doi: mkts.v27i1.31558

## Fly Ash Limbah Pembakaran Batubara sebagai Zat Mineral Tambahan (Additive) untuk Perbaikan Kualitas dan Kuat Tekan Semen
Roni Adi Wijaya 1 , Septi Wijayanti 2 , * Yayuk Astuti 1
1 Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Diponegoro, Semarang
2 PT. Solusi Bangun Indonesia Cilacap Plant, Cilacap
*) yayuk.astuti@live.undip.ac.id
Received: 11 Juli 2020 Revised: 19 Maret 2021 Accepted: 26 Maret 2021

## Abstract
A  series  of  tests  were  carried  out  to  determine  the  effect  of  the  addition  of  coal  combustion  fly  ash  as  an additional  mineral  (additive)  on  improving  the  quality  and  compressive  strength  of  cement  according  to  the Indonesian National Standard (SNI 15-2049-2004). Research methods include sample preparation, manufacture of cement with 0%, 5%, 8%, 12%, and 15% fly ash variations, chemical and physical properties of cement. The parameters  measured  were  the  level  of  chemical  composition  (%)  using  X-Ray  Fluorescence  Spectroscopy (XRF)  ARL  9800  OASIS,  free  lime  content  (%)  by  volumetry,  insoluble  residue  level  (%)  by  gravimetry, compressive strength (kg / cm2), and smoothness cement (cm 2 /g). The results showed that the addition of fly ash increased  the  SiO 2 content  of  cement,  thereby  increasing  C 3 S  and  C 2 S  compounds  which  are  compressive strength  components  of  a  cement.  Besides,  the  addition  of  fly  ash  is  directly  proportional  to  IR  levels, compressive strength, smoothness, and inversely proportional to free lime levels. So the addition of fly ash can improve  the  quality  of  cement  by  increasing  chemical  components,  increasing  compressive  strength,  and reducing cracking or expansion of cement.
Keywords: Fly ash waste, pozzolan, cement quality

## Abstrak
Serangkaian  pengujian  dilakukan  untuk  menentukan  pengaruh  penambahan  fly  ash  limbah  pembakaran batubara  sebagai  zat  mineral  tambahan  (additive)  untuk  perbaikan  kualitas  dan  kuat  tekan  semen  sesuai Standar  Nasional  Indonesia  (SNI  15-2049-2004).  Metode  penelitian  meliputi  preparasi  sampel,  pembuatan semen  dengan  variasi  fly  ash  0%,  5%,  8%,  12%,  dan  15%,  uji  sifat  kimia  dan  fisika  semen.  Parameter  yang diukur  yaitu  kadar  komposisi  kimia  (%)  menggunakan  X-Ray  Fluorescence  Spectroscopy  (XRF)  ARL  9800 OASIS,  kadar  freelime  (%)  secara  volumetri,  kadar  Insoluble  Residue  (%)  secara  gravimetri,  kuat  tekan (kg/cm 2 ), dan kehalusan semen (cm 2 /g). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan fly ash meningkatkan kandungan SiO 2 semen, sehingga memperbanyak senyawa C 3 S dan C 2 S yang merupakan komponen kuat tekan semen.  Selain  itu,  penambahan  fly  ash  berbanding  lurus  dengan  kadar  IR,  kuat  tekan,  kehalusan,  dan berbanding  terbalik  dengan  kadar  freelime.  Sehingga  penambahan  fly  ash  dapat  memperbaiki  kualitas  semen dengan menaikan komponen kimia, menaikan kuat tekan, dan mengurangi keretakan atau ekspansi semen.

