Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398
Vol. 8, No.
12, Desember 2023
SIFAT FISIK DAN MEKANIK AERATED CONCRETE DENGAN VARIASI SILICA FUME
Mariana Safitri, Rosidawani*, Hanafiah
Program Studi Magister Terkik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Indonesia
Email: [email protected], [email protected]*,
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh variasi silica
fume terhadap sifat fisik dan mekanik beton aerasi. Beton aerasi merupakan
jenis beton ringan dengan pori-pori dan rongga udara tinggi yang dihasilkan
melalui penambahan alumunium powder. Silica fume, sebagai pozzolan
pengganti semen, diharapkan dapat meningkatkan sifat mekanik beton. Metode
eksperimental digunakan untuk membandingkan komposisi aerated concrete dengan
variasi silica fume (0%, 10%, dan 15%). Pengujian melibatkan slump flow,
setting time, penyerapan air, berat jenis, kuat tekan, dan analisis X-Ray
Diffraction (XRD) serta Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil menunjukkan
bahwa penambahan silica fume mempengaruhi workabilitas, setting time,
penyerapan air, dan berat jenis beton. Selain itu, kuat tekan beton meningkat
dengan penambahan silica fume, mencapai nilai optimum pada 15%. Analisis XRD
menunjukkan komposisi dominan Quartz dan Portlandite, sementara SEM menunjukkan
perubahan mikrostruktur dengan variasi silica fume.
Kata kunci: Beton ringan, silica fume, Kuat Tekan, Berat Jenis
Abstract
This study
investigated the effect of silica fume variations on the physical and
mechanical properties of aerated concrete. Aerated concrete is a type of
lightweight concrete with high pores and air cavities produced through the
addition of aluminum powder. Silica fume, as a pozzolan substitute for cement,
is expected to improve the mechanical properties of concrete. Experimental
methods were used to compare the composition of aerated concrete with
variations of silica fume (0%, 10%, and 15%). The tests involved slump flow,
setting time, water absorption, specific gravity, compressive strength, and
X-Ray Diffraction (XRD) analysis and Scanning Electron Microscope (SEM). The
results showed that the addition of silica fume affected the workability,
setting time, water absorption, and specific gravity of concrete. In addition,
the compressive strength of concrete increases with the addition of silica
fume, reaching the optimum value at 15%. XRD analysis showed dominant
composition of quartz and Portlandite, while SEM showed microstructural changes
with silica fume variations.
Keywords: Aerated concrete, silica fume, strength,
density
Pendahuluan
Beton merupakan salah satu bahan konstruksi yang memiliki karakteristik kuat tekannya yang tinggi dibandingkan dengan bahan konstruksi lainnya. Beton konvensional memiliki massa yang besar sehingga terus dikembangkan dengan penggunaan teknologi beton ringan (Nugroho et al., 2018). Lightweight concrete adalah beton ringan dengan berat jenis (density) yang lebih ringan dibandingkan beton normal yaitu dengan berat jenis berkisar antara 300 – 1840 kg/m3 (Moon et al., 2015). Beton ringan dibagi menjadi 3 jenis yaitu, beton dengan agregat ringan (light-weight aggregate concrete), beton yang tidak memiliki agregat halus (non-fines concrete) dan beton aerasi (aerated concrete).
Aerated concrete memiliki volume pori dan rongga udara yang tinggi. Gelembung udara yang dihasilkan dapat mengurangi kepadatan campuran dan memberikan isolasi termal yang baik (Taufik et al., 2017). Beton ringan aerasi adalah beton dengan tambahan alumunium powder ke dalam campuran semen untuk menghasilkan gelembung udara sehingga dapat membuat pori-pori udara pada beton (Reddy & Neeraja, 2016). Penggunaan aluminium powder sebagai lightweight concrete menghasilkan kuat tekan yang lebih baik (Shabbar et al., 2017).
Beton ringan struktural harus memiliki kuat tekan lebih besar dari 17 MPa dengan berat jenis kurang dari 1840 Mpa (Neville, 1995). Penentu kekuatan tekan salah satunya adalah penggunaan semen. Penggunaan bahan pozzolan pengganti semen yang diharapkan mampu meningkatkan kekuatan tekan diantaranya adalah silica fume. Menurut Ryan (1992), Silica fume mengandung senyawa silikat yang lebih tinggi yaitu sekitar 93%, sementara berdasakan ASTM C 1240-93 senyawa silikat minmum yang terdapat pada silica fume adalah sebesar 85%. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Dwi (2019), persentase optimum untuk lightweight concrete struktural adalah 15%.
