## PENGARUH PERBANDINGAN MOLAR OKSIDA SiO
2 :Al 2 O 3
dan Na 2 O:SiO 2 TERHADAP SIFAT MEKANIK GEOPOLIMER BERBASIS LATERITE DEPOSIT BONE
Farina 1 , Subaer 1 , dan Abdul Haris 1
1 Jurusan Fisika, Pusat Penelitian Material dan Teknologi Hijau, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Makassar e-mail: farinarihlan25@gmail.com, subaer@unm.ac.id, harisbakri@yahoo.co.id
Abstract : The main objective of this research is to determine the effect of molar  oxides  of  SiO 2 :Al 2 O 3 and  Na 2 O:SiO 2 to  the  mechanical  properties of  geopolymer  based  on  laterite  soil  deposite  Bone.  Geopolymers  were produced  through  alkali-activation  method  of  dehydroxylation  laterite. Dehydroxylation  was  performed  by  using  high-temperature  furnace  at 750℃ for  4  hours.  The  chemical  compositions  and  the  microstructure properties  of  the  starting  and  the  resulting  materials  were  characterized based  on X-Ray  Diffraction (XRD)  and Scanning  Electron  Microscopys (SEM).  Measurements  of  bulk  density,  apparent  porosity  and compressive strength were carried out by using Archimedes method and Universal Testing Machine. The results showed that the highest phase of the  starting  material  was  quartz  (SiO 2 ).  The  physical  properties  of geopolymers was examined from the value of their bulk density, apparent porosity  and  the  magnitude  of  their  compressive  strength.  The  results showed  that  the  value  of  the  porosity  and  the  density  are  inversely proportional, the smaller the porosity, the greater the density. The highest compressive  strength  value  was  6.33  MPa  obtained  from  the  sample designated  as  K6.  It  was  found  that  geopolymer  based  on  Bone  laterite exhibited good mechanical properties.
Keywords :  bulk  density,  apparent  porosity,  geopolymer,  laterite, mechanical properties.

## 1. PENDAHULUAN
Tanah  laterite  merupakan  jenis  tanah  lempung  yang  sangat  mudah diperoleh.  Sulawesi  Selatan  merupakan  salah  satu  daerah  yang  kaya  akan endapan  laterite  (Subaer  dkk.,  2017).    Laterite  memiliki  senyawa  kimia  Fe 2 O 3 - Al 2 O 3 -SiO 2 -H 2 O yang bersumber dari mineral kaolin dan sebagian besar ion Al 3+ digantikan oleh Fe 2+ atau Fe 3+. akibat proses  pelapukan. Penggantian aluminium dengan atom besi dalam struktur kaolin dapat mempengaruhi kristalinitas laterite. Proses  pelapukan  tanah  laterite  dipengaruhi  oleh  faktor  iklim,  topografi  dan keadaan  lokasi  geografis  (Kolawole,  Olugbemi,  Kolawole,  Owa,  &  Ajayi,  2017). Laterite  dikategorikan  sebagai  material  aluminasilikat  yang  dapat  dijadikan sebagai bahan dasar sintesis geopolimer. Geopolimer adalah material anorganik yang  terdiri  atas  alumina,  silika  dan  oksida  logam  alkali.  Geopolimer  biasanya disintesis  dari  bahan  dasar  seperti  fly  ash,  metakaolin,  slag  dan  lempung (Subaer, Haris, Irhamsyah, Akifah, & Amalia, 2019).
Geopolimer  memiliki  struktur  yang  mirip  zeolit  dengan  fase  amorf. Keunggulan  geopolimer  yaitu  memiliki  kekuatan  mekanik  yang  baik,  tahan  api dan panas serta tahan terhadap serangan zat kimia, permeabilitas yang rendah (Shojaei,  Behfarnia,  &  Mohebi,  2015;  Zhang,  Kodur,  Wu,  Cao,  &  Wang,  2016).