## Kata kunci: Limbah fly ash, pozzolan, kualitas semen

## Pendahuluan
Fly  ash merupakan  material  limbah  padat  hasil Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU)  dari pembakaran batubara (Van der Merwe et al ., 2014). Pembakaran  batubara  menghasilkan  sekitar  5% polutan  padat  berupa  abu,  yakni bottom  ash sejumlah  10-20%  dan  80-90% fly  ash (Edy,  2007).
Pada tahun 2019 produksi batubara sebesar 610 juta ton,  berarti  limbah  yang  dihasilkan  sekitar  5%, mencapai 8,31 juta ton dengan 1,662 juta ton bottom ash dan  6,648  juta  ton fly  ash (BAPPENAS,  2019). Limbah  batubara  tergolong  dalam  limbah  B3  yang dapat menyebabkan penyakit silicosis (pembengkakan  paru-paru)  (BAPEDAL,  1999). Oleh  karena  itu,  diperlukan  solusi  pemanfaatan
limbah bottom  ash dan fly  ash . Fly  ash memiliki kandungan  senyawa kimia  SiO 2 =  58,75%,  Al 2 O 3 = 25,82%,  Fe 2 O 3 =  5,30%,  CaO  =  4,66%,  alkali  = 1,36%,  MgO  =  3,30%  dan  bahan  lainnya  =  0,81%. Dengan  tingginya  kandungan  silika  dan  oksida- oksida tersebut, fly ash memiliki sifat pozzolan yang dapat  dimanfaatkan  dalam  pembuatan  semen (Blissett et al ., 2012).
Dalam  pembuatan  semen  diperlukan  material tambahan (additive) sebagai  pengkoreksi  dan memperbaiki  kualitas  semen  yang  dihasilkan  agar sesuai  dengan  standar  yang  ditentukan  dalam  SNI 15-2049-2004.  Zat additive yang  digunakan  yaitu gypsum dan pozzolan . Pozzolan merupakan material yang mengandung unsur silika dan aluminat reaktif. Dalam  keadaan  halus  (lolos  saringan 0,21  mm)  jika ditambahkan  pada  campuran  semen  akan  bersifat seperti semen melalui proses hidraulik atau aktifitas pozolanik atau keduanya (ACI, 2001).
Material pozzolan sebelumnya yang digunakan yaitu slag vulkanik  dari  abu  gunung  berapi  dan  pasir silika. Pozzolan alam  ini  mengandung crystal  silica yaitu  mineral  yang  sedikit  atau  bahkan  tidak  dapat bereaksi  dengan  kalsium  dalam  semen  dan  hanya mengandung sedikit amorphous silica glass sedangkan  kandungan amorphous  silica  glass pada pozolan buatan lebih besar (ACI, 2001). Kandungan amorf  fly  ash memiliki  korelasi  meningkatkan kekuatan pozzolan (Moon et al ., 2016). Pemanfaatan pozzolan buatan  dari fly  ash ini  juga  akan mengurangi  penggunaan  pasir  silika  dan  abu vulkanik dari alam, sehingga lebih ramah lingkungan  dengan  mengolah  limbah  menjadi  suatu yang bermanfaat pada industri semen.
Industri semen berperan vital mendorong percepatan pembangunan. Seiring dengan bertambahnya populasi manusia dan majunya teknologi infrastruktur, kebutuhan dasar semen turut meningkat.  Tercatat  menurut  data  Asosiasi  Semen Indonesia  (ASI)  tahun  2018,  penjualan  semen mencapai  75,2  juta  ton,  naik  8,6%  dari  tahun sebelumnya. Dengan rincian sebanyak 69,51 juta ton domestik  naik  4,9%  dari  66,35  juta  ton  dan  ekspor 5,7 juta ton, naik 97% dari 2,9 juta ton. Ketersediaan semen menentukan pembangunan sarana perumahan, jalan, gedung dan infrastruktur. Sehingga  kualitas  semen  yang  dihasilkan  menjadi salah  satu  kunci  memajukan  pertumbuhan  ekonomi dan aksesbilitas antar daerah. Oleh karena itu, dalam penelitian  ini  akan  dibahas  mengenai  pemanfaatan fly  ash limbah  pembakaran  batubara  sebagai  zat additive terhadap perbaikan  kualitas  dan  kuat  tekan semen.  Penelitian  sebelumnya  mengenai fly  ash telah  banyak  dilakukan,  diantaranya  oleh  Joice  & Lintong  (2017)  dalam  substitusi  material  pozolan terhadap  semen  pada  kinerja  campuran  semen  yang
membandingkan pozzolan alam dan buatan terhadap curring  time dan  kuat  tekan  beton.  Elmrabet et  al ., 2019 membahas mengenai pengaruh fly ash terhadap parameter  LOI,  SO 3 , setting  time dan  kuat  tekan semen.  Sedangkan  pada  penelitian  ini  akan membahas tentang pengaruh variasi penambahan fly ash terhadap karakteristik komposisi kimia, Insoluble Residue (IR) , free lime, kehalusan dan kuat tekan semen.
Tujuan  penelitian  ini  yaitu  untuk  mengetahui pengaruh  variasi  penambahan fly  ash terhadap karakteristik  semen  yang  dihasilkan  dengan  analisis komposisi  kimia,  IR (untuk  membatasi  mineral pengotor tidak larut dalam asam dan basa yang dapat menyebabkan  penyusutan  pada  semen), free  lime (untuk  mengontrol  kadar  CaO  bebas  yang  dapat menyebabkan keretakan pada semen), kehalusan dan kuat  tekan  semen  sehingga  diperoleh  kualitas  yang memenuhi  standar  SNI  15-2049-2004.  Hasil penelitian  ini,  diharapkan  memberikan  alternatif pemecahan  masalah  dalam  pengolahan  limbah  abu batubara  serta  memberikan  data  informasi  terkait pengaruh  penggunaan fly  ash terhadap  kualitas semen yang dihasilkan.

## Metode

## Alat dan bahan
Alat-alat  yang  digunakan  meliputi  desikator,  neraca analitik merk sartorius  - entris124-1s , furnace merk D-550  neytech , herzog  grinding  merk HSM  100 H/HSM  100P, herzog  pellet  press  merk  HTP 40/HTP  60, kuas, vacum  cleaner ,  spatula,  spidol, kaca arloji, kertas X-Ray Fluorescence Spectroscopy (XRF) ARL 9800 OASIS. Selain itu gelas kimia 250 ml, buret, kertas saring no. 41, cawan platina mikro, mesin  pengaduk  standar  ASTM  C  305,  mangkok pengaduk  kapasitas  2500  cc,  meja  leleh  standar ASTM  C-230  dengan  cincin  leleh  baja  55  HRB, cetakan kubus sisi 5 cm dari baja 55 HRB kedap air, gelas  ukur  500  ml  ketelitian  2  ml, stopwatch ,  alat pemadat,  sendok  perata,  mistar  baja  panjang  20  cm ketelitian  1  mm,  lemari  lembab  dengan  derajat kelembaban  90%,  mesin  tekan  dari  baja  60  HRB, ayakan 45 µm (no. 325) ASTM C 430 . Bahan yang digunakan  meliputi: fly  ash limbah  PT.  PLTU Sumber  Segara  Primadaya  Cilacap, gypsum ,  semen klinker  (hasil  dari  klinker/semen  setengah  jadi), herzog  pill /pill  HPMA  ( hidroksi  propil  meta trilamid ),  sampel  semen Mill  General  Use (MGU/semen  jadi  terdiri  atas  campuran  klinker, gypsum , fly  ash ),  akuades,  propanol p.a  Merck , CH 3 COONH 4 p.a  Merck, metyl  red  p.a  Merck , fenolftalein p.a Merck , NaOH p.a Merck , NH 4 (NO 3 ) p.a  Merck ,  HCl p.a  Merck pekat,  BaCl 2 p.a  Merck , glyserin p.a  Merck ,  etanol p.a  Merck dan  pasir kuarsa teknis ASTM no. C 190.

