Pengaruh Silica Fume sebagai Subtitusi Semen terhadap Nilai Resapan dan Kuat Tekan Mortar

## BANTOT SUTRIONO, RETNO TRIMURTININGRUM, ADITYA RIZKIARDI
Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945, Surabaya Email: bantot@untag-sby.ac.id

## ABSTRAK
Beton dan mortar banyak digunakan sebagai bahan konstruksi di seluruh dunia. Meningkatnya  permintaan  beton  dan  mortar  juga  meningkatkan  permintaan semen  di  pasar  yang  berdampak  negatif  bagi  lingkungan.  Industri  semen menghasilkan sekitar 6 hingga 7 persen dari seluruh CO 2 di seluruh dunia. Oleh karena itu, para peneliti mencoba mengembangkan gagasan tentangbeton ramah lingkungan,  dengan  mengurangi  penggunaan  semen  dengan  menggunakan bahan alternatif seperti silica fume. Silica fume adalah bahan pozzolan yang kaya akan silika dan dapat bereaksi kimia dengan kalsium hidroksida, membentuk gel kalsium  silikat  (CSH)  pada  beton.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk menyelidiki pengaruh silica fume sebagai pengganti parsial semen terhadap nilai resapan dan kekuatan tekan mortar. Persentase silica fume bervariasi 0%, 5%, 10%,  12%  dan  15%.  Hasil  pengujian  menunjukkan  nilai  resapan  minimum adalah  3,276%  diperoleh  campuran  dengan  15%  silica  fume  dan  kuat  tekan maksimum 312,574 kg/cm 2 diperoleh campuran dengan 8% silica fume .
Kata kunci : silica fume, nilai resapan, kuat tekan, mortar

## ABSTRACT
Concrete  and  mortar  are  widely  used  as  contruction  materials.  The  increasing demand  of  concrete  and  mortar  also  increase  the  demand  of  cement  in  the market  which  has  negative  impact  for  environment.  The  cement  industry produced for approximately 6 to 7 percent of all CO 2 worldwide. Therefore, the researches try to develop the idea of green concrete with reducing the utilize of cement with using the alternative materials such as silica fume. Silica fume is a pozzolanic  material  that  contain  rich  of  silica  and  has  chemical  reaction  with calcium  hydroxide  forming  calcium  silicate  hydrate  (C-S-H)  gel  in  concrete.The aimed  of  this  research  is  to  investigate  the  influence  of  silica  fume  as  partial replacement  of  cement  on  absoption  and  compressive  strength  of  mortar.The percentage of silica fume were varied from 0%, 5%, 10%, 12% and 15%. The test result showed that the minimum absorption value is 3.276% obtain from the mixture  with  15%  of  silica  fume  and  the  maximum  compressive  strength  is 312.574 kg/cm 2 obtain from the mixture with 8% of silica fume.
Keywords: Silica fume, absorption, compressive strength, mortar

