Pengaruh  Variasi  Temperatur Terhadap Kinetika Reaksi Solidifikasi Fly Ash Paving Blok Geopolimer
Aman 1 , Amir Awaluddin 2 , Adrianto Ahmad 3 , Monita Olivia 4
1,3, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau
4 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Riau
2 Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Riau
Abstract: This  paper  reported  about the  investigated  of fly  ash  solidification  with geopolymer  process  that  studied  temperature  variation  on  the  rate  of  solidification  using Vicat Nidle apparatus and leaching tests on the content of heavy metals Cu, Pb, Cr and Cd in paving  blocks  after  solidification.  The  transformation  process  of  geopolymer  crystalline formation  was  analyzed  by  Avrami’s  kinetics  theory  (Avrami’s  kinetica  theory ).  From  the results  of  the  study  obtained  the  optimum  temperature  of  80 o C,  the  highest  rate  of  crystal growth solidification (K) value of 0.0475 and the Avrami exponent value (n) of 2.310 in this geopolymerization  process  shows  a  two-dimensional  structure.  From  the  results  of  leaching levels of heavy metals Cu, Pb, Cr and Cd in fly ash paving blocks are very small degraded in water and still below the environmental threshold.

## Key words: fly ash, geopolimer, kinetika, solidifikasi, leaching
Berdasarkan Peraturan Pemerintah (PP) No.101 tahun    2014  tentang  pengelolaan  limbah  bahan berbahaya dan beracun (B3), fly ash dikategorikan  sebagai  limbah  B3  karena terdapat kandungan  oksida  logam berat  yang akan  mengalami pelindihan secara  alami  dan mencemari lingkungan. Penanganan yang direkomendasikan  oleh  PP  No.101  tahun  2014 adalah    secara solidifikasi dimana  dengan proses  tersebut  sifat  B3  dalam fly ash akan menjadi stabil dan dapat dimanfaatkan  sebagai produk  yang    aman  bagi  kesehatan  dan lingkungan.
Metode  solidifikasi  dalam  penanganan limbah fly ash yang telah dilakukan selama ini diantaranya fly ash digunakan sebagai campuran semen pada  beton karena  mempunyai sifat pozzolanic (Wardani, 2008)    sebagai  bahan pengisi  (filler)  aspal  beton,  pada  industri  bata, genteng,  batako  dan  lain  sebagainya  [Munir, 2008;  Utama, 2004; Pratomo, 2001 dan  Safitri, 1998].
Adapun metode solidifikasi dalam penelitian  ini  adalah  dengan  proses  geopolimer yang bersih dan ramah lingkungan. Geopolimer dihasilkan melalui reaksi padatan aluminosilikat yang  terdapat  dalam  material fly  ash dengan aktivator basa kuat menghasilkan binder/perekat seperti semen.
Pembuatan material geopolimer menggunakan  bahan  yang  banyak  mengandung unsur-unsur  silika  dan  alumina.  Unsur-unsur tersebut  banyak  ditemukan  pada  material buangan  hasil  samping  industri,  seperti fly  ash dan slag.  Beton  atau  paving  blok  geopolimer memberikan keuntungan dalam hal pemanfaatan limbah hasil buangan pabrik sebagai bahan yang dapat  digunakan,  meskipun  perbedaan  tempat asal sumber  material  berpengaruh  terhadap perbedaan hasil  kekuatan  beton/paving  blok (Olivia, 2011).
Peneliti  terdahulu mengenai  geopolimer fokus mempelajari  sifat-sifat  mekanik  material seperti  kuat  tekan,  kuat  tarik,  kuat  lentur  dan porositas    beton  atau paving  blok  geopolimer, akan  tetapi kajian  mengenai  kinetika  reaksi solidifikasi dan pelindian (leaching) logam berat dalam  material    paving  blok      masih belum banyak dilakukan sementara referensi mengenai kinetika  reaksi  dalam  proses  geopolimer  sangat penting  diketahui  agar  dapat  dipelajari  berapa kecepatan  reaksi  dan    waktu  yang  dibutuhkan oleh  material  untuk  mencapai  kondisi /  fase kristal atau kekerasan yang diharapkan, selanjutnya  juga  bagaimana  kandungan  logam berat  yang  ada  didalam    material  apakah terimobilisasi kuat  dengan komponen  lain yang
ada  didalam  struktur  bangunnya  setelah dilakukan uji pelindian.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  menggunakan fly  ash dari PT.RAPP    kabupaten  Pelalawan  provinsi  Riau, Larutan  Natrium  Hidroksida  (NaOH)  dari gudang bahan kimia Jurusan Teknik  Kimia FT UR,  Natrium  Silikat  (Na 2 SiO 3 )  berupa  larutan dibeli dari PT. Sinar Sakti Kimia Solo, Air  dari laboratorium  Teknik  Reaksi  Kimia  Jurusan Teknik Kimia FT UR.  Agregat halus/pasir dari Quarry Rimbo  Panjang  Kabupaten Kampar, Riau. Peralatan  yang  digunakan  timbangan, gelas  ukur,  piknometer,  mesin  pencetak  paving blok  milik  CV.  Rangga  Beton,  Compression Testing  Machine untuk  uji  kuat  tekan  paving blok  di laboratorium Teknologi Bahan Jurusan Teknik Sipil FT-UR.
Adapun  prosedur  kerja  penelitian  untuk kinetika  reaksi  solidifikasi dalam  air  sebagai berikut  : Preparasi larutan  aktivator konsentrasi NaOH 14 M  sampel (M16) dengan rasio  liquid  aktivator  to  solid fly  ash (L/S)  0,5 dan  rasio fly  ash to  aggregat  pasir  (1:3) dan temperatur perawatan
80 o C. Kemudian campurkan larutan    aktivator, fly  ash dan agregate sampai  homogen,  setelah  itu  lakukan proses  moulding  dengan  variasi  temperatur ruang (30)  ,  60,  80,  dan  100 o C.    Selanjutnya dilakukan pengujian kekerasan atau
solidifikasi dengan alat  Vicat Needl dan dicatat hasil  yang  didapat  untuk  masing-masing temperatur. Pejelasan / analisa hasil  yang didapat menggunakan Teori  Kinetika  Avramy ( Avrami’s kinetic theory ).