## Eksperimen
Untuk  mengetahui  pengaruh  penggunaan fly  ash terhadap  kualitas  dan  kuat  tekan  semen  dilakukan variasi  kadar fly  ash pada  sampel  uji  analisis sebagaimana tercantum dalam Tabel 1.

## Tabel 1. Variasi komposisi sampel
Komponen Variasi sampel (kg) 0% 5% 8% 12% 15% Fly ash 0,00  0,20 0,32 0,48 0,60 Gypsum 0,12  0,12 0,12 0,12 0,12 Klinker 3,88  3,68 3,56 3,40 3,38 Total 4,00  4,00 4,00 4,00 4,00

## Analisis komposisi kimia dengan XRF
Analisis  komposisi  kimia  dilakukan  pada klinker , gypsum , fly  ash dan  semen  MGU  menggunakan XRF .  Analisis  komposisi  kimia  dilakukan  untuk mengetahui  kandungan  material  pada  semen. Kandungan  material  berpengaruh  pada  kualitas karakter  semen  yang  dihasilkan  (Cho et  al .,  2019). Adapun  tahapan  analisis  meliputi  preparasi  sampel ( grinding dan pressing ) dan analisis pada XRF ARL 9800 OASIS.

## Grinding
Proses grinding material  dilakukan  sebanyak  dua kali.  Grinding  pertama  dilakukan  untuk  masing- masing material dan tanpa menggunakan herzog pill , dan grinding kedua dilakukan ketika semua material sudah  dilakukan mixing dan  menggunakan herzog pill sebanyak  tiga  buah.  Untuk  lamanya  waktu grinding divariasikan, grinding pertama  selama  180 detik,  sementara grinding kedua  60  detik.  10  gram sampel semen MGU terdiri atas klinker, gypsum , fly ash , dan 3 herzog pill / hidroksi propil meta trilamid (HPMA) dimasukkan ke dalam disk mill pada mesin herzog grinding merk HSM 100 H / HSM 100 P 60 detik.

## Pressing
Sampel  hasil grinding dimasukan  ke  dalam ring steel pada  mesin herzog  pellet  press  merk  HTP 40/HTP  60 selama  45  detik  pada  tekanan  30  MPa. Kemudian  dibersihkan  bagian  belakang  sampel menggunakan vacum cleaner , agar tidak ada kotoran yang mengganggu pada saat pengamatan. Selanjutnya,  dianalisis  dengan  XRF  ARL  9800 OASIS.

## Analisis IR
Sebanyak  satu  gram  sampel  semen  MGU  ditambah 25  ml  aquades  dan  5  ml  HCl  pekat.  Kemudian dilakukan pengenceran sampai 50 ml dan
dipanaskan  dengan  pemanas  selama  10  menit. Setelah  itu,  dilakukan  penyaringan  I  dengan  kertas saring  no.  41,  dilanjutkan  pembilasan  dengan aquades  panas  sebanyak  14  kali.  Setelah  kering, kertas  saring  berisi  endapan  ditambah  NaOH  1% sebanyak  100  ml  dan  dipanaskan  selama  20  menit. Kemudian  ditambahkan  tiga  tetes metyl  red sebagai indikator  dan  HCl  berlebih  sampai  larutan  menjadi merah  muda.  Larutan  tersebut  kemudian  dilakukan penyaringan  II  dengan  kertas  saring  no.  41,  dan dibilas  dengan  NH 4 (NO 3 )  2%  sebanyak  14  kali sampai  warna  merah  muda  hilang.  Selanjutnya kertas  saring  I  dan  II  digabung,  dikeringkan  dan dimasukan  dalam  cawan  platina  yang  telah ditimbang  masa  awalnya.  Setelah  itu,  dimasukan dalam furnace pada  suhu  950  ±  50 ℃ selama  15 menit.  Kemudian  didinginkan  dalam  desikator  dan ditimbang dihitung dengan Persamaan 1.
%𝐼𝑅 = 𝑊2 𝑊1 𝑥 100%
(1)
dimana  W2  merupakan  massa  akhir  dan  W1 merupakan massa awal.

## Analisis CaO bebas (free lime)
Diawali  dengan  preparasi  larutan propanol  glycerol dimana  sebanyak  133,4  gram  BaCl 2 dilarutkan dengan  penambahan  gliserol  sampai  volume  satu liter. Kemudian ditambah dengan tiga liter propanol, dan  133  ml  indikator  PP  1%.  Selanjutnya  ditambah dengan  NaOH  1%  sampai  warna  menjadi  merah muda  dan  homogen.  Kemudian,  dilakukan  analisis sebanyak satu gram sampel semen ditambah dengan 50  mL  larutan propanol  glycerol .  Kemudian dipanaskan  selama  15  menit.  Setelah  itu,  dititrasi dengan  CH 3 COONH 4 0,2  N  sampai  tidak  berwarna dan dilakukan perhitungan dengan Persamaan 2.
% 𝐶𝑎𝑂  =  𝐸 𝑥 𝑉 𝑥 100 (2)
dimana  E  merupakan  faktor  CH 3 COONH 4 dan  V merupakan volume penitar

## Analisis kuat tekan
Preparasi mortar sampel
Sebanyak 500 gram sampel ditambahkan 242 ml air suling  kemudian  diaduk  selama  30  detik,  dengan kecepatan  140  ±  5  putaran  per  menit.  Lalu, tambahkan  pasir  kuarsa  1.375  gram  dan  diaduk kembali  selama  60  detik  dengan  kecepatan  285±10 putaran per menit.

