## 19 (1) (2024) 10-16

## Teknika
http://journals.usm.ac.id/index.php/teknika
Modulus Elastisitas Beton Geopolimer Berbasis Fly ash PLTU Tanjungjati B Jepara
Anik Kustirini 1 , Edy Susilo 2 , Trias Widorini 3 , Bambang Purnijanto 4
1,2,3,4 Universitas Semarang, Indonesia
DOI : 10.26623/teknika.v19i1.8748
Info Artikel ___________________ Sejarah Artikel:
Disubmit 2024-01-31 Direvisi 2024-03-04 Disetujui 2024-03-28 ___________________ Keywords: Geopolymer concrete; elasticity modulus; compressive strength _______________________ Abstrak ____________________________________________________________ Beton geopolimer adalah beton yang dibuat tanpa menggunakan semen. Sebaliknya, fly ash — bahan sisa pembakaran batu bara di pembangkit listrik tenaga uap — dimanfaatkan (PLTU).  Pada  penelitian  ini  fly  ash  dari  PLTU  Tanjungjati  B  Jepara digunakan  untuk menguji modulus elastisitas beton geopolimer sehingga diperoleh pemahaman yang jelas mengenai sifat-sifatnya. Tiga benda uji silinder 15/30 digunakan untuk menguji modulus elastisitas  beton.  Rata-rata  modulus  elastisitas  beton  geopolimer  umur  28  hari  sebesar 20.560,797  MPa.  Model  modulus  elastisitas  dan  kuat  tekan  beton  geopolimer  dengan persamaan Ec =  12761  ( f’c ) 0,4657 diperoleh  dari  hasil  regresi  daya.  Validasi  dilakukan dengan korelasi, angka R 2 = 0,9944 mendekati satu, artinya hubungan kuat tekan dengan modulus  elastisitas  sangat  kuat  atau  valid.  Nilai  modulus elastisitas  hasil  laboratorium berbeda 0,338% dengan nilai modulus elastisitas SNI dan selisih nilai modulus elastisitas Hukum Hookes sebesar 0,018%. Grafik hasil laboratorium dan Hooke berimpit.

## Abstract
____________________________________________________________
Concrete without using cement is known as geopolymer concrete. Instead, fly ash  is used, which is the residue from burning coal in steam power plants (PLTU). In this research, the elastic modulus of geopolymer concrete with fly ash  was tested originating from PLTU Tanjungjati B Jepara to get a good picture of the characteristics. Three specimen 15/30 cylinders are used to test concrete's modulus of elasticity. The average modulus of elasticity of geopolymer concrete at 28 days was 20,560.797 MPa. The model for modulus of elasticity and compressive strength of geopolymer concrete with the equation Ec = 12761 (f’c) 0,4657 obtained from the results of power regression. Validation was carried out using correlation, the figure R 2 = 0.9944 was close to one, meaning the relationship between compressive strength  and  elastic  modulus  was  very  strong  or  valid.  The  value  of  the  elastic  modulus  from  the laboratory results is 0.338% different from the SNI elastic modulus value, and the difference between the Hookes' Law modulus elasticity value is 0.018%. Image the laboratory and Hooke's coincide
 Alamat Korespondensi: E-mail: anikkustirini@usm.ac.id p-ISSN 1410-4202 e-ISSN 2580-8478

## PENDAHULUAN
Kekhawatiran  mengenai  dampak  lingkungan  dari  pembuatan  semen  merupakan  hal  yang lazim  saat  ini.  [1], Produksi  semen  global  menyumbang 7%  emisi gas  rumah  kaca  ke  lingkungan, dengan masing-masing produksi sebesar 1,6 juta ton. Sekitar satu ton karbon dioksida dilepaskan ke atmosfer selama produksi satu ton semen portland[2]. Tentu saja hal ini berdampak buruk terhadap lingkungan  karena  berkontribusi  terhadap  pemanasan  global.  Oleh  karena  itu,  saat  ini  banyak penelitian yang dilakukan untuk mengurangi jumlah semen yang digunakan dalam beton [3]. Salah satu penelitian terbaru berfokus pada beton geopolimer. Alih-alih menggunakan pasta semen sebagai bahan  pengikat,  beton  ini  menggunakan  geopolimer.  Bahan  dengan  kandungan  silikon  dan aluminium  yang  tinggi  merupakan  komponen  utama  bahan  geopolimer.  Senyawa  ini  banyak ditemukan  pada  produk  limbah  industri  berbahan  dasar  fly  ash.  Tentu  saja  hal  ini  lebih menguntungkan mengingat kini terdapat banyak pembangkit listrik tenaga uap di Indonesia. Fly ash merupakan  bahan  limbah  yang  jika  tidak  dimanfaatkan  akan  mencemari  udara  [4][5].  PLTU Tanjungjati  B  Jepara,  merupakan  PLTU  yang  limbah  sampingannya  berupa fly  ash [6] .  Karena modulus  elastisitas  merupakan  properti  yang  penting  untuk  persyaratan  desain,  maka  modulus elastisitas beton akan diselidiki menggunakan abu terbang geopolimer dari PLTU. Melihat konteks di atas,  para  ilmuwan penasaran  dengan nilai  modulus  elastisitas  beton  geopolimer berumur 28  hari yang  terbuat  dari  abu  terbang  PLTU  Tanjungjati  B  Jepara.  Penelitian  tentang  modulus  elastisitas sangat  penting  untuk  tujuan  desain  karena  ini  mewakili  hubungan  antara  tegangan  dan  regangan suatu material.