## Uji Pelindian (leaching)
Selanjutnya uji pelindian (leaching)  sebagai berikut  : Material  paving  blok kode M16 direndam dalam bejana  yang berisi air  selama 28  hari . Setiap hari ke  3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24,  dan  28  diambil  airnya  dan  dianalisa kandungan  logam  berat  (Cu,  Cd,  Cr  dan  Pb  ) dengan  alat Atomic  Absorption  Spectroscopy (AAS). Data  yang  diperoleh  selanjutnya dianalisa  dan  dikomparasi  dengan  standar  baku mutu yang diperbolehkan oleh lingkungan.

## HASIL
Dari  hasil  eksperimen, variasi suhu perawatan (curing) dengan  konsentrasi  aktivator    yang optimum    14  M  NaOH menghasilkan waktu yang lebih pendek untuk setiap  kenaikan temperatur  pada proses pemadatan (solidifikasi) geopolimer. Selanjutnya  dari  Teori  Kinetic Avrami ’s , bentuk  pertumbuhan kristal  dalam proses geopolimerisasi  menunjukkan struktur dua dimensi  sementara  sampel  tertentu  dari geopolimer  menunjukkan  adanya nukleasi sekunder dalam pertumbuhan geopolimer.
Variasi Temperatur
terhadap laju solidifikasi
Pada Gambar 1 di bawah menunjukkan hubungan  antara  variasi  temperatur terhadap laju solidifikasi  geopolimer pada konsentrasi 14 M NaOH.

## Teori Kinetika Avrami’s (Avrami’s Kinetica
Teory)
Gambar 2. di  bawah menampilkan  efek temperatur pada konsentrasi optimum NaOH 14 M pada solidifikasi geopolimer.
Gambar  1. Variasi Temperatur terhadap laju solidifikasi pada NaOH 14 M
Gambar 2. Av ram’s Plot  terhadap perbedaan

## Temperatur
Tabel  1.  Avrami’s Exponent untuk Variasi Temperatur, 14 M NaOH
Temperatur ( o C) Eksponen Avrami (n) Growth Rate (K),(min -1) T.room 0,959 4,76 x 10 -5 60 1,066 4,45 x 10 -4 80 2,310 4,75 x 10 -2 100 2,529 1,56 x 10 -2 Pelindian  (Leaching) Kandungan  Logam Berat
Pelindian adalah untuk mengetahui tingkat immobilisasi logam  berat  pada  limbah fly  ash baik sebelum atau sesudah dilakukan solidifikasi  . Oleh  karena  itu  kandungan  logam berat  dalam abu  terbang sebelum  digunakan untuk pembuatan paving blok dianalisa terlebih dulu  dengan  AAS    begitu  juga  hasil  dari  uji pelindiannya (leaching) seperti pada Tabel 2  di bawah.
Tabel 2.  Kandungan  logam berat dalam fly ash Vs M16
No Parameter Fly ash Awal (mg/L) Mix Design M16 (mg/L) 1 Tembaga (Cu) 1,389 0,042 2 Timbal (Pb) 1,72 0,76 3 Krom (Cr) 0,538 ttd 4 Kadmium (Cd) 0,58 0,072 Tabel 3.  Hasil  Uji pelindian kandungan logam berat paving blok