## Pengukuran kadar air
Mortar dicetak  dengan  cincin  di  atas  meja  leleh dalam  dua  lapis  seperti  pada  Gambar  1,  setiap  lapis dipadatkan 20 kali dengan alat pemadat. Kemudian, meja  leleh  digetarkan  sebanyak  25  kali  selama
15  detik,  dengan  tinggi  jatuh  1/2  in  (12,7  mm). Selanjutnya  diameter  mortar  diukur  minimal  pada empat tempat yang berlainan seperti pada Gambar 2, dan  hitung  diameter  rata-rata  (d r )  nya.  Ulangi perlakuan  sampai  diperoleh  diameter  rata-rata  d r sama dengan 1,00 - 1,15 kali diameter semula d s.
Gambar 1. Meja leleh standar ASTM C-230 dengan cincin leleh baja 55 HRB
Gambar 2. Pengukuran diameter dengan di atas meja leleh ASTM C-230

## Pencetakan mortar
Mortar  diaduk  kembali  dengan  kecepatan  285  ±10 putaran  per  menit  selama  15  detik.  Kemudian dimasukkan  ke  dalam  cetakan  kubus  dan  simpan kubus-kubus  uji  dalam  lemari  lembab  selama  24 jam.  Selanjutnya,  cetakan  dibuka  dan  kubus-kubus benda  uji  direndam  dalam  air  bersih  sampai  pada waktu  pengujian  kuat  tekan  masing-masing  sampel 3, 7, dan 28 hari.
Pengujian kuat tekan
Benda  uji  ditimbang  dan  dihitung  berat  isinya dengan Persamaan 3.
Ɣ𝑚  = 𝐵𝑚 𝑉 (3)
Dimana Ɣm merupakan berat isi mortar , kg/ml, Bm merupakan  berat  benda  uji,  kg  dan  V  merupakan volume (sisi 50 mm, V = 125 ml). Kemudian, benda uji dimasukan pada mesin penekan sampai benda uji pecah  dan  dicatat  sebagai  gaya  tekan  maksimum. dihitung dengan Persamaan 4.
σm = 𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐴
(4)
dimana  σm  merupakan  kekuatan  tekan mortar , MPA.  P maks merupakan  gaya  tekan  maksimum,  N dan  A  merupakan  luas  penampang  (sisi  50  mm, A = 2.500 mm 2 ).

## Analisis kehalusan
Sampel  diayak  menggunakan  saringan  nomor  100 yang  diletakan  di  atas  saringan  nomor  200. Kemudian  digoyangkan  selama  tiga  sampai  empat
menit.  Sisi  bagian  bawah  saringan  dibersihkan  dan disaring  lagi  selama  satu  menit.  Kecepatan  gerakan kira  –  kira  50  kali  per  menit,  setiap  25  gerakan, memutar  saringan  kira  –  kira  60°.  Perlakuan  ini dilakukan  di  atas  kertas  putih.  Selanjutnya,  material tertahan  pada  saringan  nomor  100  dan  nomor  200 dihitung  dan  dinyatakan  dalam  persentase  terhadap berat benda uji semula.

## Hasil dan Pembahasan
Pengaruh fly  ash terhadap  kualitas  semen  dapat dilihat  dari  komposisi  kimia,  IR , free  lime ,  kuat tekan dan kehalusan produk semen yang dihasilkan.
Komposisi  kimia  semen  sebelum  dan  setelah penambahan fly ash
Dari  analisis  komposisi  kimia raw  material pembuatan semen yaitu klinker, gipsum , dan fly ash dengan XRF diperoleh data seperti pada Tabel 2.
Tabel 2. Data analisis komposisi kimia klinker, gipsum dan fly ash
Sampel Parameter (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO  MgO K 2 O  SO 3 Klinker 21,6  5,41 3,18  66,09  1,42  0,40  1,33 Gipsum 14,01  2,69 1,29  34,68  0,75  0,14  43,24
Fly ash 58,75 25,82  5,30  4,66  3,30  1,36  0,81
Reaksi fly  ash dengan  semen  sangat  dipengaruhi oleh  komposisi  kimia fly  ash (Bumrongjaroen, 2007).  Tabel  2  menunjukkan fly  ash memiliki kandungan silika (SiO 2 ) sebesar 58,75%. Penambahan fly  ash berfungsi  untuk  meningkatkan kandungan SiO 2 dari produk semen yang dihasilkan. SiO 2 akan bereaksi saling mengikat dengan kalsium oksida (CaO) pada pembuatan pasta semen (mortar) membentuk senyawa C 2 S ( dikalsium silikat) dan C 3 S ( trikalsium  silikat )  yang  memiliki  fungsi  kuat  tekan utama  pada  semen.  Sehingga,  adanya  SiO 2 berpengaruh terhadap kualitas semen yang dihasilkan (Blissett et al ., 2012).
Reaksi pembentukan C 2 S suhu 800 – 1200 o C adalah 2  CaO  +  SiO2  →  2CaO.SiO2,  berfungsi  memberi kekuatan  selama  satu  hari,  dan  melepas  panas selama proses hidrasi sebesar 250 joule/gram.
Reaksi pembentukan C 3 S suhu 1200–1400 o C: 2 CaO + CaO.SiO2 ⟶ 3CaO.SiO2, berfungsi mempercepat pengerasan semen, mempengaruhi pengikatan kekuatan  awal,  sebelum  28  hari,  dan  menimbulkan panas hidrasi 500 joule/gram.
Setelah  dilakukan  pencampuran  diperoleh  hasil analisis  komposisi  kimia  semen  yang  dihasilkan dengan XRF.  Tabel 3 menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan fly ash pada pembuatan semen,
maka  kandungan  SiO 2 dari  semen  semakin  besar. Pada  sampel  tanpa  penambahan fly  ash (0%) kandungan  SiO 2 21,20%  dan  bertambah  seiring besarnya  % fly  ash sampai  pada  penambahan  15% fly  ash sebesar  25,95%.  Kandungan  SiO 2 di  dalam semen  akan  sangat  mempengaruhi  kekuatan  tekan mortar karena SiO 2 mempunyai sifat pozzolan, yaitu bahan  yang  mengandung  senyawa  silika  atau senyawa  alumina,  yang  tidak  mempunyai  sifat mengikat  seperti  semen,  akan  tetapi  dalam bentuknya yang halus dan adanya air, maka senyawa tersebut  akan  bereaksi  dengan  kalsium  hidroksida pada suhu kamar membentuk senyawa seperti semen (Otsuka et al ., 2009).

