Refisian Proposal TA
-
Upload
tami-unguvioletpurple -
Category
Documents
-
view
268 -
download
0
Transcript of Refisian Proposal TA
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 1/24
PENGARUH PENAMBAHAN NANOPARTIKEL SiO2 TERHADAP DENSITAS DAN
KUAT TEKAN SEMEN PORTLAND MENGGUNAKAN METODE SIMPLE
MIXING
Oleh
Siti Fatimah
H1E007007
Diajukan sebagai Pedoman Penelitian pada Tugas Akhir I (PAF08410)
Program Studi Fisika – Jurusan MIPA – Fakultas Sains dan Teknik
Universitas Jenderal Soedirman
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
2010
USULAN PENELITIAN
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 2/24
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Penelitian
PENGARUH PENAMBAHAN NANOPARTIKEL SiO2 TERHADAP DENSITAS DAN
KUAT TEKAN SEMEN PORTLAND MENGGUNAKAN METODE SIMPLE MIXING
Lingkup Penelitian
KMK Fisika Material
Identitas Mahasiswa
a. Nama : Siti Fatimah
b. Jenis Kelamin : Perempuan
c. NIM : H1E007007
d. Angkatan/Semester : 2007/VII
e. Jumlah Kredit/IPK : 136/3,30 (Semester VI)
Lokasi Penelitian (Pengujian)
LIPI (Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia) Bandung
Jangka Waktu TA I : 1 Semester (September 2010- Agustus 2011)
Diterima dan Disetujui pada tanggal : …………………………………………
Pembimbing I
Bilalodin, M.Si
NIP . 19680112 199512 1 001
Pembimbing II
Kartika Sari M.Si
NIP. 19700615 199702 2 001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Fisika
Dr.-Ing. R. Wahyu Widanarto
NIP. 19711129 199802 1 001
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 3/24
JUDUL
PENGARUH PENAMBAHAN NANOPARTIKEL SiO2 TERHADAP DENSITAS DAN
KUAT TEKAN SEMEN PORTLAND MENGGUNAKAN METODE SIMPLE MIXING
LINGKUP PENELITIAN
KMK Fisika Material
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Seiring dengan perkembangan jumlah penduduk, kebutuhan terhadap sarana pembangunan
seperti jalanan umum, jembatan, pemukiman dan berbagai kontruksi bangunan semakin
meningkat yang tentunya harus diselaraskan dengan kualitas bangunan yang baik pula.
Kontruksi bangunan dalam pembangunannya membutuhkan material semen. Semen Portland
merupakan jenis semen hidrolik yang paling banyak digunakan[1]
. Penggunaan semen
Portland biasanya digunakan untuk campuran membuat beton[2]
.
Beton merupakan bahan bangunan yang penting dalam dunia jasa kontruksi bangunan.
Upaya peningkatan kualitas beton terus dilakukan dalam menjawab tuntutan kontruksi
bangunan dengan ketahanan fisik yang lebih baik. Ketahanan fisik beton sangat dipengaruhi
oleh bahan penyusunnya seperti air, agrerat dan semen. Kualitas semen yang baik akan
berdampak pada peningkatan ketahanan fisik diantaranya kuat tekan.
Kuat tekan pada semen dapat diperbaiki dengan meningkatkan kehalusan dari semen[3]
.
Kehalusan semen juga berdampak pada peningkatan densitas pada semen. Peningkatan
densitas juga mengurangi porositas pada saat pembuatan pasta semen, sehingga kuat
tekannya meningkat[3]
.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 4/24
Usaha lain dalam memperbaiki kualitas bahan adalah dengan menerapkan teknologi
nano[4]
. Teknologi nano merupakan teknologi yang memanfaatkan partikel nano untuk
kepentingan tertentu, dalam berbagai penelitian biasanya dimaksudkan untuk memperbaiki
kualitas bahan. Salah satu keberhasilan teknologi nano adalah penambahan partikel nano
SiO2 dalam polimer meningkatkan kekuatan tarik polimer sebesar 24%[5]
. Hal yang sama
diharapkan pada penambahan partikel nano dalam semen Portland diduga dapat memperbaiki
kualitas semen Portland. Guna mendapatkan gambaran yang jelas tentang pengaruh
penambahan partikel nano terhadap peningkatan densitas dan kuat tekan perlu dilakukan
penelitian. Selanjutnya pembuatan nano SiO2 dibuat menggunakan teknik Ball Milling dan
pengaruhnya terhadap densitas dan kuat tekan yang dianalisis dengan alat XRD, UTM dan
SEM. Dari hasil penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan alternatif bagi industri
semen dalam meningkatkan kualitas semen dan juga menjadi acuan bagi para peneliti dalam
pengembangan ilmu material untuk pemanfaatan bahan nano.
