PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHAN

PANAS DAN KOROSI

Skripsi

Oleh

Arizon

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

ABSTRACT

USING GEOPOLYMER COMPOSITES FOR HEAT AND CORROSIONRESISTANT PIPES

By

ARIZON

Piping is a transportation means in draining fluid. In a certain condition, it isneeded a pipe that is resistant to corrosion, scale deposits and heat themperature.The problems that appears by using steel pipe are the speed in corrosing anddeposits in scaling. However, the use of PVC pipe (plastic pipe) is not resistant inheat themperature. This research is an attempt to obtain materials that is resistantto heat and corrosion. The materials used is rice husk silica, which is then mixedwith other geopolymer composites materials. With the taguchi method a largenumber of experiments are performed to get the best sample. It gets the bestcomposition which gets Flexural Strength with average 58,16 Mpa, thecomposistion are 27 gr of Silicon Dioxide, 51 gr Caolin, 9 gr CaO, 13 gr CarbonFiber, 22,5 gr Sodium Silicate and 7,5 gr Sodium Hidroksida. After that, theoptimum composition is used in printing the geopolymer pipe by CentrifugalCasting method. It gets the test result Hoop Tensile Strength with average 0,76Mpa. According to the Taguchi analysis, the optimum composition of thegeopolymer composites that is generated are 33 gr Silicon Dioxide, 51 gr Caolin,9 gr CaO, 13 gr Carbon Fiber, 22,5 gr Sodium Silicate and 7,5 gr SodiumHidroksida.

Keyword : Geopolymer, Pipe, Flexural Strength, Hoop Tensile Strength, TaguchiMethod, Centrifugal Casting.

ABSTRAK

PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHANPANAS DAN KOROSI

Oleh

ARIZON

Perpipaan merupakan sarana transportasi untuk mengalirkan fluida. Dalamkondisi tertentu dibutuhkan pipa yang tahan terhadap korosi, endapan kerak dantemperatur panas. Masalah yang muncul pada penggunaan pipa baja ialah lajukorosi dan endapan kerak yang tinggi, sedangkan penggunaan pipa PVC(Berbahan Plastik) tidak tahan terhadap temperatur panas. Penelitian inimerupakan suatu upaya untuk mandapatkan material yang tahan terhadap panasdan korosi. Material yang digunakan adalah silika sekam padi, yang kemudiandicampurkan dengan bahan-bahan komposit geopolimer lainnya. Dengan metodetaguchi dilakukan eksperimen dalam jumlah yang banyak untuk mendapatkansampel terbaik. Dihasilkan komposisi terbaik yang menghasilkan FlexuralStrength rata-rata 58,16 Mpa, dengan komposisi 27 gr Silikon Dioksida, 51 grKaolin, 9 gr CaO, 13 gr serat karbon, 22,5 gr Sodiuim Silikat dan 7,5 gr SodiumHidroksida. Kemudian komposisi optimum tersebut digunakan untuk pencetakanpipa geopolimer dengan cara Centrifugal Casting. Didapatkan hasil pengujianHoop Tensile Strength dengan rata-rata 0,76 MPa. Berdasarkan analisis Taguchikomposisi komposit geopolimer optimum yang dihasilkan adalah 33 gr SilikonDioksida, 51 gr Kaolin, 9 gr CaO, 13 gr Serat Karbon, 22,5 gr Sodium Silikat dan7,5 gr Sodium Hidroksida.

Kata Kunci : Geopolimer, Pipa, Flexural Strength, Hoop Tensile Strength, MetodeTaguchi, Centrifugal Casting.

PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHAN

PANAS DAN KOROSI

Oleh

Arizon

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2019

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Desa Padang Cahya, Liwa,

Lampung Barat pada tanggal 23 Mei 1995 sebagai anak

ke empat dari empat bersaudara dari pasangan Ishak dan

Nuryati. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah

Dasar di SD Negeri 2 Padang Cahya , Kecamatan Balik

Bukit, Liwa, Lampung Barat pada tahun 2007. Selanjutnya melanjutkan

pendidikan di Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Liwa pada tahun

2007, lulus pada tahun 2010, dan menyelesaikan pendidikan di Sekolah

Menengah Atas di SMK 2 Mei Bandar Lampung pada tahun 2013. Pada tahun

2013 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Lampung melalui jalur penerimaan Seleksi Bersama Masuk

Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif

mengikuti kegiatan organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM)

Universitas Lampung sebagai anggota Divisi Olahraga periode 2014-2015, dan

periode 2015-2016 menjadi Kepala Divisi Olahraga. Penulis juga mengikuti

organisasi Badan Eksekutif Mahasiswa. Penulis melakukan Kerja Praktik (KP) di

PT. Bukit Asam yang bertempat di Jl. Soekarno-Hatta, Kab. Lampung Selatan

pada tahun 2017. Pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian pada bidang

Perancangan dan Konstruksi dengan judul “Penggunaan Komposit Geopolimer

Untuk Pipa Tahan Panas dan Korosi.” dibawah bimbingan Bapak Dr. Jamiatul

Akmal, S.T., M.T. dan Bapak Moh. Badaruddin, S.T., M.T., Ph.D.

MOTTO

Semakin Banyak Kita Tahu

Semakin Kita Tidak Tahu

PERSEMBAHAN

Segala Puji dan Syukur kepada Allah SWT.

Karena berkat rahmat dan karunianya yang telah diberikan kepada Umatnya.

Bapak dan Ibu yang kusayangi: Bapak Ishak dan Ibu Nuryati, yang telah

membesarkan dan memberikan didikan serta tak henti memberikan do’a,

semangat, dan dukungan kepada anak-anaknya.

Saudara-saudaraku, Anita Hastari Ningsih, Andri Saputra dan M. Reza Putra.

Para Pendidik yang telah mengajar dengan penuh kesabaran

Teman Seperjuangan Teknik Mesin Angkatan 2013

Almamaterku tercinta Universitas Lampung

i

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillahirobbilalamin, Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah, serta inayah-Nya kepada penulis

sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan

mempersembahkan judul "Penggunaan Komposit Geopolimer Untuk Pipa Tahan

Panas dan Korosi" dengan sebaik-baiknya. Salawat beriring salam selalu tercurah

kepada junjungan seluruh alam Nabi Muhammad SAW, sahabatnya, serta para

pengikutnya yang selalu istiqomah diatas jalan agama islam.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bimbingan,

motivasi dan bantuan baik moral maupun materi oleh banyak pihak. Untuk itu

dengan sepenuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

2. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Lampung.

3. Bapak Dr. Jamiatul Akmal, S.T., M.T selaku Sekretaris Jurusan Teknik

Mesin Universitas Lampung.

ii

4. Bapak Dr. Jamiatul Akmal, S.T., M.T selaku dosen pembimbing utama tugas

akhir, atas banyak waktu untuk membantu dan ide pemikiran yang telah

diberikan untuk membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas

akhir ini.

5. Bapak Moh. Badaruddin, S.T., M.T., Ph.D. selaku pembimbing kedua tugas

akhir ini, yang telah banyak memberikan waktu dan pemikiran serta saran

bagi penulis.

6. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. selaku dosen pembahas yang telah

memberikan waktu, ide pemikiran dan saran yang bermanfaat bagi penulis.

7. Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung berkat ilmu yang

telah diajarkan kepada penulis selama penulis menjalani masa studi di

perkuliahan.

8. Staf Akademik serta Asisten Laboratorium yang telah banyak membantu

penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Kedua Orang Tua dan Keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan

baik berupa doa maupun materi dan sekaligus menjadi inspirator bagi penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

10. Teman-teman seperjuangan di kampus Milia Rahman, Kusuma Cakra

W.,Ahmad Ihsanuddin, Arisandi, M. Kresna Ismoyo, Ismayanti,

Wahyudytama, Kelvin Fernando P., dan Nuryanto yang telah banyak

memberikan inspirasi dan bantuan terhadap penulis.