## Tabel 3. Komposisi kimia semen MGU setelah penambahan fly ash
Parameter (%) Penambahan fly ash dalam semen (%) 0 5 8 12 15 SiO 2 21,20  22,81  23,84  24,45 25,95 Al 2 O 3 6,40  6,30 6,22 6,12 6,08 Fe 2 O 3 3,06  3,09 3,08 2,97 2,87 CaO 64,66  64,18  63,80  63,35 63,14 MgO 1,17  1,13 1,10 1,03 1,03 SO 3 1,93  1,91 1,95 2,01 2,00

## Pengujian kadar free lime
Hasil pengujian kadar kapur bebas ( free lime ) dalam semen,  penambahan fly  ash mempengaruhi  kadar free  lime. Pada Gambar  3 menunjukkan  bahwa free lime semakin  menurun  dengan  bertambahnya persentase  penambahan fly  ash di  dalam  semen. Penambahan fly  ash 5%  didapat  kadar free  lime sebesar  1,51%  lalu  terjadi  penurunan  pada penambahan fly  ash 8%,  12%  dan  15%.  Penurunan kadar free  lime terjadi karena  keberadaan  silika  dan alumina  yang  berasal  dari fly  ash yang  bereaksi saling  mengikat  dengan  kalsium  oksida  sehingga dapat mengurangi keberadaan free lime . Keberadaan kapur  bebas  pada  saat  proses  hidrasi  semen  akan membentuk kalsium hidroksida (Ca(OH) 2 ) sebagaimana  reaksi  CaO bebas +H 2 O→  Ca(OH) 2 . Ca(OH) 2 dari  hidrasi  kapur  bebas  ini  sangat merugikan  karena  dapat  menurunkan  kuat  tekan mortar semen, karena akan menyebabkan penyusutan  dan  keretakan  pada  semen.  Penyusutan terjadi karena pada saat semen mulai mengeras akan terjadi  proses  penguapan  dari  senyawa  hidroksida dan  uap  air.  Apabila  pada  semen  terdapat  Ca(OH) 2 maka senyawa hidroksida ini akan mengembang dan menguap meninggalkan rongga pada semen sehingga terjadi penyusutan semen bahkan menimbulkan keretakan.
Dengan  adanya  SiO 2 fly  ash, menyebabkan  reaksi saling  mengikat  dengan  CaO  membentuk  C 3 S (reaksi  1),  sehingga  keberadaan  Ca(OH) 2 semakin
sedikit  karena  CaO  bebas  berkurang  (Wang,  2018). Selain  itu,  adanya  C 3 S  meningkatkan  kuat  tekan mortar (Antiohos & Tsimas, 2005).
2CaO + CaO.SiO2 ⟶ 3CaO.SiO2 (C3S) ..(reaksi 1)
Kandungan  alumina  silika  dari fly  ash juga  dapat langsung  bereaksi  dengan  Ca(OH) 2 membentuk senyawa  C 3 S  (reaksi  2)  sehingga  mengurangi pengembangan volume Ca(OH) 2 , akibatnya keretakkan  semen  dapat  dikurangi  (Antiohos  & Tsimas, 2005).
2Al2O3.2SiO2 + 7Ca(OH)2 3CaO2.SiO2.H2O + 2(2CaO.Al2O3.SiO2.2H2O.(reaksi 2)

## Gambar 3. Pengaruh penambahan fly ash terhadap kadar free lime

## Pengujian kadar IR
Hasil  pengujian  diperoleh  bahwa  penambahan fly ash berbanding  lurus  dengan  kadar  IR semen sebagaimana pada Gambar 4.

## Gambar 4 . Pengaruh penambahan fly ash terhadap kadar IR
Gambar  4  menunjukkan  IR  yang  semakin  besar dengan semakin besarnya penambahan fly ash dalam semen.  Pada  keadaan  murni  tanpa fly  ash, kadar  IR sebesar 1,74% kemudian terjadi peningkatan sebesar 2,6% setelah penambahan 5% fly ash sampai dengan 3,26% setelah penambahan 15% fly ash . Berdasarkan  Gambar  4,  penambahan fly  ash yang memenuhi  standar  dalam  SNI  15-2049-2004  yaitu maksimum  IR  3%  adalah  formula  campuran  semen dan fly ash 8% dengan IR sebesar 2,98%.
Kadar  IR  ini  harus  dibatasi  karena  tingginya  IR mengindikasikan tercampurnya bahan semen dengan bahan  pengotor  yang  tidak  dapat  dibatasi  oleh
1,68 1,51 1,34 1,17 1,01 0 0,5 1 1,5 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 % F ree lime % Fly ash 1,74 2,6 2,98 3,26 3,26 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 % I n so lu b le resid u e % Fly ash
persyaratan fisika berupa fragmen mineral yang larut dalam  asam  dan  basa  berupa  mineral  asam  silicat seperti ortho  silicat dan meta  silicat (Kiattikomol et  al ., 2000).  Selain  itu,  IR juga  berpengaruh  pada proses autoclave karena  pada  suhu  dan  tekanan tinggi,  IR  semen  menguap,  sehingga  menyebabkan kadar semen berkurang hingga mengalami penyusutan.

