METODE KARAKTERISASI TERHADAP KUALITAS GEOPOLIMER
Untuk melakukan suatu pengukuran terhadap hasil produksi sampel, maka perlu diketahui konsep-konsep dalam pengukuran tersebut. Demikian halnya dengan sampel geopolimer, dimana untuk mengetahui kualitas dari sampel tersebut maka perlu dilakukan berbagai pengujian terhadap sampel seperti pengukuran rapat massa dan porositas, pengukuran kekerasan vickers, kekuatan tekan (compressive strength), kuat ikatan antar muka agregat-geopolimer, pengukuran rapat massa dan porositas, konduktivitas termal, analisis termal, dam ekpansi termal.
Pengukuran Rapat Massa dan Porositas
Pengukuran ini dilakukan untuk mengevaluasi kualitas fisik geopolimer. Rapat massa bulk didefinisikan sebagai massa total material per satuan volume. Sedangkan porositas adalah sebuah fase dalam material yang dikarakterisasi berdasarkan ukuran, distribusi, serta fraksi volume. Salah satu jenis pengukuran porositas yang biasa dilakukan adalah apparent porosity (porositas dalam permukaan material.
Pengukuran terhadap nilai rapat massa (Db) dan apparent porosity (Pa) umumnya menggunakan prinsip Archimedes yakni menenggelamkan sebuah material ke dalam air (umumnya dengan deionized water), yang dihitung menggunakan persamaan :
dimana, md adalah massa geopolimer kering, mi adalah geopolimer jenuh air dan disuspensi dalam air, ms adalah geopolimer jenuh air dan disuspensi udara, dan Di adalah massa jenis air di temperature kamar.
Geopolimer yang hendak diukur sebaiknya dipotong terlebih dahulu menggunakan gergaji intan yang berdimensi 0,50 cm dengan diameter 2,50 cm. kemudian dikeringkan dan ditimbang meggunakan neraca digital untuk menentukan massa sampel dalam keadaan kering. Selanjutnya sampel geopolimer dimasukkan ke dalam air dan didihkan kurang lebih selama dua jam. Selama proses pemanasan, volume air harus dijaga agar sampel yang hendak diuji tetap terendam. Setelah selesai melakukan pemanasan, sampel geopolimer tetap berada dalam rendaman air selama 12 jam sebelum dilanjutkan ke proses penimbangan.
Pengukuran Kekerasan Vickers
Kekerasan (hardness) adalah ukuran resistansi sebuah material terhadap reformasi yang terlokalisasi. Pengujian kekerasan merupakan sebuah metode yang biasa digunakan untuk menguji kualitas material, khususnya pada material logam dan keramik, yang dilakukan dengan menekan sebuah indenter menggunakan beban dinamik atau statis ke atas permukaan material dan menentukan tantangan material, dimana dalam hal ini yaitu ukuran indentasi.
Salah satu mesin indenter yang sering digunakan yakni Zwick Microhardness Tester dengan sebuah indenter Vickers yang memiliki bentuk piramida dari bahan intan. Sampel geopolimer yang hendak diuji, dipotong terlebih dahulu menggunakan gergaji intan dan permukaannnya dipoles meggunakan Struers Pedamat Polisher, kemudian diakhiri dengan 1µm grade diamond.
Dimana, P adalah beban (N), As adalah luas permukaan indentasi (mm2), d adalah diagonal rata-rata indentasi (mm), dan a adalah sudut muka indenter (136°).
Kekuatan Tekan (Compressive Strength)
Pengujian ini dilakukan untuk menyelidiki kekuatan penuh pada sample geopolimer, baik sampel yang memiliki agregat maupun tanpa agregat. Pengujian setelah sampel berusia 1, 3, 7, dan 28 hari.