## PEMBAHASAN
Dari  Gambar  1  di  atas  sampel    dengan temperatur 80 o C mencapai pengerasan maksimum
tercepat  dibandingkan  sampel dengan  temperatur  100,    60 o C  dan  suhu  ruang. Ini  dapat  dilihat  dari  waktu  yang  dibutuhkan sampel    temperatur  80 o C    selama    35  menit ,sedangkan  temperatur 100 o C selama 40 menit. Sedangkan temperatur 60 o C dan T.ruang  sama- sama  60  menit.  Hal  ini  disebabkan  kecepatan penguapan air lebih cepat dengan bertambahnya waktu.  Pada  temperatur  80  dan  100 o C  laju penguapan  air  lebih  cepat  dibandingkan temperatur  60 o C  dan  temperatur  ruang  (room temperature),  akan  tetapi  pada  temperatur  100 o C produk geopolimer mengalami retak (cracking)  sehingga  mempengaruhi  kuat  tekan yang  didapat.    Hasil  yang  paling  baik  pada penelitian  ini  terjadi  pada  temperatur  optimum 80 o C  dengan  kuat  tekan  tertinggi. Menurut (Wang  dan  Cheng,  2003)  meningkatnya temperatur perawatan akan mempercepat proses geopolimerisasi ini disebabkan semakin berkurangnya  kadar  air  didalam  materal geopolimer  yang  berefek  terhadap  kuat  tekan. Menurut  Muniz-Villareal,  (2010)  menyatakan bahwa kuat tekan geopolimer sangat tergantung pada ukuran pori selama proses geopolimerisasi ini  dipengaruhi  oleh  semakin  tinggi  temperatur jumlah  pori  material  geopolimer  semakin  kecil, didapat  temperatur yang optimum pada 80 o C. Dari plot Avrami terhadap efek temperatur, nilai Avrami  eksponen  (n)  dan  konstanta  laju pertumbuhan (K) dirumuskan dan  ditabulasikan pada  Tabel 1. Berdasarkan Tabel 1 terlihat bahwa nilai Eksponen  Avrami bervariasi dalam
Hari Ke- Mix Design M16 Cu (mg/L) Cd (mg/L) Cr (mg/L) Pb (mg/L) 0 0,000 0,000 ttd 0,000 3 0,032 0,011 ttd 0,01 6 0,033 0,014 ttd 0,02 9 0,035 0,019 ttd 0,03 12 0,038 0,026 ttd 0,09 15 0,039 0,033 ttd 0,14 18 0,039 0,046 ttd 0,19 21 0,040 0,058 ttd 0,47 24 0,042 0,061 ttd 0,68 27 0,042 0,072 ttd 0,76 28 0,042 0,072 ttd 0,76 PP. No.82/2001 Kelas IV 0,2 0,01 0,01 1,0
semua variasi temperatur yang diuji. Nilai ( n ) mulai  dari  0,959 sampai  2,529 dimana n terkecil pada  temperatur  kamar sedangkan  nilai (n) terbesar  terletak  pada  pada  suhu 100 o C. Nilai Avrami eksponen ini sangat penting untuk menentukan  bentuk  pertumbuhan  geopolimer. Kemudian  untuk laju  pertumbuhan  kristal (K) paling  cepat  terjadi  pada  temperatur  80 o C. Menurut  Lukman et al,  (2008)  bila  nilai  n  =  1, menunjukkan  pertumbuhan  dari  nukleus terjadi seketika,    sedangkan  nilai    n  =  2 - 3 pertumbuhan spherulit dan    bentuk nukleasi sporadis.  Nilai (n) antara  0,959 dan  2,529 menunjukkan  pertumbuhan  dalam  nukleasi seketika  (instantaneous)  dan  bentuk  nukleasi pertumbuhan dua  dimensi.  Namun,  untuk pertumbuhan  geopolimer nilai  eksponen  yang diharapkan  mulai  dari  1 - 2  dalam  bentuk dua dimensi. Hasil ini menunjukkan bahwa pertumbuhan bentuk geopolimer dapat dikatakan sebagai dua  dimensi.
Dari hasil uji pelindian /leaching paving blok  yang  dilakukan  proses  perendaman  di dalam  air  selama  28  hari,  terlihat  kadar  logam Cu,  Pb,  dan  Cd  mengalami leaching di  dalam air  kecuali logam Cr yang tidak terdeteksi.
Dari  Tabel  2  di  atas  menunjukkan rata- rata  kadar  logam  Cu,  Pb,  Cr,  dan  Cd  sebelum solidifikasi  dibandingkan  setelah  solidifikasi cukup  jauh  berkurang  kadar  logam    berat mencapai  80  %  dan  dilanjutkan  uji leaching perendaman  selama    28  hari  kadar  logam  berat yang  terlarut  (leaching)  masih dibawah  batas maksimum,  hal  ini  menunjukkan  logam  berat terimobilisasi baik dalam paving blok.
Kadar logam Cu dan Pb setelah pelindian selama  28  hari  masing-masing  sebesar  0,042 mg/L dan 0,76 mg/L masih di bawah baku mutu maksimum    kelas  IV  yaitu  0,2  mg/L  untuk  Cu dan 1,0 mg/L untuk Pb menurut PP No.82/2001, demikian  juga  kadar  logam  Cr  tidak  terdeteksi kemungkinan  terikat  sangat  kuat  dalam  paving blok. Logam  Kadmium  (Cd)  sebesar  0,072 mg/L  setelah 28 hari melebihi batas maksimum 0,01  mg/L  kadar  logam  berat  menurut  PP No.82/2001 ini disebabkan logam berat tersebut terakumulasi  dengan  bertambahnya  waktu perendaman    akan  tetapi  bila  dilihat  kadar logam  berat  selama  6  hari  pertama  atau  satu minggu  pertama    pada  Tabel  3  masih  sama dengan ambang batas menurut PP No. 82/2001. Dari    hasil  uji  pelindian  secara  keseluruhan
kadar  logam  berat  dalam  paving  blok  sudah terimobilisasi dengan baik sehingga paving blok aman dimanfaatkan bagi manusia dan lingkungan.