## 1. PENDAHULUAN
Beton dan juga mortar merupakan material konstruksi yang sangat banyak digunakan saat ini. Pada tahun 2002, produksi material beton sendiri mencapai 2,7 milyar m 3 (Gautam et al, 2014) dan akan semakin berkembang pesat setiap tahunnya. Kebutuhan material beton dan mortar  yang  semakin  meningkat  berbanding  lurus  dengan  kebutuhan  produksi  semen, karena semen merupakan salah satu material penyusun beton yang bersama-sama dengan air  berfungsi  sebagai  perekat/ binder. Proses produksi semen inilah yang berdampak  buruk terhadap  lingkungan.  Produksi  satu  ton  semen  Portland  diperkirakan  berkontribusi melepaskan satu ton CO 2 yang juga dikenal sebagai gas emisi rumah kaca (Meyer, 2009 and Meyer,  2013).  Produksi  semen  berperan  sebesar  6 − 7%  pada  pembentukan  CO 2 di  dunia (Meyer, 2009 and Meyer, 2013). Hal tersebutlah yang menjadi pendorong para peneliti untuk dapat membuat beton yang lebih ramah lingkungan atau lebih dikenal dengan istilah “ Green Concrete”.
Salah  satu  cara  untuk  membuat  campuran  beton  lebih  ramah  lingkungan  adalah  dengan mengurangi  penggunaan  semen  dalam  produksi  beton.  Material  alternatif  yang  biasa digunakan  sebagai  pengganti  sebagian  semen  adalah  material  yang  mempunyai  sifat pozolan. Pozolan adalah material yang mengandung senyawa silika dan alumina dan dapat bereaksi  secara  kimiawi  dengan  kalsium  hidroksida  (senyawa  hasil  reaksi  antara  semen dengan  air)  membentuk  senyawa calsium  silicate  hydrate  (C-S-H)  dan  calcium  aluminate hydrate  (C-A-H),  sehingga  mempunyai  sifat  seperti  semen  (ACI  116R-00).  Pozolan  terbagi menjadi dua jenis yaitu pozolan alami dan pozolan buatan. Contoh material pozolan antara lain  adalah  trass  yang  merupakan  pozzolan  alami  serta slag,  fly  ash  dan  silica  fume  yang merupakan pozolan buatan.
Silica fume merupakan material halus yang kaya akan silika dan merupakan hasil samping dari  industri silicon  ferro  (ACI234.R-06).  Silica  fume  berwarna  abu-abu  dan  mempunyai diameter  berukuran antara  0,1  sampai  0,2  micron  meter  atau sekitar  1/100 ukuran  semen (ACI234.R-06) ( Gambar 1 ). Karena material silica fume merupakan hasil samping industri, maka material tersebut relatif mudah untuk didapatkan. Berdasarkan penelitian sebelumnya, penggunaan silica  fume  dapat  mempengaruhi  sifat-sifat  beton  seperti:  meningkatkan  kuat tekan  dan  durabilitas  beton  karena  dapat  memperkecil  volume  pori  di  dalam  beton.  Hal tersebut disebabkan karena silica fume mempunyai efek pozolan dan inert filler yang dapat mengisi rongga antara pasta semen dengan agregat.
Gambar 1 Silica fume dilihat secara mikroskopik (Sumber: McGraw Hill, 2006)
Gambar 2. Perbandingan ukuran distribusi partikel antara semen, fly ashd an silica fume (Sumber: McGraw Hill, 2006)
Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini,  peneliti  akan  menggunakan  material silica  fume sebagai  bahan  subtitusi  sebagian  semen  dengan  menggunakan  mortar  sebagai  benda  uji. Mortar adalah campuran dari pasta semen yang berfungsi sebagai binder dan agregat halus yang berfungsi sebagai filler. Variasi silica fume yang digunakan adalah 0%, 5%, 8%, 12%, dan 15% terhadap berat cementitious.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## Diagram Alir Penelitian
Tahapan penelitian dapat dilihat dari diagram alir penelitian pada Gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3. Diagram alir penelitian A Studi Literatur Persiapan alat dan bahan Mulai Pemeriksaan Bahan Material : -Agregat Halus

## Bantot Sutriono, Retno Trimurtiningrum, Aditya Rizkiardi

## Gambar 3. Diagram alir penelitian (lanjutan)

## Material
 Semen
Semen yang digunakan adalah semen Portland Gresik Tipe 1.
 Agregat Halus (Pasir)
Pasir yang digunakan adalah pasir alami dari Kabupaten Lumajang, Jawa Timur.
 Air PAM
Air PAM berasal dari lingkungan Laboratorium Teknologi Beton Teknik Sipil Universitas 17 Agustus  1945  Surabaya.  Penggunaan  air  PAM  ini  untuk  campuran  beton  dan  proses curing.
 Silica Fume Silica Fume ini berasal PT. SIKA INDONESIA.