Dalam penelitian yang di lakukan oleh Maciej (2010) dinyatakan bahwa hasil dari uji beton yang telah dicampurkan silica fume dan alumunium powder dengan jumlah 5% - 10% dari semen meningkatkan kuat lentur sebesar 32 – 56 % dari mortar. Wongkeo (2010) juga menyebutkan bahwa penambahan sillica fume menghasilkan penambahan dalam kekuatan tekan beton, penambahan sillica fume digunakan sebesar 0 - 5% terlihat penambahan kuat tekan rata rata sebesar 3 MPa.
Berdasarkan latar belakang tersebut, ditunjukkan bahwa
penggunaan silica fume dapat
meningkatkan karakteristik sifat mekanik beton secara umum. Oleh karena
itu, penelitian dilakukan pada beton
aerasi yang menggunakan alumunium powder
dan silica fume dengan beberapa parameter pengujian karateristik beton.
Metode
Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental,
metode ini adalah metode yang berbasis pada metode empirik, metode ini
melakukan banyak percobaan dan diukur secara langsung dengan alat. Sehingga bisa
ditentukan kesimpulan yang akan didapat dari eksperimen tersebut (Creswell, 2014). Pada penelitian
ini bahan yang menjadi komposisi aerated concrete adalah pasir, semen,
air, silica fume dan alumunium powder. Penelitian ini menguji beberapa uji yang
dijadikan dasar untuk menentukan kesimpulan adalah pengujian beton segar yaitu slump
test dan juga setting time dan pengujian karaktersitik mekanis beton
ringan yaitu uji kuat tekan, kuat lentur, penyerapan air dan modulus
elastisitas. Untuk uji karakteristik fisik dilakukan uji berat jenis dan penyebaran
rongga udara.
Hasil dan
Pembahasan
Pengujian
Slump Flow
Pengujian slump flow aerated concrete pada variasi silica
fume menggunakan persentase silica
fume sebesar 0%, 10%, dan 15%. Hasil pengujian slump flow dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil pengujian slump flow
|
Kode benda uji |
Silica
fume (%) |
Slump flow (cm) |
|
Normal |
0 |
12,8 |
|
AC-0 |
0 |
13 |
|
AC-10 |
10 |
12 |
|
AC-15 |
15 |
11,2 |
Gambar 1. Pengujian slump flow
Berdasarkan Tabel 1 hasil
pengujian slump flow untuk beton normal adalah sebesar 12,8 cm,
sedangkan untuk aerated concrete dengan 0%, 10% dan 15% silica
fume adalah sebesar 13 cm, 12 cm dan 11,2 cm.
Berdasarkan Gambar 1.
didapatkan bahwa semakin tinggi persentase silica
fume dapat mengurangi workabilitas dan membuat beton menjadi lebih kental
karena silica fume mempunyai sifat
menyerap air. Selain itu penambahan silica fume pada beton dapat
mempercepat reaksi hidrasi semen dan mempengaruhi workabilitas (Siddique
& Khan, 2011).
Pengujian
Setting Time
Gambar 2. Pengujian setting
time
Berdasarkan Gambar
2 hasil pengujian setting time menunjukkan
bahwa beton normal mempunyai waktu
ikat yang lebih cepat daripada
aerated concrete yang menggunakan silica fume 15%. Waktu ikat akhir beton dengan persentase silika fume 15%
adalah pada waktu 120 menit. Waktu ikat tersebut lebih cepat jika dibandingkan
dengan persentase silica fume 5% dan 10%. Semakin tinggi persentase silica fume yang digunakan, maka semakin
cepat waktu ikat yang dibutuhkan.