Sampel geopolimer yang hendak diuji berbentuk silinder atau persegi panjang dengan panjang 5,00 cm dan diameter 2,50 cm, yang perbandingannya sebesar 2:1 dan telah memenuhi persyaratan compression terst ASTM-C773. Kekuatan tekan sampel dihitung menggunakan persamaan :
C = P/A
Dimana C adalah kekuatan tekan (MPa), P adalah beban total hingga sampel rontok (N), dan A adalah luas permukaan sampel yang ditekan (m2).
Kuat Ikatan Antar Muka Agregat-Geopolimer
Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengukur kuat ikatan antara agregat dengan matriks pada sampel geopolimer, dimana ikatan pada Interfacial Transition Zone (ITZ) adalah salah satu parameter penting bagi keramik dan material yang bersifat semen, khususnya pada aplikasi pelapisan (coating), hubungan (junction) atau sambungan (join).
Jenis pengukuran ini menggunakan sampel yang berukuran 20x20x100 mm. Adapun jenis agregat yang digunakan dapat berupa quartz, sandstone, serta granit yang berbentuk kubus yang bersisi 20 mm. untuk memisahkan sampel geopolimer dengan agregat menggunakan Hounsfield Tensometer yang memiliki kapasitas beban maksimum sekitar 250 kg.
Konduktivitas Termal
Konduktivitas dan difusivitas termal adalah sifat termofisik yang memiliki kaitan dengan perpindahan pansa secara tunak (steady heat conduction) dan berperan penting untuk menentukan unjuk kerja pada material termasuk sampel geopolimer seperti bahan refraktori, material serbuk dan berserat, serta bata isolator, dengan menggunakan metode transien kawat panas. Pengukuran ini melibatkan pengukuran fluks panas serta selisih suhu/temperature.
k= (q⁄A)/(∆T⁄∆L) , a=k/(pC_p ) (5)
Dimana k dinyatakan dalam Wm-1K-1, q dalam satuan watt adalah jumlah panas yang melewati luas penampang A (m2), dan menyebabkan selisih temperature ∆T (K), sepanjang ∆L (m). Sehingga dapat dikatakan bahwa q⁄A adalah fluks panas yang menimbulkan gradient termal ∆T⁄∆L. Kemudian a dalam m2/s, p dinyatakan sebagai rapat massa sampel (kg m-3), dan Cp menyatakan kapasitas panas specimen (J kg-1k1).
Analisis Termal
Analisis termal geopolimer untuk jenis material keramik dan semen dilakukan dengan Thermo Gravimetric dan Differential Thermal Analysis (TG-DTA), untuk mengukur hilangnya bound water dari mineral kaolin dan sampel geopolimer.
Thermo Gravimetric (TG) adalah suatu teknik pengukuran variasi massa terhadap sebuah sampel yang dipanaskan secara kontinu pada lingkungan yang terkendali. Variasi massa ini biasanya dapat disebabkan oleh kehilangan massa atau emisi uap dan penambahan massa atau fiksasi gas.
Sedangkan Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik pengukuran terhadap selisih suhu/temperature antara sampel dengan sebuah referensi sebagai fungsi waktu atau temperature, ketika sampel yang akan diuji dipanaskan secara kontinu.
Dalam proses pengukurannya, laju pemanasan yang biasa digunakan berada pada rentang 5-10°C/menit dengan jumlah sampel minimum 10 mg. Kemudian sampel disimpan dalam sebuah crucible platinum dan referensi dibiarkan kosong.
Ekspansi Termal
Pengujian ekspansi termal pada berbagai material diukur menggunakan dilatometer. Kemudian sampel geopolimer yang akan diuji berbentuk silinder atau persegi panjang, dengan panjang sekitar 25 cm dan diameter 4 mm.
Pada dasarnya penggunaan alat dilatometer digunakan untuk menyelidiki perilaku densifikasi pada sampel geopolimer dan material lainnya. Pengukuran ini biasanya dilakukan pada rentang temperature sekitar 20-900°C dengan laju pemanasan sekitar 2°C/menit.
Referensi
Subaer (2015) Pengantar Fisika Geopolimer. Makassar: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi.