ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 11 (1) (2008) : 15 – 19
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Substitusi Semen oleh Silika Abu Sekam Padi terhadap Kuat Tekan dan Suhu Reaksi Semen Portland
Adi Darmawan a* , Dian Anggraini a , Gunawan a
a Inorganic Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: adidarmawan@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o

## A b s t r a c t
Keywords: cement, rice hull, compressive strength and reaction temperature The need of cement for building materials increase sharply, therefore to minimize the use of cement is by the addition of additional aggregate. The aggregate is the rice hull which in the society is not used optimally. By addition of rice hull it is hoped that it could repair compressive strength and reaction temperature of cement. Research on effect of addition rice hull silica to increasing of compressive strength and reaction temperature of Portland cement has been done. The addition of rice hull silica in the Portland cement was done by various composition of rice hulls silica of 0-30% to weight cement. The result showed that cement compressive strength was influenced by the age of mortar and silica composition. Mortar at 7 days has compressive strength lower than 28 days. The compressive strength was increase for 0-20% of rice hull silica and decrease between 20-30% of rice hull silica. The best of compressive strength is as addition of rice hull silica of 3%, and the reaction temperature decreased by addition rice hull silica.

## A b s t r a k
Kata kunci: Semen, abu sekam, kuat tekan dan suhu reaksi Kebutuhan  semen  untuk  bahan  bangunan  semakin  meningkat,  sehingga  untuk meminimalisir  penggunaan  semen  diperlukan  agregat  tambahan.  Agregat  tersebut adalah abu sekam padi yang di masyarakat belum dimanfaatkan secara optimal. Dengan penambahan  abu  sekam  padi  tersebut  dapat  memperbaiki  kuat  tekan  dan  suhu  reaksi semen. Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan silika abu sekam padi terhadap kuat tekan dan suhu reaksi semen Portland. Penambahan silika abu sekam padi ke dalam semen Portland dilakukan dengan variasi komposisi silika abu sekam padi antara 0%- 30%  terhadap  berat  semen.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  kuat  tekan  semen dipengaruhi umur mortar dan komposisi silika. Mortar pada umur 7 hari memiliki kuat tekan yang lebih rendah daripada umur 28 hari. Kuat tekan meningkat antara 0-20% dan mengalami  penurunan  pada  20-30%.  Kuat  tekan  yang  paling  optimal  diperoleh  pada penambahan  silika  abu  sekam  padi  sebesar  3%,  sedangkan  suhu  reaksi  cenderung menurun dengan penambahan silika abu sekam padi.

## 1. Pendahuluan
Kepulauan  Indonesia  memiliki  kekayaan  alam berupa mineral dan bahan baku terutama untuk keramik, campuran  semen  dan  lain-lain  yang  merupakan  bahan dasar penyusun kerak bumi seperti SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 dan  MgO. Semen merupakan hasil  industri  dari paduan bahan  baku:  batu  kapur/gamping  sebagai  bahan  utama
dan  lempung/tanah  liat  atau  bahan  pengganti  lainnya dengan  hasil  akhir  berupa  padatan  berbentuk bubuk/ bulk,  tanpa  memandang  proses  pembuatannya, yang mengeras atau membatu setelah bercampur dengan air.  Pada  tahun  1824,  orang  Inggris,  Joseph  Aspadin mendapatkan  paten  untuk  semen  buatan  yang  dibuat dengan  memanaskan  batu  gamping  argilaseo  yang dinamakan dengan nama Semen Portland [1].
Ada beberapa  bahan  campuran  yang  memiliki  sifat hidrolis  seperti  silika  abu  sekam  padi  yang  dibuat  dari sekam  padi  yang  dipakai  untuk  campuran  semen. Penelitian  [2-4]  menunjukkan  bahwa  abu  sekam  padi banyak mengandung silika.
Pengaruh  penambahan  abu  sekam  padi  (banyak mengandung  silika)  yang  bereaksi  dengan  semen  akan menyebabkan kuat tekan semen semakin tinggi dan suhu reaksi  semakin  rendah  [5].  Menurut  Zulhadjri ,  dkk.  [5] penggunaan  abu  sekam  padi  sebagai pozzolan  buatan pada  semen  PPC  ( Portland  Pozzolan  Cement) menyebabkan semen memiliki sifat yang lebih baik dari semen biasa yang sifatnya mudah mengeras dan mudah patah.  Dari  hasil  penelitian  menunjukkan  penambahan pozzolan  buatan  dari  abu  sekam  padi  memberikan pengaruh yang besar terhadap kuat tekan, di mana kuat tekan  maksimum  diperoleh  pada  semen  PPC  dengan pozzolan  abu  sekam  padi  hasil  pemanasan  pada  suhu 700 0 C.
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengujian  terhadap sifat-sifat fisis semen Portland akibat penambahan silika buatan  dari  sekam  padi  pada  semen Portland  yang dititikberatkan  pada:  kuat  tekan  dan  suhu  reaksi.  Kuat tekan ini diukur pada hari ke 7 dan ke 28 supaya terlihat perbedaannya.  Diduga  dengan  penambahan  abu  sekam padi  kuat  tekan  semen  meningkat  dan  suhu  reaksi menurun.