11. Semua rekan di Teknik Mesin khususnya teman-teman angkatan 2013 untuk

kebersamaan yang telah dijalani.“Salam Solidarity Forever”.

iii

12. Ceryna Febry yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada

penulis.

13. Dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini

yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,

akan tetapi sedikit harapan semoga yang sederhana ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, 12 Desember 2019Penulis

ARIZONNPM. 1315021010

iv

DAFTAR ISI

SANWACANA .................................................................................................. i

DAFTAR ISI......................................................................................................iv

DAFTAR TABEL .............................................................................................vii

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang............................................................................................. 11.2 Tujuan Penelitian......................................................................................... 31.3 Manfaat Penelitian....................................................................................... 31.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 41.5 Sistem Penulisan.......................................................................................... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit....................................................................................................... 72.1.1 Pembentuk Material Komposit ........................................................... 72.1.2 Klasifikasi Komposit .......................................................................... .82.1.3 Silika Sekam Padi .............................................................................. .9

2.2 Geopolimer ..................................................................................................132.2.1 Bahan Dasar Geopolimer....................................................................142.2.2 Aktivator .............................................................................................152.2.3 Serat Karbon .......................................................................................16

2.3 Centrifugal Casting ......................................................................................162.4 Pengujian Bending Three Point ...................................................................182.5 Pengujian Hoop Tensile Strength .................................................................202.6 Pengujian Water Absorb ..............................................................................222.6 Scanning Electron Microscopy (SEM) ........................................................222.8 Rancangan Penelitian....................................................................................23

2.8.1 Metode Taguchi ..................................................................................232.8.2 Tahap Perencanaan Penelitian ............................................................24

v

2.8.3 Tahap Pelaksanaan Penelitian.............................................................252.8.4 Tahap Analisa .....................................................................................262.8.5 Matriks Ortogonal...............................................................................27

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian.......................................................................293.2 Tahapan Penelitian........................................................................................29

3.2.1 Survey Lapangan dan Studi Literatur .................................................293.2.2 Pembuatan Spesimen Pengujian .........................................................303.2.3 Pengujian Spesimen ...........................................................................303.2.4 Tahap Analisa ....................................................................................30

3.3 Pengolahan Data Komposis Geopolimer......................................................303.4 Pembuatan Spesimen Uji Bending Three Point............................................313.5 Penyiapan Bahan-Bahan Untuk Pembuatan Pipa .........................................32

3.5.1 Bahan-Bahan yang Digunakan ..........................................................323.5.2 Persiapan Pembuatan Pipa .................................................................33

3.6 Proses Centrifugal Casting ...........................................................................333.6.1 Alat-alat yang Digunakan .................................................................333.6.2 Proses Pembuatan Pipa ......................................................................34

3.7 Pembuatan Spesimen Pengujian Hoop Tensile Strength ..............................353.8 Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer ..........................................................37

3.8.1 Pengujian Bending Three Point .........................................................373.8.2 Proses Hoop Tensile Strength ............................................................383.8.3 Proses Water Absorb .........................................................................39

3.9 Diagram Alir Penelitian ...............................................................................41

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian Komposit Geopolimer ...............................................434.1.1 Data Hasil Pengujian Bending Three Point ........................................434.1.2 Data Hasil Pengujian Hoop Tensile Strength .....................................494.1.3 Data Pengujian Penyerapan Air .........................................................52

4.2 Pengaruh dan Optimasi Dengan Metode Taguchi ........................................564.2.1 Rasio S/N............................................................................................57

4.1 Hasil Pengujian SEM....................................................................................61

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan ...................................................................................................645.2 Saran .............................................................................................................65

vi

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

No. Keterangan Tabel Halaman

Tabel 2.1 Ukuran Spesimen Menurut ASTM C 1161..........................................20

Tabel 2.2 Contoh Matriks Ortoggonal Dalam Eksperimen .................................28

Tabel 3.1 Desain Komposisi yang Akan Dibuat Dengan Metode Taguchi .........31

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Bending Three Point .........................................43

Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan Teganga Lentur ..............................................44

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Hoop..................................................................49

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Hoop Tensile Strength ...................................49

Tabel 4.5 Data Hasil S/N Rasio Pada Komposisi Percobaan...............................57

Tabel 4.6 Data Hasil Respon S/N Rasio Larger is Better....................................58

Tabel 4.7 Data Hasil Means .................................................................................58

viii

DAFTAR GAMBAR

No. Keterangan Halaman

Gambar 2.1 Komposit Berpenguat Serat ............................................................. .8

Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya ............................... .9

Gambar 2.3 Komposit Dengan Serat Continuous dan Discontinuous .................10

Gambar 2.4 Silika Sekam Padi ............................................................................13

Gambar 2.5 Serat Karbon.....................................................................................17

Gambar 2.6 Pengujian Bending Three Point........................................................18

Gambar 2.7 Alat Pengujian Hoop Tensile Strength .............................................21

Gambar 3.1 Geometri Spesimen Pengujian Bending Three Point.......................31

Gambar 3.2 Inkubator ..........................................................................................33

Gambar 3.3 Cetakan Pipa.....................................................................................34

Gambar 3.4 Mesin Centrifugal Casting ...............................................................34

Gambar 3.5 Hasil Pencetakan Pipa Geopolimer ..................................................35

Gambar 3.6 Geometri Spesimen Pengujian Hoop ...............................................36

Gambar 3.7 Pipa Geopolimer yang Akan Dipotong ............................................36

Gambar 3.8 Spesimen Pipa Geopolimer Siap Uji ................................................37

Gambar 3.9 Pengujian Bending Three Point ........................................................38

Gambar 3.10 Pengujian Hoop Tensile Strengh .....................................................39

Gambar 3.11 Pengujian Water Absorb..................................................................40

ix

Gambar 3.12 Diagram Alir Penelitian ..................................................................41

Gambar 4.1 Grafik Tegangan Lentur ...................................................................45

Gambar 4.2 Grafik Modulus Elastisitas ...............................................................47

Gambar 4.3 Deformasi Spesimen Setelah Pengujian...........................................49

Gambar 4.4 Grafik Hoop Tensile Strength ..........................................................50

Gambar 4.5 Grafik Tegangan – Regangan Hoop Tensile Strength......................51

Gambar 4.6. Pipa Geopolimer Berdasarkan Standar ASTM D 2290 ...................51

Gambar 4.7. Grafik Nilai Penyerapan Air Untuk Bending Three Point ...............53

Gambar 4.8 Grafik Nilai Penyerapan Air Untuk Pipa Geopolimer .....................54

Gambar 4.9 Grafik Signal to Noise Terhadap Kekuatan Lentur Geopolimer......59

Gambar 4.10 Grafik Means Dari Komposisi Geopolimer ...................................59

Gambar 4.11 Hasil Pengujian SEM Pada Spesimen 3.........................................61

Gambar 4.12 Hasil Pengujian SEM Pada Spesimen 1.........................................62

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perpipaan merupakan sarana transportasi untuk mengalirkan fluida yang

umum dipakai di industri. Saat ini yang banyak dipakai di industri ialah pipa

baja. Tetapi dalam kondisi tertentu dibutukan pipa yang tahan terhadap korosi

dan tahan temperatur panas. Khususnya di industri geothermal. Salah satu

masalah yang muncul saat penggunaan pipa baja ialah laju korosi dan

endapan kerak pada pipa yang dipakai, sedangkan penggunaan pipa pvc

berbahan plastik tidak tahan terhadap temperatur panas. Hal ini dapat

menimbulkan kerugian bagi perusahaan. Di Indonesia, perusahaan

PERTAMINA harus mengeluarkan USD 6 -7 untuk penggantian/perawatan

pipa baja yang digunakan (Akmal dkk, 2019).