1.2 Tujuan Penelitian
Dalam penelitian ini diharapkan dapat dicapai tujuan sebagai berikut:
1. Menghasilkan partikel nano SiO2 dengan metode Ball Milling;
2. Menentukan pengaruh partikel nano SiO2 terhadap densitas dan kuat tekan pada semen
Portland.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah
1. Memberikan alternatif bagi industri semen dalam meningkatkan mutu semen;
2. Menjadi acuan bagi para peneliti dalam pengembangan ilmu material untuk pemanfaatan
bahan nano.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 5/24
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Semen Portland
Kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin) yang berarti bahan perekat yang
mampu mempersatukan atau mengikat bahan-bahan padat menjadi satu kesatuan[6]
. Semen
yang umumnya digunakan dan diproduksi di Indonesia adalah semen portland. Semen
portland didefinisikan sesuai dengan ASTM C150, sebagai semen hidrolik yang dihasilkan
dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang pada umumnya
mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling
bersama dengan bahan utamanya[1]. Salah satu penggunaan semen Portland yaitu sebagai
beton.
2.1.1 Sifat – Sifat Semen Portland
Sifat-sifat bahan sangat penting diketahui karena akan mempengaruhi kualitas suatu bahan
dan menentukan perlakuan yang tepat untuk setiap bahan. Salah satu bahan penyusun beton,
yaitu semen Portland. Semen Portland memilki sifat yang terbagi menjadi dua, yaitu sifat
fisis dan sifat kimianya.
- Sifat Fisis Semen Portland[1]
Sifat fisis bahan merupakan sifat yang terlihat secara fisis dan dapat diidentifikasi secara
langsung. Bahan penyusun beton, yaitu semen Portland. Semen Portland memiliki sifat fisis
sebagai berikut:
a. Kehalusan Butir
Semakin halus butiran semen, jarak antar butir-butir akan semakin dekat atau rongga yang
ada pada beton semakin kecil. Butir-butir halus lebih cepat bereaksi dengan katalisnya (air).
Partikel semen menjadi lebih cepat reaksinya sehingga lebih kuat. Hal ini berarti bahwa
butir-butir semen yang halus akan menjadi lebih kuat dan reaksi antar partikel lebih cepat dari
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 6/24
pada semen dengan butir-butir yang lebih kasar. Menurut SII 0013-81 paling sedikit 90%
berat semen harus lolos ayakan lubang 0,09 mm.
b. Panas Hidrasi
Panas hidrasi adalah kuantitas panas dalam kalori/gram pada semen yang terhidrasi. Pada
dasarnya semen mempunyai sifat panas yang dapat menghambat perekatan (reaksi) antar
partikelnya. Perekatan antar partikel akan lebih cepat seiring panas hidrasi dari semen lebih
cepat terbuang dengan menambahakan katalis (air) pada campuran semen.
c. Waktu Ikatan
Waktu ikatan adalah waktu yang dibutuhkan semen untuk mencapai keadaan kaku tahap
pertama dan cukup kuat untuk menerima tekanan. Waktu minimum untuk pengikatan adalah
60 menit dan waktu maksimum 8 jam. Ikatan antar partikel yang cepat menunjukkan
kekuatan fisik bahan lebih cepat meningkat.
d. Massa Jenis
Massa jenis semen berkisar pada 3,15. Massa jenis digunakan dalam hitungan perbandingan
campuran. Massa jenis menunjukkan jumlah atau massa partikel yang tersusun dalam setiap
luasan.
- Sifat Kimia Semen Portland[1]
Semen Portland dibuat dari serbuk mineral kristalin yang komposisi utamanya disebut mayor
oksida, terdiri dari : kalsium atau batu kapur (CaCO3) 60 %, aluminium oksida (Al2O3) 10 %,
pasir silikat (SiO2) 20 %, dan bijih besi (FeO2) 10 % serta senyawa-senyawa lain yang
jumlahnya hanya beberapa persen dari jumlah semen yaitu minor oksida yang terdiri dari :
MgO, SO3, K2O, NaO2.
Empat senyawa yang paling penting dalam semen adalah Trikalsium Silikat (C3S) atau
3CaO.SiO3 mengalami pengerasan yang signifikan sampai 15 hari. Dikalsium silikat (C2S)
atau 2CaO.SiO2 mengalami pengerasan yang signifikan sampai 14 hari. Unsur C2S ini juga
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 7/24
membuat semen tahan terhadap serangan kimia (chemical attack ) dan juga mengurangi besar
susutan pengeringan. Trikalsium Aluminat (C3A) atau 3CaO.Al2O3 mengalami pengerasan
setelah 24 jam. Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4CaO.Al2O3.FeO2 kurang begitu
besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen atau beton.
Senyawa dalam proses pengerasan semen Portland yang paling dominan pengaruhnya
adalah senyawa silikat dibandingkan senyawa aluminat. Meskipun reaksi kimia yang terjadi
pada senyawa aluminat jauh lebih cepat, namun proses pengerasan hanya 10 % dari
keseluruhan proses pengerasan yang sempurna. Senyawa silikat yang menyempurnakan
pengerasan semen Portland tersebut karena komposisinya jauh lebih banyak dari senyawa
aluminat.
Tabel 2.1. Komposisi larutan semen Portland dan notasi kimia[1]
Nama Kimia Formula Kimia NotasiMassa
(%)
Pengaruh
terhadap
Pengerasan
(jam)
Trikalsium Silikat 3CaO.SiO2 C3S 55 Sampai 360
Dikalsium Silikat 2CaO.SiO2 C2S 18 Sampai 336
Trikalsium Aluminat 3CaO.Al2O3 C3A 10 setelah 24
Tetrakalsium Aluminoferit 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 8 -
Kalsium Sulfat DihidratCaSO4.2H2O CSH2 6 -
(Gypsum)
2.1.2 Jenis – Jenis Semen Portland
Pemakaian semen Portland pada bahan bangunan sebagai bahan pengikat hidrolis karena
sifat-sifat yang lebih baik dan angka kepadatannya tinggi yaitu bila dicampur dengan air
maka akan terjadi proses pengerasan. Selain sebagai perekat, semen Portland juga berfungsi
sebagai isolator dan bahan pengawet, serta dapat mengurangi sifat mudah terbakar[7]
. Berikut
jenis-jenis semen portland berdasarkan prosentase kandungan penyusunnya semen portland
terdiri dari 5 tipe yaitu:
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 8/24
1. Semen tipe I, yaitu tipe standar untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan
persyaratan khusus.
2. Semen tipe II, yaitu untuk penggunaan tahan sulfat dan mempunyai panas hidrasi sedang.
3. Semen tipe III, yaitu semen yang mempunyai panas hidrasi tinggi, untuk penggunaan
beton dengan kekuatan awal tinggi (cepat mengeras).
4. Semen tipe IV, yaitu semen yang memiliki panas hidrasi rendah, untuk penggunaan
pengecoran beton yang bersifat masal atau volume pengecoran sangat besar.
5. Semen tipe V, yaitu semen yang tahan terhadap sulfat untuk pengecoran beton dipantai
atau dilaut.
2.1.3 Reaksi Semen Portland
Reaksi semen Portland dengan air dibedakan menjadi dua periode yaitu periode pengikatan
dan periode pengerasan. Periode pengikatan adalah peralihan dari kondisi plastis ke kondisi
keras. Kondisi pada periode pengikatan yaitu[1]
:
1. Kondisi pada saat semen mulai menjadi kaku setelah semen itu diaduk dengan air.
Kondisi ini disebut pengikatan awal.
2. Kondisi yang berlangsung antara permulaan semen menjadi kaku sampai saat semen
beralih ke kondisi keras dan padat, atau kondisi ini dapat diartikan disebut waktu
pengikatan.
Periode pengerasan adalah penambahan kekuatan setelah pengikatan selesai. Pengerasan
mula-mula berlangsung terus secara cepat, kemudian lebih lambat untuk jangka waktu yang
lama.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 9/24
2.2 STRUKTUR KRISTAL
Partikel tidak mungkin mengisi penuh ruang kristal dengan partikel berbentuk bulat. Khusus
untuk partikel yang berbentuk bulat yang tersusun dalam kubus sederhana (simple cubic),
volum maksimum ruang kubus yang dapat ditempati partikel sekitar 72% dan sisanya adalah
ruang kosong antar partikel. Nilai ini disebut packing fraction[8]
. Gambar 2.1 adalah ilustrasi
penyusunan partikel-partikel dan ruang kosong yang ditinggalkan.
Gambar 2.1. Penampang kristal simple cubic menunjukkan partikel tidak mungkin mengisi penuh
ruang kristal[8]
Proses pembuatan beton diawali dengan pembentukan/pencetakan bahan dasar semen
dan air. Dalam semen tersebut terjadi kontak antara satu partikel dengan partikel lainnya.
Selanjutnya pengeringan dilakukan untuk membuang air sehingga hanya tersisa material
kering berupa partikel-partikel semen yang terikat satu sama lainnya. Dalam proses ini pula,
partikel-partikel yang semula terikat lemah karena hanya melakukan kontak lemah satu sama
lain, mulai memperluas permukaan kontak akibat difusi atom. Kontak tersebut meluas
menjadi leher (neck ), yang ukurannya bergantung pada lama pengeringan, dan jenis proses
difusi yang terjadi. Makin lama waktu pengeringan maka ukuran leher makin besar sehingga
ikatan antar partikel makin kuat. Proses pembentukan ukuran kontak dipicu oleh difusi
permukaan, difusi kisi, dan difusi grain boundary. Gambar 2.2 adalah ilustrasi pertumbuhan
luas permukaan kontak antar partikel ketika dilakukan pengeringan.
Partikel
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 10/24
Gambar 2.2 Ilustrasi pertumbuhan leher (permukaan kontak) pada posisi kontak antara dua partikel[8]
Ketika material yang disusun oleh partikel-partikel tersebut berikatan maka luas
permukaan kontak partikel bertambah, namun ruang kosong antar partikel tetap ada,
meskipun bentuknya berubah. Ruang kosong tetap ada dikarenakan partikel yang berbentuk
bulat yang luas permukaannya kontak dengan partikel yang lain tidak sempurna (tidak
seluruhnya permukaan partikel kontak dengan partikel lain). Tidak mungkin menghilangkan
ruang kosong kecuali terjadi penyusutan volum total material atau perubahan jarak antar atom
(makin besar). Dengan demikian, dalam semen yang berikatan, ruang kosong di dalamnya
tetap ada[8]
.
Jika partikel-partikel penyusun semen melakukan kontak dengan z tetangga terdekat
dan tiap kontak menghasilkan gaya ikat rata-rata ε, maka gaya ikat total yang dialami tiap
partikel adalah zε. Gaya ikat tersebut menentukan kekuatan mekanik semen. Partikel-
partikel yang tersusun dalam struktur kubus sederhana memiliki z = 6 sedangkan yang
tersusun dalam hexagonal closed packed (hcp) memiliki z = 12. Dengan demikian, semen
yang disusun oleh partikel-partikel dalam struktur hcp lebih kuat daripada yang tersusun
dalam kubus sederhana. Penyusunan partikel dalam bahan semen tidak mudah dikontrol[8]
.
R
2X
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 11/24
(a) (b) Gambar 2.3. Partikel-partikel nano dapat mengisi ruang kosong antar partikel mikro dan
menghasilkan ikatan baru dengan partikel mikro[8]
Namun, yang jelas bahwa penyusunan partikel-partikel akan melahirkan celah yang
ukurannya lebih kecil daripada ukuran partikel. Dengan kenyataan ini akan menjadi sangat
logis apabila kita dapat mengisi celah antar partikel-partikel tersebut dengan partikel yang
ukurannya lebih kecil dari ukuran celah maka kontak yang dialami partikel semen semakin
banyak. Kontak tidak hanya terjadi antar partikel semen tetapi juga antara partikel semen
dengan partikel-partikel kecil yang mengisi ruang kosong. Gambar 2.3 adalah ilustrasi
terbentuknya kontak antar partikel sebelum pengeringan (a) dan sesudah pengeringan (b)[8]
.
2.3 TEKNOLOGI NANO
Teknologi nano adalah teknologi di mana rekayasa terhadap obyek yang diteliti berada pada
kisaran nano meter (nm) atau seper semiliar meter. Skala tersebut sama dengan diameter
rambut manusia yang dibagi menjadi 80.000 atau sepuluh kali besar atom hidrogen.
Sebenarnya Kunci dari teknologi nano adalah dengan bekerja pada skala nano
memungkinkan kepadatan bahan menjadi semakin besar yang diharapkan dapat membuat
harga kuat tekan bahan semakin besar. Seluruh material dan sistem kehidupan ternyata
memiliki sifat dasarnya pada skala nano, sehingga bahan yang dimanfaatkan pada teknologi
ini juga bahan berukuran nano meter (partikel nano).
Pembuatan semen Portland juga akan menjadi jauh lebih efisien dengan
menambahkan partikel nano untuk menghasilkan semen yang memiliki harga kuat tekan yang
Partikel
mikro
Partikel
nano
Ruang
kosong
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 12/24
lebih besar. Partikel nano diduga dapat meningkatkatkan kepadatan dari padatan semen
Portland dan diharapkan dapat meningkatkan kuat tekan.
(a) (b)Gambar 2.4. (a) Top down (b) Bottom up
Pembuatan partikel nano memiliki cara yang lebih sederhana dibandingkan dengan partikel
mikro atau makro. Pembuatan partikel nano itu sendiri dengan dua cara yaitu, Top down dan
Bottom up yang terlihat pada Gambar 2.4. Top down adalah pembuatan struktur yang kecil
dari material yang berukuran besar. Bottom up adalah penggabungan atom-atom atau
molekul-molekul menjadi partikel yang berukuran lebih besar[9]
.
Secara umum karakteristik partikel nano yang berkaitan dengan atom permukaan
adalah sebagai berikut[9]:
1. Partikel nano memiliki luas permukaan yang besar serta jumlah atom dipermukaan yang
besar.
2. Partikel nano memiliki energi permukaan dan tegangan permukaan yang tinggi.
3. Permukaan dari partikel kristalin dengan ukuran nano cenderung membentuk permukaan.
4.