## 2. Metode Penelitian
Peralatan: Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain pengayakan 10 mesh, pengayakan 200 mesh, timbangan  analisis, stop  wacth,  termometer,  cetakan mortar ukuran (5x5x5) cm 3 baja 55 HRB kedap air, oven, spatula,  mangkok  pengaduk,  mesin  pengaduk  standar ASTM C 305, dan peralatan gelas yang lazim digunakan di laboratorium.  Untuk  keperluan  analisis  kuat  tekan digunakan alat compression test, dan untuk analisis suhu reaksi semen digunakan termometer.
Bahan: Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah  semen  Tiga  Roda  Indocement,  pasir,  air  dan sekam padi

## Pembuatan Silika Abu Sekam.
Sekam  padi  dikeringkan  di  bawah  sinar  matahari kemudian dibersihkan dari kotoran yang berupa ranting dan  kerikil  sehingga  diperoleh  sekam  padi  yang  kering dan bersih. Sekam padi yang kering dan bersih kemudian dipanaskan di atas kompor hingga menjadi arang sekam padi.  Arang  hitam  yang  sudah  terbentuk  kemudian diabukan dengan memasukkan ke dalam cawan porselen untuk selanjutnya dipanaskan dalam furnace pada suhu 700 o C selama 3 jam. Silika yang sudah terbentuk diayak dengan ayakan no 200 dengan ukuran 75 mikron untuk mendapatkan silika abu sekam yang diinginkan.

## Pembuatan Mortar Semen.
Secara terpisah komposisi bahan disiapkan untuk 6 benda  uji,  Sebanyak  242  mL  akuades  dimasukkan  ke dalam  mangkok  pengaduk  kemudian  ditambahkan
semen  dan  kaca  sesuai  dengan  komposisi  (komposisi tercantum  pada  tabel  1),  Selanjutnya  dilakukan pengocokan dengan kecepatan 140 rpm selama 30 detik, kemudian  ditambahkan  pasir  dilakukan  pengocokan dengan kecepatan 140 rpm selama 30 detik, dilanjutkan pengocokan dengan kecepatan 285 rpm selama 30 detik, dan  dilakukan  pembersihan  mortar  yang  menempel  di pinggir mangkok selama 75 detik. Selanjutnya dilakukan pengocokan kembali dengan kecepatan 285 rpm selama 1 menit, dan didiamkan selama 30 detik. kemudian mortar dicetak  pada  cetakan  mortar  dengan  menumbuk  32  x selama 10 detik menggunakan spatula sebanyak 2 lapis, dan selanjutnya Cetakan didiamkan atau direndam dalam air selama 7 hari dan 28 hari dan dilakukan pengukuran kuat tekan dengan menggunakan compression test.
Tabel 1. Komposisi mortar semen
Pasir (gram) Semen (gram) Silika abu sekam padi (gram) Akuades (mL) 1375 500 0 242 1375 485 15 242 1375 470 30 242 1375 455 45 242 1375 440 60 242 1375 425 75 242 1375 410 90 242 1375 395 105 242 1375 380 120 242 1375 365 135 242 1375 350 150 242
*Setiap variasi komposisi digunakan untuk 6 benda uji (3 untuk pengukuran kuat tekan pada hari ke 7 dan 3 untuk hari ke 28).

