BERKALA SAINSTEK 2022 10(2): 51-57 doi: 10.19184/bst.v10i2.29080 https://jurnal.unej.ac.id/index.php/BST/article/view/29080

## RESEARCH   ARTICLE
Effect of Duck Egg Shell Ash with Fly Ash as Cement Substitution in Geopolymer Concrete
(Pengaruh Abu Cangkang Telur Bebek Dengan Fly Ash Sebagai Substitusi Semen Pada Beton Geopolimer)
Deka Larasati, Dwi Nurtanto *) , Nanin Meyfa Utami Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Jember, Jl. Kalimantan No.37, Jember, Indonesia Jln. Kalimantan 37, Jember 68121

## ABSTRACT
The increasing production of cement as a basic material for making concrete is due to the increasing demand for concrete throughout the world. Innovative materials are needed as a substitute for cement to reduce the greenhouse effect, fly ash is pozzolanic which in fact has the potential to replace Portland cement as the main ingredient of concrete, and duck eggshell flour has good prospects to be  used  as  an  additional  precursor  material  for  geopolymer  concrete.  This  study  aims  to  determine  further  variations  of  the proportion of duck egg shells, the mechanical properties of the concrete produced using duck egg shell ash with fly ash. This study used an experimental method with the percentage of duck egg shell ash at 0%, 5%, 10%, and 15% of the total use of cement. Using Na ₂ SiO ₃ and NaOH as activator with a concentration of 14M. At the age of 7 and 28 days with room temperature treatment. This study resulted in duck egg shell ash being able to increase the compressive strength of concrete at the age of 28 days with the percentage of substitution up to 5% with a value of 59.26 MPa, in the porosity test the minimum value was at the age of 28 days at a percentage of 5% 0.403%, and the value of the modulus of elasticity. experienced an increase in value at a percentage of 5% with the result 36071.43 MPa. Duck egg shell ash with a proportion of 5% is the optimum substitution where the compressive strength, porosity and modulus of elasticity tests on geopolymer concrete have linear values.
Meningkatnya produksi semen sebagai bahan dasar pembuatan beton disebabkan oleh meningkatnya permintaan beton di seluruh dunia. Dibutuhkan material yang inovatif sebagai pengganti  semen untuk mengurangi efek rumah kaca, fly ash bersifat pozzolan yang berpotensi untuk menggantikan semen portland sebagai bahan utama beton, dan tepung cangkang telur bebek memiliki prospek yang baik untuk digunakan sebagai prekursor bahan tambah untuk beton geopolimer. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui lebih lanjut variasi proporsi cangkang telur bebek, sifat mekanik beton yang dihasilkan menggunakan abu cangkang telur bebek dengan abu terbang. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan persentase abu cangkang telur itik sebesar 0%, 5%, 10%, dan 15% dari total penggunaan semen. Menggunakan Na ₂ SiO ₃ dan NaOH sebagai aktivator dengan konsentrasi 14M. Pada umur 7 dan 28 hari dengan perlakuan suhu ruang. Penelitian ini menghasilkan abu cangkang telur bebek mampu meningkatkan kuat tekan beton pada umur 28 hari dengan persentase substitusi hingga 5% dengan nilai 59,26 MPa, pada uji porositas nilai minimum berada pada umur 28 hari dengan persentase 5% 0,403%, dan nilai modulus elastisitas mengalami kenaikan nilai dengan persentase 5% dengan hasil 36071,43 MPa. Abu cangkang telur bebek dengan proporsi 5% merupakan substitusi optimum dimana uji kuat tekan, porositas dan modulus elastisitas pada beton geopolimer memiliki nilai linier.
Keywords: geopolymer concrete, fly ash, duck egg shell ash.
*) Corresponding author:
Dwi Nurtanto E-mail: dwinurtanto.teknik@unej.ac.id
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …

## PENDAHULUAN
Permintaan  beton  semakin  meningkat  seiring dengan produksi semen yang merupakan bahan baku produksi beton. Gas CO ₂ dilepaskan selama produksi semen dan dapat menyebabkan efek rumah kaca [1]. Diharapkan  ada  alternatif   semen  untuk  mengurangi efek  rumah  kaca.  Bahan alternatif   alami  yang  setara untuk  semen  yang  memiliki  kandungan  silika  dan alumina  yang  tinggi.  Bahan  alam  tersebut  sebagian atau  seluruhnya  dapat  menggantikan  penggunaan semen  pada  beton  dengan  menggunakan  teknologi geopolymer [2][3][4][5][6].
Davidovits memperkenalkan Geopolimer pertama kali ada tahun 1978. Geopolimer adalah sintesis bahan organik alami dengan proses polimerisasi, dan bahan utama dalam produksi bahan geopolimer adalah bahan yang  mengandung  unsur  silika.  Salah  satunya  adalah fly  ash  [7].  Fly  ash  merupakan  pozzolan  yang sebenarnya  dapat  menggantikan  semen  portland sebagai  komponen  utama  beton  dan  dapat memberikan  dampak  positif   terhadap  struktur  dan lingkungan  beton  [8].  Sebuah  penelitian  bahwa cangkang bebek mengandung 32,57% silikon dioksida (SiO), 30,33% kapur (CaO), dan 37,10% magnesium (MgO)  [9].  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  tepung cangkang  telur  bebek  berpeluang  digunakan  sebagai bahan awal sebagai bahan tambahan dalam pembuatan beton geopolymer [10][11][12]. Abu cangkang bebek
digunakan sebagai silikon oksida dan diharapkan dapat membentuk  ikatan  polimer  dengan  penambahan bahan  kimia  natrium  silikat  dan  natrium  hidroksida. Tepung cangkang telur bebek ini cukup menjanjikan untuk  digunakan  sebagai  produk  cadangan  sebagai bahan tambahan dalam pembuatan beton geopolymer [13][14][15]. Berdasarkan permasalahan tersebut maka dilakukan penelitian beton geopolimer yang berjudul Pengaruh Abu Cangkang Telur Bebek Menggunakan Fly  Ash  Sebagai  Alternatif   Semen  untuk  Beton Geopolimer. Yang bertujuan untuk menemukan lebih banyak variasi dalam proporsi kulit telur bebek, sifat mekanik  beton  yang  dihasilkan  menggunakan  abu cangkang telur bebek dengan fly ash. Pada penelitian ini menggunakan persentase abu cangkang telur bebek sebesar  0%,  5%,  10%,  dan  15%.  Menggunakan Na ₂ SiO ₃ dan  NaOH  sebagai  aktivator  dengan konsentrasi  14M  pada  umur  7  dan  28  hari  dengan perawatan suhu ruangan.

## METODE PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian  ini  menggunakan  tiga  variabel,  terdiri dari  variabel  bebas,  variabel  terikat,  dan  variabel terkendali.  Metodologi  penelitian  pada  tugas  akhir diuraikan dalam diagram alir, dilihat pada  Gambar 1 berikut:
.
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …

## Gambar 1. Diagram Alir
Variabel bebas adalah variabel yang menyebabkan atau mempengaruhi. Variabel bebas dalam penelitian ini  adalah  fly  ash  sebagai  substitusi  semen  dan  abu cangkang telur bebek dengan komposisi sebesar 0,%, 5%, 10% dan 15%.
Variabel terikat adalah faktor faktor yang diamati selama  penelitian  dan  diukur  dalam  rangka menentukan pengaruh adanya variabel bebas. Berikut merupakan variabel terikat dalam penelitian ini :
a. Kuat tekan
b. Uji Porositas
c. Uji Modulus Elastisitas
Variabel  terkendali Variabel  dipertahankan (dikontrol) atau yang biasa disebut variabel terkendali. Pada  penelitian  ini  ditetapkan  variabel  terkendali sebagai berikut :
a. Umur benda uji
b. Proses curing
c. Molaritas alkali aktivator

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Pengujian material
Hasil pengujian yang terdiri dari pengujian agregat halus,  agregat  kasar,  dan  fly  ash.  Pengujian  yang dilakukan  yaitu  pengujian  berat  jenis,  air  resapan, analisa saringan, dan kadar lumpur pada agregat kasar dan halus, pengujian berat jenis dan berat volume pada fly ash. Dari hasil pengujian material penyusun beton telah memenuhi standart sesuai acuan pengujian yang digunakan.
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …

## Tabel 1. Pengujian Material
No.  Pengujian Material Ketentuan Hasil Keterangan 1 Agregat Halus Berat Jenis SK-SNI S-04-1980-F  2,5-2,7 gr/cm³ 2,7 gr/cm³ Memenuhi Air Resapan ASTM C 128  1 - 4%, 1,01% Memenuhi Analisa Saringan SK SNI S-04-1989-F 1,5% - 3.8%. 3,49% (Zona 2) Memenuhi Kadar Lumpur SNI 03-4142-1996 < 5% 1,08% Memenuhi 2 Agregat Kasar Berat Jenis SNI 1996:2016 minimum 2,1 gr 2,76 gr/cm³ Memenuhi Air Resapan SNI 1969:2016 2,5%. 1,98%. Memenuhi Analisa Saringan SNI 1968-1990 6 %-7,10 %. 6,60% (Gradasi maximum 20 mm) Memenuhi Kadar Lumpur ASTM C-33 < 1 % 0,12% Memenuhi 3 Fly Ash Berat Jenis SNI 2049-2015 3 - 3,15 3,065 Memenuhi Berat Volume Tanpa rojokan 1264,997 kg/m³, dengan rojokan 1373,163 kg/m³ Sumber : Pengolahan Data, 2021 Tabel 2. Hasil Uji Slump No Nama Benda Uji Waktu (Detik) Slump Max (cm) 1 Cangkang Telur Bebek 0% 16 58 2 Cangkang Telur Bebek 5% 15 60 3 Cangkang Telur Bebek 10% 14 62 4 Cangkang Telur Bebek 15% 14 64
Sumber: Pengolahan Data, 2021
Tabel 2. dapat diketahui penggunaan abu cangkang telur  bebek  berpengaruh  pada  adonan  beton geopolimer  fly  ash  dan  abu  cangkang  telur  bebek. Dilihat pada campuran beton geopolimer dengan abu cangkang  0%,  5%,  10%,  15%  mengalami  sedikit percepatan  waktu  mengalir  tiap  variasinya.  waktu paling  singkat  terjadi  pada  adonan  dengan  cangkang 15%  sebesar  14  detik,  sedangkan  waktu  paling  lama terjadi  pada  adonan  beton  geopolimer  dengan cangkang  0%  sebesar  16  detik.  Dengan  itu  tingkat
viskositas  beton  berkurang  seiring  bertambahnya proporsi abu cangkang telur bebek.

## Hasil Pengujian Kuat Tekan
Gambar 2. Terjadi peningkatan serta penurunan kuat tekannya  disesuaikan  dengan  bertambahnya  variasi abu cangkan telur bebek. Pada grafik dapat diketahui bahwa kuat tekan paling maksimal didapat pada variasi 5% abu cangkan telur bebek baik pada umur 7 dan 28 hari. Pada variasi lebih dari 5% mengalami penurunan kuat tekan.
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …

## Gambar 2. Hasil Kuat Tekan Beton
Sumber: Pengolahan Data, 2021
Hasil Pengujian Porositas Gambar 3. Pada grafik diatas diketahui bahwa nilai porositas  paling  maksimal  didapat pada  variasi  15% dengan  nilai  0,622%  dan  nilai  porositas  minimum didapat pada variasi 5% dengan nilai 0,403%. Pada kuat tekan variasi 5% merupakan kuat tekan paling tinggi
dimana  pada  nilai  porositasnya  paling  rendah, Pengujian  kuat  tekan  dan  porositas  pada  beton geopolimer memiliki nilai yang linier terhadap variasi menggunakan  abu  cangkang  telur  bebek  dengan  fly ash sebagai substitusi semen pada beton geopolimer.

## Gambar 3. Porositas
(Sumber : Pengolahan Data, 2021)
Hasil Pengujian Modulus Elastisitas Gambar  4.  Pada  grafik  diatas  dapat  diketahui bahwa  nilai  modulus  elastisitas  paling  maksimal didapat  pada  variasi  5%  dengan  nilai  36071,43  MPa
dan  nilai  modulus  elastisitas minimum  didapat  pada variasi  15%  dengan  nilai  31046,51  MPa.  Pengujian kuat  tekan,  porositas  dan  modulus  elastisitas  pada beton geopolimer memiliki nilai yang linier.

## Kuat Tekan 7 dan 28 Hari
80 60
40 20 0
55,24 35,26 59,27 53,72 35,68 29
48,35
26,53 0% 5%
10% 15% Prosentase Cangkang Telur Bebek Kuat Tekan 7 Hari Kuat Tekan 28 Hari 0,8 0,417 Porositas 28 Hari 0,612 0,403
0,622
0,6 0,4 0,2 0 0% 5% 10% 15%
Prosentase Cangkang Telu Bebek
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …

## Gambar 4. Modulus Elastisitas
(Sumber : Pengolahan Data, 2021)

## KESIMPULAN
Abu  cangkang  telur  bebek  dapat  menaikkan  kuat tekan  beton  pada  umur  28  hari  dengan  prosentase hingga 5% dengan nilai 59,26 MPa. Semakin kecil nilai porositas  semakin  kecil  pula  pori-pori  pada  beton geopolimer,  nilai  porositas  5%  nilai  yang  paling minimum  dengan  hasil  0,403%.  Nilai  modulus elastisitas yang dihasilkan dari subtitusi abu cangkang telur bebek mengalami kenaikan nilai pada prosentase 5% dengan hasil 36071,43 MPa.  Abu  cangkang  telur bebek dengan proporsi 5% merupakan subtitusi yang optimum  dengan  memiliki  nilai  porositas  paling minumum,  nilai  modulus  elastisitas  dan  nilai  kuat tekan  yang  paling  tinggi.  Dimana  pengujian  ini memiliki  nilai  yang  linier  terhadap  variasi menggunakan  abu  cangkang  telur  bebek  dengan  fly ash sebagai substitusi semen pada beton geopolimer.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  E. M. R. Fairbairn, B. B. Americano, G. C. Cordeiro, T. P.  Paula,  R.  D.  Toledo  Filho,  and  M.  M.  Silvoso, “Cement replacement by sugar cane bagasse ash: CO2 emissions reduction and potential for carbon credits,” J. Environ. Manage. , vol. 91, no. 9, pp. 1864–1871, 2010.
[2]  M. E. Gülşan, R. Alzeebaree, A. A. Rasheed, A. Niş, and  A.  E.  Kurtoğlu,  “Development  of   fly  ash/slag based  self-compacting  geopolymer  concrete  using nano-silica  and  steel  fiber,” Constr.  Build.  Mater. ,  vol. 211, pp. 271–283, 2019.
[3]  A. Nugroho, “Pengaruh Penggunaan Abu Sekam Padi terhadap  Sifat  Mekanik  Beton  Busa  Ringan,” J.  Tek. Sipil , vol. 24, no. 2, pp. 139–144, 2017.
[4]  D. Wang, X. Zhou, Y. Meng, and Z. Chen, “Durability of  concrete containing fly ash and silica fume against combined freezing-thawing and sulfate attack,” Constr.
Build. Mater. , vol. 147, pp. 398–406, 2017.
[5]  E.  Arifi,  “Pemanfaatan  Fly  Ash  sebagai  Pengganti Semen  Parsial  untuk  Meningkatkan  Performa  Beton Agregat Daur Ulang,” Rekayasa Sipil , vol. 9, no. 3, pp. 229–235, 2015.
[6]  F.  E.  Yulianto  and  M.  H.  Mukti,  “Pengaruh Penambahan Abu Sekam Padi pada Kuat Tekan Beton Campuran  1  pc :  2  ps :  3  kr,” Saintek ,  vol.  12, no.  2,
2015.
[7]  R.  Manuahe,  M.  D.  J.  Sumajouw,  and  R.  S.  Windah, “Kuat Tekan Beton Geopolymer Berbahan Dasar Abu Terbang (Fly Ash),” J. Sipil Statik , vol. 2, no. 6, pp. 277– 282, 2014.
[8]  A. Nugroho, A. Rahman Saleh, J. Rawamangun Muka, and  J.  Timur  Surel,  “Utilization  of   Baggase  Ash  on Lightweight Foamed Concrete,” J. Permukim. , vol. 12, no. 1, pp. 20–24, 2017.
[9]  T. P. Utami, S. T. Rahayu, and U. E. Unggul, “Kadar Magnesium dan Rasio Mg / Ca Dalam Cangkang Telur Ayam , Telur Bebek Dan Kerang” J. Insa. Farm. Indones. , vol. 1, no. 2, pp. 178–183, 2018.
[10] K.  Anastasia,  P.  Prihantono,  and  A.  Anisah, “Peningkatan Kuat Tekan Beton Geopolimer Dengan Menggunakan  Variasi  Abu  Cangkang  Telur  Bebek Melalui Proses Pengovenan,” Menara J. Tek. Sipil , vol. 15, no. 1, pp. 23–29, 2020.
Larasati et al, Effect of Duck Egg Shell …
[11] Siti Fitriani, Wiki Muhamad Fathul M, and Ida Farida, “Penggunaan  Limbah  Cangkang  Telur,  Abu  Sekam, dan  Copper  Slag  Sebagai  Material  Tambahan Pengganti Semen,” J. Konstr. , vol. 15, no. 1, pp. 46–56, 2017.
[12] M.  Syahwati  and  A.  S.  Wahyuni,  “Pengaruh  Variasi Persentase  Bubuk  Cangkang  Telur  (BCT)  Sebagai Bahan Penambah Semen Terhadap Kuat Tekan Dan Absorpsi Mortar” INERSIA , vol. 11, no. 1, 2019.
[13] K.  E.  Hasner,  S.  Musalamah,  and  P.  Prihantono,
“Variasi Campuran Alkali Aktivator Pada Kuat Tekan Beton  Geopolimer  Dengan  Menggunakan  Abu Cangkang  Telur  Bebek  Pada  Proses  Pengovenan,”
Menara J. Tek. Sipil , vol. 14, no. 1, 2019.
[14] R.  B.  U.  Yonas  Prima  Arga  Rumbyarso,  “Analisis Pengaruh  Penggunaan  Cangkang  Telur  Bebek  Ras Petelur Sebagai Filler Pada Campuran Aspal Beton,” TEKNOLOGIKA , vol. 11, no. 2, pp. 1–10, 2021.
[15] M.  Mahdi  and  S.  Hadi,  “Kekuatan  Lentur  Papan Komposit  Hasil  Kombinasi  Perentase  Ijuk  dan Cangkang  Telur  Ayam,” J.  Energi  dan  Teknol. Manufaktur , vol. 2, no. 02, pp. 7–10, 2019.