Geopolimer merupakan salah satu material yang tahan terhadap temperatur

panas dan tahan terhadap korosi. Geopolimer merupakan hasil sintesis dari

bahan dasar yang banyak mengandung ikatan unsur alumina (Al), Silika (Si)

dan oksida. Geopolimer terbuat dari bahan seperti limbah industri batu bara

yaitu abu fly-ash dan bahan lainnya yang mangandung unsur silika. bahan

2

tersebut akan menjadi material yang kuat jika diaktivasi dengan aktivator

berupa Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat (Suwanto, 2017).

Tujuan penelitian ini adalah mengetahui sifat – sifat mekanik pipa geopolimer

sebagai pipa alternatif. Keberhasilan dari penelitian ini diharapkan mampu

menjawab masalah yang dihadapi pada pipa, yaitu masalah tingkat korosi

yang tinggi dan tahan terhadap temperatur panas, Sehingga berdampak

terhadap efisiensi dan biaya perawatan yang murah. Penelitian ini juga

diharapkan dapat membantu mengatasi persoalan limbah fly-ash dan

memberikan nilai tambah terhadap limbah industri tersebut.

Komposisi dari komposit geopolimer yang ditambahkan unsur silikon

dioksida, kemudian akan dicetak sesuai dengan standar ASTM C 1161, Lalu

diuji dengan metode Bending Three Point. Setelah didapatkan komposisi

yang terbaik. Komposit geopolimer akan dicetak menggunakan mesin

centrifugal cating. Cetakan pipa akan digerakan oleh motor penggerak. Motor

penggerak akan memberikan gaya sentrifugal sehingga bahan geopolimer

yang ada dalam cetakan pipa akan terbentuk menjadi pipa. Setelah menjadi

pipa geopolimer kemudian dibuat sesuai dengan standar ASTM D. Kemudian

pengujian sifat mekanik berupa pengujian Hoop tensile strength. serta

pengujian daya serap air.

Pengoptimalan komposit geopolimer dengan menambahkan unsur silikon

dioksida pada Pembuatan pipa geopolimer dengan menggunakan cetakan

3

centrifugal casting, diharapkan mampu menambah kekuatan dari pipa

komposit geopolimer yang tahan terhadap temperatur panas dan tahan korosi.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Mengetahui pengaruh penambahan silikon dioksida dan sodium silikat

terhadap sifat mekanik komposit geopolimer.

b. Melakukan optimasi terhadap komposisi komposit geopolimer untuk

menghasilkan sifat mekanik yang maksimum.

c. Pembuatan pipa komposit geopolimer dengan Centrifugal Casting dan

mengetahui sifat mekaniknya.

1.3 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebgai berikut :

a. Mengembangkan ilmu pengetahuan terhadap komposit geopolimer untuk

pengaplikasian pada pipa geopolimer.

a. Memberikan nilai tambah terhadap limbah dari penggilingan padi seperti

sekam padi.

4

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini dibatasi dalam beberapa hal

yaitu sebagai berikut :

a. Komposisi bahan baku geopolimer seperti Silikon Dioksida (SiO2), Kaolin,

Kalsium Oksida (CaO) dan Serat Karbon.

b. Pengujian sifat mekanik Flexural Three Point dan Hoop Tensile Strength

dengan standar ASTM C 1161 dan ASTM D 2290, Pengujian daya serap

air (Water absorber) dan Pengujian SEM.

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika dalam penulisan yang digunakan penulis dalam

penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Pada bab ini diuraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian, manfaaat

penelitian, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung

pembahasan tentang studi kasus yang diambil. Sifat-sifat mekanik

5

geopolimer seperti Silikon dioksida, CaO, Kaolin, serat karbon, sodium

hidroksida, sodium silikat dan Centrifugal Casting. Pengujian standar ASTM

C 1161, ASTM D 2290 dan pengujian SEM. Dasar teori ini akan dijadikan

sebagai penuntun untuk memecahkan masalah seperti kualitatif dan model

matematis.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan tentang metode yang digunakan penulis dalam

pelaksanaan tugas akhir yaitu tentang diagram alur penelitian, penyiapan

spesimen uji, pembuatan spesimen uji, pengujian mekanik dengan

menggunakan standar ASTM C 1161, ASTM D 2290 dan Pengujian

penyerapan air.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan tentang

masalah yang dihadapi dalam penelitian yaitu pengujian Bending Three

Point, Hoop Tensile Strength, pengujian penyerapan air dan Pengujian SEM

lalu kemudian dianalisa.

6

BAB V : SIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisIkan kesimpulan dan saran dari data-data yang diperoleh

dari studi kasus yang dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan

laporan penelitian.

LAMPIRAN

Terdiri dari data-data gambar dan tabel yang mendukung atau hal-hal lain

yang dianggap perlu.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit

Komposit dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih bahan

atau material untuk menghasilkan sifat material yang lebih baik. Sifat

material yang dihasilkan tersebut akan baik dari segi kekuatan maupun

kekakuan. keuntungan utama dari komposit ialah selain dari peningkatan

kekuatan dan kekakuan. komposit mempunyai kepadatan yang rendah

sehingga memungkinkan penurunan massa (Campbell, 2010). Konsep dari

komposit itu sendiri adalah dengan menambahkan penguat serat atau partikel

lain kedalam matriks yang dapat berupa logam, keramik maupun plastik

Tujuan utama dari pembuatan komposit ialah untuk meningkatkan sifat

mekanik atau sifat-sifat lainnya. dimana sifat material akhir yang dihasilkan

akan memilki kekuatan dan kekakuan yang tinggi dan mempunyai nilai massa

yang ringan serta komposit memiliki sifat tahan korosi yang lebih baik

dibandingkan dengan besi dan alumunium.

8

Gambar 2.1 Komposit berpenguat serat (Apriyahanda, 2018)

2.1.1 Pembentuk Material Komposit

Di dalam pembentukan komposit terdiri atas 2 fasa yaitu sebagai

berikut :

a. Matriks

Matriks merupakan suatu fasa yang berfungsi sebagai pengikat serta

mengisolasi dari serat atau partikel lainnya. matriks juga dapat

memberikan bentuk dan kekakuan terhadap struktur komposit yang

akan dibuat.

b. Penguat

Penguat merupakan bahan utama dari pembuatan komposit karena

berfungsi sebagai penahan dari suatu tegangan yang didapat atau

diberikan. kualitas dari suatu komposit tergantung dari ukuran dari

partikel, komposisi dari suatu bahan, waktu dan teknik pencampuran

dan sintering atau pengeringan.

9

2.1.2 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan Penguatnya klasifikasi komposit dapat dibagi menjadi tiga

yaitu komposit serat, komposit partikel, dan komposit struktural yang

dapat dilihat pada bagan dibawah ini :

Gambar 2.2 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya (Calister dkk,

1940)

a. Komposit dengan berpenguat serat (Fiber Reinforced Composites)

Secara teknologi komposit yang paling baik adalah komposit yang

berpenguat serat karena desain komposit yang diperkuat dengan

serat akan memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi sehingga

mampu menahan beban yang tinggi. karakteristik dari sifat komposit

berpenguat serat memiliki parameter modulus yang spesifik dengan

rasio kekuatan tarik untuk gravitasi dan modulus elastisitas

terhadapa gravitasi spesifik.

