## Pelindung Dinding Terhadap Hujan Asam Menggunakan Geopolimer Berbasis Nanosilika dan Cellulose Nanocrystals

## C. Rahmawati
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Abulyatama, Aceh Besar, Indonesia Email : cutrahmawati@abulyatama.ac.id
A R T I C L E   I N F O A B S T R A C T Article history : Artikel masuk :  21-05-2023 Artikel revisi :  29-05-2023 Artikel diterima   :  24-06-2023 Geopolymers have a weakness in durability against exposure to acid rain. Nano-silica and Cellulose Nanocrystals (CNCs) can be incorporated to enhance the acid rain resistance of geopolymers.
This study aims to investigate the durability of geopolymer-based nano-silica and CNCs against exposure to acid rain. This study employed  a  rain  simulation  infiltration  method.  The concentrations of nano-silica and CNCs used were 4% and 1%, respectively.  The  compressive  strength  of  the  geopolymer specimens  was  tested  before  and  after  exposure  to  assess  the effects  of  acid  rain.  Additionally,  SEM  and  XRD  tests  were conducted  to  analyze  microstructural  changes.  The  results revealed  a  significant  reduction  in  the  compressive  strength  of the  geopolymer  without  nano  silica  and  CNCs  (36.14%  and 26.73% at pH 4 and 5, respectively). In contrast, the geopolymer paste  containing  nano-silica  and  CNCs  exhibited  lower reductions  of  22.93%  and 19.77%  at  pH  4  and  5, respectively. These findings indicate that the addition of nano-silica and CNCs contributes  to  the  preservation  of  compressive  strength.  The observed  effect  is  attributed  to  the  ability  of  nano-silica  and CNCs  to  impede  acid  attack  on  the  geopolymer  paste,  thereby preventing the degradation of calcium levels present in the fly ash within  the  geopolymer.  The  strength  degradation  of  the geopolymer  paste  resulted  from  the  breakdown  of  Al–O,  Si–O, and calcium bonds within the system, triggered by the reaction with  H 2 SO 4 from  the  acid  rain.  Nano-silica  and  CNCs-based geopolymers  exhibit  positive  effects  and  can  be  utilized  as  a coating on the walls of buildings.
Keywords  : Acid  Rain,  Cellulose  Nanocrystals,
Durability, Geopolimer, Nano-
silica Style IEEE dalam mensitasi artikel ini: C. Rahmawati, “Pelindung Dinding Terhadap Hujan asam menggunakan Geopolimer Berbasis Nanosilika dan Cellulose Nanocrystals,”  Jurmateks,  vol.6,
no.1, pp. 1-16, 2023, doi: 10.30737/jurmateks.v6i1.4625

## 1.  Pendahuluan
Geopolimer  pertama  kali  dikembangkan  sebagai  material  inorganik  alumina  silikat pada  tahun  1940  oleh  Purdon  dan  pada  tahun  1950  oleh  Glukovsky  [1].    Pengembangan geopolimer ini memanfaatkan kalsium, silika dan alumina dari limbah anorganik serta larutan aktivator  menjadi  bahan  pengikat.  Geopolimer  berpotensi  sebagai  bahan  pengikat  karena memiliki  sifat  mengikat  seperti  semen Ordinary  Portland  Cement (OPC).  Bahan  pengikat dibutuhkan dalam dunia konstruksi sebagai perekat material pasir, kerikil  dan bahan lainnya
Tersedia Secara Online di http://ojs.unik-kediri.ac.id/index.php/jurmateks/index
https://dx.doi.org/ 10.30737/jurmateks.v6i1.4625 JURMATEKS
untuk menjadi mortar atau beton. Bahan pengikat yang terbentuk dari material anorganik dan alkali akan memberikan ketahanan yang baik pada lingkungan yang agresif seperti hujan asam dan dan air laut. Lebih lanjut potensi dari geopolimer ini dikembangkan sebagai bahan pelapis dan  perekat  yang  disintesis  dengan  larutan  alkalin  dan  alumina  silikat  [2].  Bahan  dasar (prekursor)  geopolimer  berasal  dari  berbagai  sumber  alumina  silikat  seperti  kaolin ,  fly  ash , ground granulated blast furnace slag (GGBFS), bahan vulkanik, lumpur dan lainnya. Prekursor ini kemudian dicampur dengan larutan alkali dan dipanaskan pada suhu tertentu.
Ketika  digunakan  sebagai  bahan  konstruksi,  geopolimer  memiliki  beberapa permasalahan. Salah satunya, ketidaktahanan terhadap lingkungan agresif seperti hujan asam, limbah  buangan  pabrik,  air  laut.  Pengaruh  buruk  asam  sangat  mudah  merusak  pasta  semen dengan merusak kalsium dan ikatan silikat-aluminat yang merupakan ikatan utama geopolimer. Jika serangan ini terjadi terus berlangsung dalam waktu yang lama maka akan mengakibatkan putusnya ikatan Al – O dan Si – O, sehingga menyebabkan penurunan kekuatan. Penelitian daya tahan geopolimer terhadap paparan lingkungan asam [3], [4], lingkungan air laut [5], limbah buangan  pabrik  [6]  telah  banyak  dilakukan.  Penelitian  ini  menunjukkan  sulfat  dapat memutuskan ikatan Al – O dan Si – O. Pengaruh buruk asam sulfat dapat menyebabkan pemuaian, retak dan disintegrasi spesimen beton [7]. Secara umum, ion sulfat banyak terdapat di air hujan, air tanah, dan limbah industri industri [8], [9].
