Mariana Safitri, Rosidawani, Hanafiah. (2023) Sifat Fisik dan Mekanik Aerated Concrete Dengan Variasi Silica Fume. Syntax Literate, 8 (12), http://dx.doi.org/ 10.36418/syntax-
literate.v8i12
E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e- ISSN: 2548-1398 Vol. 8, No. 12, Desember 2023

## SIFAT  FISIK  DAN  MEKANIK AERATED  CONCRETE
DENGAN  VARIASI

## SILICA FUME
Mariana Safitri, Rosidawani * , Hanafiah Program Studi Magister Terkik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Indonesia Email: marianasafitri@gmail.com, rosidawani@ft.unsri.ac.id * , hanafiah@ft.unsri.ac.id

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh variasi silica fume terhadap sifat  fisik  dan  mekanik  beton  aerasi.  Beton  aerasi  merupakan  jenis  beton  ringan dengan  pori-pori  dan  rongga  udara  tinggi  yang  dihasilkan  melalui  penambahan alumunium  powder. Silica  fume ,  sebagai  pozzolan  pengganti  semen,  diharapkan dapat meningkatkan sifat mekanik beton. Metode eksperimental digunakan untuk membandingkan komposisi aerated concrete dengan variasi silica fume (0%, 10%, dan  15%).  Pengujian  melibatkan  slump  flow,  setting  time,  penyerapan  air,  berat jenis, kuat tekan, dan analisis X-Ray Diffraction (XRD) serta Scanning Electron Microscope  (SEM).  Hasil  menunjukkan  bahwa  penambahan  silica  fume mempengaruhi  workabilitas,  setting  time,  penyerapan  air,  dan  berat  jenis  beton. Selain itu, kuat tekan beton meningkat dengan penambahan silica fume, mencapai nilai optimum pada 15%. Analisis XRD menunjukkan komposisi dominan Quartz dan  Portlandite,  sementara  SEM  menunjukkan  perubahan  mikrostruktur  dengan variasi silica fume.
Kata kunci : Beton ringan, silica fume, Kuat Tekan, Berat Jenis

## Abstract
This  study  investigated  the  effect  of  silica  fume  variations  on  the  physical  and mechanical properties of aerated concrete. Aerated concrete is a type of lightweight concrete  with  high  pores  and  air  cavities  produced  through  the  addition  of aluminum powder. Silica fume, as a pozzolan substitute for cement, is expected to improve the mechanical properties of concrete. Experimental methods were used to compare the composition of aerated concrete with variations of silica fume (0%, 10%,  and  15%).  The  tests  involved  slump  flow,  setting  time,  water  absorption, specific gravity, compressive strength, and X-Ray Diffraction (XRD) analysis and Scanning Electron Microscope (SEM). The results showed that the addition of silica fume affected the workability, setting time, water absorption, and specific gravity of concrete. In addition, the compressive strength of concrete increases with the addition of silica fume, reaching the optimum value at 15%. XRD analysis showed dominant  composition  of  quartz  and  Portlandite,  while  SEM  showed microstructural changes with silica fume variations.
Keywords: Aerated concrete, silica fume, strength, density