Bidang permukaan cenderung tersusun dari bidang yang paling rapat.
5. Permukaan bersifat sangat reaktif dan mudah teroksidasi.
Partikel
mikro
Partikel
nano
AtomPartikel
nano
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 13/24
2.4 SILIKON OKSIDA (SiO2)
Silikon dioksida (SiO2) atau biasa juga disebut silika pada umumnya ditemukan di alam
dalam batu pasir, pasir silika atau quartzite. Zat ini merupakan material dasar pembuatan
semen. Silika merupakan salah satu material oksida yang keberadaannya berlimpah di alam,
khususnya di kulit bumi. Keberadaanya biasa dalam bentuk amorf , dan kristal. Ada tiga
bentuk kristal silika, yaitu quartz, tridymite, cristobalite, dan terdapat dua kristal yang
merupakan perpaduan dari bentuk kristal tersebut[5]
.
Gambar 2.5. Ikatan SiO2
[9]
Beberapa sifat fisis SiO2 tampak pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 menunjukkan beberapa sifat fisis
SiO2 yang berbentuk kuarsa dan silika kering. Berdasarkan Tabel 2.2 daya tekan dan
kerapatan kuarsa lebih baik dibandingkan silika kering. Oleh karena itu, kuarsa yang terdapat
dalam suatu bahan akan dapat memperkuat ketahanan fisiknya. Perbedaan bentuk kristal
pada silika juga memperlihatkan perbedaan pada sifat-sifat silika itu sendiri. Perbedaan
tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 14/24
Tabel 2.2. Beberapa Sifat Fisis SiO2[5]
l Quartz F
Material Kuarsa Silika kering
Kerapatan (g/cm3) 2.65 2.2
konduktivitas Termal (Wm-1 K) 1.3 1.4
Koefisien Ekspansi Termal (10-6 K-1) 12.3 0.4Daya Rentang (MPa) 55 110
Daya Tekan (MPa) 2070 690-1380
Rasio Poisson 0.17 0.165
Fracture toughness (MPa) - 0.79
Titik Lebur (°C) 1830 1830
Modulus elastisitas (GPa) 70 73
Daya Tahan Getaran Termal Excellent Excellent
Permitivitas (ε') 3.8-5.4 3.8
Tan (δ x 104) 3 -Loss factor (ε) 0.0015 -
Kuat Medan Dielektrik (kV/mm) 15.0-25.0 15.0-40.0
Resistivitas (Ωm) 1012
-1016
>1018
Tabel 2.3. Perbedaan diantara bentuk-bentuk Kristal[5]
Bentuk Kristal Kerapatan (g/m³) Koefisian Ekspansi Termal (10-6
K-1
)
Quartz (Kuarsa) 2,65 12,3
Tridymite 2,3 21Cristobalite 2,2 10,3
2.5 SIFAT-SIFAT MATERIAL
2.5.1 DENSITAS
Salah satu sifat penting dari suatu zat adalah kerapatan alias massa jenisnya, istilah lainnya
adalah densitas (density). Densitas merupakan sifat khas dari suatu zat murni yang
dinyatakan dengan massa per satuan volume zat. Secara matematis ditulis[10]
:
⁄ ( ⁄ )
(2.1)
dengan (dibaca “rho”) menyatakan massa jenis sampel semen (kg/m3), m menyatakan
massa sampel (Kg) dan v menyatakan volume sampel (m
3
). Walaupun kebanyakan zat padat
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 15/24
mengembang sedikit bila dipanaskan dan menyusut sedikit bila dipengaruhi pertambahan
tekanan eksternal, perubahan volume relatif kecil, sehingga dapat dikatakan bahwa densitas
kebanyakan zat padat tak bergantung pada temperatur dan tekanan[11]
.
2.5.2 KEKUATAN TEKAN (COMPRESSIVE STRENGT)
Tekanan dengan lambang τ (dibaca “tho”) didefinisikan sebagai gaya per satuan luas awal,
secara matematis dinyatakan pada persamaan 2.2[12]
.
(2.2)
Gaya yang bekerja pada sampel adalah F=mg, karena kuat tekan merupakan massa beban
maksimum per satuan luas awal maka gaya yang bekerja pada sampel menjadi F=mmaks.g,
persamaan 2.2 menjadi,
(2.3)
Dalam hal ini, gravitasi pada setiap sampel adalah konstan, sehingga gravitasi g dapat tidak
diperhitungkan. Nilai gravitasi g konstan membuat persamaan 2.3 menjadi,
(2.4)
τ adalah kuat tekan sampel (Kg/m2), mmaks adalah massa beban maksimal (Kg) dan A0 adalah
luas penampang awal sampel (m2). Karena τ ≈ UCS (Unite Compressive Strength), maka
persamaan 2.4 menjadi seperti dinyatakan pada persamaan 2.5[13]
.
(2.5)
Dengan UCS Unit Compressive Strength adalah kuat tekan (Kg), mmaks adalah massa
maksimum yang dibebankan pada bahan (Kg) dan adalah luas penampang awal (m2).
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 16/24
2.6 DIFRAKSI X-ray (XRD)
Prinsip dari X-ray Diffractometer (XRD) adalah difraksi gelombang sinar x yang mengalami
scattering setelah bertumbukan dengan atom kristal. Pola difraksi yang dihasilkan
merepresentasikan struktur kristal. Dari analisa pola difraksi dapat ditentukan parameter kisi,
ukuran kristal, identifikasi fasa kristalin. Jenis material dapat ditentukan dengan
membandingakn hasil XRD dengan katalog hasil difaksi berbagai macam material[14]
.
Gambar 2.6. Diagram alat difraksis sinar-X[14]
Metode yang biasa dipakai adalah memplot intensitas difraksi XRD terhadap sudut
difraksi 2θ. Intensitas akan meninggi pada nilai 2θ yang terjadi difraksi, Intensitas yang tinggi
membentuk puncak- puncak pada nilai 2θ tertentu[14]
. Pelebaran puncak bisa diartikan
material yang benar-benar amorph, butiran yang sangat kecil dan bagus, atau material yang
memiliki ukuran kristal sangat kecil melekat dengan struktur matrix yang amorph. Dari lebar
puncak pada grafik XRD, ukuran kristal yang terbentuk dapat dihitung menggunakan
persamaan Scherrer pada persamaan 2.6[14]
.
(2.6)
Lave
merupakan ukuran kristal, k merupakan konstanta (0,9)[15]
, Bo merupakan lebar puncak
pada setengah maksimum (Full Width Half Maximum, FWHM) dan θ merupakan sudut
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 17/24
difraksi. Persamaan Scherrer diperoleh dengan asumsi puncak kristal memiliki profil Gauss
dan merupakan kristal kubus yang ukuranya kecil[14]
.
2.7 SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM)
SEM dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur, morfologi,
komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM
berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel. SEM merupakan pencitraan material dengan
mengunakan prinsip mikroskopi. Mirip dengan mikroskop optik, namun alih-alih
menggunakan cahaya, SEM menggunakan elektron sebagai sumber pencitraan dan medan
elektromagnetik sebagai lensanya[14]
.
Gambar 2.7. Diagram Scanning Electron Microscope[14]
Elektron diemisikan dari katoda (elektron gun) melalui efek foto listrik dan dipercepat
menuju anoda. Filamen yang digunakan biasanya adalah tungsten atau lanthanum hexaboride
(LaB6). Scanning coil, akan mendefleksikan berkas electron menjadi sekumpulan array
(berkas yang lebih kecil), disebut scanning beam dan lensa obyektif (magnetik) akan
memfokuskannya pada permukaan sampel[14]
.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 18/24
Elektron kehilangan energi pada saat tumbukan dengan atom material, akibat
scattering dan absorpsi pada daerah interaksi dengan kedalaman 100 nm sampai 2 μm. Ini
membuat aterial akan meradiasikan emisi meliputi sinar-X, elektron Auger, back-scattered
electron dan secondary electron. Pada SEM, sinyal yang diolah merupakan hasil deteksi dari
secondary electron yang merupakan elektron yang berpindah dari permukaan sampel[14]
.
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian akan dilaksanakan pada bulan Desember 2010 – April 2011. Pembuatan partikel
nano SiO2 akan dilakukan di LIPI Serpong dan pengujian akan dilakukan di LIPI Bandung.
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
a. Bahan,
Penelitian akan menggunakan bahan-bahan sebagai berikut, 500 gram Semen Portland, 100
gram Nano pasir silikat (SiO2), dan 200 gram Pelarut atau katalis (air).
b. Alat
Penelitian akan menggunakan alat-alat sebagai berikut, 20 buah cetakan berbentuk silinder,
10 buah wadah bahan, 1 buah wadah adukan, 1 unit timbangan, 1 Stopwatch, 1 buah mixer,
1 buah mistar, 1 masker, 2 buah sendok, 1 Sarung tangan, Milling HEM, Milling PBM,
Universal Testing Machine, Scanning Electron Microscope (SEM), dan Perangkat lunak
Microsoft Word, Excel 2007.
3.3 Metode Penelitian
Dalam penelitian yang akan dilakukan, pasir silika akan dibuat dalam ukuran nano dengan
teknik Ball Milling. Nano-silika yang akan dibuat, digunakan sebagai bahan campuran
semen Portland. Penambahan nano-silika ke dalam semen Portland digunakan untuk
menentukan pengaruh penambahan nano-silika terhadap densitas dan kuat tekan semen
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 19/24
Portland. Penelitian akan dilakukan dalam empat tahapan, yaitu tahap pembuatan nano-
silika, tahap pengukuran nano-silika, tahap pembuatan sampel Semen Dopping nano-silika
(SDnS) dan tahap pengujian, dengan perincian sebagai berikut:
a. Tahap Pembuatan nano-Silika SiO2
Proses awal yang akan dilakukan adalah membuat nano-silika (SiO2) dengan menghaluskan
silika berukuran mikro menjadi ukuran nano. Membuat pasir silika dalam ukuran nano
membutuhkan proses yang disebut grinding. Proses grinding ini memerlukan waktu yang
cukup lama dengan menggunakan teknik Ball Milling dengan jenis alat yang akan digunakan
terbagi atas, proses grinding dengan milling HEM selama 11 jam kecepatan 1400 rpm
kemudian proses grinding selanjutnya dengan milling PBM selama 25 jam kecepatan 600
rpm agar didapatkan ukuran silika mencapai ukuran nano. Setelah melalui kedua proses
tersebut maka akan didapatkan nano-silika yang digunakan sebagai bahan campuran
pembuatan sampel Semen Dopping nano-Silika (SDnS).
b. Tahap Pengukuran nano-Silika SiO2
Nano-silika yang melalui proses grinding kemudian akan dilakukan pengukuran dengan
menggunakan XRD. Berdasarkan data XRD akan dapat dihitung ukuran nano SiO2 yang
dibuat dengan persamaan 2.6. Pengujian ukuran menggunakan XRD dilakukan untuk
membuktikan ukuran nano SiO2.
c. Tahap Pembuatan Sampel SDnS
Sampel SDnS merupakan campuran dari nano-silika dan semen Portland dengan variasi
perbandingan massa nano-silika dan semen Portland 0:1, 0,05:1, 0,1:1, 0,15:1 dan 0,2:1.
Mula – mula menimbang semen Portland dengan massa 100 gram sebanyak 15 sampel,
penimbangan akan dilakukan sebanyak 3x agar didapat data yang akurat. Penimbangan
massa nano-silika akan dilakukan dengan massa 5 sebanyak 3 sampel, penimbangan
dilakukan sebanyak 3x. Penimbangan nano-silika dengan cara yang samapun akan dilakukan
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 20/24
terhadap massa 10, 15, dan 20 gram. Pembuatan 3 sampel pertama, semen Portland dengan
tidak dicampurkan nano-silika sampai mencapai homogen dengan metode simple mixing.
Sampel berikutnya semen Portland akan dicampur dengan nano-silika sesuai dengan
perbandingan yang ditentukan sampai mencapai homogen dengan metode simple mixing dan
masing-masing perbandingan sebanyak 3 sampel. Sampel yang telah sesuai perbandingan
akan dibuat adonan dengan komposisi air 25% dari massa keseluruhan campuran. Adonan
yang dibuat masing-masing dimasukkan ke dalam wadah cetakan berbentuk silinder dan
didiamkan sampai memadat. Adonan tersebut akan didiamkan selama 28 hari sampai benar-
benar mengeras menjadi padatan dalam suhu ruangan sekitar 25˚C, proses ini disebut
pengeringan. Sampel akan dilepaskan dari wadah cetakan. Permukaan sampel akan
diratakan agar permukaan menjadi rata dengan cutting.
d. Tahap Pengujian
- Pengujian Fisis (Densitas)
Sampel SDnS (Semen Dopping nano-Silika) akan diukur diameter, ketebalan dan massanya,
masing-masing sampel diukur sebanyak 3x, untuk menghitung densitasnya. Penghitungan
densitas sampel SDnS dengan persamaan 2.1.
- Pengujian Mekanik (Kuat Tekan)
Pengujian tehadap sampel SDnS dengan parameter kekuatan tekannya. Pengujian akan
dilakukan pada hari ke-29 di LIPI Bandung. Uji tekan akan dilakukan dengan menggunakan
Universal Testing Machine tipe Orientec Co. Ltd Model UCT-5T sebanyak 3x.
Pengkondisian ruangan pada saat pengujian akan diatur dengan suhu 23˚C dan kelembaban
50 %. Kondisi operasi dengan tekanan pada arah tegak lurus bidang lingkaran. Skala beban
tertinggi yang akan digunakan seberat 4 ton. Pengujian akan dilakukan dengan metode,
sampel ditekan dengan kecepatan 3,0 mm/menit hingga retak. Data keluaran dari mesin uji
akan diolah menjadi data sekunder dengan persamaan 2.5.
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 21/24
- Pengujian Mikrostruktur (SEM)
Pengujian terhadap patahan sampel SDnS untuk mengetahui morfologi permukaan sampel.
Morfologi yang akan diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel.