Beberapa  penelitian  Modulus  Elastisitas  Beton  Geopolimer  Berbasis Fly  ash PLTU Tanjungjati B Jepara yang telah dilakukan antara lain: Hardjito, D.[5], melakukan penelitian terhadap beton  geopolimer  meliputi  bahan  dan  proporsi  campuran,  proses  pembuatan,  dan  pengaruhnya. berbagai parameter sifat beton segar dan beton keras. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa beton geopolimer mempunyai kuat tekan yang sangat baik dan cocok untuk aplikasi struktur. Beton geopolimer menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap serangan sulfat, mulur yang rendah, dan  penyusutan  pengeringan  yang  sangat  kecil.  Kustirini  et.al.,  mortar  beton  geoploimer  dengan molaritas NaOH 8M mengalami peningkatan kuat tekan sebesar 33,9% dari umur 7 hari ke 28 hari, dari 24,18 MPa menjadi 32,38 MPa [6].
Kontribusi penelitian ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Mendapatkan gambaran modulus elastisitas pada beton geopolimer dengan fly ash yang  berasal  dari  PLTU  Tanjungjati  B  Jepara,  dimana  modulus  elastisitas  beton merupakan  sifat  beton  perlu  diketahui  persyaratan  desain  sehingga  dapat  dilihat kesesuaian beton yang diuji. sebuah konstruksi material.
2. Meningkatkan pengetahuan tentang ciri-ciri mekanika beton geopolimer, khususnya mengenai modulus elastisitas beton.
3. Sebagai bekal penelitian selanjutnya mengenai beton geopolimer.

## METODE
Penelitian  ini  merupakan  penelitian  eksperimental yang  dilakukan  di  Universitas  Diponegoro  dan diujikan  di  Laboratorium  Material  dan  Konstruksi  Teknik  Sipil  Universitas  Semarang.  Penelitian meliputi  langkah-langkah  sebagai  berikut:  membaca  literatur,  menyiapkan  alat  dan  bahan, menganalisis  sifat-sifat  bahan,  melakukan  percobaan  pencampuran,  membuat  rencana  proporsi campuran, membuat benda uji, merawat benda uji, mengukur kuat tekan dan modulus elastisitas, menganalisis  data,  menarik  kesimpulan.  ,  dan  menawarkan  rekomendasi.  Tabel  1  menampilkan komposisi campuran.
Tabel 1. Desain Campuran Beton Geopolimer 1 m3
Material Berat (kg) Coarse aggregate 832.9 Fine aggregate 817 Fly ash 507 Na 2 SiO 3 184 NaOH Activator 8M 92 Superplasticizer 2% dari FA
Sumber : Data Penelitian 2023
Uji Modulus Elastisitas beton dilakukan dengan menggunakan Mesin Uji Tekan Beton Hidraulik Servo Komputer seperti pada Gambar 1. Prosedur dan mekanisme pengujian mengacu pada ASTM C469 / C469M-14 (Metode Uji Standar Modulus Elastisitas Statis dan Rasio Poisson dari Kuat Tekan Beton). Pengujian ini menggunakan alat LVDT dan data dicatat melalui Data Logger.