## Pengujian kehalusan semen
Kehalusan  semen  adalah  salah  satu  syarat  mutu fisika  semen  karena  akan  menentukan  luas permukaan  pertikel-partikel  semen  saat  hidrasi. Hasil  analisis  diperoleh  data  pengaruh  penggunaan fly  ash terhadap  kehalusan  semen  seperti  pada Gambar 5.
Penambahan fly  ash akan  menyebabkan  semakin besar  pula  kehalusan  semen,  seperti  ditunjukkan dalam  Gambar  5.  Semakin  halus  semen  maka kekuatan, panas hidrasi, dan kebutuhan air persatuan luas  akan  semakin  rendah,  serta  reaksi  hidrasi  akan makin cepat (Jongpradist et al ., 2010).

## Gambar 5. Pengaruh penambahan fly ash terhadap kehalusan semen
Penambahan  material pozzolan yang  dihaluskan (lolos  saringan  no.  325)  dalam  campuran  semen akan  memberikan  penyempurnaan  pengerasan  dari pasta  semen  yang  terbentuk,  dan  karakteristik mekanik  yaitu  ketahanan  terhadap  pergerakan/ goncangan  dari  luar  juga  meningkat  (Jongpradist et al ., 2010). Hal ini disebabkan karena semakin halus material pozzolan yang ditambahkan pada campuran semen,  pori-pori  pada  permukaan  akan  semakin rapat  sehingga specific  surface  area pozzolan semakin besar. Hal ini akan mengakibatkan semakin besar  luas  permukaan  ikatan  partikel  dalam campuran.  Semakin  banyak  partikel  yang  berikatan maka  akan  meningkatkan  kinerjanya  (Myronyuk et al ., 2018).
Untuk  memproduksi  campuran  beton  yang  tahan terhadap  gesekan  dan  benturan  seperti  campuran yang diaplikasikan pada lapis permukaan perkerasan jalan, dibutuhkan material agregat dengan permukaan  yang  keras  dan  memiliki  pori-pori  yang rapat  atau  porositas  yang  rendah.  Porositas  yang
rendah  akan  mengakibatkan  penggunaan  air  yang sedikit  dan  campuran  menjadi  padat,  sehingga perbandingan  air  dan  semen  (w/c)  dalam  campuran menjadi  kecil.  Di  samping  itu,  untuk  menghasilkan beton  berkekuatan  tinggi,  pengurangan micro cracking serta  zona  transisi  yaitu interface antara pasta  semen  dan  agregat  dalam  campuran  perlu dilakukan. Hal ini dapat diperoleh dengan menggunakan superplasticizer atau dengan menambahkan  material pozzolan pada  campuran beton  (Shannag,  2000).  Sejalan  dengan  yang dinyatakan  oleh  Cheng et  al .,  2008  bahwa  jika  w/c menurun,  porositas  menurun  dan  mengakibatkan peningkatan unconfined  compressive  strength dari campuran.

## Pengujian kuat tekan semen
Kuat  tekan  adalah  kemampuan  menahan  dan memikul  suatu  beban  tekan.  Kekuatan  yang  diukur adalah  kekuatan  tekan mortar terhadap  beban  yang diberikan.  Hasil  analisis  diperoleh  data  pengaruh penggunaan fly  ash terhadap  kehalusan  semen seperti pada Gambar 6.