## Proporsi Campuran Benda Uji Mortar
Perhitungan mix design benda uji mortar mengacu pada SNI 03-6825-2002 tentang “Metode Pengujian  Kuat  Tekan  Mortar  Semen  Portland  untuk  Pekerjaan  Sipil”.  SNI  03-6825-2002 mengatur  untuk  pembuatan  6  benda  uji  berbentuk  kubus  dengan  ukuran  sisi  5  cm menggunakan komposisi diantaranya adalah:
Pemeriksaan Bahan Material: Agregat Halus A Pengujian Benda Uji Mortar Uji Kuat Tekan (Umur mortar 7 hari, 14 hari, 21 hari dan 28 hari) Analisa hasil pengujian
Kesimpulan
Selesai Uji resapan air
(Umur mortar 28 hari) Mix Desain
(Persentase silica fume 0%, 5%, 8%, 12% dan 15%) Pembuatan Benda Uji Persentase silica fume 0%, 5%, 8%,
12% dan 15%
Semen Portland 500 gram, Pasir 1.375 gram, Air 242 ml.
Proporsi tersebut kemudian disesuaikan dengan ukuran dan volume benda uji mortar dalam penelitian  ini.  Sehingga  didapatkan  kebutuhan  proporsi  material  seperti  yang  dijabarkan pada Tabel 1 dan Tabel 2 .
Tabel 1. Proporsi Campuran Mortar untuk 6 Benda Uji Silinder
Ukuran Diameter 6 cm dan Tinggi 12 cm Jenis Campuran Semen [gram] Pasir [gram] Silica Fume [gram] Air [ml] SF - 0 1.356,48 3.730,32 - 656,54 SF – 5 1.288,66 3.730,32 67,82 656,54 SF – 8 1.247,96 3.730,32 108,52 656,54 SF – 12 1.193,70 3.730,32 162,78 656,54 SF - 15 1.153,01 3.730,32 203,47 656,54 Tabel 2. Proporsi Campuran Mortar Setiap Benda Uji Jenis Campuran Semen [gram] Pasir [gram] Silica Fume [gram] Air [ml] SF - 0 226,08 621,72 - 109,42 SF – 5 214,78 621,72 11,30 109,42 SF – 8 207,99 621,72 18,09 109,42 SF – 12 198,95 621,72 27,13 109,42 SF - 15 192,17 621,72 33,91 109,42
Terdapat 5 (lima) macam campuran dalam penelitian ini yang dibedakan berdasarkan jumlah presentase silica fume yang digunakan. Presentase silica fume yang digunakan adalah 0%, 5%, 8%, 12% dan 15% terhadap berat total cementitious. Jumlah sampel total penelitian 75 buah, seperti yang dijelaskan pada Tabel 3 .
Tabel 3. Jumlah Total Benda Uji Mortar Kode Campuran Tes Kuat Tekan Tes Resapan Air 7 Hari  14 Hari  21 Hari  28 Hari 28 Hari SF-0% 3 3 3 3 3 SF-5% 3 3 3 3 3 SF-8% 3 3 3 3 3 SF-12% 3 3 3 3 3 SF-15% 3 3 3 3 3 Jumlah 75
Benda  uji  yang  digunakan  berupa  mortar  dengan  cetakan  berbentuk  silinder  berukuran diameter  6  cm  dan  tinggi  12  cm  ( Gambar  4 ).  dengan  perawatan  direndam  ke  dalam  bak curing dalam temperatur ruangan selama waktu pengujian, yaitu 7 hari, 14 hari, 21 hari dan 28 hari ( Gambar 5 ).

## Bantot Sutriono, Retno Trimurtiningrum, Aditya Rizkiardi
Gambar 4. Benda uji mortar
Gambar 5. Proses curing benda uji mortar

## Pengujian Benda Uji Mortar

## Air Resapan Mortar
Pengujian  daya  serap  air  pada  mortar  menggunakan  mortar  yang  telah  memenuhi persyaratan  secara  bentuk  fisik.  Pengujian  ini  bertujuan  agar  mengetahui  kemampuan resapan  air  dari  mortar  yang  berhubungan  dengan  volume  pori  yang  terdapat  pada  benda uji.  Pengujian  dilakukan  di  Laboratorium  Beton  Universitas  17  Agustus  1945  Surabaya. Pengujian  dilakukan  dengan  merendam  benda  uji  ke  dalam  air  selama  24  jam  untuk kemudian  ditimbang  beratnya,  lalu  mengeringkan  benda  uji  dengan  dimasukkan  ke  dalam oven selama 24 jam dan ditimbang kembali beratnya.
Perhitungan air resapan mortar adalah sebagai berikut ( Persamaan 1 ):
𝐴𝑖𝑟 𝑟𝑒𝑠𝑎𝑝𝑎𝑛 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟 = 𝑚 𝑏 − 𝑚 𝑘 𝑚 𝑘 ∗ 100% … (1)
halmana: 𝑚 𝑏 =  massa kering jenh permukaan dari benda uji [gram], 𝑚 𝑘 =  massa kering oven dari benda uji [gram].