Sintesis geopolimer berbasis laterite menggunakan metode aktivasi alkali dengan perbandingan rasio molar SiO 2 /Al 2 O 3 dan Na 2 O/SiO 2 (Shojaei dkk., 2015). Karakteristik  produk  akhir  dari  geopolimer  beergantung  pada  temperatur kalsinasi, mineralogi laterite dan kondisi sintesis (Kaze dkk., 2018). Berdasarkan penelitian  yang  dilakukan  oleh  Pimraksa  et  al.,  (2011),  pengaruh  perbandingan molar  SiO 2 /Al 2 O 3 sebesar  22,5  dan  Na 2 O/Al 2 O 3 sebesar  1,7  terhadap  kualitas geopolimer  dengan  penambahan  abu  sekam  padi  ssebanyak  35%  dapat meningkatkan  kekuatan  tekan  ( compressive  strenght )  geopolimer.  Selain  itu Lemougna  et  al.,  (2014),  menunjukan  kekuatan  mekanik  geopolimer  berbahan dasar  laterite  yaitu    12-51  MPa.  Untuk  meningkatkan  sifat  mekanik  laterite diperlukan penambahan abu sekam padi. Hal  ini sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Ningsih et al., (2012), menyatakan bahwa penambahan abu sekam padi dapat meningkatkan kuat tekan mortar geopolimer.

## 2. METODE PENELITIAN
Bahan dasar lempung dibersihkan dari kotoran dan direndam selama 24 jam  kemudian  disaring  untuk memperoleh  butiran  halus dari  laterite.  Setelah  itu dikeringkan  pada  suhu 100℃ ,  laterite  yang  telah  kering  kemudian  ditapis menggunakan  ayakan  200  mesh.  Selanjutnya,  laterite  didehidroksilasi  pada temperatur 750℃ selama  4  jam  untuk  merubah  fase  kristal  menjadi  fase  amorf. Pada penelitian ini disintesi sebanyak 3 sampel dengan perbandingan komposisi perbandingan molar oksida SiO 2 :Al 2 O 3 (3, 5, dan 6) dan Na 2 O:SiO 2 (0.2, 0.2 dan 0.3).  Sintesis  geopolimer  dilakukan  menggunakan  metode  aktivasi  alkali  dari bahan  laterite  yang  terhidroksilasi . Struktur  kristal  dan  fase  dari  sampel geopolimer  berbasis  laterite  diindentifikasi  menggunakan X-Ray  Diffraction (XRD). Mikrostruktur dari sampel diindentifikasi menggunakan Scanning Electron Microscopys (SEM).  Pengukuran  massa  jenis,  porositas  dan  kuat  tekan digunakan untuk mengidentifikasi sifat mekanik dari sampel.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1. Menunjukkan pola difraktogram laterite sebelum dan sesudah dehidroksilasi  pada  rentang  sudut 10 ° − 70 ° 2𝜃 .  Perubahan  fase  tampak  terjadi pada  rentang  sudut  20 o -30 o 2𝜃 .  Difraktogram  tersebut  menunjukkan  puncak- puncak  kristal  yang  ditandai  dengan  tingginya  intensitas  yang  diidentifikasi sebagai  fase dickite Al 2 (Si 2 O 5 (OH) 4 dan  diberi  notasi  D  sebesar 72𝑤𝑡% .  Fase dickite adalah  mineral  dari  keluarga  kaolin.  Ketika  material  ini  didehidroksilasi, gugus hidroksil runtuh, sehingga fase kristalnya hilang seperti yang terlihat pada gambar bagian b, dan menyisakan fase kaolin sebesar 20%. F ase quartz (SiO 2 ) tetap  utuh  oleh  karena  mineral  ini  tidak  mengalami  perubahan  fase  pada temperatur 750℃ .
SiO2 61% Al2O3 4% Kaolin ite-1A 20% Anata se 3% KO2 3% Fe2O 3 9% SiO2 8% Corondu m 5% Fe2O3 3% Dickite 72% Magnet ite 4% NaO 1% TiO2 7% Analci me 42% Fe2O3 2% Seifert ite 27% Al2O3 29% SiO2 25% Fe2O3 28% Al2O3 47% Fe2O3 29% SiO2 23% Beta- Na 23% Al2O3 25% Gambar 1. Difraktogram Laterite Deposit Bone (a) sebelum dan (b) setelah dehidroksilasi
Gambar  1  menunjukkan  hasil  analisis  XRD  sampel  geopolimer  berbasis laterite  pada  sudut 10 ° − 70 ° 2𝜃 untuk  ketiga  komposisi.  Ketiga  sampel mengalami  perubahan  fase  yang  disebabkan  oleh  perbedaan  komposisi  kimia dari  perbandingan  SiO 2 /Al 2 O 3 dan  larutan  alkali  yang  digunakan  sebagai aktivator.