Salah  satu  upaya  yang  dapat  dilakukan  untuk  memperlambat  pengaruh  buruk  asam yaitu dengan menambahkan silika. Penambahan nanosilika pada geopolimer terbukti mampu menambah daya tahan geopolimer  [10], [11]. Nano silika dapat mempercepat hidrasi semen dan  pembentukan  gel  kalsium  silikat  (C-S-H)  sehingga  struktur  pori  dapat  dioptimalkan. Ukuran partikel nanosilika mampu mengisi pori yang berukuran mikron. Hal tersebut membuat geopolimer menjadi padat sehingga membuat ion-ion sulfat tidak dapat masuk untuk merusak jaringan  geopolimer  [12].  Silika  mampu  bereaksi  menjadi  kalsium  silikat  hidrat  dan  tidak mudah  larut  sehingga  dapat  mempertahankan  kekuatan  geopolimer.  Abu  sekam  padi mengandung  silika  sebesar  93,27%  [13],  [14].  Material  yang  mengandung  silika  layak digunakan dalam produk berbasis semen [15]–[17].
Disisi  lain, pengaruh buruk asam  juga  dapat  masuk melalui retak-retak yang terjadi pada permukaan hingga ke bagian dalam pasta. Hal ini menyebabkan ion-ion sulfat akan masuk kedalam pori-pori sebagai bagian terlemah dari geopolimer dan merusak struktur geopolimer. Geopolimer perlu dilindungi dengan menambahkan serat yang mampu mencegah perambatan retak.  Untuk  memperbaiki  perambatan  retak  dan  menjadi  tulangan  mikro,  peneliti  telah melakukan  pengkajian  mengenai  penambahan  serat  pada  geopolymer  [18].    Serat  mampu
C. Rahmawati / JURMATEKS Volume 6 Nomor 1 Tahun 2023
mencegah perambatan retak melalui ikatan selulosa yang ada yang mengikat OH yang ada pada material  lainnya  dalam  matriks  [18],  [19].  Serat  alam  tanaman  batang  typha  dapat  dijadikan sebagai  alternatif  karena  mengandung  selulosa  60,9%  [20].    Selulosa  merupakan  senyawa organik sebagai komponen struktural utama dinding sel tanaman [21]. Serat ini dapat dengan mudah  disintesis  menjadi  Cellulose  Nanocrystals  (CNCs)  dengan  metode  sederhana  yaitu hidrolisis asam.
Penguatan geopolimer oleh partikel mineral dan serat dapat meningkatkan kekuatan tekan dan ketahanan serangan sulfat [22]. Karakteristik daya tahan beton geopolimer berbasis fly ash dengan 0%, 0,25%, 0,5%, 0,75%, dan 1% serat baja juga telah dipelajari dan hasilnya menunjukkan bahwa geopolimer yang diperkuat serat memiliki sifat daya tahan yang jauh lebih baik  daripada  beton  konvensional  dengan  kualitas  yang  sama  [23].  Serat  sebesar  1%  yang ditambahkan pada geopolimer, terbukti mampu menahan perambatan retak serta meningkatkan durabilitas geopolimer berbasis fly ash [24]. Sementara itu, penambahan serat polypropylene sebesar  0,6% pada  geopolimer  terbukti  mampu  menahan  penetrasi  klorida  dan  menahan penurunan kuat tekan [25]. Namun, belum ada yang melaporkan tentang daya tahan geopolimer yang mengandung nanosilika dan CNCs terutama pada paparan hujan asam. Penyelidikan daya tahan geopolimer komposit terhadap lingkungan agresif berupa hujan asam sangat diperlukan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  daya  tahan  dari  geopolimer  berbasis nanosilika  dan  CNCs  pada  paparan  hujan  asam.  Daya  tahan  dianalisis  dengan  metode infiltration  pada  pH  4  dan  5.  Pengujian  mekanis  yang  dilakukan  adalah  kuat  tekan  dan pengujian mikrostruktur berupa SEM dan XRD.  Hasil dari penelitian ini  diharapkan mampu memperlihatkan  bagaimana  nanosilika  dan  CNCs  memberikan  pengaruh  positif  pada peningkatan daya tahan geopolimer terhadap hujan asam.

## 2.  Metode Penelitian
Penelitian ini dimulai dengan persiapan bahan berupa nanosilika dari abu sekam padi dan CNCs dari serat tanaman typha. Kegiatan yang dilakukan meliputi persiapan geopolimer, persiapan serat typha menjadi CNCs dan persiapan abu sekam padi menjadi nanosilika. Hasil campuran  bahan  ini  menghasilkan  pasta  geopolimer  berbasis  nanosilika  dan  CNCs  yang kemudian dilakukan pengujian daya tahan.