Gambar 1. Mesin Uji Kuat Tekan Beton

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Rasio  tekanan  yang  diterapkan  terhadap  perubahan  bentuk  per  satuan  panjang  adalah  modulus elastisitas  beton  [7].  Tidak  ada  modulus  elastisitas  yang  ditetapkan  untuk  beton.  Kekuatan  beton, umurnya,  jenis  pembebanan,  dan  sifat  serta  perbandingan  semen  terhadap  agregat  semuanya mempengaruhi nilai. [8]
Hasil uji modulus elastisitas beton laboratorium dengan benda uji berbentuk silinder dapat dihitung menggunakan rumus sesuai ASTM C 469 - 02:[9]
𝐸 = (𝑠 2 −𝑠 1 ) (𝜀 2 −0,000050) (1)
Di mana : Ec = Modulus elastisitas beton ((kg/cm 2 ) S 2 = tegangan pada 40% tegangan runtuh (kg/cm 2 ) S 1 = tegangan pada saat nilai kurva regangan ∈ 1 = 0,000050 (kg/cm 2 ) ∈ 2 = nilai kurva regangan yang terjadi pada saat S 2
Sesuai SNI 2847-2019,  rumus  empiris  juga  dapat  digunakan untuk  menentukan  modulus  elastisitas beton  [10] yaitu
𝐸 𝑐 = 4700 √ 𝑓’𝑐 (2)
Di mana :
Ec = Modulus elastisitas beton (MPa) f ’c = Kuat tekan beton (MPa)
Perhitungan modulus elastisitas beton secara umum ditulis sebagai berikut [11] :
𝐸 = 𝑓 𝜀 (3)
𝑓 = 𝑃 𝐴 0 (4)
𝜀 = 𝑙−𝑙 𝑜 𝑙 𝑜 = ∆𝑙 𝑙 𝑜 (5)
Di mana : E = Modulus elastisitas beton (MPa) f = Kuat Tekan (MPa) ε = Regangan
P = Beban tekanan (N) A 0 = Luas penampang beton (mm 2 ) L = Panjang benda uji ketika stress (mm) l o = Panjang awal benda uji (mm) ∆ l = Perubahan panjang benda uji (mm)
Selanjutnya modulus elastisitas (E) dapat dihitung dengan membuat grafik hubungan antara f dan ε . Rumus berikut dapat digunakan untuk menentukan nilai modulus elastisitas beton berdasarkan hukum Hooke:
𝜎 = 𝐸. 𝜀 (6)
Di mana :
σ = Tegangan (MPa) E = Modulus elastisitas (MPa) ε = Regangan
Salah satu sifat utama beton adalah kuat tekannya. Kemampuan beton dalam menahan gaya tekan per satuan luas disebut kuat tekan. Dipercayai bahwa beton mampu menahan semua gaya tekan meskipun beton tersebut mengandung tegangan tarik yang sangat kecil .[12]
Ukuran,  bentuk,  dan  mekanisme  pembebanan  elemen  uji  mempunyai  pengaruh  yang  signifikan terhadap  nilai  kuat  tekan  beton  yang  ditentukan  oleh  hasil  pengujian  [8].  Persamaan  ini  dapat digunakan untuk menentukan kekuatan beton dengan contoh silinder [13]
𝑓 = 𝑃 𝐴
(7)
Di mana : f'c = Kuat Tekan Beton (MPa)
P = Gaya tekan aksial (N) A = luas penampang benda uji (mm 2 )
Berdasarkan data yang tercatat diperoleh hasil sebagai berikut :
Tabel 2. Modulus Elastisitas Beton Geopolimer
Benda Uji Tegangan (MPa) f’c Regangan 𝞮 Modulus Elastisitas Ec (MPa) ME1 32.169 0.0019 21,183.798 ME2 29.111 0.0015 15,127.792 ME3 33.958 0.0013 25,370.800
Sumber : Data Penelitian 2023
Berdasarkan Tabel 2 menunjukkan hasil modulus elastisitas beton geopolimer pada umur 28 hari.  Modulus  elastisitas  beton  geopolimer  tertinggi  diperoleh  pada  sampel  beton  ketiga  sebesar 25.370,800  MPa.  Rata-rata  modulus  elastisitas  beton  geopolimer  umur  28  hari  sebesar  20.560,797 MPa.
Model hubungan modulus elastisitas dan kuat tekan beton geopolimer disajikan pada tabel 2 dan gambar 2 dengan persamaan.