## SIMPULAN
Dari  hasil  dan  pembahasan  yang  telah dijelaskan  dapat  disimpulkan  paving  blok geopolimer yang dihasilkan adalah ;
1. Konstanta  kinetika  reaksi pertumbuhan partikel (K) tertinggi dengan nilai 4,75 x 10- 2 dan    nilai    ekponen    avrami    n  =  2,310 diperoleh  pada  temperatur  optimum  80 o C.
Rentang  nila i  Avrami’s  Eksponen  untuk semua  sampel  antara  0,959    sampai  2,529 dengan  demikian  dapat  disimpulkan  bahwa bentuk  pertumbuhan  geopolimer  memiliki struktur disc 2 dimensi.
2. Hasil uji pelindian paving blok sampel  M16 yang  optimum  didapat  kadar  logam  Cu,  Pb, Cr  dan  Cd  terikat  kuat  dalam    paving  blok ditunjukkan  dengan  kadar  logam  yang terlindikan  masih  dibawah  ambang  batas maksimum PP No.82/2001.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  saya  ucapkan  kepada  Tuhan  Yang Maha  Esa  atas  berkat  yang  diberikan  kepada saya.  Terimakasih  kepada semua  pihak yang telah  banyak  membantu  baik  material  maupun non  material  demi  mendukung  saya  dalam penelitian ini

## DAFTAR PUSTAKA
physical  and  structural  characterisation  of geopolymer  matrixes  synthesized  from coal (co-) combustion fly ashes,
J.Hazard Matter Vol.154 page 175-183.
Bakharev, Tatiana.  2006. Thermal  behavior  of geopolymers  prepared  using  class  F-fly ash  and  elevated  temperature  curing,
Cement and Concrete Research, 36(6),1134-1147.
Mishra, A.  and  Choudhary. 2000. Effect  of concentration    alkalyn  liquid  and  curing time on strength and water absorption  of geopolymer  concrete,  ARPN Journal  of Engineering  and  Applied  sciences Vol.3 no.1 p.87-93.
Muniz ,  Bergna    J . 2011. The  effect  of temperature  on  the  geopolymerization process of a metakaolin-based geopolymer. Materials Letters, 65(6),995-998.
Olivia, M.,Putri., Damayanti. 2014. Parametric
Study  on  the  compressive  strength  of Palm Oil Fuel Ash (POFA) Geopolymer mortar. The International Conference on Enviromentally Friendly Civil Engineering  Construction  and  Material, Manado Indonesia.
Revathi ,  Jayapanda,  T. 2014. A Prospective study on alkali activated bottom ash- ggbs blend in paver block. International Journal of Civil,