## Pengukuran Suhu Reaksi Semen
Secara terpisah komposisi masing-masing dari jenis kaca  ditambahkan  ke  dalam  komposisi  semen, selanjutnya  diaduk  hingga  merata.  Campuran  kaca  dan semen yang telah dipisahkan kemudian masing-masing ditambahkan  air  dengan  volume  yang  sama  (40,33  mL untuk  1  x  benda  uji).  Setelah  campuran  direaksikan dengan air maka akan timbul panas pada campuran, yang kemudian diukur dengan menggunakan termometer.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Dalam  penelitian  ini,  mortar  dibentuk  dengan mereaksikan  air,  semen,  pasir,  dan  ditambahkan  suatu agregat  halus  silika  abu  sekam  padi.  Komposisi  semen yang  paling  dominan  memberikan  sifat  semen  adalah trikalsium  silikat  (3CaO.SiO 2 )  dan  dikalsium  silikat (2CaO.SiO 2 )  [6].  Bubur  semen  hasil  dari  pencampuran silika  abu  sekam  padi  mengandung  campuran  yang sangat higroskopis. Saat semen dan silika abu sekam padi berinteraksi/bereaksi dengan air disebut proses hidrasi, dan  hasilnya  dinamakan  hidrasi  semen.  Senyawa 3CaO.SiO 2 jika  terkena  air  akan  cepat  bereaksi  dan
menghasilkan  panas,  sedangkan  senyawa  2CaO.SiO 2 lebih lambat bereaksi dengan air dan hanya berpengaruh terhadap  semen  setelah  umur  7  hari.  Saat  semen berinteraksi  dengan  air  akan  terbentuk  gel  kalsium silikat  hidrat/ gel  tobermorite  dan  Portlandit  sesuai dengan persamaan reaksi berikut:
6CaO.2 SiO 2 + 6H 2 O → 3CaO.2 SiO 2 .3H 2 O + 3Ca(OH) 2 4CaO.2SiO 2 + 4H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca(OH) 2 fasa silikat gel tobermorite Portlandit Senyawa 3CaO.SiO 2 membebaskan
kalsium hidroksida  hampir  tiga  kali  dari  yang  dibebaskan  oleh 2CaO.SiO 2 .  Hidrasi  3CaO.SiO 2 sangat  berpengaruh  pada saat  proses  pengerasan  dan  pengembangan  awal kekuatan semen sedangkan hidrasi 2CaO.SiO 2 berpengaruh pada akhir kekuatan semen. Jika kandungan 3CaO.SiO 2 lebih  banyak  maka  akan  terbentuk  semen dengan kekuatan awal yang tinggi dan suhu reaksi yang tinggi, sehingga semen berkualitas rendah. Hal ini dapat dilihat  pada  saat  pencetakan  semen  yaitu  semen mempunyai  kuat  tekan  yang  rendah  sehingga  mudah retak. Sebaliknya jika kandungan 2CaO.SiO 2 lebih banyak maka akan terbentuk semen dengan kekuatan tekan awal yang  rendah  dan  suhu  reaksi  yang  rendah,  sehingga semen berkualitas tinggi. Hal ini dapat dilihat pada saat pemakaian  semen  yaitu  hasilnya,  semen  mempunyai kuat tekan yang tinggi [6].

## Pengukuran Kuat Tekan
Hasil  kuat  tekan  yang  didapat  dalam  penelitian  ini disajikan pada tabel 2 dan gambar 1:

## Tabel 2. Kuat Tekan Mortar Semen
% Silika Umur Mortar (Hari) Beban (Ton) Kuat Tekan (N/mm 2 ) Umur Mortar (Hari) Beban (Ton) Kuat Tekan (N/mm 2 ) 0 7 5,33 20,91 28 10,9 42,76 3 7 9,06 35,54 28 14,83 58,17 6 7 7,10 27,85 28 9,67 37,93 9 7 6,50 25,50 28 9,57 37,54 12 7 6,20 24,32 28 11,67 45,78 15 7 5,95 23,38 28 9,87 38,72 18 7 7,30 28,64 28 9,43 36,99 21 7 3,73 14,51 28 6,43 25,22
24 7 1,33 5,22 28 3,17 12,43
27 7 1,57 6,16 28 2,07 8,12 30 7 0,133 0,52 28 2,60 10,20 1 Ton = 9806,65 Newton
Gambar 1. Hubungan komposisi silika dan kuat tekan mortar semen
Dari tabel 2 dan gambar 1 di atas dapat dilihat bahwa mortar  pada  umur  7  hari  memiliki  kuat  tekan  lebih rendah  daripada  yang  28  hari (pada  penambahan silika 0% pada umur 7 hari kuat tekan 20,91 N/mm 2 dan pada umur  28  hari  42,76  N/mm 2 ).  Salah  satu  faktor  yang mempengaruhi kuat tekan semen atau mortar yaitu umur mortar. Dengan meningkatnya umur mortar semen, kuat tekan  meningkat,  hal  ini  disebabkan  adanya  proses hidrasi lebih lanjut dari komponen semen dan silika abu sekam  padi  yang  belum  terhidrasi  secara  sempurna sehingga  bersamaan  dengan  adanya  H 2 O  terbentuk  gel kalsium  silikat  hidrat  yang  menyebabkan  kuat  tekan meningkat.
Faktor yang kedua yaitu penambahan silika. Dengan penambahan abu sekam padi, kandungan silika di dalam semen  akan  meningkat.  Silika  dari  abu  sekam  padi tersebut  berikatan  dengan  kalsium  hidroksida  yang dilepaskan oleh semen pada saat bereaksi dengan air. Jadi semakin banyak penambahan abu sekam padi maka silika yang  berikatan  dengan  kalsium  hidroksida  semakin banyak,  sehingga  kuat  tekan  meningkat  [5].  Reaksi antara  silika  dengan  air  dapat  dilihat  pada  reaksi  di bawah ini:
6CaO.2SiO 2 + 6H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3 H 2 O + 3Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 → Ca 2+ + 2(OH) -
Ca 2+ + 2(OH) - + SiO 2 → CaO.SiO 2 .H 2 O