## Kuat Tekan Mortar
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tekan dari benda uji mortar. Pengujian dilakukan  di  Laboratorium  Beton  Universitas  17  Agustus  1945  Surabaya  ( Gambar  6 ).
Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu meratakan permukaan penampang benda uji agar seluruh permukaan dapat menerima beban yang seragam.
Perhitungan kuat tekan adalah ( Persamaan 2 ):
𝜎 𝑚 = 𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠
𝐴
… (2)
halmana: 𝜎 𝑚 =  kekuatan tekan mortar [MPa],
𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠 =  gaya tekan maksimum [kg], 𝐴 =  luas penampang uji [cm 2 ].
Gambar 6. Pengujian tekan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Pengujian Resapan Air Mortar
Pengaruh  prosentase silica  fume  sebagai  material  pengganti  sebagian  semen  dalam campuran mortar terhadap nilai resapan air dapat dijelaskan pada Gambar 7 .
Gambar 7. Pengaruh prosentase silica fume terhadap nilai resapan mortar
Gambar 7 menunjukkan bahwa persentase silica fume berpengaruh pada nilai resapan air benda  uji  mortar.  Dari  grafik  pada Gambar  7 dapat  terlihat  bahwa  semakin  besar persentase silica fume  maka nilai resapan air semakin kecil. Nilai resapan maksimum yaitu sebesar 3,970% didapatkan pada benda uji kontrol dengan 0% kandungan silica fume. Nilai resapan air minimum yaitu 3,276%, mengalami penurunan sebesar 17,5% diperoleh benda uji  dengan  persentase silica  fume  15%.  Hal  tersebut  karena  silica  fume  mempunyai  dua peranan di dalam campuran mortar benda uji. Efek pozolan yang ditimbulkan karena reaksi senyawa  silika  dalam silica  fume  dengan  kalsium  hidroksida  membentuk  gel  CSH  baru, dimana gel CSH tersebut berkembang pada rongga di antara pasta semen dengan agregat sehingga menyebabkan berkurangnya volume pori yang terdapat dalam benda uji. Selain itu, efek microfiller pada silica fume juga mempunyai peranan yang sangat penting. Kelebihan silica  fume  yang  tidak  bereaksi  dengan  kalsium  hidroksida  berfungsi  sebagai  filler  atau pengisi rongga di dalam campuran benda uji, sehingga membuat benda uji lebih padat dan kedap. Berkurangnya volume pori serta benda uji yang lebih padat dan kedap menyebabkan nilai resapan air semakin berkurang.

## Hasil Pengujian Kuat Tekan Mortar
Pengaruh  prosentase silica  fume  sebagai  material  pengganti  sebagian  semen  dalam campuran mortar terhadap kuat tekan dapat dijelaskan Gambar 8 dan Gambar 9 .
Gambar 8. Pengaruh prosentase silica fume terhadap kuat tekan mortar
Gambar  8 menunjukkan  bahwa  persentase silica  fume  berpengaruh  pada  kuat  tekan mortar. Benda uji mortar pada umur 7 hari, 14 hari, 21 hari dan 28 hari menunjukkan pola yang  sama  yaitu  mempunyai  kuat  tekan  yang  meningkat  pada  persentase silica  fume sebesar  5  %  dan  8%  dan  mengalami  penurunan  kuat  tekan  pada  campuran  dengan persentase silica fume sebesar 12% dan 15%.
Gambar 9. Pengaruh prosentase silica fume terhadap kuat tekan mortar pada umur 28 hari
Pada Gambar 9 terlihat bahwa, pada umur mortar 28 hari campuran yang mempunyai kuat tekan  maksimum  terdapat  pada  campuran  yang  memiliki  persentase silica  fume  sebesar 8%,  yaitu  sebesar  312,574  kg/cm 2 .  Kuat  tekan  tersebut  mengalami  peningkatkan  sebesar 3,8% dari kuat tekan beton kontrol sebesar 271,290 kg/cm 2 . Hal tersebut disebabkan karena efek  pozzolan  yang  terdapat  pada silica  fume.  Silica  fume  bereaksi  dengan  kalsium hidroksida  yang  dihasilkan  pada  reaksi  antara  semen  dan  air  sehingga  membentuk  gel calcium  silicate  hydrate  (C-S-H)  baru  dalam  campuran  yang  dapat  meningkatkan  ikatan antara  pasta  semen  dengan  agregat,  selain  itu  ukuran  diameter  silica  fume  yang  sekitar 1/100  dari  semen  mempunyai  keuntungan  dapat  mengisi  rongga-rongga  pada transition zone  yang terdapat antara pasta dengan agregat. Hasil tersebut sesuai dengan penelitian sebelumnya oleh Sriastava et al (2014) yang menyatakan bahwa kenaikan kuat tekan beton disebabkan  karena  proseskimia  dan  fisika  dimana  proses  kimia  terjadi  karena  adanya pozzolanic activity dan proses fisika terjadi karena microfiller action.
Kuat  tekan  terendah  didapat  pada  campuran  dengan  persentase silica  fume  sebesar  15%, yaitu  209,365  kg/cm 2 .  Penurunan  kekuatan  tersebut  terjadi  karena  semakin  banyak persentase silica  fume  sebaga  bahan  pengganti  sebagian  semen  menyebabkan  semakin sedikit bahan semen yang bereaks dengan air membentuk gel CSH  dan kalsium hidroksida, selain  itu  persentase silica  fume  yang  banya  menyebabkan  banyak  sisa  silica  fume  tidak bereaksi dengan kalsium hidroksi dan membentuk gel CSH baru dan hanya berfungsi sebagai filler dalam rongga antara pasta semen dengan agregat.

