutan Sorensen.

Iabersifat lembap cair dan secaraspontan menyerap carbon dioxide dari udara bebas.

Sodium hidroksida sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan, karena pada proses

pelarutannya dalam air bereaksi secara eksotermis. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan

NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutanKOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-

polar lainnya. Larutan Sodium hydroxide akan meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas (Richardson IG).

Dalam Geopolimer sodium hidroksida berfungsi untuk mereaksikan unsur-unsur Al dan Si yang terkandung dalam

fly ash sehingga dapat menghasilkan polimer yang kuat.

Beton serat

Beton dengan serat dapat didefinisikan sebagai beton yang terbuat dari semen portland atau bahan pengikat hidrolis

lainnya yang ditambah dengan agregat halus dan kasar, air, dan diperkuat dengan serat. Interaksi antara serat dan

matrik beton merupakan sifat dasar yang mempengaruhi kinerja dari material komposit beton serat. Pengetahuan

tentang interaksi ini diperlukan untuk memperkirakan kontribusi serat dan meramalkan perilaku dari komposit.

Ananta Ariatma (2005) menjelaskan bahwa kuat tekan pada beton mutu tinggi meningkat 14,67% dan pada kuat

lentur meningkat 48,06%.

Suhendro (1991), dalam penelitiannya digunakan tiga jenis kawat lokal yaitu kawat baja, kawat bendrat dan kawat

biasa yang berdiameter ± 1 mm dengan panjang ± 60 mm. Konsentrasi fiber yang diteliti adalah 0,5% dan 1%.

Diameter kerikil maksimal yang dipakai adalah 20 mm. Hal tersebut dikarenakan akan mempermudah penyebaran

fiber kawat secara merata kedalam adukan beton. disimpulkan bahwa dengan adanya serat pada beton dapat

mencegah membesarnya retak-retak rambut, dapat meningkatkan ketahanan terhadap kuat lentur, daktilitas, dan kuat

tekan

Untuk penelitian Wibowo (2006), penambahan fiber lokal kedalam adukan beton, kuat tekan beton (umur 28 hari)

bertambah 7 %. Ini menunjukan bahwa penambahan fiber lokal kedalam adukan beton tidak berpengaruh banyak

pada kuat tekan beton, namun bahan lebih bersifat daktail.

3. PROGRAM EKSPERIMENTAL

Parameter dan variabel penelitian

Parameter dan variabel penelitian yang akan dilakukan pada penelitian ini terdiri dari kehalusan flyash dan

prosentase penambahan serat fiber terhadap peningkatan kuat tarik lentur beton geopolimer. Campuran beton

geopolimer menggunakan molaritas 10.

Tabel 3.1 Parameter dan Variabel Penelitian

Kehalusan

flyash

Persentase

Serat (%)

Kode Benda Uji Jumlah Sampel

(Buah)

Z0 0 Z0-0-1 3

Z0 0,25 Z0-0,25-2 3

Z0 0,35 Z0-0,35-3 3

Z0 0,45 Z0-0,45-4 3

Z3 0 Z3-0-1 3

Z3 0,25 Z3-0,25-2 3

Z3 0,35 Z3-0,35-3 3

Z3 0,45 Z3-0,45-4 3

Penyaringan flyash

Flyash yang diperoleh dari sumbernya tidak digunakan secara langsung sebagai bahan campuran mortar beton,

namun dilakukan perlakuan berdasarkan parameter jarak jatuh flyash yang dipengaruhi oleh kehalusan flyash

(firdaus, 2015).

MTR-86

Gambar 1. Penyaringan flyash berdasarkan zona jatuh

Hasil Pengujian

Pengujian kuat lentur beton geopolimer dilakukan pada umur 28 Hari. Hasil uji kuat lentur beton geopolimer dapat

dilihat pada tabel 3.2.

Tabel 3.2 Hasil pengujian kuat lentur beton geopolimer

No Kode Benda Uji Beban Rata-Rata

(N)

Kuat Lentur Rata-Rata

(Mpa)

1 Z0-0

4500 2,33

2 Z0-0,25 4800

2,49

3 Z0-0,35 5500

2,85

4 Z0-0,45 5800

3,01

5 Z3-0-1

4800 2,49

6 Z3-0,25 5200

2,70

7 Z3-0,35 5650

2,93

8 Z3-0,45 6100

3,17

Gambar 3.1 Kurva hubungan Kuat Lentur Vs Defleksi untuk benda uji Z0

Fan Blower

Fly Ash Zona 0 Fly Ash Zona 1 Fly Ash Zona 2 Fly Ash Zona 3

Pipa Paralon

Fly Ash Masuk

MTR-87

Gambar 3.2 Kurva hubungan Kuat Lentur Vs Defleksi untuk benda uji Z3

Dari tabel 3.1 terlihat bahwa ada pengaruh peningkatan kuat lentur dengan penambahan serat sintetis pada campuran

beton geopolimer. Untuk kehalusan flyash zona 0 pada penambahan serat 0,25% dibandingkan serat 0% didapat

peningkatan kuat lentur sebesar 0,16 Mpa (6,87%), penambahan serat 0,35% sebesar 0,52 Mpa (22,32%), dan

penambahan serat 0,45% sebesar 0,68% (29,18%). Untuk kehalusan flyash zona 3 pada penambahan serat 0,25%

dibandingkan serat 0% didapat peningkatan kuat lentur sebesar 0,21Mpa (8,43%), penambahan serat 0,35% sebesar

0,44 Mpa (17,67%), dan penambahan serat 0,45% sebesar 0,67 MPa (27,31%).

Dari Gambar 3.1 dan 3.2 terlihat bahwa ada pengaruh penambahan serat pada campuran beton geopolimer pada

defleksi yang terjadi. Untuk kehalusan flyash zona 0 dan 3, semakin besar prosentase penambahan serat

memberikan perilaku yang lebih daktail pada benda uji.

4. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Prosentase penambahan serat pada campuran beton geopolimer dengan kehalusan flyash yang sama

menunjukan peningkatan kuat lentur pada benda uji. Untuk kehalusan Z0, kuat lentur maksimum didapat pada

prosentase serat 0,45% sebesar 3,01 Mpa. Untuk kehalusan Z3, kuat lentur maksimum didapat pada prosentase

serat 0,45% sebesar 3,17 Mpa.

2. Adanya pengaruh kehalusan flyash yang digunakan pada campuran beton dalam meningkatkan kuat lentur

benda uji.

3. Prosentase serat pada campuran beton geopolimer memberikan pengaruh pada perilaku lentur benda uji.

Semakin besar prosentase serat, menunjukan perilaku yang semakin daktail.

DAFTAR PUSTAKA

Ananta Ariatma (2005). “ Analisis Pengaruh Penambahan Serat Berkait Pada Beton Mutu Tinggi Berdasarkan

Optimasi Diameter Serat”

Davitdovits, J. (1994). ” Properties of Geopolymer Cements. Saint-Queuntin”, France, 1994

Firdaus (2015). “Pemanfaatan Limbah Flyash dalam Rekayasa Mortar dan Beton Geopolimer Berdasarkan

Karakteristik Kehalusan Flyash dan Jenis Aktivator”, Laporan Akhir Penelitian Hibah Fundamental

Hardjito, Djwantoro. 2005. Studies of fly ash-based geopolymer concrete. Ph. D. Curtin University of Technology,

Dept. of Civil Engineering.

MTR-88

SNI 4431:2011, Cara Uji Kuat Lentur Dengan Sistem Dua Pembebanan

Suhendro. (1991) “Pengaruh fiber kawat pada sifat-sifat beton dan beton bertulang”

Tjokrodimulyo, K., 1996, Teknologi Beton, Biro Penerbit, Yogyakarta.

Wibowo (2006). “Pengaruh penambahan serat polyethylene untuk meningkatkan kapasitas lentur balok beton”