## kalsium silikat hidrat [7]
Setelah ditambahkan silika abu sekam padi dengan komposisi  3%  sampai  30%  didapat  kuat  tekan  yang berbeda-beda.  Kuat  tekan  yang  paling  optimal  didapat pada penambahan 3% silika abu sekam padi yaitu sebesar 35,54  N/mm 2 pada  umur  7  hari  dan  58,17  N/mm 2 pada umur 28 hari.
Pada  penambahan  20%  ke  atas  silika  abu  sekam padi,  kuat  tekan  mengalami  penurunan.  Hal  ini  karena
semen  yang  berfungsi  sebagai  perekat  jumlahnya semakin  sedikit.  Selain  itu  jumlah  kalsium  hidroksida hasil reaksi hidrasi semen portland lebih sedikit sehingga banyak  silika  yang  tidak  bereaksi  dengan  kalsium hidroksida.  Silika  abu  sekam  padi  banyak  yang mengendap.  Hasil  ini  sesuai  dengan  penelitian sebelumnya  [5]  yang  menyatakan  hasil  kuat  tekan meningkat dari penambahan 0% sampai dengan 20%.

## Pengukuran Suhu reaksi
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengukuran  suhu reaksi dengan cara mencampurkan semen dan silika abu sekam padi dengan persentase 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, dan 30% dari berat semen yang diperlukan yaitu 500 gram, dengan dibandingkan semen yang tanpa ditambah silika abu sekam padi. Semen dan silika abu sekam padi yang  sudah  disiapkan  dimasukkan  ke  dalam  suatu wadah, selanjutnya ditambah dengan akuades kemudian dilihat  kenaikan  suhunya  pada  termometer.  Hasil  yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini:
Tabel 3 Suhu Reaksi Berat Silika (%) Suhu awal (°C) Suhu akhir (°C)  T (°C) 0 27,9 29,5 1,6 3 27,9 29,4 1,5 6 27,9 29,3 1,4 9 27,9 29,2 1,3 12 27,9 29,1 1,2 15 27,9 29,0 1,1 18 27,9 28,9 1 21 27,9 28,9 1 24 27,9 29,0 1,1 27 27,9 29,1 1,2 30 27,9 29,1 1,2
Gambar 2. Hubungan komposisi silika abu sekam padi dengan suhu reaksi
Suhu  reaksi  yang  didapat  dari  hasil  pengukuran hampir sama yaitu sekitar suhu ruang. Suhu reaksi yang didapatkan  dari  penelitian  lebih  baik  jika dibandingkan yang tanpa penambahan silika abu sekam padi, walaupun penurunan suhu reaksinya tidak signifikan tetapi dengan penambahan silika abu sekam padi suhu reaksi menurun. Suhu reaksi yang paling optimum pada saat penambahan
silika abu sekam padi pada  T=1°C dengan penambahan silika abu sekam padi 18% dan 21% [5].
Tinggi  rendahnya  suhu  reaksi  dipengaruhi  oleh kandungan 3CaO.SiO 2 dan 2CaO.SiO 2 . Senyawa 3CaO.SiO 2 sifatnya lebih cepat mengalami hidrasi daripada senyawa lainnya.  Semakin  tinggi  kandungan  3CaO.SiO 2 proses hidrasi  yang  terjadi  lebih  besar  sehingga  kalor  yang dilepas  juga  besar.  Pada  suhu  reaksi  yang  rendah dipengaruhi oleh kandungan 2CaO.SiO 2 yang tinggi yang menyebabkan  pengerasan  semen  lambat  sehingga panas/kalor  yang  dilepas  rendah.  Jadi  semakin  tinggi kandungan  silika  abu  sekam  padi  dalam  semen  suhu reaksi semakin rendah [6].
Berkurangnya  pembentukan ettringite  dengan mengeliminasi Ca(OH) 2 dari hasil reaksi C 3 S (3CaO.SiO 2 ) dan  C 2 S  (2CaO.SiO 2 )  dengan  air  yaitu  dengan  jalan pengikatan  Ca(OH) 2 oleh  silika  amorf  membentuk kalsium  silikat  hidrat  (semen  gel)  baru.  Meningkatkan kekedapan  melalui  pembentukan  kalsium  silikat  hidrat (semen gel) baru dengan reaksi sebagai berikut:
3CaO.SiO 2 + SiO 2 + 3H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O  H = 111,32 kJ
Semakin  banyak  silika  yang  bereaksi  dengan Ca(OH) 2 maka kalsium silikat hidrat yang terbentuk lebih banyak dan suhu reaksi semakin menurun [5].
Pada  pengukuran  suhu  reaksi dengan penambahan silika  abu  sekam  padi,  suhu  reaksinya  menurun  bila dibandingkan  dengan  semen  yang  tanpa  ditambah dengan  silika  abu  sekam  padi.  Besarnya  suhu  reaksi setiap  kenaikan  jumlah  silika  yang  ditambahkan,  suhu reaksinya  menurun.  Reaksi  yang  terjadi  adalah  reaksi endothermis karena besarnya  H reaksi yang dihasilkan + seperti pada reaksi di atas.
Dengan suhu reaksi yang rendah akan mempermudah  pengerjaan  mortar.  Karena  suhu  dapat menyebabkan  berkurangnya  kekuatan  ( strenght)  dan kekakuan  ( stiffness)  dari  elemen-elemen  atau  sistem struktur.  Kombinasi  dari  tegangan  yang  terjadi  pada bahan akibat suhu dan pembebanan lainnya yang bekerja pada  struktur,  dapat  melebihi  tegangan  ijin  bahan, sehingga dapat membahayakan keamanan struktur. Pada suhu  yang  terlalu  tinggi,  pengaruh  suhu  akan menyebabkan pengembangan atau pemuaian dari bahan. Pemuaian  volume  dari  bahan  yang  terkekang  akan menyebabkan  bertambahnya  tegangan  pada  elemen- elemen  struktur,  sehingga  tegangan  di  dalam  elemen akan  meningkat.  Pada  suhu  yang  tinggi  akan mengakibatkan berkurangnya tingkat kelenturan bahan [8].

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa kuat tekan semen dipengaruhi oleh umur mortar dan komposisi silika. Mortar pada umur 7 hari  memiliki  kuat  tekan  yang  lebih  rendah  daripada umur 28 hari. Kuat tekan meningkat antara 0-20% dan mengalami  penurunan  pada  20-30%.  Kuat  tekan  yang paling  optimal  diperoleh  pada  penambahan  silika  abu
 T T
sekam  padi  sebesar  3%,  sedangkan  suhu  reaksi cenderung  menurun  dengan  penambahan  silika  abu sekam padi.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  W.  Samekto,  C.  Rahmadiyanto,  Teknologi  beton, Kanisius, Yogyakarta, (2001).
[2]  D.F.  Houston,  Rice:  Chemistry  and  Technology, American Association of Cereal Chemists, 1972.
[3]  N. Hara, S. Samrejprasong, S. Uparisajkul, H. Noma, Utilization  of  agro-wastes  for  building  materials, ITIT Project Report,  8.
[4]  S. Shofiyatun, Optimasi Sintesa Serbuk Keramik SiC dari  Bahan  Baku  Silika  Amorf,  in,  Universitas Brawijaya, Malang, 2000.
[5]  Zulhadjri, N. Jamarun, Z. Zuki, Pembuatan Silika Dari Sekam  Padi,  in,  Lembaga  Penelitian  Universitas Andalas, 2000.
[6]  T.  Mulyono,  Teknologi  beton,  Yogyakarta:  Andi, (2004).
[7]  H.  Gunawan,  Pengaruh  Penambahan  Abu  Terbang terhadap  Kuat  Tekan  Mortar  Kaca,  in:    Laporan Penelitian, Universitas Riau, Riau, 1995.
[8]  K. Tjokrodimuljo, Teknologi  beton,  Nafiri, Yogyakarta, (1996) 56-57.