10

Dalam komposit yang berpenguat serat karbon ada dua jenis serat

yang terbentuk dalam desain komposit yaitu serat secara continous

dan serat discontinous, maksud dari serat continuous (terus-menerus)

ialah serat yang terdapat dalam komposit tidak terputus-putus dan

serat discontinuous ialah serat yang terputus-putus yang terdapat

dalam komposit, dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini :

Gambar 2.3 Komposit dengan serat continuous dan discontinuous

(Campbell, 2010)

11

b. Komposit dengan berpenguat partikel (Particle Reinforced

Composites)

Komposit partikel adalah komposit yang penguatnya berbentuk

partikel-partikel dan sifat yang dapat didapatkan ialah bentuknya

yang besar dan permukaannya yang datar. Dalam klasifikasi

komposit berpenguat partikel ada dua jenis dari komposit partikel

yaitu komposit partikel besar (Large particle composit) dan

komposit yang diperkuat dengan dispersi (dispersion strengthened

composites).

1. Komposit partikel besar (Large particle composit)

Komposit partikel besar ialah bahan komposit yang dijadikan

sebagai matriks, kemudian matriks dimodifikasi atau

ditingkatkan sifat-sifat dari material. kemudian selanjutnya

fraksi dari volume dua fase mempengaruhi prilaku mekanis

dengan meningkatnya partikulat. dalam komposit partikel besar

perbandingan antara modulus elastisitas fraksi antara volume

matriks dengan volume partikel akan menentukan kekerasan

suatu komposit geopolimer.

2. komposit yang diperkuat dengan dispersi (dispersion

strengthened composites).

Komposit yang diperkuat dengan dispersi ialah komposit yang

diperkuat dan dikeraskan oleh dispersi yang seragam dari

beberapan persen volume partikel halus dari bahan yang sangat

12

keras dan lembab. mekanisme penguatan melibatkan interaksi

antara partikel dan dislokasi dalam matriks. pada komposit

berpenguat disperse temperatur dipertahankan pada temperature

yang dan waktu yang dengan partikel yang dipakai berdiameter

0,1 sampai dengan 0,2 µm (Calister dkk, 1940).

c. Komposit struktural (Structural composites)

Komposit struktural ialah komposit yang terdiri atas dua atau lebih

lapisan yang dipadukan menjadi satu lapisan, dimana setiap

lapisannnya memiliki karateristik yang berbeda-beda.

2.1.3 Silika Sekam Padi

Silika sekam padi ialah serbuk dari hasil sintesis dari sekam, sintesis dari

sekam padi dengan menggunakan larutan NaOH dapat menghasilkan

sekitar 9,01 silika padi (Soltani dkk, 2014). Serbuk dari silika sekam

padi dapat berguna sebagai perekat pada teknologi komposit geopolimer

dan berfungsi sebagai pengisi pada ruang-ruang yang kosong pada

butiran teknologi komposit geopolimer. dengan kata lain silika dari

sekam padi dapat dimanfaatkan sebagai salah satu campuran untuk

teknologi komposit geopolimer karena bersifat serbuk sehingga mudah

digunakan.

13

Gambar 2.4 Silika Sekam Padi

2.2 Geopolimer

Geopolimer pertama kali dikemukan oleh Prof. Davidovits pada tahun 1978.

Ia mengungkapkan bahwa, Geopolimer merupakan hasil sintesis dari bahan

dasar yang banyak mengandung ikatan unsur alumina (Al), Silika (Si) dan

oksida. properti dan penggunaannya geopolimer sedang dieksplorasi dalam

banyak hal seperti kimia, kimia fisik, kimia koloid, mineralogi, geologi, dan

semua jenis teknologi rekayasa. Penelitian sebelumnya menyatakan bahan

geopolimer diperoleh dari bahan yang mudah didapatkan dengan harga cukup

terjangkau seperti sekam padi dan fly ash dengan mensintesis bahan tersebut.

Kekuatan tekan geopolimer dapat mencapai hingga 20 MPa dalam waktu

beberapa jam setelah proses polimerisasi dan mencapai 70-100 MPa dalam

waktu polimerisasi kurang dari satu bulan (Davidovits, 1991).

Seperti penelitian yang dilakukan oleh Okoye dkk, pada tahun 2015,

melakukan penelitian dengan membuat geopolimer berbahan variasi

komposisi fly ash, kaolin, sodium silikat, agregat, fine sand, dan activator

dan perbandingan aktivator yaitu campuran ordinary Portland cement (OPC).

14

spesimen kemudian di-curing selama 72 jam pada temperature 1000c dan

didapatkan komposisi terbaik pada mix 12 yang spesimen uji mencapai

kekutan tekan sebesar 45,1 MPa.

2.2.1 Bahan Dasar Geopolimer

Pada dasarnya geopolimer terbuat dari 3 bahan utama yang terdiri dari

silica dan alumina, penguat dan aktivator. namun seiring berjalannya

jaman banyak bahan geopolimer yang ramah lingkungan dan kebih

ekonomis.

a. Fly Ash

Fly ash ialah bahan geopolimer yang berasal dari sisa pembakaran

batu bara yang mengandung mengandung silikon dioksida ),

besi oksida (Fe ), magnesium oksida (Mg ), Kalsium oksida

(CaO), dan aluminum oksida ( ). selain itu ukuran partikel dari

fly ash juga mempengaruhi tingkat workability dan compressive

strength dari fly ash, semakin halus fly ash yang digunakan maka

tingkat workability dan compressive strength akan semakin baik dan

begitu pula sebaliknya (Satria dkk, 2016).

b. Kalsium Oksida (CaO)

Kalsium oksida merupakan bahan yang terbentuk dari Kristal basa

dan zat padat putih yang mengandung kalsium oksida, oksida,

hidroksida kalsium, silicon, magnesium, alumunium, dan besi yang

didominasi oleh batu gamping (Suwanto, 2017)

15

c. Kaolin

Kaolin adalah bahan batuan putih yang berbentuk butiran halus yang

berwarna putih, daya perekat yang tinggi dari kaolin, sifat yang

lembut, tidah abrasif dan memiliki konduktivitas panas dan listrik

yang rendah membuat kaolin banyak dimanfaatkan di dunia industri

karena bahan yang serba guna seperti pelapisan kertas dan bahan

campuran cat (Prasad dkk, 1991).

d. Silika Sekam Padi

Sekam padi di Indonesia merupakan limbah yang sangat banyak

yang penggunaannya belum maksimal sehingga dengan pengolahan

yang maksimal dapat mebuat sekam padi menjadi nilai ekonomis

yang tinggi. menurut Soltani, (2014) sekam padi mengandung silikon

dioksida (SiO2) sebesar 9,01 % yang dapat diambil. Sintesis dari

sekam padi untuk memperoleh silikon dioksida (SiO2) ada dua dua

cara yaitu dengan cara metode alkalis dan metode pengabuan

(Suparman, 2010).

2.2.2 Aktivator

Aktivator merupakan larutan alkali yang digunakan untuk

menghasilkan kekuatan maksimum dari suatu geopolimer, larutan alkali

aktivator terdiri dari sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida

(NaOH).

16

a. Sodium Silikat (Na2SiO3)

Sodium silikat atau water glass adalah garam natrium karbonat

kompleks yang terdiri senyawa natrium karbonat (Na2CO3) dan

silikon dioksida (SiO2) , zat pembentuk sodium silikat terdiri dari

silika (konstituen primer), Alkali (sodium oxide), air (hidrous dan

sifat anhidrat). dalam pengunaannya dan aplikasinya Semakin cepat

polimerisasinya semakin tinggi banyak oksigen yang dibagi antara

. Salah satu faktor penentu penting dari sifat dan aktivitas

fungsional dari jenis natrium tertentu (Ozkan, 2016)

b. Sodium Hidroksida (NaOH)

Sodium Hidroksida (NaOH) merupakan zat yang berfungsi

mereaksikan unsur Al dan Si yang terkandung dalam material

geopolimer sehingga menghasilkan ikatan polimer yang kuat

(Prasetyo, 2015). sodium hidroksida juga berfungsi zat pembersih

dari kotoran-kotoran dalam proses sintesis dan sebagai penyerap

karbondioksida.

2.2.3 Serat Karbon

Serat karbon merupakan serat yang kuat, kekuatan dari serat melebihi

dari pada baja dalam penggunaanya untuk komponen struktur. Selain

sangat ringan serat karbon juga tahan terhadap lingkungan yang agresif,

stabil pada temperatur yang tinggi dan tahan terhadap abrasi. Sifat dari

serat karbon yang kaku menjadikan serat karbon bahan yang tahan

17

korosi dan banyak digunakan dalam aplikasi komposit geopolimer

(Suwanto, 2017).

Gambar 2.5 Serat Karbon

2.3 Centrifugal Casting

Centrifugal Casting ialah merupakan proses cetakan yang dapat

menghasilkan produk berbentuk pipa dengan memanfaatkan gaya sentrifugal

sehingga pada saat bahan dituangkan kedalam cetakan, gaya sentrifugal akan

mendorong atau mendistribusikan seluruh bahan ke dinding cetakan sehingga

bahan merata seluruhnya ke dinding cetakan. mencetak dengan menggunakan

cetakan Centrfiugal casting akan membuat bahan cetakan mempunyai seluruh

permukaan bahan yang merata dari permukaan luar dan dalam (Wahid, 2017).

18

2.4 Pengujian Bending Three Point (ASTM C 1161)

Dalam mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian

bending terhadap material tersebut. pengujian bending atau pengujian

kekuatan lentur adalah tegangan bending terbesaryang dapat diterima suatu

material akibat pembebanan dari luar tanpa mengalami deformasi yang besar

atau kegagalan. dalam pembebanan, besarnya kekutan lentur yang diperoleh

tergantung pada jenis material dan metode pembebananya. dalam pengujian

bending three point bagian tengah dari material akan mendapat beban tekan

sedangkan bagian samping bawah dari material akan mandapat beban tarik,

ketika dalam pengujian beban tekan akan lebih besar dari pada beban tariknya

sehingga pada saat pengujian beban material yang tidak mampu menahan

beban tarik yang diterima maka akan mengalami patah dan kegagalan dalam

pengujian komposit. gambar di bawah ini menjelaskan bagaimana cara

metode uji bending three point (Sari dan Sinarep, 2017).

Gambar 2.6 Pengujian Bending Three Point (Sari dan Sinarep, 2017)

Maka kekuatan bending dari suatu material dapat dirumuskan sebagai berikut :

19

(1)

(2)

(3)

Maka untuk perhitungan untuk kekuatan lentur, dapat digunakan persamaan

standar pengujian ASTM C 1161, yaitu sebagai berikut :

(4)

Dimana :

σ = Tegangan lentur (MPa)

d = Tebal / Depth (mm)

F = Beban /Load (N)

L = Panjang Span / Support span (mm)

b = Lebar/ Width (mm)

Sedangkan dalam mencari modulus elastisitas lentur dapat digunakan rumus

sebagai berikut :

(5)

Dimana :

Ef = Flexural Modulus Elastisitas lentur (MPa)

L = Panjang Span/Support (mm)

Δy = Selisih Beban Aksial maksimum dan minimum (N)

20

Δx = Selisih Displacement beban aksial maksimum dan minimum

(mm).

Dalam pengujian kekuatan lentur (flexural strength) ASTM C1161 juga

menentukan jenis dari pengujian bending, diantarannya pengujian bending

three point dan pengujian bending four point. Selain itu dalam standar ASTM

C1161 ini juga menentukan besarnya ukuran spesimen yang digunakan untuk

pengujian flexural, ada 3 jenis yang di berikan, opsi tersebut dapat dilihat

pada Tabel 2.5. Dari tabel tersebut toleransi untuk three point pada

configuration A adalah ±0,05 mm untuk setiap spesimen dan untuk B dan C

toleransi dimensi yakni ±0,13 mm. Sedangkan toleransi dimensi untuk four

point pada configuration A dan B ±0,015 mm dan pada C ±0,03 mm untuk

setiap spesimennya.

Tabel 2.1 Ukuran spesimen menurut ASTM C 1161

Configuration Width (b),

mm

Depth (d),

mm

Length (L) min,

mm

A 2,0 1,5 25

B 4,0 3,0 45

C 8,0 6,0 90

2.5 Pengujian Hoop Tensile Strength (ASTM D 2290)

Pada pengujian Hoop Tensile Strength ini menggunakan alat uji Split-Disk

yang yang dipasangkan pada spesimen uji lalu Split-Disk akan menarik dari

spesimen uji dari dua arah yang berbeda, contoh alat pengujian Hoop Tensile

Strength dapat dilihat pada gambar 2.7 di bawah ini :

21

Gambar 2.7 Alat Pengujian Hoop Tensile (ASTM, 2013).

Sehingga persamaan yang dapat dugunakan dalam menghitung besar

tegangan Hoop pada spesimen uji adalah sebagai berikut :

σth

(6)

Dimana :

σth = Tegangan Hoop Ultimate (MPa)

Fmax = Beban Maksimal Pada Failure Split-Disk (N)

Am = Luas Daerah Minimun dari Dua Bagian, d x b (mm2)

Maka, dengan demikian Modulus Elastisitas Hoop dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut :

(7)

Dimana :

Eh = Modulus Elastisitas Hoop (MPa)

= Slope Linear Kurva Tegangan-Regangan (N/mm)

22

2.6 Pengujian Serap Air / Water Absorber

Pengujian daya serap air adalah pengujian dimana spesimen uji akan

direndam didalam air selama 96 jam, selanjutnya akan dilihat berapa

persentase daya serap dari spesimen tersebut dan massa dari spesimen uji

tersebut yang dapat dipersentasekan antara 0 – 100%. Adapun rumus untuk

daya serap air adalah sebagai berikut (Amin dan Suharto, 2017 ) :

Serap Air (%) :

(8)

Dimana :

W1 = Massa Spesimen Kering (Gram)

W2 = Massa Spesimen Setelah Menyerap Air (Gram)

2.7 Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM dilakukan untuk mengetahui struktur mikro permukaan material

termasuk porositas dan pembentukan retakan dan antar muka (interface)

antara agregat dan matriks. Analisis struktur mikro dengan SEM dapat

dilakukan pada sampel yang telah dipoles atau sampel yang tidak dipoles atau

sampel fraktur. Persiapan sampel yang hendak digunakan untuk pengujian

SEM dapat dipersiapkan dengan memotong sampel hingga berukuran tebal 2

mm dengan diameter 10 mm. Permukaan spesimen yang akan diperiksa

dipindai dengan berkas elektron, dan berkas elektron yang dipantulkan

dikumpulkan, kemudian ditampilkan pada tingkat pemindaian yang sama

pada tabung sinar katoda (mirip dengan layar televisi CRT). Gambar dilayar

berupa foto yang mewakili fitur permukaan spesimen. Perbesaran mulai dari

23

10 hingga lebih dari 50.000 kali dimungkinkan, begitu pula dengan

kedalaman bidang yang sangat besar. Dengan perlengkapan tambahan juga

memungkinkan analisis kualitatif dan semiquantitative dari komposisi unsur

dari area permukaan yang sangat terlokalisasi.

2.8 Rancangan Penelitan

Desain eksperimen adalah evaluasi secara bersamaan terhadap dua atau lebih

parameter terhadap kemampuan suatu suatu parameter untuk mempengaruhi

rata-rata atau variabilitas dari hasil penggabungan dari suatu eksperimen atau

percobaan. untuk mendapatkan hasil yang baik maka perlu kontrol yang bai

dari level dan faktor yang dikontrol dan dibuat bervariasi, maka dari hasil

kombinasi dan pengacakan secara variasi dari peningkatan atau pengurangan

tingkatan-tingkatan tersebut akan menghasilkan perbaikan lebih lanjut. tujuan

dari eksperimen adalah untuk memahami bagaimana cara mengendalikan

suatu variasi suatu produk dengan cara menambah atau mengurangi

banyaknya suatu bahan yang akan dibuat.

2.8.1 Metode Taguchi

Metode taguchi merupakan metode yang baru dalam pengunaanya

dalam ilmu eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas

produk dan dapat menekan sumber daya seminimal mungkin sehingga

biaya yang digunakan menjad lebih sedikit. metode taguchi juga

menjadikan suatu eksperimen menjadi kokoh terhadap faktor-faktor

gangguan yang dapat membuat eksperimen menjadi tidak baik, dengan

24

metode ini perancangan suatu ekperimen menjad kokoh. dalam buku

yang ditulis oleh Irwan Soejanto yang berjudul “Desain Eksperimen

Dengan Metode Taguchi” pada tahun 2009 mengatakan bahwa konsep

dari metode taguchi ada 3, yaitu sebagai berikut :

a. Kualitas harus didesain ke dalam produk dan bukan sekedar

memeriksanya.

b. Kualitas terbaik dicapai dengan meminimumkan deviasi dari target.

produk harus didesain sehingga kokoh (robust) terhadap factor

lingkungan yang tidak dapat dikontrol.

c. Kualitas harus diukur sebagai fungsi deviasi dari standar tertentu dan

kerugian harus diukur pada selurh sistem.

Eksperimen dengan metode taguchi juga menggunakan desain

eksperimen yang berguna untuk :

a. Merancang suatu produk / merancang proses sehingga kualitasnya

kokoh terhadapa kondisi lingkungan.

b. Merancang / mengembangkan produk sehingga kualitasnya kokoh

teerhadap variasi komponen.

c. Meminimalkan variasi di sekitar target (Soejanto, 2009).

2.8.2 Tahap Perencanaan Penelitian

Dalam melakukan suatu ekperimen tahapan dalam menetukan rencana

yang akan kita lakukan sangatlah penting karena dapat mempengaruhi

kualitas suatu eksperimen. Adapun dalam tahap perencanaan

eksperimen dalam metode taguchi adalah bagai berikut :

a. Perumusan masalah

25

b. Tujuan eksperimen

c. Penetuan variable tak bebas

d. Identifikasi faktor – faktor (Variabel bebas)

e. Pemisahan faktor kontrol dan faktor gangguan

f. Penentuan jumlah level dan nilai faktor

g. Perhitungan derajat kebebasan

h. Pemilihan Matriks ortogonal

i. Penempatan kolom untuk faktor dan interaksi ke dalam matriks

ortogonal.

2.8.3 Tahap Pelaksanaan Penelitian

Adapun tahapan dalam melakukan penelitian ada dua yaitu sebagai

berikut :

a. Jumlah Replikasi

Replikasi adalah pengulangan kembali suatu variasi yang sama

dalam suatu eksperimen dengan keadaan yang sama dengan tujuan

mendapatkan ketelitian yang tinggi dan mengurang tingkat kesalahan

pada percobaan.

b. Randomisasi

Randomisasi adalah pengacakan dalam urutan percobaan dengan

tujuan mendapatkan rata-rata dari faktor yang tidak bias

dikendalikan, semua bahan eksperiman akan mendapatkan suatu

26

perlakuan yang sama, dan mendaptkan hasil yang yang bebas satu

sama lain.

2.8.4 Tahap Analisa

Pada tahap ini analisa dari suatu eksperimen sangatlah penting, maka

dari itu dilakukan pengumpula data, pengaturan data, dan perhitunga

data yang akan disajikan dalam suatu tertentu yang telah ditentukan

oleh eksperimen yang dibuat.

a. Rasio S/N

Rasio S/N (Rasio Signal-To-Noise) digunakan untuk memilih faktor

– faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variasi suatu

respon. Rasio S/N merupakan rancangan untuk transformasi

pengulangan data ke dalam suatu nilai yang merupakan ukuran varisi

yang timbul.

1. Semakin kecil, semakin baik

Analisa pada tahap ini semakin kecil semakin baik ialah bila

mana angka yang didapatkan sekain kecil (mendekati nol) maka

hasil tersebut adalah hasil yang diinginkan.

2. Tertuju pada nilai tertentu

Analisa pada tahap ini ialah hasil yang didapatkan akan baik

apabila nilai yang didapatkan mendekati nilai yang telah

ditentukan.

27

3. Semakin besar, semakin baik

Analisa pada tahap ini semakin besar nilai yang didapatkan maka

hasil tersebut adalah hasil yang diinginkan.

2.8.5 Matriks Ortogonal

Matriks ortogonal adalah suatu matriks yang disusun berdasarkan baris

dan kolom. Baris merupakan level bahan yang ingin kita gunakan,

maksud dari level adalah berapa jumlah komposisi yang akan kita

gunakan dalam eksperimen sedangkan kolom adalah faktor yang akan

kita gunakan, maksud dari faktor ialah berapa jenis bahan yang akan

kita gunakan dalam eksperimen yang akan dimasukan dalam matriks

ortogonal (Soejanto, 2009). Dibawah ini adalan contoh matriks

ortogonal yang akan digunakan dalam eksperimen percobaan :

28

Tabel 2.2 Contoh Matriks Ortogonal dalam eksperimen (Sidi dan

Wahyudi, 2013).

Nomor

Pengujian

Nomor Kolom

1 2 3 4

1 1 1 1 1

2 1 2 2 2

3 1 3 3 3

4 2 1 2 3

5 2 2 3 2

6 2 3 1 2

7 3 1 3 2

8 3 2 1 3

9 3 3 2 1

Basic mark a b ab ab2

Assignment A B e C

29

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dimulai pada bulan Februari 2019 – Desember 2019. Penelitian

ini dilakukan di 3 tempat yaitu di Laboratorium Mekanika Struktur Jurusan

Teknik Mesin Universitas Lampung. Pengujian Bending Three Point dan

Hoop Tensile Strength di Balai Penelitian Teknologi Mineral (LIPI) Tanjung

Bintang, Lampung Selatan, kemudian pengujian SEM di Laboratorium Kimia

Terpadu MIPA Universitas Lampung.

3.2 Tahapan Penelitian

Adapun tahapan dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahan yaitu

sebagai berikut :

3.2.1 Survei Lapangan dan Studi Literatur

Tahapan yang dilakukan adalah studi literatur baik dari buku, jurnal dan

penelitan sebelumnya sebagai dasar dari masalah yang akan dihadapi.

serta menyusun rencana kerja sebagai pedoman dan pembanding atas

hasil pengujian yang akan dianalisa.

30

3.2.2 Pembuatan Spesimen Pengujian

Dalam pembuatan spesimen pengujian yang akan diuji dengan metode

Bending three point dan Hoop tensile. Standar geometri dan dimensi

yang digunakan ialah ASTM C 1161 untuk Bending Three Point dan

ASTM D 2290 untuk Hoop Tensile.

3.2.3 Pengujian Spesimen uji

Pengujian geopolimer yang dilakukan yaitu pengujian sifat mekanik

dan pengujian penyerapan air. Pada pegujian sifat mekanik terdapat 2

pengujian yaitu Bending Three Point test berdasarkan standar ASTM

C1161 dan Pengujian Hoop Tensile Strength berdasarkan standar

ASTM D 2290.