Gambar 2. Difraktogram Geopolimer Laterite Komposisi K3, K5 dan K6
Gambar  2.  Menunjukkan  pola  hasil  analisis  XRD  untuk  ketiga  komposisi geopolimer  berbasis  laterite  dengan  perbandingan  molar  Si:Al,  Na:Al  dan
H 2 O:Na 2 O yang berbeda. Pada sampel dengan kode K3 terdapat 3 fase utama, yakni aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sebesar 46%, quartz (SiO 2 ) sebesar 25 % dan  iron (III) Oxida, alpha-Fe 2 O 3 sebesar 28%. Sampel K5 didominasi oleh fase Analcime (NaAlSi 2 O 6 .H 2 O) sebesar 42 % , hematite (Fe 2 O 3 ) sebesar 2 % , Seifertife sebesar 27 % dan  Aluminium  Oxide  (Al 2 O 3 )  sebesar  29 % .  Sedangkan  untuk  sampel  K6 didominasi oleh fase  iron (III) oxide, hematite (Fe 2 O 3 ) sebesar 29 % , quartz low (SiO 2 )  sebesar  23 % ,  Beta-Na  sebesar  22,9 % dan  Aluminium  Oxide  (Fe 2 O 3 ) sebesar  25,1 % .  Perbedaan  komposisi    molar  rasio  menyebabkan  terjadinya pergeseran  fase  penyusun  geopolimer.  Hasil  penelitian  yang  diperoleh menunjukkan adanya oksida dan senyawa seperti  seperti SiO 2 , Al 2 O 3 dan Fe 2 O 3, Beta-Na (Fe0.25Al.0.75)O 2 ,  Na(Fe0.Al0.75)O 2 yang  merupakan  jaringan  utama penyusun  geopolimer  yang  dikenal  sebagai  tipe Na-Poly(Ferro-Sialate-Siloxo) . Perbedaan  fase  dari  ketiga  sampel  tersebut  sangat  berpengaruh  terhadap  sifat mekanik, struktur mikro dan distribusi pori geopolimer berbasis laterite.
Gambar 3. Citra SEM permukaan sampel geopolimer laterite komposisi K3
Gambar 4. Citra SEM permukaan sampel geopolimer laterite komposisi K5
Gambar 5. Citra SEM permukaan sampel geopolimer laterite komposisi K6
Morfologi  pasta  geopolimer  laterite  deposit  Bone  dapat  dilihat berdasarkan  hasil  karakterisasi  SEM  ( Scanning  Electron  Microscopys )  pada gambar  3,  gambar  4  dan  gambar  5.  Sampel  geopolimer  dengan  rasio  molar oksida  SiO 2 /Al 2 O 3 =  3,  Na 2 O/SiO 2 =  0,2  dan  H 2 O/Na 2 O:10  untuk  komposisi  K3 tampak  belum  memiliki  morfologi  yang  homogen,  laterite  pembentuk  matrix masih  membentuk  ikatan  kimia  yang  sempurna  dan  masih  berbentuk  butiran dengan  ukuran  yang  tidak  seragam.  Ketika  perbandingan  molar  SiO 2 jauh  lebih besar dibandingkan Al 2 O 3 , maka morfologi sampel semakin padat yang berikatan dengan  larutan  alkali,  seperti  gambar  4 dan gambar  5.  Pada  komposisi  K5  dan komposisi K6 terlihat adanya retakan disekitar permuukaan sampel. Retakan ini dikenal sebagai retakan sekunder yang disebabkan oleh proses pemolesan pada saat  preparasi  sampel.  Selain  itu grey  level yang  berbeda  menunjukkan perbedaan  nomor  atom.  Perbedaan  morfologi  ketiga  komposisi  menunjukkan bahwa perbedaan rasio molar berpengaruh terhadap morfologi pasta geopolimer.
Gambar 6. Massa jenis geopolimer berbasis laterite dengan komposisi yang berbeda
Gambar 6. Porositas tampak pada sampel geopolimer dengan komposisi yang berbeda
Pengukuran  porositas  bertujuan  untuk  mengetahui  besar  ukuran  ruang kosong  diantara  suatu  material,  sedangkan  pengukuran  massa  jenis  dilakukan untuk menentukan kerapatan materi penyusun sebuah bahan.  Gambar 6 dan  7 merupakan  hasil  pengukuran  massa  jenis  dan  porositas  untuk  sampel geopolimer  berbasis  laterite  deposit  bone  dengan  variasi  perbandingan  molar yang berbeda-beda dan diperoleh massa jenis tertinggi pada  sampel komposisi
1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.55 1.68 1.71 M assa J e n is (g /cm 3 ) Jenis Sampel K3 K5 K6 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 17.8 12 10.22 P or os it a (% ) Jenis Sampel k3 k5 k6
K6  sebesar  1,71  g/cm 3 dan  porositas  semakin  kecil  yakni  sebesar  10,22%. Massa jenis yang tinggi juga menunjukkan sifat mekanik yang semakin baik. Hal ini identik dengan hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Kaze et al.,  (2020)  yang  menunjukkan  semakin  semakin    besar  massa  jenis  suatu sampel, maka semakin kecil porositasnya, dan semakin kecil massa jenis, maka semakin besar porositas yang diperoleh.
Tabel 1 . Hasil pengujian Kuat Tekan geopolimer berbasis laterite dengan variasi perbandingan molar No Jenis Sampel Rata-rata Kuat Tekan(MPa) Geopolimer laterite 1 K3 1,6 MPa 1,77 1,8 MPa 1,9 MPa 2 K5 4,2 MPa 4,87 5,2 MPa 5,2 MPa 3 K6
5,9 MPa 6,33 6,5 MPa 6,6 MPa
Gambar 7. Grafik pengujian kuat tekan ( compressive strength ) komposisi K3 K5
& K6 geopolimer deposit Bone menggunakan Universal testing mechine
Gambar  7.  merupakan  hasil  pengujian  kuat  tekan  geopolimer  berbasis laterite deposit Bone. Sampel yang diuji  berbentuk silinder dengan diameter 2.5 cm  dan  dimensi  5,0  cm.  Setiap  variasi  perbandingan  molar  masing-masing  3
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 K3 K5 K6 1.77 4.87 6.33 K u at t e ka n ( M P a)
benda  uji  sehingga  dapat  dilakukan  pengukuran  rata-rata.  Gambar  7. menunjukkan  nilai  kuat  tekan  maksimum  rata-rata  diperoleh  pada  K6  sebesar 6,33  MPa  dengan  perbandingan  molar  SiO 2 /Al 2 O 3 sebesar  0.3.  Kekuatan  tekan geopolimer  berbasis  laterite  sangat  berkaitan  dengan  perbandingan  rasio  Si/Al dari bahan dasar selama proses polimerisasi. Proses polimerisasi dibangun dari jaringan  struktur  SiO 2 dan  Al 3 O 4 dan  dihubungkan  dengan  jembatan  oksigen. Faktor  yang  lain  yang  mempengaruhi  kuat  tekan  geopolimer  adalah  volume  air reaksi yang tersisa di dalam bahan (Bodian dkk., 2018). Selain volume air,  kuat tekan geopolimer sangat  bergantung  pada  temperatur  kalsinasi    dan  kehadiran pori  (Kaze dkk., 2020)

## 4. SIMPULAN
Analisi  XRD  menunjukkan  laterite  yang  digunakan  untuk  sintesis geopolimer  terdiri  atas  Fe,  Si  dan  Al  sebagai  penyusun utama.  Sampel  dengan komposisi  K3  didominasi  fase  oleh aluminum  oxide (Al 2 O 3 )  sebesar  46%, komposisi K5 didominasi oleh fase Analcime (NaAlSi 2 O 6 .H 2 O) sebesar 42 % dan komposisi K6 didominasi oleh hematite (Fe 2 O 3 ) sebesar 29 % . Perbedaan molar oksida  menyebabkan  terjadi  pergeseran  fase  penyusun  geopolimer.  Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa kandungan oksida laterite seperti SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3, dan Beta-Na(Fe0.25Al.0.75)O 2 , Na(Fe0.Al0.75)O 2 merupakan jaringan utama penyusun geopolimer tipe Na-Poly(Ferro-Sialate-siloxo) . Morfologi sampel  geopolimer  untuk  ketiga  komposisi  bahwa  menunjukkan  ketika perbandingan  molar  SiO 2 jauh  lebih  besar  dibandingkan  Al 2 O 3 ,  maka  morfologi sampel  semakin  padat,  massa  jenis  semakin  besar  dan  porositas  menurun sehingga sifat mekanik semakin baik.

## DAFTAR PUSTAKA
Bodian, S., Faye, M., Sene, N. A., Sambou, V., Limam, O., & Thiam, A. (2018). Thermo-mechanical behavior of unfired bricks and fired bricks made from a  mixture  of  clay  soil  and  laterite. Journal  of  Building  Engineering , 18 , 172 –179. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.03.014
Kaze,  C.  R.,  Djobo,  J. N.  Y.,  Nana,  A., Tchakoute,  H. K.,  Kamseu, E.,  Melo,  U. C.,  …  Rahier,  H.  (2018).  Effect  of  silicate  modulus  on  the  setting, mechanical  strength  and  microstructure  of  iron-rich  aluminosilicate (laterite)  based-geopolymer  cured  at  room  temperature. Ceramics
International , 44 (17), 21442 –21450.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.08.205
Kaze, C. R., Venyite, P., Nana, A., Juvenal, D. N., Tchakoute, H. K., Rahier, H., … Leonelli, C. (2020). Meta-halloysite to improve compactness in iron-rich laterite-based alkali activated materials. Materials Chemistry and Physics , 239 , 122268. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122268 Kolawole,  F.  O.,  Olugbemi,  O.  M.,  Kolawole,  S.  K.,  Owa,  A.  F.,  &  Ajayi,  E.  S. (2017).  Fracture  Toughness  and  Strength  of  Bamboo-Fiber  Reinforced Laterite  as  Building  Block  Material. Universal  Journal  of  Materials Science , 5 (3), 64 –72. https://doi.org/10.13189/ujms.2017.050302 Puspitasari,  Y.,  &  Atmaja,  L.  (t.t.). SINTESIS  DAN  KARAKTERISASI GEOPOLIMER BERDASARKAN VARIASI RASIO MOL SiO2/Al2O3 DARI ABU LAYANG PLTU SURALAYA . 6.
Shojaei,  M.,  Behfarnia,  K.,  &  Mohebi,  R.  (2015).  Application  of  alkali-activated slag  concrete  in  railway  sleepers. Materials  &  Design , 69 ,  89 –95. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.12.051
Subaer,  Amalia,  N.,  Nurfadilla,  Riska,  A.,  Sulfiana,  &  San,  F.  P.  (2017).  The Potential of Laterite Soils Deposit South Sulawesi as a Precursor for Na- Poly  (Ferro-Sialate)  Geopolymers. MATEC  Web  of  Conferences , 97 , 01014. https://doi.org/10.1051/matecconf/20179701014
Subaer,  Haris,  A.,  Irhamsyah,  A.,  Akifah,  N.,  &  Amalia,  N.  S.  (2019).  Physico-
Mechanical  Properties  of  Geopolymer  Based  on  Laterite  Deposit  Sidrap, South  Sulawesi. Journal  of  Physics:  Conference  Series , 1244 ,  012037. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1244/1/012037
Zhang, H.  Y., Kodur, V., Wu, B., Cao, L., & Wang, F. (2016). Thermal behavior and  mechanical  properties  of  geopolymer  mortar  after  exposure  to elevated  temperatures. Construction  and  Building  Materials , 109 ,  17 –24. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.01.043