## Gambar 6. Pengaruh penambahan fly ash terhadap kuat tekan semen
Dalam  Gambar  6  ditunjukkan  bahwa  penambahan fly  ash meningkatkan  kuat  tekan mortar .  Hal  ini terjadi  pada  setiap  sampel  yaitu mortar umur  3,  7 dan  28  hari.  Kuat  tekan  meningkat  seiring  dengan semakin  banyaknya  penambahan fly  ash. Hal  ini disebabkan  karena  senyawa  SiO 2 dari fly  ash bereaksi  saling  mengikat  dengan  CaO  pada  semen membentuk senyawa C 2 S dan C 3 S.
Reaksi pembentukan C 2 S
adalah 2CaO+SiO2→2CaO.SiO2  dan  reaksi  pembentukan C 3 S adalah 2CaO + CaO.SiO2 ⟶ 3CaO.SiO2
Pada  saat  semen  dicampur  dengan  air  maka  akan terjadi  reaksi  hidrasi  (pengikatan  terhadap  molekul H 2 O)  (Zhang et  al .,  2019).  Senyawa  C 3 S  dan  C 2 S pada  semen  akan  bereaksi  dengan  air  membentuk Calcium  silicate  hydrate (C 3 S 2 H 3 atau  C-S-H)  yang merupakan senyawa komponen utama yang membentuk  kuat  tekan  pada  semen  ketika  sudah mengering. Akan tetapi, reaksi tersebut pada kondisi tidak ideal (tidak semua CaO berikatan dengan SiO 2
3574 4208 5056 5896 6125 0 2000 4000 6000 8000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 Keh alu san s em en (cm 2 /g ram ) % Fly ash 115 135 172 173 219
188 241 284 303 330 255 308 447 441 476 0 200 400 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 Ku at tek an se m en (k g /cm 2 )
% Fly ash
3 hari 7 hari
28 hari
atau terdapat  CaO  bebas)  akan  menghasilkan kalsium  hidroksida  atau  kapur  mati  Ca(OH) 2 . Senyawa  Ca(OH) 2 pada  saat  proses  pengerasan semen  akan  mengembang  dan  menguap  sehingga akan  menimbulkan  rongga  dan  penyusutan  bahkan keretakan pada semen.
Reaksi dari proses hidrasi semen dengan air sebagai berikut :
C 3 S bereaksi dengan air (hidrasi), 2C 3 S  +  6H ⟶ C 3 S 2 H 3 +  3CH  atau  dengan  rumus lengkap  2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
C 2 S bereaksi dengan air, 2C2S  +  4H ⟶ C3S2H3  +  CH  atau  dengan  rumus lengkapnya 2(2CaO.SiO2) + 4H2O ⟶ 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
Penambahan fly  ash dengan  kandungan  alumina silica  (Al 2 O 3 .2SiO 2 )  pada  semen  akan  mengubah Ca(OH) 2 atau  kapur  mati  (CH)  yang  bersifat melemahkan  kuat  tekan  menjadi  C 3 S 2 H 3 yaitu senyawa  yang  dapat  memperkuat  ikatan  antar partikel  dalam  campuran  semen  (Ogawa et  al ., 2010).  Sedangkan  reaksi  pozzolan  dari  alumina silika fly ash C-S-H dan  C-A-H terbentuk di matriks semen, membuat strukturnya lebih padat; karenanya, kekuatan  tekan  mortar  meningkat  (Fraay et  al ., 1989). Reaksi alumina silika dan kalsium hidroksida adalah 7  Ca(OH)2  +  2  Al2O3.2SiO2  →  3 CaO2.SiO2.H2O + 2 (2CaO.Al2O3.SiO2.2H2O)
Penambahan fly  ash paling  maksimum  yaitu sebanyak  15%  sebab  dengan  penambahan fly  ash tersebut  di  dapat  kuat  tekan  tertinggi  pada  umur  28 hari  yaitu  476  kg/cm 2 sehingga  dapat  disimpulkan bahwa  penambahan fly  ash pada  proses  pembuatan semen  dapat  meningkatkan  kuat  tekan  mortar dimana semakin tinggi penambahan fly ash ke dalam semen maka semakin tinggi kuat tekan mortar.

## Kesimpulan
Penambahan fly  ash menambah  komponen  oksida- oksida semen SiO 2 , sehingga memperbanyak jumlah senyawa  C 3 S  dan  C 2 S  yang  merupakan  komponen kuat  tekan  semen.  Penambahan fly  ash berbanding lurus  dengan  nilai  kadar  IR,  kuat  tekan,  kehalusan, dan  berbanding  terbalik  dengan  nilai freelime , sehingga  penambahan fly  ash memperbaiki  kualitas semen  dengan  menaikkan  komponen  senyawa kimia,  menaikkan  kuat  tekan,  serta  mengurangi keretakan atau ekspansi semen.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terimakasih atas terselesaikannya  penelitian  ini  atas  dukungan
peralatan,  bahan,  diskusi  kepada  Laboratorium Kimia  PT.  Solusi  Bangun  Indonesia,  Cilacap  dan Departemen Kimia Universitas Diponegoro, Semarang.