3.2.4 Tahap Analisa

Dalam tahap analisa, data pengujian yang diperoleh akan diolah untuk

mencari tegangan lentur maksimum dari masing-masing spesimen.

Kemudian akan diolah dengan aplikasi MINITAB 2018 dengan

menggunakan metode taguchi agar mendapatkan komposisi optimum.

3.3 Pengolahan Data Komposisi Geopolimer

Data komposisi dari bahan yang akan dibuat dengan metode taguchi dapat

dilihat pada matriks ortogonal dibawah ini :

31

Tabel 3.1 Desain Komposisi Geopolimer yang akan dibuat dengan metode

Taguchi.

No

Silikon

dioksida

(g)

Kaolin

(g)

Sodium Silikat

(g)

Sodium

Hidroksida

(g)

1. 27 55 15 15

2. 27 53 20 10

3. 27 51 22,5 7,5

4. 30 55 20 7,5

5. 30 53 22,5 15

6. 30 51 15 20

7. 33 55 22,5 20

8. 33 53 15 7,5

9. 33 51 20 15

3.4 Pembuatan Spesimen Uji Bending Three Point

Pembuatan spesimen uji geopolimer yang akan dilakukan dengan

menggunakan dimensi sesuai standar ASTM C 1161 yang dapat dilihat pada

gambar 3.1 di bawah ini :

Gambar 3.1 Geometri dan dimensi spesimen uji Bending Three Point ASTM

C 1161.

L = 90 mm d = 6 mm

b = 8 mm

32

Adapun tahapan dalam pembuatan spesimen untuk uji Bending three point

adalah sebagai berikut :

a. Langkah pertama yang dilakukan adalah tahap persiapan, tahap-tahap

dalam proses mempersiapan material geopolimer campuran material antara

silikon dioksida, kalsium oksida, kaolin, serat karbon dan aktivator

(Sodium silikat dan NaOH).

b. Mencampurkan material geopolimer dan aktivator dengan menggunakan

mixer hingga merata.

c. Menuangkan campuran geopolimer ke dalam cetakan.

d. Pemberian perlakuan penekanan untuk memadatkan geopolimer.

e. Spesimen dilepaskan dari cetakan, selanjutnya spesimen diinkubasi dengan

temperatur (30-35℃) dan didiamkan selama (7 - 28 hari).

3.5 Penyiapan Bahan-Bahan untuk Pembuatan Pipa

Dalam menyiapkan bahan-bahan untuk pembuatan pipa geopolimer adalah

sebagai berikut :

3.5.1 Bahan-Bahan yang Digunakan

a. Serat Karbon

b. Sodium Silikat (Na2SiO3)

c. Sodium Hidroksida (NaOH)

d. Aquades (H2O)

33

3.5.2 Persiapan Pembuatan Pipa

a. Menghitung volume pipa yang akan dibuat dengan panjang pipa 25

cm, diameter pipa 10 cm dan tebal pipa 0,8 cm.

b. Memotong serat karbon sepanjang 5 mm sebanyak 20,23 gram.

c. Menimbang Silikon Dioksida sebanyak 156,06 gram.

d. Menimbang Kaolin sebanyak 294,78 gram.

e. Menimbang Kalsium Oksida sebanyak 52,02 gram.

f. Menyiapkan aktivator yaitu Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida.

g. Mencampurkan bahan geopolimer dengan aktivator dalam satu

tempat.

h. Mengaduk bahan-bahan geopolimer dan aktivator dengan mixer agar

tercampur rata.

3.6 Proses Centrifugal Casting

Dalam proses centrifugal casting adapun alat-alat yang digunakan adalah

sebagai berikut :

3.6.1 Alat-alat yang Digunakan

a. Inkubator

Gambar 3.2 Inkubator

34

b. Cetakan pipa

Gambar 3.3 Cetakan Pipa

c. Mesin Centrifugal Casting

Gambar 3.4 Mesin Centrifugal Casting

3.6.2 Proses Pembuatan Pipa

a. Meletakkan bahan geopolimer yang telah dimixer ke dalam cetakan

pipa.

b. Meratakan bahan geopolimer di dalam cetakan pipa agar pada saat

pencetakan bahan geopolimer terbentuk pipa secara merata.

c. Menaruh cetakan pipa di mesin centrifugal casting.

d. Menghidupkan mesin centrifugal casting selama satu jam agar bahan

geopolimer menjadi pipa.

35

e. Melepaskan cetakan pipa dari mesin centrifugal casting.

f. Meletakkan cetakan pipa ke dalam inkubator dengan temperatur 35 –

40 ˚C.

g. Mendiamkan cetakan pipa di dalam inkubator selama 7 – 14 hari.

h. Meletakkan cetakan pipa ke dalam pemanas oven.

i. Menghidupkan pemanas oven selama 30 – 60 menit.

j. Melepaskan pipa geopolimer dari cetakan pipa. Hasil cetakan pipa

geopolimer dengan cetakan centrifugal casting dapat dilihat pada

gambar 3.5 di bawah ini :

Gambar 3.5 Hasil Pencetakan Pipa Geopolimer

3.7 Pembuatan Spesimen Pengujian Hoop Tensile Strength Dengan Standar

ASTM D 2290

Tahapan dalam pembuatan spesimen pengujian Hoop Tensile Strength adalah

sebagai berikut :

a. Menentukan berapa panjang pipa yang akan dilakukan pengujian. Dalam

hal ini sesuai dengan standar ASTM D 2290 yang dapat dilihat pada

gambar 3.6 dibawah ini :

36

Gambar 3.6 Geometri Spesimen Uji Hoop tensile ASTM D 2290.

b. Mengukur dan membuat garis potongan pada pipa geopolimer. yang dapat

dilihat pada gambar 3.7 di bawah ini :

Gambar 3.7 Pipa Geopolimer Yang akan Dipotong.

c. Memotong Pipa geopolimer dengan panjang 22,6 mm. Sesuai dengan

standar ASTM D 2290.

d. Menghaluskan permukaan pipa geopolimer dengan amplas.

e. Membuat takikan pada pipa geopolimer dengan radius 8,8 mm.

f. Pipa geopolimer yang telah dibuat takikan siap untuk pengujian. Pipa

dibawah ini : geopolimer yang siap untuk pengujian dapat dilihat pada

gambar 3.8 di bawah ini :

22,6 mm

100 mm R 8,8 mm

13,9 mm

37

Gambar 3.8 Spesimen Pipa Geopolimer Siap Uji.

3.8 Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer

Dalam Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer ada 3 Pengujian, Yaitu sebagai

berikut :

3.8.1 Pengujian Bending Three Point

Prosedur pengujian Bending Three Point adalah sebagai berikut :

a. Menghidupkan mesin Computer Universal Testing Machines HT –

2402.

b. Memasang alat pengujian Bending Three Point pada mesin UTM.

Pastikan posisi alat pengujian tidak miring.

c. Meletakkan spesimen pengujian ditengah pada alat pengujian.

d. Memastikan spesimen pengujian lurus dan tidak miring pada alat

pengujian. Yang dapat dilihat pada gambar 3.9 di bawah ini :

38

Gambar 3.9 Pengujian Bending Three Point

e. Melakukan pengujian Bending Three Point, Dimana indentor

menekan kearah bawah kecepatan pembebebanan yang konstan.

f. Menghitung Flexural Strength dan Modulus Elastisitas dari data

yang telah diperoleh.

3.8.2 Pengujian Hoop Tensile Strength

Prosedur Pengujian Hoop Tensile Strength adalah sebagai berikut :

a. Menghidupkan mesin Computer Universal Testing Machines HT –

2402.

b. Memasang alat pengujian Hoop Tensile Strength pada mesin UTM.

c. Memastikan alat pengujian Hoop Tensile Strength lurus dan tidak

miring.

d. Memasang spesimen uji pada mesin UTM. Yang dapat dilihat pada

gambar 3.10 di bawah ini :

Spesimen

Indentor

39

Gambar 3.10 Pengujian Hoop Tensile Strength

e. Melakukan pengujian dimana spesimen akan ditarik konstan kearah

atas dengan pembebanan yang konstan.

f. Menghitung Hoop Tensile dan Modulus Elastistas dari data

pengujian yang telah diperoleh.