## Pendahuluan
Beton  merupakan  salah  satu  bahan  konstruksi  yang  memiliki  karakteristik  kuat tekannya yang tinggi dibandingkan dengan bahan konstruksi lainnya. Beton konvensional memiliki massa yang besar sehingga terus dikembangkan dengan penggunaan teknologi beton ringan (Nugroho et al., 2018). Lightweight concrete adalah beton ringan dengan berat jenis ( density ) yang lebih ringan dibandingkan beton normal yaitu dengan berat jenis berkisar antara 300 – 1840 kg/m 3 (Moon et al., 2015).  Beton ringan dibagi menjadi 3 jenis yaitu, beton dengan agregat ringan ( light-weight aggregate concrete ), beton yang tidak memiliki agregat halus ( non-fines concrete ) dan beton aerasi ( aerated concrete ). Aerated concrete memiliki volume pori dan rongga udara yang tinggi. Gelembung udara yang dihasilkan dapat mengurangi kepadatan campuran dan memberikan isolasi termal yang baik (Taufik et al., 2017). Beton ringan aerasi adalah beton dengan tambahan alumunium  powder ke  dalam  campuran  semen  untuk  menghasilkan  gelembung  udara sehingga  dapat  membuat  pori-pori  udara  pada  beton  (Reddy  &  Neeraja,  2016). Penggunaan aluminium  powder sebagai lightweight  concrete menghasilkan  kuat  tekan yang lebih baik (Shabbar et al., 2017).
Beton ringan struktural harus memiliki kuat tekan lebih besar dari 17 MPa dengan berat jenis kurang dari 1840 Mpa (Neville, 1995). Penentu kekuatan tekan salah satunya adalah  penggunaan  semen.  Penggunaan  bahan  pozzolan  pengganti  semen  yang diharapkan  mampu  meningkatkan  kekuatan  tekan  diantaranya  adalah silica  fume . Menurut Ryan (1992), Silica fume mengandung senyawa silikat yang lebih tinggi yaitu sekitar  93%,  sementara  berdasakan  ASTM  C  1240-93  senyawa  silikat  minmum  yang terdapat  pada silica  fume adalah  sebesar  85%.  Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan oleh Dwi (2019), persentase optimum untuk lightweight concrete struktural adalah 15%. Dalam penelitian yang di lakukan oleh Maciej (2010) dinyatakan bahwa hasil dari uji beton yang telah dicampurkan silica fume dan alumunium powder dengan jumlah 5% - 10% dari semen meningkatkan kuat lentur sebesar 32 – 56 % dari mortar. Wongkeo (2010)  juga  menyebutkan  bahwa  penambahan sillica  fume menghasilkan  penambahan dalam kekuatan tekan beton, penambahan sillica fume digunakan sebesar 0 - 5% terlihat penambahan kuat tekan rata rata sebesar 3 MPa.
Berdasarkan  latar  belakang  tersebut,  ditunjukkan  bahwa  penggunaan silica  fume dapat  meningkatkan  karakteristik  sifat  mekanik  beton  secara  umum.  Oleh  karena  itu, penelitian dilakukan pada beton aerasi yang menggunakan alumunium powder dan silica fume dengan beberapa parameter pengujian karateristik beton.

## Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental, metode ini  adalah  metode  yang  berbasis  pada  metode  empirik,  metode  ini  melakukan  banyak percobaan dan diukur secara langsung dengan alat. Sehingga bisa ditentukan kesimpulan yang akan didapat dari eksperimen tersebut (Creswell, 2014) . Pada penelitian ini bahan yang  menjadi  komposisi aerated  concrete adalah  pasir,  semen,  air,  silica  fume  dan alumunium  powder.  Penelitian  ini  menguji  beberapa  uji  yang  dijadikan  dasar  untuk
menentukan kesimpulan adalah pengujian beton segar yaitu slump test dan juga setting time dan pengujian karaktersitik mekanis beton ringan yaitu uji kuat tekan, kuat lentur, penyerapan air dan modulus elastisitas. Untuk uji karakteristik fisik dilakukan uji berat jenis dan penyebaran rongga udara.

## Hasil dan Pembahasan Pengujian Slump Flow
Pengujian slump  flow aerated  concrete pada  variasi silica  fume menggunakan persentase silica  fume sebesar  0%,  10%,  dan  15%.  Hasil  pengujian slump  flow dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil pengujian slump flow Kode benda uji Silica fume (%) Slump flow (cm) Normal 0 12,8 AC-0 0 13 AC-10 10 12 AC-15 15 11,2
Gambar 1. Pengujian slump flow
Berdasarkan Tabel 1 hasil pengujian slump flow untuk beton normal adalah sebesar 12,8 cm, sedangkan untuk aerated concrete dengan 0%, 10% dan 15% silica fume adalah sebesar 13 cm, 12 cm dan 11,2 cm.
Berdasarkan Gambar 1. didapatkan bahwa semakin tinggi persentase silica fume dapat  mengurangi  workabilitas  dan  membuat  beton  menjadi  lebih  kental  karena silica fume mempunyai sifat menyerap air. Selain itu penambahan silica fume pada beton dapat mempercepat reaksi hidrasi semen dan mempengaruhi workabilitas (Siddique & Khan, 2011).
10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 Normal AC-0 AC-10 AC-15 Slum p F low ( cm ) Kode Benda Uji
Pengujian Setting Time

## Gambar 2. Pengujian setting time
Berdasarkan  Gambar  2  hasil  pengujian setting  time menunjukkan  bahwa  beton normal  mempunyai  waktu  ikat yang  lebih  cepat  daripada aerated  concrete yang menggunakan silica fume 15%. Waktu ikat akhir beton dengan persentase silika fume 15% adalah pada waktu 120 menit. Waktu ikat tersebut lebih cepat jika dibandingkan dengan persentase silica fume 5% dan 10%. Semakin tinggi persentase silica fume yang digunakan, maka semakin cepat waktu ikat yang dibutuhkan.

## Pengujian Penyerapan Air
Pengujian  penyerapan  air  beton  dilakukan  pada  umur  28  hari.  Pengujian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  persentase  air  yang  terserap  oleh  benda  uji  yang  telah direndam  selama  24  jam.  Pengujian  penyerapan  air  beton  dilakukan  pada aerated concrete dengan  setiap  variasi  persentase silica  fume dan  beton  normal.  Pengujian penyerapan air beton dapat dilihat pada Tabel 2.

## Tabel 2 Pengujian penyerapan air beton
Kode benda uji Silica fume (%) Berat setelah direndam (g) Berat setelah dioven (g) Penyerapan air (%) Normal 0 274 262 4,38 AC-0 0 232 202 12,93 AC-10 10 236 213 9,76 AC-15 15 251 233 7,30

## Gambar 3. Hasil pengujian penyerapan air beton
Berdasarkan  Tabel  2,  hasil  pengujian  penyerapan  air  tertinggi  terdapat  pada campuran beton AC-0% dengan nilai 12,93% dan hasil pengujian penyerapan air terendah terdapat pada campuran beton normal dengan nilai 4,38%. Berdasarkan Gambar 3, dapat disimpulkan bahwa berdasarkan variasi variasi persentase silica fume akan menghasilkan nilai penyerapan air yang meningkat seiring dengan meningkatnya nilai persentase silica fume yang  digunakan.  Hal  ini  dikarenakan silica  fume memiliki  sifat  menyerap  air. Penggunaan silica fume akan meningkatkan sifat beton dengan mengurangi permeabilitas sehingga dapat meningkatkan kekuatan beton (Suryanita et al., 2022).

## Pengujian Berat Jenis
Pengujian  berat  jenis  dilakukan  pada  umur  28  hari.  Pengaruh  variasi  persentase silica fume terhadap berat jenis aerated concrete dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 4.
Tabel 3 Pengujian berat jenis beton Kode benda uji Silica fume (%) Berat jenis (kg/m 3 ) Persentase perubahan berat jenis (%) Normal 0 2011,86 0 AC-0 0 1717,70 14,62 AC-10 10 1730,47 13,99 AC-15 15 1802,94 10,38
Gambar 4. Hasil pengujian berat jenis beton
Berdasarkan  Tabel  3,  berat  jenis  tertinggi  terdapat  pada  campuran  beton  normal dengan nilai berat jenis sebesar 2011,86 kg/m 3 , sedangkan perubahan berat jenis tertinggi terdapat pada campuran beton adalah pada variasi AC-15 dengan nilai berat jenis sebesar 1802,94 kg/m 3 .
Berdasarkan  Gambar  4  menunjukkan  bahwa  penggunaan silica  fume dengan persentase yang lebih tinggi dapat meningkatkan berat jenis, serta penggunaan aluminum powder pada aerated  concrete menyebabkan  penurunan  berat  jenis  jika  dibandingkan dengan beton normal karena terdapat banyak rongga udara yang terbentuk akibat reaksi hidrasi aluminum powder dengan semen. Pada aerated concrete mengalami peningkatan berat jenis seiring dengan peningkatan persentase penggunaan silica fume . Penambahan silica fume sebesar 10% berdasarkan berat semen meningkatkan densitas, kuat tekan, dan mengurangi penyerapan air (Nagrockienė et al., 2019).

## Pengujian Kuat Tekan
Pengujian  kuat  tekan  beton  dengan  persentase silica  fume 0%,  10%,  dan  15% dilakukan pada umur 7, 28, dan 56 hari. Pengujian kuat tekan berdasarkan umur beton dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Pengujian kuat tekan berdasarkan umur beton
Kode benda uji Silica fume (%) Kuat tekan (MPa) 7 hari 28 hari 56 hari Normal 0 27,80 32,08 33,43 AC-0 0 11,05 14,61 15,71 AC-10 10 16,80 20,29 21,14 AC-15 15 17,81 22,55 23,97
Gambar 5. Hubungan antara kuat tekan dan umur beton
Berdasarkan Gambar 5 menunjukkan bahwa pada aerated concrete dengan variasi persentase silica  fume memiliki  kuat  tekan  yang  lebih  tinggi.  Beton  yang  tidak
menggunakan silica fume mempunyai hasil kuat tekan yang lebih rendah dibandingkan beton dengan penggunaan silica fume . Hal itu menunjukkan bahwa pertambahan silica fume sebagai  subtitusi  semen  dapat  meningkatkan  kekuatan  tekan.  Pada  penelitian  ini diperoleh  nilai  kadar  optimum  substitusi silica  fume adalah  sebesar  15%.  Kuat  tekan meningkat dengan penambahan silica fume ke dalam campuran beton. Penggunaan silica fume lebih dari 20% dapat mengurangi kekuatan beton,karena berkurangnya kandungan Ca(OH) 2 dalam semen (Hamada et al., 2023).