Sumber: Peneliti (2023).
Gambar 1. Proses Pelaksanaan Penelitian.

## 2.1 Bahan
Bahan  yang  digunakan  adalah fly  ash yang  berasal  dari  PLTU  Nagan  Raya,  Aceh. Larutan alkali dibuat dari NaOH dan Na 2 SiO 3 . Abu sekam padi berwarna putih diambil dari kilang  padi  yang  kemudian  di ballmill selama  10  jam  untuk  mendapatkan  ukuran  partikel 339,09 nm sesuai dengan penelitian sebelumnya [26].  Tanaman typha diambil di lahan terbuka yang  di  kawasan  permukiman  yang  selanjutnya  diproses  menjadi  CNCs  dengan  metode hidrolisis  asam  sesuai  dengan  penelitian  sebelumnya  [20] . H 2 SO 4 merek  merck®  99% digunakan untuk membuat larutan dengan pH 4 dan 5.
2.2 Metode

## 2.2.1 Pembuatan Geopolimer
Geopolimer  dibuat  dengan  mencampurkan fly  ash dengan  larutan  alkali  NaOH dicampurkan  dengan  aquades  sehingga  membentuk  larutan  10  Molar.  Larutan  alkali  dibuat dengan mencampurkan larutan NaOH 10 M dan Na 2 SiO 3 dengan perbandingan 1:1. Larutan alkali dicampurkan dalam fly ash dengan rasio 26% : 74%. Nanosilika dan CNCs dicampurkan ke dalam pasta geopolimer dengan persentase masing-masing sebesar 4% dan 1%. Pasta semen geopolimer  ini  kemudian  dimasukkan  kedalam  cetakan.  Setelah  berumur  28  hari  dilakukan pengujian  durabilitas.  Rancangan  benda  uji  adalah  dengan  membuat  benda  uji  kontrol  dan benda uji yang ditambahkan nanosilika 4% dan CNC 1%.
Tabel 1. Rancangan Campuran untuk Uji Daya Tahan Pasta Geopolimer
Beda Uji Derajat Keasaman Simulasi Hujan Asam pH 4 pH 5 Tanpa nanosilika dan CNCs G0-4 G0-5 Penambahan nanosilika dan CNCs G1-4 G1-5
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
C. Rahmawati / JURMATEKS Volume 6 Nomor 1 Tahun 2023

## 2.2.2 Pengujian Daya Tahan
Daya tahan geopolimer berbasis nanosilika dan cellulose nanocrystals terhadap hujan asam dilakukan dengan metode infiltration . Simulasi infiltration hujan asam ditunjukkan pada Gambar  2 Simulasi  dibuat  dengan  larutan  hujan  asam  mewakili  pH  4  dan  5  menggunakan volume  larutan  2000  mL  dengan  kecepatan  aliran  sebesar  20  mL/jam  sesuai  dengan  yang disarankan oleh penelitian sebelumnya [27].  Benda uji yang digunakan berupa kubus 5x5x5 cm yang telah dilakukan modifikasi penambahan nanosilika dan CNCs masing-masing sebesar 4  dan  1%  sesuai  dengan  penelitian  sebelumnya  [26].  Perubahan  berat  sampel  sebelum  dan sesudah  diberi  perlakukan  dicatat.  Pengujian  yang  dilakukan  berupa  perubahan  visual, perubahan berat dan perubahan kuat tekan . Karakterisasi struktur mikro dilakukan berupa SEM dan XRD.
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 2. Simulasi Hujan Asam Pada Pasta Geopolimer Berbasis Nanosilika dan CNCs.
Larutan hujan asam volume 2000 mL dengan kecepatan peresapan 20 mL/jam dengan metode  peresapan  ( infiltration ).  Pengujian  dilakukan  pada  pH  4  dan  5  karena  pH  4  dan  5 mewakili pH hujan asam yang dapat merusak dinding bangunan. Kehilangan alkalinitas perlu diperhatikan  karena  penurunan  alkalinitas  menunjukkan  ion-ion  sulfat  telah  masuk  kedalam geopolimer  dalam  membuat  pH  geopolimer  turun.  Untuk  melihat  secara  visual  kehilangan alkalinitas  pasta  geopolimer  digunakan  larutan phenolphthalein pada  permukaan  benda  uji yang diberi perlakuan dan tanpa perlakuan
Pengujian kuat tekan dilakukan sesuai standar ASTM C109, 2001 [28].
f’c = 𝑃 𝐴 (1) Fiber ring Corong kaca (berisi larutan) benda uji geopolimer Kran pengatur volume larutan Gelas beaker /penampung
Dimana, f'’c adalah  kuat  tekan  (MPa), P adalah  beban  maksimum  (N)  dan A adalah  luas permukaan (mm 2 ).
Koefisien relatif kuat tekan sisa dihitung sebagai berikut [29]:
𝐾 𝑓 = 𝑓 𝑡 𝑓 𝑐 (2)
Dimana K f adalah koefisien relatif dari sisa kuat tekan akibat paparan hujan asam, f t adalah  kuat tekan setelah terpapar hujan asam, dan f c adalah kuat tekan dari benda uji kontrol tanpa paparan.

## 3.  Hasil dan Diskusi

## 3.1 Tampilan Visual
Gambar  3 terlihat  bahwa  terjadi  perubahan  kondisi  benda  uji  secara  visual  setelah terpapar dengan larutan hujan asam. Dalam waktu singkat paparan hujan asam menyebabkan kerusakan  pada  benda  uji.  Pasta  geopolimer  mengalami  perubahan  pada  permukaan  setelah serangan asam, terutama pada benda uji tanpa penambahan nanosilika dan CNCs. Permukaan terlihat terkelupas dengan struktur internal yang kasar.
Kode Sebelum Terpapar Sesudah Terpapar Larutan phenolphthalein Sebelum Terpapar Sesudah Terpapar G0-5
G0-4
G1-5 G1-4
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 3. Tampilan Visual Penampang Pasta Geopolimer Terpapar Hujan Asam.
C. Rahmawati / JURMATEKS Volume 6 Nomor 1 Tahun 2023
Pelindung Dinding Terhadap Hujan Asam Menggunakan Geopolimer Berbasis Nanosilika dan Cellulose Nanocrystals https://dx.doi.org/10.30737/jurmateks.v6i1.4625
Dengan  penyemprotan  larutan phenolphthalein terlihat  semua  benda  uji  kehilangan alkalinitas.  Kehilangan  alkanitas  menunjukkan  penurunan  pH  yang  menyebabkan  mudah terjadi serangan ion-ion  sulfat.  Geopolimer memiliki  pH > 12,5 hal  ini memberi  lingkungan yang pasif pada geopolimer sehingga terproteksi dari lingkungan agresif. Penetrasi larutan asam pada pasta geopolimer menyebabkan pH akan turun dan menyerang pori-pori.

## 3.2 Perubahan Berat
Gambar  4 menunjukkan  bahwa  terjadi  perubahan  berat  pasta  geopolimer  akibat paparan hujan asam. Benda uji mengalami pengurangan berat dari benda uji kontrol (G0) yaitu 191 gr menjadi 180 gram pada pH 4, sementara itu pada pH 5 benda uji kontrol mengalami pengurangan dari 193 gr menjadi 187 gr. Kecenderungan tren yang sama juga terjadi pada pasta geopolimer dengan penambahan nanosilika dan CNCs (G1). Pada benda uji dengan pH 4 terjadi penurunan berat dari 190 gr menjadi 183 gr, sementara itu pada pH 5 terjadi pengurangan dari 194 gr menjadi 190 gr.
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 4. Perubahan Berat Pasta Geopolimer Sebelum dan Sesudah Terpapar Hujan Asam.
Dari Gambar 5 terlihat persentase perubahan berat pada benda uji kontrol pada pH 4 dan 5 masing masing sebesar 5,76% dan 3,11%. Sementara itu benda uji dengan penambahan nanosilika dan CNCs pada pH 4 dan 5 mengalami sedikit penurunan masing-masing sebesar 3,68%  dan 2,06%.
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
180 187 183 190 191 193 190 194 170 175 180 185 190 195 200 G0-4 G0-5 G1-4 G1-5 B er at ( gr ) Benda uji Berat awal Setelah terpapar hujan asam -5.76 -3.11 -3.68 -2.06 -7.70 -6.70 -5.70 -4.70 -3.70 -2.70 -1.70 -0.70 0.30 G0-4 G0-5 G1-4 G1-5 P er uba ha n be ra t ( % ) Benda uji
Penurunan  menunjukkan  adanya  serangan  sulfat  pada  geopolimer.  Penurunan  berat pasta  geopolimer  disebabkan  karena  reaksi  ion-ion  sulfat  dari  larutan  hujan  asam  bereaksi sehingga  mengganggu  proses  polimerisasi  pasta  geopolimer.  Semakin  rendah  pH  maka semakin  besar  reaksi  ion-ion  sulfat  yang  merusak  pasta  geopolimer.  Penurunan  kecil  terjadi pada pasta geopolimer dengan nanosilika dan CNCs disebabkan karena peningkatan silika pada pasta geopolimer padat mampu menghambat reaksi ion-ion sulfat [9].
Dari  perubahan  berat  pasta  geopolimer  pada  kondisi  paparan  hujan  asam  dapat disimpulkan bahwa berat pasta geopolimer memiliki tren terus menurun. Hasil menunjukkan bahwa penambahan nanosilika memiliki pengaruh positif pada perubahan berat  akibat hujan asam. Pasta geopolimer dengan nanosilika dan CNCs tidak memperlihatkan perubahan besar yang signifikan di bawah pengaruh hujan asam dalam jangka pendek [3].

## 3.3 Pengaruh Hujan Asam Terhadap Kuat Tekan
Gambar 6 dan 7 memperlihatkan perubahan kuat tekan dan persentase perubahannya akibat  paparan  hujan  asam.  Kuat  tekan  pasta  geopolimer  kontrol  G0  (tanpa  penambahan nanosilika dan CNCs) adalah 21,47 MPa dan kuat tekan pasta geopolimer berbasis nanosilika dan CNCs (G1) sebelum diberi perlakuan adalah 22,20 MPa.
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 6. Perubahan Kuat Tekan Pasta Geopolimer Akibat Paparan Hujan Asam.
Kuat  tekan  pasta  geopolimer  kontrol  setelah  terpapar  hujan  asam  pada  pH  4  dan  5 masing-masing  sebesar  13,71  MPa  dan  15,73  MPa.  Sementara  itu  pasta  geopolimer  dengan penambahan nanosilika dan CNCs pada pH 4 dan 5 masing-masing sebesar 17,11 dan 17,81 MPa.  Kuat  tekan  relatif  juga  menunjukkan  trend  yang  sama  yaitu  penurunan  yang  berkisar antara 0,64 sampai 0,80.
13.71 15.73 17.11 17.81 0.64 0.73 0.77 0.80 - 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 - 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 G0-4 G0-5 G1-4 G1-5 K ua t te ka n re la ti f K ua t te ka n (M P a) Benda Uji Kuat tekan Kuat tekan relatif
C. Rahmawati / JURMATEKS Volume 6 Nomor 1 Tahun 2023
Pelindung Dinding Terhadap Hujan Asam Menggunakan Geopolimer Berbasis Nanosilika dan Cellulose Nanocrystals https://dx.doi.org/10.30737/jurmateks.v6i1.4625
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 7. Persentase Perubahan Kuat Tekan Pasta Geopolimer Akibat Paparan Hujan Asam.
Gambar  7 menunjukkan  persentase  perubahan  kuat  tekan  pada  pasta  geopolimer. Penurunan kuat tekan terjadi pada semua benda uji baik pasta geopolimer kontrol maupun pada penambahan nanosilika dan CNCs. Penurunan masing-masing pasta geopolimer kontrol pada pH 4 dan 5 sebesar 36,14% dan 26,73%. Sedangkan pada pasta geopolimer dengan penambahan nanosilika  dan  CNCs  pH  4  dan  5  masing-masing  sebesar  22,93%  dan  19,77%.  Pada  pasta geopolimer  dengan  penambahan  nanosilika  dan  CNCs  menunjukkan  penurunan  yang  lebih sedikit.
Berdasarkan Gambar 6 dan 7 terlihat kehilangan kuat tekan terbesar ada pada benda uji kontrol dengan perubahan kuat tekan mencapai 36,14%, sementara itu pada pasta dengan nanosilika  dan  CNCs  mengalami  kehilangan  pada  pH  4  sebesar  22,89%.  Pada  studi  ini  pH larutan simulasi hujan asam lebih rendah dan bereaksi dengan pasta geopolimer yang memiliki pH  lebih  tinggi  sehingga  netralisasi  pasta  geopolimer  akan  lebih  cepat.  Semakin  rendah  pH larutan maka berpengaruh pada penurunan kuat tekan pasta geopolimer.
Degradasi kekuatan pasta geopolimer disebabkan oleh putusnya ikatan Al – O dan Si – O, selain kalsium dalam sistem yang bereaksi dengan H 2 SO 4 membentuk sulfat dan kalsium sulfat (CaSO 4 ) atau disebut gypsum serta calcium sulphoaluminate atau sering disebut ettringite [30]. Hal ini juga terkonfirmasi pada penyelidikan SEM. Serangan asam pada pasta geopolimer merusak kadar Ca pada fly ash . Bahan konstruksi yang ditambahkan silika memiliki daya tahan terhadap  kuat  tekan  yang  lebih  baik,  hal  serupa  juga  dilaporkan  pada  pengamatan  perilaku benda uji menggunakan 30%RHA dan 50% silika amorf yang direndam dalam larutan sulfat dan menemukan bahwa  terjadi penurunan sebesar 4% sampai 6%  [31]. Penambahan ground granulated blast furnace slag (GGBS) dengan CaO (30 %–50 %), SiO 2 (28 %–38 %), Al 2 O 3 (8%–24 %), dan MgO  (1%–18%) dapat  meningkatkan kuat  tekan terhadap geopolimer pada lingkungan agresif sebesar 10%–14% [32].
1000 1500 2000 -36.14 -26.73 -22.89 -19.74 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 G0-4 G0-5 G1-4 G1-5 P er uba ha n ku at t ek an ( % ) Benda Uji Geopolimer kontrol Geopolimer (CNCs + NS)

## 3.4 Perubahan Mineralogi
Gambar 8 menunjukkan analisis difraksi sinar-X pada pasta geopolimer yang terpapar hujan asam. Dari analisis XRD terlihat hilangnya unsur utama dalam pasta geopolimer yaitu quartz setelah terpapar hujan asam. Namun demikian puncak utama quartz pada 2 theta yaitu 26,66°  –  26,72°  terlihat  tidak  banyak  berubah.  Mineral  yang  muncul  pada  pada  benda  uji kontrol tanpa perlakuan yaitu mullit e (Al 6 O 13 Si 2 ) terlihat telah terhidrasi.
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 8. XRD Analisis Sebelum dan Sesudah Terpapar Hujan Asam, (a) Kontrol, (b) G05, (c) G0-4, (d) G1-5, (e) G1-4.
Melalui  analisis  XRD  menunjukkan  tidak  ada  perubahan  mineralogi  penting  dalam pasta geopolimer berbasis nanosilika dan CNCs pada paparan hujan asam. Kehadiran puncak- puncak  kecil quartz menunjukkan  bahwa  pasta  geopolimer  tidak  ada  perubahan  reaksi  yang signifikan. Hal serupa juga dilaporkan oleh studi lainnya yang menyatakan bahwa perubahan mineral  pada geopolimer belum terdeteksi pada 30 sampai 180 hari pada lingkungan agresif [33]. Quartz adalah salah satu komponen utama pasta geopolimer dan bertanggung jawab atas ketahanan mekanis. Jika agresivitas lingkungan meningkat, kehilangan kuarsa yang lebih tinggi dapat  terjadi.  Dalam  studi  ini  penurunan  quartz  terlihat  belum  begitu  tinggi,  hal  ini menunjukkan pasta geopolimer mampu bertahan pada lingkungan hujan asam.

## 3.5 Perubahan Morfologi
Gambar  9 memperlihatkan  analisis  SEM  yang  dilakukan  untuk  melihat  perubahan struktur mikro dan komponen pasta geopolimer yang berbeda di bawah serangan hujan asam. Pada kondisi paparan hujan asam terlihat muncul retak mikro dan micro gaps . Kalsium yang terdapat  dalam  pasta  geopolimer  bereaksi  dengan  sulfat  dan  air  yang  menghasilkan  kalsium sulfat atau gypsum .
4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 26.4 26.55 26.7 26.85 27 A xi s Ti tl e 2Ɵ (degree) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 10 20 30 40 50 60 In te n si ty (c ou n ts ) 2Ɵ (degree) Q Q Q Q Q Q Q 26.72 26.66 Q Q Q = Quatz (SiO 2 ) M = Mullite  (Al 6 O 13 Si 2 ) M Q (a) (b) (c) (d) (e) (a) (b) Q (c) (d) (e)
e ISSN  2621-7686
Sumber: Hasil Penelitian (2023).
Gambar 9. SEM Pasta Geopolimer Berbasis Nanosilika dan CNCs yang Terpapar Hujan Asam.
Kerusakan pada pasta geopolimer berbasis nanosilika dan CNCs  disebabkan karena faktor internal dan eksternal. Faktor internal seperti kandungan sulfat yang sudah ada di raw material  seperti fly  ash dan  faktor  eksternal  seperti  pertukaran  reaksi  antara  larutan  agresif dengan komponen pasta geopolimer yang sudah mengeras [34]. Terbentuknya gypsum ini bila keadaannya  kering,  akan  membentuk  kristalnya  yang  seperti  jarum  dan  mengembang, mendesak sisi sekitarnya sehingga terjadi pengrusakan pada sisi sekitarnya dan menyebabkan pasta geopolimer merapuh.

## 4.  Kesimpulan
Larutan asam  mampu  menurunkan kekuatan mekanis  geopolimer. Namun  demikian CNCs mampu meningkatkan kemampuannya sebagai bahan penguat dalam pasta geopolimer. Sementara  itu  nanosilika  cukup  berperan  dalam  daya  tahan  pasta  geopolimer.  Nanosilika mampu  menambah  ikatan  Si – O  pada  pasta  geopolimer  walaupun  setelah  terpapar  beberapa ikatan  Si – O  putus  yang  diikuti  dengan  penurunan  kekuatan  mekanis.  Kuat  tekan  pasta geopolimer  tanpa  penambahan  nanosilika  dan  CNCs  setelah  terpapar  hujan  asam  menurun 36,14% pada pH 4, namun pada pasta geopolimer yang diberi nanosilika dan CNCs penurunan menurun hanya sebesar  19,74%. Hal  ini menunjukkan nanosilika dan CNCs  baik  digunakan sebagai material dalam pasta geopolimer pada lingkungan asam dan air laut. Semakin rendah pH  maka  semakin  besar  terjadi  penurunan  kekuatan  mekanis.  Penurunan  kinerja  pasta geopolimer komposit pada pengaruh hujan asam disebabkan karena proses depolimerisasi dari alumina silikat dan pembebasan silikat, penggantian kation Na dan K oleh hidrogen atau ion
retak Micro gaps gypsum (a) (b)
hidronium dan dealuminasi dari struktur geopolimer itu sendiri. Hal ini juga terhubung pada proses kondensasi polimer yang mengandung silika dan quartz yang menyebabkan penurunan kuat  tekan  pasta  geopolimer.  Dengan  demikian  geopolimer  yang  dikompositkan  dengan nanosilika  dan  CNCs  dapat  diaplikasikan  sebagai  pelapis  dinding  bangunan  karena memberikan daya tahan yang baik terutama pada geopolimer yang terpapar hujan asam.
C. Rahmawati / JURMATEKS Volume 6 Nomor 1 Tahun 2023
e ISSN  2621-7686

## Daftar Pustaka
[1] H.  K.  Tchakouté,  C.  H.  Rüscher,  S.  Kong,  and  N.  Ranjbar,  “Synthesis  of  sodium waterglass  from  white  rice  husk  ash  as  an  activator  to  produce  metakaolin-based geopolymer  cements,” J.  Build.  Eng. ,  vol.  6,  pp.  252–261,  Jun.  2016,  doi: 10.1016/j.jobe.2016.04.007.
[2] J. Davidovits, “Geopolymers: inorganic polymericnew materials,” J. Therm. Anal. , vol.
37, no. 9, pp. 1633–1656, 1991, doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
[3] P.  Abhilash,  C.  Sashidhar,  and  I.  V.  R.  Reddy,  “Evaluation  of  performance  of Geopolymer Concrete in acid environment,” Int. Res. J. Eng. Technol. , vol. 4, no. 7, pp. 1433–1438, 2017.
[4] Y. Patrisia, D. W. Law, C. Gunasekara, and A. Wardhono, “Fly ash geopolymer concrete durability to sulphate, acid and peat attack,” in MATEC Web of Conferences , 2022, p. 02003, doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/202236402003.
[5] R. Alzeebaree, A. Çevik, A. Mohammedameen, A. Niş, and M. E. Gülşan, “Mechanical performance of FRP-confined geopolymer concrete under seawater attack,” Adv. Struct. Eng. , vol. 23, pp. 1055–1073, 2020, doi: 10.1177/1369433219886964.
[6] L. B. de Oliveira, A. R. G. de Azevedo, M. T. Marvila, E. C. Pereira, R. Fediuk, and C. M.  F.  Vieira,  “Durability  of  geopolymers  with  industrial  waste,” Case  Stud.  Constr. Mater. , vol. 16, p. e00839, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00839.
[7] H.  E.  Elyamany,  A.  E.  M.  A.  Elmoaty,  and  A.  M.  Elshaboury,  “Magnesium  sulfate resistance of geopolymer mortar,” Constr. Build. Mater. , vol. 184, pp. 111–127, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.212.
[8] F. H. A. Zaidi et al. , “Geopolymer as underwater concreting material: A review,” Constr.
Build. Mater. , vol. 291, p. 123276, 2021, doi:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123276 Get rights and content.
[9] K.  Chen,  D.  Wu,  L.  Xia,  Q.  Cai,  and  Z.  Zhang,  “Geopolymer  concrete  durability subjected to aggressive environments – A review of influence factors and comparison with ordinary Portland cement,” Constr. Build. Mater. , vol. 279, p. 122496, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122496.
[10]  C. Liu et al. , “Effect of nano-silica as cementitious materials-reducing admixtures on the workability, mechanical properties and durability of concrete,” Nanotechnol. Rev. , vol.
10, no. 1, 2021, doi: https://doi.org/10.1515/ntrev-2021-0097.
[11]  P. Jaishankar, K. T. Poovizhi, and K. S. R. Mohan, “Strength and Durability Behaviour of Nano Silica on High Performance Concrete,” Int. J. Eng. Technol. , vol. 7, pp. 415– 418, 2018.
[12]  D. Adak, M. Sarkar, and S. Mandal, “Effect of nano-silica on strength and durability of fly ash based geopolymer mortar,” Constr. Build. Mater. , vol. 70, pp. 453–459, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.07.093.
[13]  L. Handayani, S. Aprilia, C. Rahmawati, T. B. Aulia, and P. Ludviq, “Sodium Silicate from Rice Husk Ash and Their Effects as Geopolymer Cement,” Polymers (Basel). , vol. 14, no. 14, p. 2920, 2022.
[14]  M. Meliyana, C. Rahmawati, and L. Handayani, “Sintesis Nano Silika dari Abu Sekam Padi  Dengan  Metode  Sol-Gel,”  in Seminar  Nasional  Multi  Disiplin  Ilmu  Universitas Asahan ke-3 , 2019, pp. 800–807.
[15]  M. Meliyana, C. Rahmawati, and L. Handayani, “Sintesis Silika Dari Abu Sekam Padi Dan Pengaruhnya Terhadap Karakteristik Bata Ringan,” Elkawnie , vol. 5, no. 2, pp. 164– 175, 2019.
[16]  C.  Rahmawati,  S.  Aprilia,  T.  Saidi,  and  T.  B.  Aulia,  “Current  development  of geopolymer cement with nanosilica and cellulose nanocrystals,” in Journal of Physics: Conference Series , 2021, pp. 1–8, doi: 10.1088/1742-6596/1783/1/012056.
[17]  J. Ahmad, A. Majdi, A. F. Deifalla, H. F. Isleem, and C. Rahmawati, “Concrete Made with Partially Substitutions of Copper Slag (CPS): State of the Art Review,” Materials (Basel). , vol. 15, no. 15, pp. 1–28, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/ma15155196.
[18]  C. Rahmawati et al. , “Mechanical Properties and Fracture Parameters of Geopolymers based on Cellulose Nanocrystals from Typha sp. Fibers,” Case Stud. Constr. Mater. , p. e01498, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01498.
[19]  J.  Ahmad,  M.  M.  Arbili,  A.  Majdi,  F.  Althoey,  A.  F.  Deifalla,  and  C.  Rahmawati, “Performance of concrete reinforced with jute fibers (natural fibers): A review,” J. Eng. Fiber. Fabr. , pp. 1–17, 2022, doi: https://doi.org/10.1177/15589250221121871.
[20]  C.  Rahmawati,  S.  Aprilia,  T.  Saidi,  T.  B.  Aulia,  and  I.  Ahmad,  “Preparation  and characterization of cellulose nanocrystals from typha sp. as a reinforcing agent,” J. Nat. fibers , vol. 18, pp. 1–14, 2021, doi: https://doi.org/10.1080/15440478.2021.1904486.
[21]  N. D. Rusli, A. A. A. Ghani, K. Mat, M. T. Yusof, M. Zamri Saad, and H. A. Hassim, “The  Potential  of  Pretreated  Oil  Palm  Frond  in  Enhancing  Rumen  Degradability  and Growth Performance: A Review,” Adv. Anim. Vet. Sci. , vol. 9, no. 6, pp. 811–822, 2021.
Pelindung Dinding Terhadap Hujan Asam Menggunakan Geopolimer Berbasis Nanosilika dan Cellulose Nanocrystals https://dx.doi.org/10.30737/jurmateks.v6i1.4625
[22]  D.  Ren,  C.  Yan,  P.  Duan,  Z.  Zhang,  L.  Li,  and  Z.  Yan,  “Durability  performances  of wollastonite,  tremolite  and  basalt  fiber-reinforced  metakaolin  geopolymer  composites under sulfate and chloride attack,” Constr. Build. Mater. , vol. 134, pp. 56–66, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.103.
[23]  N.  Ganesan,  R.  Abraham,  and  S.  D.  Raj,  “Durability  characteristics  of  steel  fibre reinforced geopolymer concrete,” Constr. Build. Mater. , vol. 93, pp. 471–476, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.06.014.
[24]  G. Laxmi, S. Patil, N. Hossiney, and H. K. Thejas, “Effect of hooked end steel fibers on strength and durability properties of ambient cured geopolymer concrete,” Case Stud. Constr. Mater. , vol. 18, p. e02122, 2023.
[25]  S.  Y.  Rani,  M.  S.  Nusari,  J.  bin  Non,  S.  Poddar,  and  A.  Bhaumik,  “Durability  of geopolymer  concrete  with  addition  of  polypropylene  fibre,”  in Materials  Today: Proceedings , 2022, pp. 2846–2851, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.10.164.
[26]  C.  Rahmawati,  S.  Aprilia,  T.  Saidi,  T.  B.  Aulia,  and  A.  E.  Hadi,  “The  Effects  of Nanosilica on Mechanical Properties and Fracture Toughness of Geopolymer Cement,” Polymers (Basel). , vol. 13, no. 13, p. 2178, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/polym13132178.
[27]  M. Jin, Z. Zheng, Y. Sun, L. Chen, and Z. Jin, “Resistance of metakaolin-MSWI fly ash based geopolymer to acid and alkaline environments,” J. Non. Cryst. Solids , vol. 450, pp. 116–122, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2016.07.036.
[28] ASTM  C  109 .  Standart  test  method  for  compressive  strength  of  hydrulic  557  cement mortar (using 2-in or 50 mm cube specimens. In: Annual Book of 558 ASTM Standars, 2001.
[29]  S.  Han,  J.  Zhong,  Q.  Yu,  L.  Yan,  and  J.  Ou,  “Sulfate  resistance  of  eco-friendly  and sulfate-resistant  concrete  using  seawater  sea-sand  and  high-ferrite  Portland  cement,” Constr. Build. Mater. , vol. 305, no. April, p. 124753, 2021, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124753.
[30]  A.  Mehta  and  R.  Siddique,  “Sulfuric  acid  resistance  of  fly  ash  based  geopolymer concrete,” Constr.  Build.  Mater. ,  vol.  146,  pp.  136–143,  Aug.  2017,  doi: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2017.04.077.
[31]  B. N. Sangeetha, “Effect of Rice Husk Ash and GGBS on Performance of Concrete,” Int. J. Eng. Res. Technol. , vol. 4, no. 2, pp. 491–495, 2015.
[32]  M. Amran et al. , “Long-term durability properties of geopolymer concrete: An in-depth review,” Case  Stud.  Constr.  Mater. ,  vol.  15,  no.  July,  p.  e00661,  2021,  doi: 10.1016/j.cscm.2021.e00661.
[33]  F. Slaty, H. Khoury, H. Rahier, and J. Wastiels, “Durability of alkali activated cement produced  from  kaolinitic  clay,” Appl.  Clay  Sci. ,  vol.  104,  pp.  229–237,  2015,  doi: 10.1016/j.clay.2014.11.037.
[34]  C. Rahmawati, S. Aprilia, T. Saidi, and T. B. Aulia, “Mineralogical, Microstructural and Compressive Strength Characterization of Fly Ash as Materials in Geopolymer Cement,” Elkawnie , vol. 7, no. 1, pp. 1–17, 2021.