Pengujian
Penyerapan Air
Pengujian
penyerapan air beton dilakukan pada umur 28 hari. Pengujian ini bertujuan
untuk mengetahui persentase air yang terserap oleh benda uji yang telah
direndam selama 24 jam. Pengujian penyerapan air beton dilakukan pada aerated concrete dengan setiap variasi
persentase silica fume dan beton
normal. Pengujian penyerapan air beton dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2
Pengujian penyerapan air beton
|
Kode benda uji |
Silica
fume (%) |
Berat setelah direndam (g) |
Berat setelah dioven (g) |
Penyerapan air (%) |
|
Normal |
0 |
274 |
262 |
4,38 |
|
AC-0 |
0 |
232 |
202 |
12,93 |
|
AC-10 |
10 |
236 |
213 |
9,76 |
|
AC-15 |
15 |
251 |
233 |
7,30 |
Gambar 3. Hasil
pengujian penyerapan air beton
Berdasarkan Tabel 2, hasil pengujian penyerapan air tertinggi terdapat
pada campuran beton AC-0% dengan nilai 12,93% dan hasil pengujian penyerapan
air terendah terdapat pada campuran beton normal dengan nilai 4,38%. Berdasarkan Gambar 3, dapat disimpulkan
bahwa berdasarkan variasi variasi persentase silica fume akan menghasilkan nilai penyerapan air yang meningkat
seiring dengan meningkatnya nilai persentase silica fume yang digunakan. Hal ini dikarenakan silica fume memiliki sifat menyerap air.
Penggunaan silica fume akan meningkatkan sifat beton dengan mengurangi
permeabilitas sehingga dapat meningkatkan kekuatan beton (Suryanita
et al., 2022).
Pengujian
Berat Jenis
Pengujian berat jenis dilakukan pada umur 28 hari. Pengaruh variasi
persentase silica fume terhadap berat
jenis aerated concrete dapat dilihat
pada Tabel 3 dan Gambar 4.
Tabel 3
Pengujian berat jenis beton
|
Kode benda uji |
Silica
fume (%) |
Berat jenis (kg/m3) |
Persentase perubahan berat jenis (%) |
|
Normal |
0 |
2011,86 |
0 |
|
AC-0 |
0 |
1717,70 |
14,62 |
|
AC-10 |
10 |
1730,47 |
13,99 |
|
AC-15 |
15 |
1802,94 |
10,38 |
Gambar 4. Hasil
pengujian berat jenis beton
Berdasarkan Tabel 3, berat jenis tertinggi terdapat
pada campuran beton normal dengan nilai berat jenis sebesar 2011,86 kg/m3,
sedangkan perubahan berat jenis tertinggi terdapat pada campuran beton adalah
pada variasi AC-15 dengan nilai berat jenis sebesar 1802,94 kg/m3.
Berdasarkan Gambar 4 menunjukkan bahwa penggunaan silica fume
dengan persentase yang lebih tinggi dapat meningkatkan berat jenis, serta
penggunaan aluminum powder pada aerated concrete menyebabkan
penurunan berat jenis jika dibandingkan dengan beton normal karena terdapat
banyak rongga udara yang terbentuk akibat reaksi hidrasi aluminum powder dengan semen. Pada aerated concrete mengalami peningkatan berat jenis seiring dengan
peningkatan persentase penggunaan silica
fume. Penambahan silica fume sebesar 10% berdasarkan berat semen
meningkatkan densitas, kuat tekan, dan mengurangi penyerapan air (Nagrockienė et al., 2019).
Pengujian
Kuat Tekan
Pengujian kuat tekan beton dengan persentase silica fume 0%, 10%, dan 15% dilakukan pada umur 7, 28, dan 56
hari. Pengujian kuat tekan berdasarkan umur beton dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4
Pengujian kuat tekan berdasarkan umur beton
|
Kode benda uji |
Silica fume (%) |
Kuat tekan (MPa) |
||
|
7 hari |
28 hari |
56 hari |
||
|
Normal |
0 |
27,80 |
32,08 |
33,43 |
|
AC-0 |
0 |
11,05 |
14,61 |
15,71 |
|
AC-10 |
10 |
16,80 |
20,29 |
21,14 |
|
AC-15 |
15 |
17,81 |
22,55 |
23,97 |
Gambar 5. Hubungan
antara kuat tekan dan umur beton
Berdasarkan Gambar 5 menunjukkan bahwa pada aerated concrete
dengan variasi persentase silica fume
memiliki kuat tekan yang lebih tinggi. Beton yang tidak menggunakan silica fume mempunyai hasil kuat tekan
yang lebih rendah dibandingkan beton dengan penggunaan silica fume. Hal itu menunjukkan bahwa pertambahan silica fume sebagai subtitusi semen
dapat meningkatkan kekuatan tekan. Pada penelitian ini diperoleh nilai kadar
optimum substitusi silica fume adalah
sebesar 15%. Kuat tekan meningkat dengan penambahan silica fume ke dalam
campuran beton. Penggunaan silica fume lebih dari 20% dapat mengurangi
kekuatan beton,karena berkurangnya kandungan Ca(OH)2 dalam semen (Hamada et al., 2023).