## Pengujian X-Ray Diffraction (XRD)

## Gambar 6. Hasil pengujian XRD
Dari hasil pengujian XRD yang ditunjukkan pada Gambar 6 menunjukkan bahwa semua benda uji terdiri dari komposisi yang didominasi oleh mineral Quartz (SiO 2 ) dan Portlandite (Ca(OH) 2 ). Hal ini sesuai dengan komposisi semen, pasir silika, dan silica fume yang dominan dengan mineral SiO 2 , sedangkan Ca(OH) 2 adalah hasil sampingan dari reaksi hidrasi beton.  Persentase amorf yang terjadi dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Persentase amorf aerated concrete Kode benda uji %Kristalinitas %Amorf Normal AC-0 AC-10 AC-15 21,40 22,70 22,37 21,98 78,60 77,30 77,63 78,02
Dari hasil persentase amorf tersebut dapat disimpulkan bahwa persentase amorf tertinggi terdapat pada beton AC-15 dengan nilai sebesar 78,02%, dan yang terendah terdapat pada campuran AC-0 dengan nilai sebesar 77,30%.
Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)

## Gambar 7. SEM benda uji Normal
Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa terdapat C-S-H yang tersebar pada campuran benda  uji  normal  yang  berpengaruh  terhadap  meningkatnya  sifat  mekanik  dari  beton. Pembentukan Portlandite (CH)  dan Calcite juga  tersebar  pada  campuran  tersebut. Pembentukan dan distribusi mineral tersebut adalah salah satu penyebab meningkatnya sifat mekanik dari beton. Terdapat juga ettringite yang mengisi rongga dari beton.

## Gambar 8. SEM benda uji AC-0
Dari  Gambar  8  dapat  dilihat  bahwa  pembentukan  C-S-H  berkurang  dikarenakan adanya penambahan aluminum powder yang membentuk rongga sehingga mengurangi kekuatan  beton.  Pembentukan Portlandite (CH) dan Calcite juga  berkurang  sehingga menyebabkan penurunan kekuatan beton.
Dari  Gambar  9  dapat  dilihat  bahwa  terdapat  lebih  banyak  pembentukan  C-S-H dibandingkan dengan benda uji AC-0. Bentuk dari mikrostrukturnya juga berbeda dari beton  normal  dikarenakan  adanya  reaksi  dari  penambahan silica  fume dan aluminum powder .

## Gambar 10. SEM benda uji AC-15
Dari Gambar 10 dapat dilihat bahwa pembentukan C-S-H, CH, dan Calcite lebih banyak tersebar dibandingkan benda uji aerated concrete yang lainnya.

## Kesimpulan
Hasil  penelitian  untuk  Sifat  fisik  dan  mekanik  dari aerated  concrete ini  adalah sebagai  berikut:  (1)  Semakin  besar  persentase silica  fume yang  disubstitusi  terhadap semen, maka semakin kecil nilai slump flow yang didapat. Hal ini dikarenakan semakin tinggi persentase silica fume dapat mengurangi workabilitas dan membuat beton menjadi lebih  kental  karena silica  fume mempunyai  sifat  menyerap  air,  (2)  Semakin  tinggi persentase silica fume yang digunakan, maka semakin cepat waktu ikat yang dibutuhkan, (3) Penggunaan silica fume dengan persentase yang lebih tinggi dapat meningkatkan berat jenis,  serta  penggunaan aluminum  powder pada aerated  concrete menyebabkan penurunan  berat  jenis  jika  dibandingkan  dengan  beton  normal  karena  terdapat  banyak rongga udara yang terbentuk akibat reaksi hidrasi aluminum powder dengan semen, (4) Berdasarkan hubungan antara kuat tekan dan umur beton, dapat disimpulkan bahwa pola perkembangan  kekuatan  tekan  pada  beton  umur  uji  7  hari  dan  28  hari  mengalami peningkatan, serta pada umur uji 56 hari beton tetap mengalami peningkatan kekuatan tekan, (5) Pertambahan persentase silica fume , kuat tekan dan berat jenis pada aerated concrete mempunyai hubungan lurus yaitu semakin besar persentase silica fume maka berat jenis akan semakin kuat dan kuat tekan meningkat, (6) Persentase amorf tertinggi terdapat  pada  beton  AC-15  dengan  nilai  sebesar  78,02%,  dan  yang  terrendah  terdapat pada  campuran  AC-0  dengan  nilai  sebesar  77,30%,  dan  (7)  Mikrostruktur  beton dipengaruhi oleh perkembangan produk hidrasi dalam campuran beton serta berkorelasi dengan kekuatan beton.
Komposisi  campuran  optimum  terhadap  sifat  mekanik  aerated  concrete  yang menggunakan substitusi silica fume adalah pada campuran dengan kode benda uji AC-10 yang menggunakan persentase substitusi silica fume terhadap semen sebesar 10%.

## BIBLIOGRAFI
Basuki, A., & Sadikin, M. I. (2012). Pengaruh Jenis Semen Dan Penambahan Silica Fume Terhadap Kekuatan Dan Durabilitas Beton. Jurnal Teknologi Bahan dan Barang Teknik , 2 (1), 25-34.
Cavanagh, K. J., Guirguis, S., Munn, R. L., Newbegin, J. D., Bruere, G. M., Cook, D. J., Cao, T., Ferguson, B. J., Beresford, F. D., & Symons, M. G. (1992). Australian concrete technology .
Creswell, J. W. (2014). Research Design : Qualitative, Quantitative, And Mixed Methods Approaches (4th Ed). Thousand Oaks, California : SAGE Publications, Inc.
Hamada, H. M., Abed, F., Katman, H. Y. B., Humada, A. M., Al Jawahery, M. S., Majdi, A., Yousif, S. T., & Thomas, B. S. (2023). Effect of silica fume on the properties of sustainable cement concrete. Journal of Materials Research and Technology , 24 , 8887–8908.
Irawan,  R.  R.  (2017).  Kajian  Sifat  Kimia,  Fisika,  dan  Mekanik  Semen  Portland  di Indonesia  (Assesment  Of  Chemical,  Physical,  and  Mechanical  Properties  of Indonesian Portland Cements). Jurnal Jalan-Jembatan , 34 (2), 79-90.
Moon, A. S., Varghese, V., & Waghmare, S. S. (2015). Foam concrete as a green building material. International Journal for Research in Emerging Science and Technology , 2 (9), 25–32.
Nagrockienė, D., Rutkauskas, A., Pundienė, I., & Girnienė, I. (2019). The effect of silica fume addition on the resistance of concrete to alkali silica reaction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , 660 (1), 12031.
Neville, A. M. (1995). Properties of concrete (Vol. 4). Longman London.
Nugroho, A., Triastuti, T., Sumarno, A., & Widodo, E. (2018). Studi tekno-ekonomi bata CLC  (Cellular  Leightweight  Concrete)  sebagai  pengganti  bata  konvensional.
Rekayasa Sipil , 7 (1), 55–62.
Reddy,  M.  S.,  &  Neeraja,  D.  (2016).  Mechanical  and  durability  aspects  of  concrete incorporating  secondary  aluminium  slag. Resource-Efficient  Technologies , 2 (4), 225–232.
Shabbar, R., Nedwell, P., & Wu, Z. (2017). Mechanical properties of lightweight aerated concrete with different aluminium powder content. MATEC Web of Conferences , 120 , 2010.
Siddique,  R.,  &  Khan,  M.  I.  (2011). Supplementary  cementing  materials .  Springer Science & Business Media.
Subagiono, Y., Maizir, H., & Suryanita, R. (2020). Perilaku Mekanik Bata Ringan dengan Penambahan Silica Fume. Pekanbaru: Jurnal Rekayasa Sipil .
Suryanita, R., Maizir, H., Zulapriansyah, R., Subagiono, Y., & Arshad, M. F. (2022). The effect  of  silica  fume  admixture  on  the  compressive  strength  of  the  cellular lightweight concrete. Results in Engineering , 14 , 100445.
Taufik,  H.,  Kurniawandy,  A.,  &  Arita,  D.  (2017).  Tinjauan  kuat  tekan  bata  ringan menggunakan bahan tambah foaming agent. Jurnal Saintis , 17 (1), 52–62.
Wongkeo,  W.,  &  Chaipanich,  A.  (2010).  Compressive  strength,  microstructure  and thermal analysis of autoclaved and air cured structural lightweight concrete made with  coal  bottom  ash  and  silica  fume. Materials  Science  and  Engineering:  A ,
527 (16–17), 3676–3684.

## Copyright holder:
Mariana Safitri, Rosidawani, Hanafiah (2023)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: