Very High Volume Fly Ash (VHVFA) Cement Dengan Aktivator Alkali Terkombinasi

Pratiwi, Wiwik Dwi (2020) Very High Volume Fly Ash (VHVFA) Cement Dengan Aktivator Alkali Terkombinasi. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 03111560010005_Disertations.pdf Restricted to Repository staff only Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Fly ash adalah limbah padat pembakaran batu bara. Fly ash berupa serbuk halus yang memiliki sifat pozolan sehingga bisa dimanfaatkan sebagai bahan suplemen semen (supplementary cementitious material, SCM). Jumlah fly ash yang dihasilkan di Indonesia cukup besar, sedangkan yang dimanfaatkan masih relatif sedikit sedikit, dan ditambah lagi sejak tahun 2009 pemerintah menerapkan kebijakan yang mendorong peningkatan konsumsi batubara di dalam negeri. Sementara itu, Penggunaan fly ash sebagai SCM dalam tingkat subtitusi yang tinggi (>50%) telah diteliti untuk pembuatan beton high volume fly ash (HVFA). Semen dengan fly ash dengan tingkat substitusi sangat tinggi (very high volume fly ash cement-VHVFA) juga sudah mulai diteliti satu dekade belakangan ini. Hal ini sesuai dengan kebijakan global untuk menekan emisi CO2 pada industri semen dengan mengurangi kadar klinker. Selain itu, substitusi semen dengan fly ash memberikan efek peningkatan ketahanan terhadap lingkungan agresif, sehingga semen HVFA maupun VHVFA menarik untuk dikembangkan di Indonesia sebagai negara kelautan. Dalam campuran OPC (ordinary Portland Cement)-fly ash dengan air, fly ash bereaksi pozolanik dengan Ca(OH)2 hasil hidrasi semen. Reaksi pozolanik hanya terjadi pada kondisi alkali dan jauh lebih lambat daripada reaksi hidrasi semen. Pada semen VHVFA, reaksi fly ash dipercepat dengan penambahan aktivator alkali sehingga bisa dikelompokkan dalam semen teraktivasi alkali dan secara khusus disebut sebagai semen alkalin hibrida. Semen alkalin hibrida dengan komposisi 20% klinker – 80% fly ash sudah dimasukkan dalam standar semen teraktivasi alkali di negara Ukraina, namun tidak disebutkan bahan aktivator yang digunakan. Aktivator alkali pada semen VHVFA yang secara terbuka dipublikasikan belum manghasilkan kuat tekan pasta yang cukup tinggi. Di sisi lain, fly ash sebagai bahan limbah mempunyai reaktivitas yang beragam, sehingga perlu diidentifikasi sifat apa saja yang menentukan kuat tekan pasta VHVFA yang menggunakannya. Berdasarkan hal-hal tersebut di atas, maka perlu dilakukan penelitian tentang semen VHVFA yang bertujuan untuk (1) menemukan aktivator yang menghasilkan kuat tekan pasta relatif tinggi; dan (2) mengidentifikasi sifat fly ash yang menentukan kuat tekan pasta semen VHVFA. Penelitian ini menggunakan bahan baku campuran 20% OPC -80% fly ash kelas F. Ada 11 macam fly ash yang diteliti yang berasal dari industri dan PLTU di Indonesia. Aktivator alkali yang diujicobakan adalah serbuk natrium sulfat, serbuk natrium karbonat, serbuk kalsium karbonat, serbuk (bahan aluminosilikat+NaOH) dikalsinasi dan kombinasi antara precipitated calcium carbonate (PCC) dengan larutan NaOH encer. Eksperimen dilaksanakan dalam dua tahap. Tahap pertama mempelajari kinerja aktivator yang dilihat dari kuat tekan pasta yang dihasilkannya. Data kuat tekan pasta didukung dengan karakterisasi mikro pasta dengan teknik XRD (X ray diffraction), SEM (scanning electron microscopy) dan spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared). Tahap pertama mencari komposisi aktivator yang menghasilkan kuat tekan pasta semen VHVFA. Eksperimen tahap kedua mengidentifikasi sifat fly ash yang menentukan kuat tekan pasta yang dihasilkan. Karakterisasi fly ash yang diuji meliputi sifat fisika (distribusi ukuran partikel, morfologi partikel, massa jenis) dan sifat kimia (komposisi oksida, derajat keamorfan, jumlah Si dan Al terlarut di dalam larutan NaOH encer dan pH.Penelitian tahap pertama menemukan aktivator kombinasi dari precipitated calcium carbonat (PCC) dengan larutan NaOH 0,03 M menghasilkan kuat tekan pasta yang relatif tinggi. PCC memberikan peran mempercepat reaksi hidrasi semen, sedangkan larutan NaOH 0,03M yang diaduk terpisah dengan fly ash sebelum dicampur dengan bahan lain memberikan pengaruh pada peningkatan reaksi pozolanik fly ash. Hasil penelitian tahap kedua menunjukkan sifat fly ash yang berpengaruh terhadap kuat tekan pasta adalah keamorfan, ukuran butir, Si terlarut di dalam NaOH encer dan kadar CaO.
==============================================================================================================================
Fly ash is a fine powder of coal-burning solid waste with the pozzolanic properties that can be used as a supplementary cement material (SCM). The amount of fly ash produced in Indonesia is quite large, while the utilisation ratio is relatively low. Besides, since the year of 2009, the Indonesia government has implemented policies that encourage an increase in domestic coal consumption. Meanwhile, the use of fly ash as SCM in high substitution rates (> 50%) has been investigated for the manufacture of high volume fly ash concrete (HVFA). Cement with fly ash with a very high substitution rate (very high volume fly ash cement-VHVFA) has also been studied in the last decade. This is in accordance with global policies to reduce CO2 emissions in the cement industry by lowering the clinker-content. In addition, the substitution of cement with fly ash gives the effect of increasing resistance to the aggressive environment, so that both HVFA and VHVFA cement are interesting to be developed in Indonesia as a maritime country. In the mixture of OPC (ordinary Portland Cement) - fly ash with water, fly ash reacts pozzolanically with Ca(OH)2 of hydration product. Pozzolanic reactions only occur under alkaline conditions and are much slower than the hydration reactions of the cement. In the VHVFA cement, the fly ash reaction is accelerated by the addition of an alkaline activator so that it can be grouped in an alkali-activated cement and specifically referred to as a hybrid alkaline cement. Hybrid alkaline cement with a composition of 20% clinker - 80% fly ash has been included in the standard of alkali-activated cement in Ukraine, but no mention of the activator material used. The alkali- activator in VHVFA cement which is openly published has not yet produced a high enough compressive strength of the paste. On the other hand, fly ash as a waste material has diverse reactivity, so it is necessary to identify what properties determine the compressive strength of the VHVFA paste that uses it. It can be stated that it is necessary to conduct the research on VHVFA cement which aims: (1) to find the activator that produces a relatively high compressive strength of the paste; and (2) to identify the fly ash properties that determine the compressive strength of VHVFA cement paste. This study used the mixture of 20%OPC -80% fly ash of 11 types of fly ash originating from industries and power plant in Indonesia. Alkali activators tested were sodium sulfate powder, sodium carbonate powder, calcium carbonate powder, calcined-(aluminosilicate + NaOH) powder and a combination of precipitated-calcium carbonate (PCC) with dilute NaOH solution. The experiment Student’s name : Wiwik Dwi Pratiwi NRP : 03111560010005 Promotor : Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA Co-Promotors : 1. Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri, S.T., M.T. 2. Prof. Hamzah Fansuri, S.Si, M.Si, Ph.D. was carried out in two steps. The first step was to study the activator's performance, as seen from the compressive strength of the paste it produces. The paste compressive strength data was supported by micro-characterisation of pastes by XRD (X-ray diffraction), SEM (scanning electron microscopy) and FTIR (Fourier Transform Infrared) spectroscopy. The first step was found the activator composition, which resulted in a relatively high compressive strength of VHVFA cement paste. The second stage of the experiment was identified the nature of fly ash which determines the compressive strength of the paste produced. The fly ash haracterisation tested included physical properties (particle size distribution, particle morphology, density) and chemical properties (oxide composition, amorphousness, the amount of Si and Al dissolved in aqueous NaOH solution and pH. It was found that a combined- activators of precipitated calcium carbonate (PCC) with 0.03 M NaOH solution gave the relatively high compressive strength of VHVFA paste. PCC provides the role of accelerating the cement hydration reaction, while NaOH solution which is stirred separately with fly ash before being mixed with other ingredients gives an effect on the increase in fly ash pozzolanic reaction. The results of the second stage of the study showed that the fly ash properties that affected the compressive strength of the paste are the amorphousness, particle-size, Si dissolved in dilute NaOH and CaO content.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Additional Information:	RDS 620.136 Pra v-1 2020
Uncontrolled Keywords:	very-high volume fly ash; compressive strength; precipitatedcalcium carbonate; pozzolanic reaction; cement hydration; FTIR; alkali activation; SEM; degree of amorphous; particle size distribution
Subjects:	T Technology > TD Environmental technology. Sanitary engineering > TD427.F58 Fly ash
Divisions:	Faculty of Civil, Environmental, and Geo Engineering > Civil Engineering > 22001-(S3) PhD Theses
Depositing User:	Wiwik Dwi Pratiwi
Date Deposited:	10 Mar 2025 01:23
Last Modified:	10 Mar 2025 01:23
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/75235

Actions (login required)

View Item