Pengujian X-Ray Diffraction
(XRD)
Gambar 6. Hasil pengujian XRD
Dari hasil pengujian XRD yang ditunjukkan pada Gambar 6 menunjukkan bahwa semua benda uji terdiri dari komposisi yang
didominasi oleh mineral Quartz (SiO2) dan Portlandite
(Ca(OH)2). Hal ini sesuai dengan komposisi semen, pasir silika, dan silica
fume yang dominan dengan mineral SiO2, sedangkan Ca(OH)2
adalah hasil sampingan dari reaksi hidrasi beton. Persentase amorf yang terjadi dapat dilihat
pada Tabel 5.
Tabel 5 Persentase amorf aerated
concrete
|
Kode benda uji |
%Kristalinitas |
%Amorf |
|
Normal AC-0 AC-10 AC-15 |
21,40 22,70 22,37 21,98 |
78,60 77,30 77,63 78,02 |
Dari hasil persentase amorf
tersebut dapat disimpulkan bahwa persentase amorf tertinggi terdapat pada beton
AC-15 dengan nilai sebesar 78,02%, dan yang terendah terdapat pada campuran
AC-0 dengan nilai sebesar 77,30%.
Pengujian Scanning Electron
Microscope (SEM)
Gambar 7. SEM benda uji Normal
Dari Gambar 7
dapat dilihat bahwa terdapat C-S-H yang tersebar pada campuran benda uji normal
yang berpengaruh terhadap meningkatnya sifat mekanik dari beton. Pembentukan Portlandite
(CH) dan Calcite juga tersebar pada campuran tersebut. Pembentukan
dan distribusi mineral tersebut adalah salah satu penyebab meningkatnya sifat
mekanik dari beton. Terdapat juga ettringite yang mengisi rongga dari
beton.
Gambar 8. SEM benda uji AC-0
Dari Gambar 8
dapat dilihat bahwa pembentukan C-S-H berkurang dikarenakan adanya penambahan aluminum
powder yang membentuk rongga sehingga mengurangi kekuatan beton.
Pembentukan Portlandite (CH) dan Calcite juga berkurang
sehingga menyebabkan penurunan kekuatan beton.
Gambar 9. SEM benda uji AC-10
Dari Gambar 9
dapat dilihat bahwa terdapat lebih banyak pembentukan C-S-H dibandingkan dengan
benda uji AC-0. Bentuk dari mikrostrukturnya juga berbeda dari beton normal
dikarenakan adanya reaksi dari penambahan silica fume dan aluminum
powder.
Gambar 10. SEM benda uji AC-15
Dari Gambar 10
dapat dilihat bahwa pembentukan C-S-H, CH, dan Calcite lebih banyak
tersebar dibandingkan benda uji aerated concrete yang lainnya.
Kesimpulan
Hasil penelitian untuk Sifat
fisik dan mekanik dari aerated concrete ini adalah sebagai berikut: (1) Semakin
besar persentase silica fume yang disubstitusi terhadap semen, maka
semakin kecil nilai slump flow yang didapat. Hal ini dikarenakan semakin tinggi
persentase silica fume dapat
mengurangi workabilitas dan membuat beton menjadi lebih kental karena silica fume mempunyai sifat menyerap air,
(2) Semakin tinggi persentase silica fume yang digunakan, maka semakin cepat waktu ikat yang dibutuhkan, (3) Penggunaan silica fume dengan persentase
yang lebih tinggi dapat meningkatkan berat jenis, serta penggunaan aluminum powder pada aerated concrete menyebabkan penurunan berat jenis
jika dibandingkan dengan beton normal karena terdapat banyak rongga udara yang
terbentuk akibat reaksi hidrasi aluminum
powder dengan semen, (4) Berdasarkan
hubungan antara kuat tekan dan umur beton, dapat disimpulkan bahwa pola
perkembangan kekuatan tekan pada beton umur uji 7 hari dan 28 hari mengalami
peningkatan, serta pada umur uji 56 hari beton tetap mengalami peningkatan
kekuatan tekan, (5) Pertambahan persentase silica
fume, kuat tekan dan berat jenis pada aerated
concrete mempunyai hubungan lurus yaitu semakin besar persentase silica fume maka berat jenis akan
semakin kuat dan kuat tekan meningkat, (6) Persentase amorf tertinggi terdapat pada beton AC-15 dengan nilai sebesar
78,02%, dan yang terrendah terdapat pada campuran AC-0 dengan nilai sebesar
77,30%, dan (7) Mikrostruktur
beton dipengaruhi oleh perkembangan produk hidrasi dalam campuran beton serta
berkorelasi dengan kekuatan beton.
