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



LEMBAR PENGESAHAN

Judul Penelitian


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



JUDUL


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]

.



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.



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



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



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:



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.



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



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



(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



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



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.



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



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).



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



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]

.



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



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



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.



- 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



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



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



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

refisian proposal ta

Documents