## 4. KESIMPULAN
Nilai resapan air semakin berkurang pada benda uji seiring dengan meningkatnya persentase silica  fume.  Hal  tersebut  terjadi  karena  efek  pozolan  dan  microfiller  pada  silica  fume menyebabkan  semakin  berkurangnya  volume  pori  pada  campuran  benda  uji  sehingga semakin sedikit pula jumlah air yang dapat terserap oleh benda uji.
Silica fume sebagai material pengganti sebagian semen berpengaruh terhadap kuat tekan. Kuat  tekan  meningkat  seiring  dengan  pertambahan silica  fume  sampai  sebanyak  8%.  Hal tersebut  disebabkan  karena  efek  pozolan  dan microfiller  pada  silica  fume.  Kuat  tekan maksimum  yang  didapatkan  adalah  312,574  kg/cm 2 ,  pada  benda  uji  8%  kandungan silica fume.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti ingin mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT, serta terima kasih kepada institusi Universitas  17  Agustus  1945  Surabaya  yang  telah  bersedia  memberikan  dana  dalam penelitian ini; sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan baik dan lancar.

## DAFTAR RUJUKAN
ACI  Committee  234.  (2006). ACI  234R-06  Guide  for  the  Use  Silica  Fume  in  Concrete.  ACI Committee 234.
ACI  Committee  116.  (2006). ACI  116R-00  Cement  and  Concrete  Terminology.  ACI Committee 116.
Badan  Standardisasi  Nasional.  2002. SNI  03-6825-2002  tentang  Metode  Pengujian  Kuat Tekan  Mortar  Semen  Portland  untuk  Pekerjaan  Sipil.  Jakarta:  Badan  Standardisasi Nasional.
Gautam, N. et al. (2014). Sustainability in the Concrete Construction. Enviromental Research and Development, 4 (1), 81-90.
Mehta,  P.  Kumar,  Paulo  J.M.  Monteiro.  (2006). Concrete:  Microstructure,  Properties  and Materials. New York: McGraw-Hill.
Meyer,  C.  (2004).  Sustainable  Development  and  the  Concrete  Industry. Research  Gate. https://www.researchgate.net/publication/240611448_Sustainable_Development_and_the _ Concrete_Industry.
Meyer,  Christian.  (2013,  Sept  8-12).  The  Greening  of  Concrete  Industry.  In  Chang-Koon Choi(Ed.). The 2013 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM13). pp. 79-92. Jeju:  International Convention Centre (ICC) Jeju Korea. ISBN: 978- 89-89693-39-0.
Sriastava, Vikas et al. (2014). Effect of Silica Fume on Workability and Compressive Strength of OPC Concrete. J. Environ. Nanotechnol , 3 (3) 32-35.