3.8.3 Pengujian Penyerapan air / Water Absorb

Tahapan dalam Pengujian penyerapan air adalah sebagai berikut :

a. Menyiapkan spesimen geopolimer yang akan diuji.

b. Menyiapkan gelas ukur yang akan diisi air sebanyak 1000 ml.

c. Mengisi gelas ukur air sebanyak 1000 ml.

d. Menimbang massa spesimen pengujian sebelum di masukan ke

dalam gelas ukur.

e. Memasukkan spesimen uji ke dalam gelas ukur yang telah diisi air

f. Membiarkan spesimen uji di dalam gelas ukur yang berisi air

selama 96 jam. Dapat dilihat pada gambar 3. dibawah ini :

Spesimen

Alat Uji Hoop

40

Gambar 3.11 Pengujian Penyerapan air

g. Menimbang massa spesimen uji setelah pengujian penyerapan air.

h. Menghitung seberapa besar penyerapan air dari spesimen

geopolimer tersebut.

Spesimen

41

3.9 Diagram Alir Penelitian

1. Survei lapangan

2. Studi literatur tentang Geopolimer

Mulai

Persiapan material Geopolimer

silika sekam padi, kalsium

oksida, Kaolin, dan serat

karbon.

Proses persiapan Aktivator

Aquades, Sodium Silikat

dan NaOH

Silika sekam padi

Pencampuran material Geopolimer

dan Aktivator

a

42

Gambar 3.12 Diagram alir penelitian

Pencetakan spesimen

Pengujian geopolimer

Material dimasukan ke dalam inkubator

Apakah Data

Hasil pengujian

lengkap ?

Hasil Pengujian

Tidak

Ya

Analisa Hasil

Kesimpulan dan Saran

Selesai

a

64

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut :

1. Hasil pengujian yang telah dilakukan dengan metode Taguchi dapat

disimpulkan bahwa Sodium Hidroksida memiliki pengaruh yang lebih besar

dibandingkan dengan Sodium silikat terhadap sifat mekanik komposit

geopolimer.

2. Komposisi komposit geopolimer terbaik berada pada Spesimen pengujian 3,

dengan silikon dioksida 27%, CaO 9%, Kaolin 51% dan Serat Karbon 13%

dengan Flexural Strength rata-rata 58.16 MPa. Sedangkan Komposisi

optimum pada metode taguchi 33 % silikon dioksida, 51% Kaolin, 35 CaO,

Serat Karbon 13%, Sodium silikat 22,5 gr dan Sodium hidroksida 7,5 gr.

3. Pipa geopolimer yang dicetak dengan Centrifugal Casting mengalami

penurunan tebal pipa 35%, dengan hasil pengujian mekanik pipa,

mendapatkan Hoop Tensile Strength paling baik pada pipa spesimen ke 2

65

yaitu 1,06 MPa dengan komposisi 27% Silikon dioksida, 51% Kaolin, CaO

9% dan Serat Karbon 3,5%.

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat diberikan pada penelitian selanjutnya ialah sebagai

berikut :

1. Melakukan penelitian pembuatan pipa geopolimer dengan centrifugal casting

dengan menvariasikan putaran pada cetakan pipa.

2. Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam mengenai bagaimana cara

mengeringkan komposit geopolimer, dengan cara yang cepat tanpa merusak

spesimen geopolimer.

DAFTAR PUSTAKA

Akmal, J., Badaruddin M., Ismoyo M.K., Yuwono S.D., 2019, Optimization Of

Matrix Composition Al2O3, Caolin and CaO on the mechanical properties

of a geopolymer composite with short carbon fiber. Departement of

Mechanical Engineering, Departement of Chemical Science. University

of Lampung. Bandar Lampung.

Amin, M., dan Suharto, 2017, Pembuatan Semen Geopolimer Ramah Lingkungan

Berbahan Baku Mineral Basal Guna Menuju Lampung Sejahtera. Balai

Penelitian Mineral Lampung-LIPI. Tanjung Bintang. Lampung Selatan.

ASTM, C 1161, 1990, Standard test method for flexural strength of advanced

ceramics at ambient temperature. Mannual Book of ASTM standard.

ASTM, D 2290, 2003, Standard Test Method for Apparent Hoop Tensile Strength

of Plastic or Reinforced Plastic Pipe by Split Disk Method. Mannual

Book of ASTM Standard.

Berzins, A., Andris M., Uldis G., Janis L., 2017, Mechanical Properties of Wood

Geopolymer Composite. Latvia University of Agriculture. Forest and

Wood Products Research and Development Institute. Latvia.

Callister, W.D. Jr., 1940, Materials Science and Engineering 7th. Department of

Metallurgical Engineering. University Of Utah.

Campbell, F.C., 2010, Structure Composite Materials. ASM International.

Chandra, A., Arry M. Y.I.P., Livia B.W, dan Andika P., 2012, Isolasi dan

Karakterisasi Silika Dari Sekam Padi. Lembaga Penelitian dan

Pengabdian Kepada Masyarakat. Universitas Katolik Parahiyangan.

Davidovits, J., 2015, Geopolymer Chemistry and Applications 4th Edition. Instute

Geopolymer, Saint-Quentin. France.

Ilmiah, R., 2017, Pengaruh Penambahan Abu Sekam Padi Sebagai Pozzolan

Padan Binder Geopolimer Menggunakan Alkali Aktivator Sodium Silikat

(Na2SiO3) Serta Sodium Hidroksida (NaOH). Jurusan Teknik Sipil,

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Institut Teknologi Sepuluh

November. Surabaya.

Okoye, F.N., Durgaprasad J., Singh N.B., 2015, Flyash/Kaolin Based Geopolyner

Green Concretes and Their Mechanical Properties. Departement of Civil

Engineering, Sharda University. Greater Noida. India.

Okoye, F.N., Durgaprasad J., Singh N.B., 2015, Mechanical Properties of Alkali

Activated flyash/Kaolin Based Geopolymer Concrete. Departement of

Civil Engineering, Sharda University. Greater Noida. India.

Prasad, M.S., Reid K.J., Murray H.H.,1991, Kaolin : Processing, Properties and

Applications. Mineral Resources Center. University of Minnesota.

Minneapolis.

Sari, N.H., dan Sinarep, 2017, Analisa kekuatan bending komposit epoxy dengan

penguatan serat nilon, Jurusan Teknik Mesin, Universitas mataram. Nusa

Tenggara Barat.

Sidi, P., dan Wahyudi M.T., 2013, Aplikasi metode taguchi untuk mengetahui

optimasi kebulatan pada proses bubut CNC. Jurusan Teknik

Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. Surabaya.

Soejanto, I., 2009, Desain Eksperimen Dengan Metode Taguchi. Edisi Pertama.

Graha Ilmu, Yogyakarta.

Soltani, N., Bahrami A., Pech-Canul M.I., Gonzalez L.A., 2014, Review on the

Physicochemical Treatments of Risk Husk for Production of

Advanced Materials. Politecnico Nacional Cinvestav-Saltillo.

Coahuila. Mexico.

Wahid, M., 2018, Rancang Bangun Alat Centrifugal Casting. Jurusan Teknik

Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Lampung. Bandar Lampung

Zivica, V., Palou M.T., dan Martin K., 2014, Geopolymer Cements and Their

Properties. Slovak University Of Technology in Bratislava.