Ec = 12761 ( f’c ) 0,4657 (8)
Diperoleh  dari  hasil  regresi  daya.  Validasi  dilakukan  dengan  korelasi,  angka  R 2 =  0,9944 mendekati satu, artinya hubungan kuat tekan dengan modulus elastisitas sangat kuat atau valid. Model hubungan  kuat  tekan  beton  geopolimer  dan  modulus  elastisitas  ,  seperti  beton  geopolimer  pada umumnya, merupakan model hubungan eksponensial non linier dengan pangkat positif yang artinya semakin besar kuat tekan maka modulus elastisitasnya pun semakin besar. .
Ec = 12761( f'c ) 0.4657 R ² = 0.9944 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 32,169 29,111 33,958 M od u lu s El a sti si ta s Ec (M P a ) Kuat Tekan f'c (MPa)
Gambar 2. Model hubungan antar Modulus Elastisitas dan Kekuatan Tekan
Nilai modulus elastisitas hasil laboratorium, SNI dan hukum Hooke disajikan pada tabel 3 dan gambar 3 berikut ini :
Tabel 3. Nilai Modulus Elastisitas Laboratorium Hasil, SNI dan Hukum Hooke
Benda Uji  Kuat Tekan f’c (MPa) Ec Lab (MPa) Ec SNI (MPa) Ec Hooke’s Law (MPa) ME1 32.169 21,183.798 26,657.33 21,446.00 ME2 29.111 15,127.792 25,358.67 15,321.58 ME3 33.958 25,370.800 27,388.54 26,121.54
Sumber : Data Penelitian 2023
Gambar 3. Nilai Modulus Elastisitas Hail Laboratorium, SNI dan Hukum Hooke
Nilai modulus elastisitas hasil laboratorium berbeda 0,338% dengan nilai modulus elastisitas SNI, dan selisih nilai modulus elastisitas Hukum Hookes sebesar 0,018%. Grafik hasil laboratorium dan Hooke bertepatan.

## SIMPULAN
Model hubungan modulus elastisitas dan kuat tekan beton geopolimer dengan persamaan Ec = 12761  ( f’c ) 0,4657 diperoleh  dari  hasil  regresi  daya.  Validasi  dilakukan  dengan  korelasi,  angka  R 2 = 0,9944  mendekati  satu,  artinya  hubungan  kuat  tekan  dengan  modulus  elastisitas  sangat  kuat  atau valid. Nilai modulus elastisitas hasil laboratorium berbeda 0,338% dengan nilai modulus elastisitas SNI, dan selisih nilai modulus elastisitas Hukum Hookes sebesar 0,018%. Grafik hasil laboratorium dan Hook e berimpitan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mehta, P. K., ‘Reducing the Environmental Impact of Concrete’, Concr. Int. V.23 No.10, Oct.2001, pp 61-66 .
[2] J. Davidovits, ‘Global warming impact on the cement and aggregates industries’, World Resour. Rev., 1994.
0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 32,169 29,111 33,958 M od u lu s E ls ti si ta s Ec (M P a ) Kuat Tekan   f'c (MPa) SNI Hooke Lab
[3] J. Davidovits, ‘Properties of Geopolymer Cements’, First Int. Conf. Alkaline Cem. Concr., pp. 131 – 149, 1994.
[4] J. Davidovits, ‘Environmentally Driven Geopolymer Cement Applications’, Geopolymer 2002 Conf., no. 6, pp. 1 – 9, 2002.
[5] D. NHardjito, ‘ Fly ash - based geopolymer concrete’, Fly ash -based geopolymer Concr. , 2005.
[6] A.  Kustirini,  Antonius,  and  P.  Setiyawan,  ‘Effect  of  sodium  hydroxide  concentration  on  the compressive strength of geopolymer mortar using fly ash PLTU Tanjungjati B Jepara’, IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. , vol. 955, no. 1, 2022, doi: 10.1088/1755-1315/955/1/012010
[7] K. . Murdock, L. J., Brook, Bahan dan Praktek Beton . erlangga jakarta, 1991.
[8] J. C. McCormac, Desain Beton Bertulang. erlangga jakarta, 2003.
[9] ASTM, ASTM C469- 02, Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression. ASTM International, West Conshohocken, Pa, 2019.
[10] Badan  Standarisasi  Nasional, SNI  03-2847-2019  Tata  Cara  Perhitungan  Struktur  Beton  Untuk Bangunan Gedung . Indonesia, 2019.
[11] A. Antono, Teknik Beton. UGM, 1995.
[12] T. Mulyono, Teknologi Beton. ANDI, Bandung.
[13] Badan Standardisasi Nasional, ‘SNI 1974:2019 Cara Uji Kuat Tekan Beton Dengan Benda Uji Silinder’, 2011