Bahan Dasar Geopolimer dari Material Sisa Produksi

 Apa Itu Geopolimer?

Sebagian besar proses sintesis geopolimer melalui aktivasi alkali metakaolin dari hasil dehidroksilasi kaolin. Kemudian seiring berkembangnya penelitian, berbagai mineral Al-Si telah digunakan untuk memproduksi geopolimer seperti abu terbang (fly ash), furnace slag, pozzolan, dan campuran metakaolin /abu terbang atau kaolin/stilbite. 

Material yang paling menarik adalah pemanfaatan limbah atau material sisa produksi (limbah industri) untuk menghasilkan semen geopolimer yang ekonomis dan ramah lingkungan atau material struktur tahan panas dan api.

Mineral Lempung (Clay Minerals)

Mineral lempung adalah kelompok mineral penting dari hasil pelapukan kimia batuan yang merupakan komponen utama dari batuan sedimen berbutir halus disebut sebagai mudroks (termasuk batu lumpur, lempung, dan serpih). Pada kenyataannya, mineral lempung membentuk 16%  mineral dalam batuan sedimen, dan sebagai komponen utama batuan

Pengetahuan tentang mineral lempung juga sangat penting dari sudut pandang teknis, karena beberapa mineral lempung mengembang saat terkena air. Mineral lempung banyak digunakan dalam industri keramik dan oleh karena itu dianggap sebagai mineral dengan nilai ekonomi yang signifikan. Mineral lempung terbagi menjadi tiga bagian berdasarkan dari struktur dan komposisi kimia diantaranya yaitu kandites dimana strukturnya mirip dengan struktur kaolin, smeetites yang strukturnya mirip dengan struktur pyrophyllite, dan illites yang strukturnya mirip dengan struktur muscovite. 

Abu Terbang (Fly Ash)

Abu terbang merupakan jenis material berbentuk serbuk dengan yang umumnya berbentuk sferis, padat atau kosong, dan bersifat amorf (glassy). Jenis material ini diproduksi dari hasil pembakaran batu bara dan memiliki butiran yang sangat halus. Pada umumnya material ini dikumpulkan dari aliran gas dengan cara presipitasi elektrostatik, kantong penampungan atau penampungan mekanik yang disebut sebagai cyclones.

Secara umum, ada tiga jenis boiler-furnace pembakaran batu bara yang digunakan dalam industri pembangkit listrik, yaitu dry-bottom boilers, wet-bottom boilers, dan cyclone boilers. Ketika batubara dibakar dalam dry-bottom boilers, sekitar 80% dari abu yang terbentuk meninggalkan kiln atau furnace sebagai abu terbang. ketika dibakar dalam wet-bottom boilers, hanya sekitar 50% abu terbang yang dapat diperoleh, dan ketika dibakar dalam cyclone boilers, hanya sekitar 20-30% abu terbang yang dihasilkan. Adapun jenis boiler yang paling umum digunakan adalah dry- bottom boilers. 

Abu terbang dapat diaplikasikan dalam bidang konstruksi struktura seperti produksi semen/beton, bahan pengisi structural, stablisasi limbah beracun, material untuk jalan raya, campuran grouts, bahan isian untuk pembuatan asphalt, dan sebagainya, dimana dalam penggunaannya harus memenuhi ASTM C618. Bedasarkan pernyataan tersebut, abu terbang dibagi menjadi dua tiper kelas yakni tipe kelas F (hasil permbakaran batu bara anthracite atau bituminous yang bersifat pozzoolanic,  memenuhi komposisi kimia dan persyaratan fisis yang ditetapkan ASTM C618) dan tipe kelas C (hasil pembakaran batu bara tipe lignite atau subbituminous yang bersifat self-cementing, memenuhi komposisi kimia dan persyaratan fisis yang ditetapkan ASTM C618).