Komposisi campuran optimum terhadap sifat
mekanik aerated concrete yang menggunakan substitusi silica fume adalah pada
campuran dengan kode benda uji AC-10 yang menggunakan persentase substitusi
silica fume terhadap semen sebesar 10%.
BIBLIOGRAFI
Basuki, A., & Sadikin, M. I. (2012). Pengaruh Jenis
Semen Dan Penambahan Silica Fume Terhadap Kekuatan Dan Durabilitas Beton. Jurnal
Teknologi Bahan dan Barang Teknik, 2(1), 25-34.
Cavanagh, K. J., Guirguis, S., Munn, R. L., Newbegin, J. D.,
Bruere, G. M., Cook, D. J., Cao, T., Ferguson, B. J., Beresford, F. D., &
Symons, M. G. (1992). Australian concrete technology.
Creswell, J. W. (2014). Research Design : Qualitative,
Quantitative, And Mixed Methods Approaches (4th Ed). Thousand Oaks,
California : SAGE Publications, Inc.
Hamada, H. M., Abed, F., Katman, H. Y. B., Humada, A. M., Al
Jawahery, M. S., Majdi, A., Yousif, S. T., & Thomas, B. S. (2023). Effect
of silica fume on the properties of sustainable cement concrete. Journal of
Materials Research and Technology, 24, 8887–8908.
Irawan, R. R. (2017). Kajian Sifat Kimia,
Fisika, dan Mekanik Semen Portland di Indonesia (Assesment Of Chemical,
Physical, and Mechanical Properties of Indonesian Portland Cements). Jurnal
Jalan-Jembatan, 34(2), 79-90.
Moon, A. S., Varghese, V., & Waghmare, S. S. (2015). Foam
concrete as a green building material. International Journal for Research in
Emerging Science and Technology, 2(9), 25–32.
Nagrockienė, D., Rutkauskas, A., Pundienė, I., &
Girnienė, I. (2019). The effect of silica fume addition on the resistance of
concrete to alkali silica reaction. IOP Conference Series: Materials Science
and Engineering, 660(1), 12031.
Neville, A. M. (1995). Properties of concrete (Vol.
4). Longman London.
Nugroho, A., Triastuti, T., Sumarno, A., & Widodo, E.
(2018). Studi tekno-ekonomi bata CLC (Cellular Leightweight Concrete) sebagai
pengganti bata konvensional. Rekayasa Sipil, 7(1), 55–62.
Reddy, M. S., & Neeraja, D. (2016). Mechanical and
durability aspects of concrete incorporating secondary aluminium slag. Resource-Efficient
Technologies, 2(4), 225–232.
Shabbar, R., Nedwell, P., & Wu, Z. (2017). Mechanical
properties of lightweight aerated concrete with different aluminium powder
content. MATEC Web of Conferences, 120, 2010.
Siddique, R., & Khan, M. I. (2011). Supplementary
cementing materials. Springer Science & Business Media.
Subagiono, Y., Maizir, H.,
& Suryanita, R. (2020). Perilaku Mekanik Bata Ringan dengan Penambahan
Silica Fume. Pekanbaru: Jurnal Rekayasa Sipil.
Suryanita, R., Maizir, H., Zulapriansyah, R., Subagiono, Y.,
& Arshad, M. F. (2022). The effect of silica fume admixture on the
compressive strength of the cellular lightweight concrete. Results in
Engineering, 14, 100445.
Taufik, H., Kurniawandy, A., & Arita, D. (2017). Tinjauan
kuat tekan bata ringan menggunakan bahan tambah foaming agent. Jurnal
Saintis, 17(1), 52–62.
Wongkeo, W., & Chaipanich, A. (2010). Compressive
strength, microstructure and thermal analysis of autoclaved and air cured
structural lightweight concrete made with coal bottom ash and silica fume. Materials
Science and Engineering: A, 527(16–17), 3676–3684.
|
Copyright holder: Mariana Safitri, Rosidawani, Hanafiah (2023) |
|
First publication right: Syntax Literate: Jurnal Ilmiah
Indonesia |
|
This article is licensed under:
|