## Daftar Pustaka
American  Concrete  Institute  (ACI)  232.1R-00. (2001). Use of Raw or Processed Natural Pozzolans in  Concrete  Reported  by  ACI  Committee  232  ACI 211.1. Diakses  16  September  2020  dari  https:// buildwellsource.org/materials/manufactured-urban/ pozzolans/54-use-of-raw-or-processednatural- pozzolans-in-concrete-american-concrete-institute- 2001/file.
Antiohos, S., & Tsimas, S. (2005). Investigating the role  of  reactive  silica  in  the  hydration  mechanisms of  high-calcium  fly  ash/cement  systems. Cem. Concr. Compos, 27, 171-181 . https://doi.org/10.1016/j. cemconcomp.2004.02.004.
Asosiasi  Semen  Indonesia.  (2018). Kompas:  Dua Tahun  Terakhir  Indonesia  Kelebihan  Pasokan Semen. Diakses 20 April 2020, dari https://ekonomi. kompas.com/read/2018/04/05/114859526/dua-tahun -terakhir-indonesia -kelebihan-pasokan-semen
American  Society  for  Testing  and  Materials (ASTM)  C  109.  (2016). Test  Method  for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars , Annual  Book  of  ASTM  Standard  Section  4 .    United States of America: ASTM International.
American  Society  for  Testing  and  Materials (ASTM)  C  230.  (2009). Standard  Specification  for Table for Use in Tests of Hydraulic Cement, Annual Books  of  ASTM  Standards .  United  States  of America: ASTM International.
American  Society  for  Testing  and  Materials (ASTM)  C  305.  (2002). Standard  Practise  For Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars  Of  Plastic  Consistency. United  States  of America: ASTM International.
American  Society  for  Testing  and  Materials (ASTM)  C  430.  (2016). Standard  Test  Method  for Fineness  of  Hydraulic  Cement  by  The  45  µm  (  no 325 ) sieve, Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America: ASTM International.
Badan  Pengendalian  Dampak  Lingkungan.  (1999). Peraturan pemerintah nomor 18 tahun 1999 tentang pengelolaan  limbah  bahan  berbahaya dan beracun. Jakarta: Sekretariat Bapedal. http://www.bphn.go.id/ data/documents/99pp018.pdf
Badan Perencanaan Pembangunan Nasional. (2019). Laporan  Akhir  Kajian  Ketercapaian  Target  DMO Batubara  Sebesar  60%  Produksi  Nasional  pada
Tahun  2019 .  Diakses  20  April  2020,  dari  https:// www.bappenas.go.id/files/5415/0898/5954/Laporan _Akhir Kajian DMO_ Batubara_Final.pdf
Badan  Standarisasi  Nasional.  (2004). SNI  15-2049- 2004  tentang  semen  portland. Jakarta:  BSN. http://sispk.bsn.go.id/SNI/DetailSNI/6793.
Blissett, R.S., & Rowson, N.A. (2012). A review of the  multi-component  utilisation  of  coal  fly  ash. Elsevier,  97 ,  1-23.  https://doi.org/10.1016/j.fuel. 2012.03.024.
Bumrongjaroen,  W.,  Muller,  I.,  Schweitzer,  J., Livingston,  R.A.,  (2007). Application  of  Glass Corrosion  Tests  to  the  Reactivity  of  Fly  Ash .  In World  of  Coal  Ash  (WOCA).  Northern  Kentucky USA.
Cheng,  A.S.,  Yen,  T.,  Liu,  Y.W.,  &  Sheen,  Y.N. (2008). Relation Between Porosity and Compressive Strength  of  Slag  Concrete .  In  Proceedings  of Structures  Congress.  ASCE,  Vancouver,  British Colombia, Canada . www.ascelibrary.org
Cho,Y.K., Jung, S.H., & Choi, Y.C. (2019). Effects of  chemical  composition  of  fly  ash  on  compressive strength of fly ash cement mortar. Construction and Building  Materials,  204, 255-264 . https://doi:10. 1016/j.conbuildmat.2019. 01.208.
Edy,  B.  (2007). Fly  Ash  -  Bottom  Ash  dan Pemanfaatannya. Dari http://b3.menlh.go.id/3r/ artikel.php.
Elmrabet, R., El Harfi, A., & El Youbi, M.S. (2019). Study  of  Properties  of  Fly  Ash  Cements .  Peer- Review  Under  Responsibility  of  The  Scientific Committee  of  The  International  Conference  on Materials and Environmental Science. ICMES 2018. Proceedings  13  (2019)  850-856.  https://doi.org/ 10.1016/j.matpr. 2019.04.048
Fraay,  A.L.A.,  Bijen,  J.M.,  &  De  Haan,  Y.M., (1989).  The  role  of  fly  ash  in  concrete. A  Critical Examination, Cem. Concr. Res., 19, 235-246 . https:// doi.org/10.1016/0008-8846(89)9008 8-4.
Joice,  E.W.,  &  Lintong,  E.  (2017).  Substitusi material  pozolan  terhadap  semen  pada  kinerja campuran  semen. Jurnal  Teknik  Sipil  ITB,  24 (3), 237-246. https://doi.org/10.5614/jts.2017.24.3.7.
Jongpradist,  P.,  Jumlongrach,  N.,  Youwai,  S.,  & Chucheepsakul,  S.,  (2010).  Influence  of  fly  ash  on unconfined compressive strength of cement-admixed clay  at  high  water  content. Journal  of  Materials  in Civil Engineering, 22 (1), 1-4958 . https://ascelibrary.
org/doi/pdf/10.1061/%28ASCE%290899-1561% 282010%2922%3A 1%2849%29.
Kiattikomol,  K.,  Jaturapitakkul,  C.,  &  Tangpagasit, J.  (2000).  Effect  of  insoluble  residue  on  properties of  Portland  cement. Cement  and  Concrete Research, 30 (8), 1209-1214 . https://doi.org/10.1016/ s00088846(00)00315-x.
Moon,  G.D.,  Oh,  S.,  &  Choi,  Y.C.,  (2016).  Effects of  the  physicochemical  properties  of  fly  ash  on  the compressive strength of high-volume fly ash mortar. Constr.  Build.  Mater.,  124, 1072-1080 . https:// doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.148.
Myronyuk,  I.,  Tatarchuk,  H.,  Vasylyeva,  I., Yaremiy,  I.,  &  Mykytyn.  (2018).  Effect  of  surface- modified fly ash on compressive strength of cement mortar. Phys.  Chem.  Solid  State,  19, 171-178 . https://doi.org/ 10.1016/j.matpr.2019.10.016
Ogawa,  Y.K.,  Uji,  K.,  &  Ueno,  A.  (2010). Evaluation  of  fly  ash  as  cementitious  material  for strength. Cem.  Sci.  Concr.  Tech.,  64, 131-138. https://doi.org/ 10.14250/cement.64.131.
Otsuka  T.,  Mori,  S.,  Ishikawa,  M.,  &  Sakai,  E. (2009).  Relation  between  mineral  compositions  of fly ash and its pozzolanic reaction. Cem. Sci. Concr. Tech.,  63 16-21 . Dari  https://doi.org/10.14250/ cement.63.16.
Shannag,  M.J.  (2000).  High  strength  concrete containing  natural  pozzolan  and  silica  fume. Cem. Concr. Compos., 22, 399-4 . https://doi.org/ 10.1016/ S0958-9465(00)00037-8.
Van der Merwe, E.M., Mathebula, C.L., & Prinsloo, L.C.  (2014).  Characterization  of  the  surface  and physical  properties  of  South  African  coal  fly  ash modified  by  sodium  lauryl  sulphate  (SLS)  for applications in PVC composites. Powder Technology,  266, 70-78 . http://dx.doi.org/10.1016 /j.powtec.2014.06.008.
Wang,  X.,  (2018).  Analysis  of  hydration  and strength  optimization  of  cement-fly  ashlimestone ternary blended concrete. Constr. Build. Mater., 166, 130-140. Dari https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2018.01.058.
Zhang,  J.,  Dong,  B.,  Hong,  S., et  al .,  (2019). Investigating  the  influence  of  fly  ash  on  the hydration behavior of cement using an electrochemical  method. Construction  and  Building
Materials, 222, 41-48 .
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.046.