Pengujian akan dilakukan pada hari ke-29 di LIPI Bandung. Pengujian akan dilakukan
dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) tipe JEOL- T330A. Kondisi
operasi akan diatur dengan tegangan 15 kV, arus 0,55 mA dan perbesaran 350-1000X.
Preparasi dengan coating emas dan metode yang akan digunakan standar, yaitu Secondary
Electron Image (SEI).
3.4 Data Parameter
Mencatat data pada setiap variasi dengan perbandingan massa nanopartikel ( SiO2) dan semen
Portland 0:1, 0,05:1, 0,1:1, 0,15:1 dan 0,2:1 pada tabel dibawah ini.
Tabel 3.1. Data parameter
msemen :
mair :
tmixer :
Tproses :
tpengerasan :
ρ nano silika (SiO2) :
ρ semen Portland :
Massa Persentase kadar m
(gr)
D
(mm)h
(mm)
V
(mm3)
A0
(m2)
ρ
(kg/m3)campuran (gram) (%)
0:1
0,05:1
0,1:1
0,15:1
0,2:1
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 22/24
Diagram Alir
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
Menambahkan nano-silika ada semen Portland
U i fisis dan mekanik
Analisa
U i mikrostruktur ( SEM
Semen PortlandSemen Portland +
nano-silika
Selesai
Mulai
Melakukan studi ustaka
Menyia kan alat dan bahan yang dibutuhkan
Membuat nano-silika menggunakan Ball Mill
Nano-silika
Mengukur nano-silika menggunakan XRD
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 23/24
IV. JADWAL KEGIATAN
Tahapan-tahapan kegiatan dalam rangka penelitian Tugas Akhir I dan waktu pelaksanaannya
adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1. Jadwal kegiatan penelitian Tugas Akhir I
KegiatanMinggu ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
Studi Pustaka
Pembuatan
Proposal TA I
Seminar
Proposal TA I
Pelaksanaan
Penelitian TA
I
Pembuatan
Skripsi
Seminar Hasil
Penelitian
5/11/2018 Refisian Proposal TA - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/refisian-proposal-ta 24/24
DAFTAR PUSTAKA
[1] Bagus, Julian H.2009.Pengaruh Perbedaan Karakteristik Type Semen Ordinary Portland
Cement (OPC) dan Portland Composite Cement (PCC) terhadap Kuat Tekan
Mortar .Universitas Gunadarma
[2] Austin, G.T.1996. Industri Proses Kimia. Erlangga:Jakarta
[3] Suci R.2010. Telaah Densitas dan Kehalusan Semen Portland terhadap Kuat Tekannya.
Universitas Jenderal Soedirman: Purwokerto
[4] Malathi M dan Vaishnavi S. Nanotechnology in Civil Engineering. UG Third Year Civil
Thiruvalluvar College of Engineering and Technology
[5] Hadiyawarman, Agus Rijal, Bebeh Wahid Nuryadin, Mikrajuddin Abdullah(a), dan
Khairurrijal. 2008. Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan danTransparan Menggunakan Metode Simple Mixing. Jurnal Nanosains &
Nanoteknologi . Vol. 1 No.1
[6] Anonim.2002. Tinjauan Umum Perusahaan. PT. Indocement Tunggal Prakarsa Tbk
Palimanan Cirebon
[7] Anonim. 1982. Persyaratan Umum Bangunan di Indonesia. Direktorat Jenderal Cipta
Karya Departemen Pekerjaan Umum: Bandung
[8] M.Abdullah, A. D. Sonya, B. W. Nuryadin, A. R. Marully, Khairuddin(*), dan
Khairurrijal. 2009. Sintesis Keramik Berbasis Komposit Clay-Karbon danKarakterisasi Kekuatan Mekaniknya. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi . Vol. 2
No.2
[9] Schmieg Sebastian. Karakteristik Material 1. Artikel Wordpes
[10] Giancoli.C.D. 2001. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Erlangga:Jakarta
[11] Tipler.A.P. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Erlangga:Jakarta
[12] Callister D W,Jr. 1940. Materials Science and Engeenering An Introduction Seventh
Edition. Department of Metallurgical Engeenering The University of Utah: USA
[13] PUSDIKLAT BATAN. 2006. Pengantar Pengujian Kekuatan. BATAN
[14] Dwi Karsa AR, Gitandra W, dan Nugroho PA.2007. Pembuatan Adsorben dari Zeolit
Alam dengan Karakteristik Adsorption Properties untuk Kemurnian Bioetanol.
ITB:Bandung
[15] Nining SN, Suganal, dan Hermanu P.2009. Pengkajian Pengaruh Penambahan Nikel
dan Krom pada Katalis Berbasis Besi untuk Pencairan Batubara. Jurnal Teknologi
Mineral dan Batubara Vol.5