Ukuran partikel abu terbang yang diproduksi dari batu bara tipe bituminous biasanya lebih kecil dari 0,075 mm, dengan berat jenisnya berada pada rentang 2,1-3,0 g/cm3, dan luas permukaannya berada pada rentang 170-1000 m2/kg melalui pengukuran blaine. Sifat kimia abu terbang dangat dipengaruhi oleh jenis batu bara yang dibakar, teknik penanganan, dan penyimpnannya. Komponen utama yang terkandung dalam batu bara tipe bituminous meliputi silica, alumina, besi oksida, dan kalsium dengan jumlah karbon yang bervariasi. Sedangkan pembakaran batu bara tipe lignite atau subbituminous memiliki kandungan kalsium dan magnesium oksida yang lebih tinggi, besi oksida, silica, dan karbon lebih rendah dibandingkan bituminous.

Abu Sekam Padi 

Di seluruh dunia, sekitar 600 juta ton beras diproduksi setiap tahun. Rata-rata, 20% beras dikupas, yaitu sekitar 120 juta ton sekam diproduksi setiap tahun. Sekam padi merupakan sumber biomassa terbesar dan siap digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik. Apabila sekam padi dibakar maka akan menghasilkan sekitar 20% abu sekam, yang memiliki kandnungan silika sekitar 92-95% dengan tingkat porositas yang tinggi, ringan, dan permukaan eksternal yang luas.

Abu sekam padi (ASP) memiliki maanfaat sebagai absorbent dan isolator. Secara praktis, variasi kandungan silika pada abu sekam padi bergantung pada teknik pembakarannya, dimana suhu antara 500-800°Cnakan menghasilkan silika amorf dan pembakaran pada suhu yang  lebih tinggi akan menghasilkan Kristal silika fase kristobalit dan tridimat. Pemanfaatan abu sekam padi sebagai isolator sangat baik karena memiliki konduktivitas termal yang rendah, titik didih yang tinggik densitas bulk  rendah dan porositas tinggi. Sehingga dimanfaatkan sebagai bahan untuk mencegah pendinginan yang terlalu cepat pada baja dan meningkatkan homogenitas baja ketika terjadi proses pemadatan. Selain itu abu sekam padi juga dijadikan sebagai pozzolan pada industry semen dan baja.

Dalam pembuatan beton, semen merupakan salah satu bahan utama yang menghasilkan gas CO2 dalam proses produksinya namun dapat mencemari lingkungan sekitarnya. Oleh karena itu, diperlukan suatu inovasi dalam pembuatan beton, termasuk beton geopolimer guna mengurangi dampak pada lingkungan.

Telah banyak penelitian yang meyelidiki mengenai pemanfaatan silika amorf dalam pembuatan manufaktur beton. Dalam hal ini, terdapat dua aspek dalam penggunaan abu sekam padi yakni pembuatan manufaktur blok bangunan yang murah dan produksi semen berkualitas tinggi. Seperti pada salah satu penelitian yang berjudul “Pengembangan Beton Geopolimer Berbasis Fly Ash dan Abu Sekam Padi untuk Aplikasi Struktural Bawah Laut”, memiliki kuat tekan maksimum yang diperoleh pada perbandingan FA:ASP sebesar (80: 20)% yaitu 59.92 MPa. Data yang diperoleh pada penelitian tersebut telah memenuhi syarat minimum nilai kuat tekan beton tahan sulfat yaitu 31 MPa, sehingga dapat disimpulkan bahwa beton geopolimer tersebut layak digunakan sebagai material struktural bawah laut. 


Sumber:

Riswati B, Nurhayati and Junedi, S. (2016) ‘Pengembangan Beton Geopolimer Berbasis Fly Ash dan Abu Sekam Padi untuk Aplikasi Struktural Bawah Laut’, Jurnal Sains dan Pendidikan Fisika, 13(3), pp. 287–292. doi: doi.org/10.35580/jspf.v13i3.6203.

Salain, I. M. A. K., Wirasa, M. N. A. and Pamungkas, I. N. M. M. A. (2020) ‘Kuat Tekan Beton Geopolimer Menggunakan Abu Terbang’, Jurnal Spektan, 8(1), pp. 105–114.

Subaer (2015) Pengantar Fisika Geopolimer. Makassar: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi.

Lebih baru Lebih lama