Electronic Theses and Dissertation

Pemanfaatan nanosilika dan selulosa nanokristal pada geopolimer sebagai bahan pengikat belum banyak menarik perhatian para peneliti bidang geopolimer. untuk itu pengembangan semen geopolimer dengan nanosilika, selulosa nanokristal serta pengaruhnya terhadap sifat fisis, mekanis, mikrostruktur dan daya tahan terhadap lingkungan agresif menjadi fokus penelitian ini. penelitian ini bertujuan mengembangkan hybrid inorganik organik semen geopolimer dengan memanfaatkan fly ash (inorganik), nano silika dari abu sekam padi, dan cellulose nanocrystals (cncs) dari serat tanaman typha (organik). metode yang digunakan adalah eksperimen di laboratorium. nanosilika digunakan sebesar 2, 3 dan 4% dari berat total fly ash. cncs yang digunakan sebanyak 1, 2 dan 3% juga dari berat total fly ash. sintesis nanosilika dilakukan dengan metode fisika secara ballmill. sintesis cncs dilakukan dengan proses alkalisasi, bleaching dan hidrolis asam. pengujian yang dilakukan adalah bulk density, slump test, setting time, kuat tekan, kuat lentur, kuat tarik dan fracture toughness. aplikasi pada lingkungan agresif yaitu pada simulasi hujan asam dan air laut dilakukan untuk mengetahui daya tahan pasta geopolimer. penyelidikan mikrostruktur yang dilakukan meliputi scanning electron microscopy (sem), fasa kristal menggunakan x-ray diffraction (xrd), fourier-transform infrared spectroscopy (ftir) dan particle size analyzer (psa). kuat tekan menunjukkan peningkatan hingga 22,33%. demikian juga kuat lentur dan fracture toughness menunjukkan trend yang sama dengan peningkatan sebesar 81,70% dari benda uji kontrol. namun demikian kuat tarik turun hingga 30,66%. mikrostruktur pasta dengan 2% nanosilika menunjukkan peningkatan gel c–s–h dan n–a–s–h dan hadirnya gugus fungsi si–o–si dan al–o–si yang merupakan pro-duk dari geopolimerisasi. kinerja cncs terbaik dalam pasta geopolimer didapat pada penggunaan 1% sedangkan penambahan cncs tidak menunjukkan peningkatan kinerja. kuat tekan dan kuat tarik terbaik didapat masing-masing pada 24,85 mpa dan 1,53 mpa. peningkatan kuat lentur dan fracture toughness terjadi 3,36 kali pada 1% cncs. peningkatan kinerja terkonfirmasi pada pengujian mikrostruktur yang menunjukkan hadirnya ikatan c–h yang merupakan ciri khas dari selulosa dan hadirnya ikatan si–o–al dan jaringan si–o–si. penelitian selanjutnya mengkombinasikan nanosilika dan cncs secara bersamaan dalam pasta geopolimer. hasil optimal didapat pada penggunaan 3,98% nanosilika dan 1% cncs dengan kuat tekan 22,20 mpa. model matematis yang didapat adalah y = 20,06 + 1,13 x1 – 0,991 x2 – 0,855 x1x2 – 0,160 x12 – 0,633 x22. pada akhir penelitian telah dilakukan pengukuran daya tahan pasta geopolimer pada simulasi hujan asam dan air laut yang menghasilkan daya tahan pasta dengan penambahan 3,98% nanosilika dan 1% cnc yang lebih baik daripada benda uji kontrol. berdasarkan keseluruhan studi yang dilakukan, hybrid inorganik-organik dengan memanfaatkan fly ash, nanosilika dan cncs berpengaruh baik pada pasta geopolimer dan menunjukkan kinerja yang baik dalam meningkatkan kekuatan mekanis maupun dalam daya tahannya. nanosilika dan cncs sangat potensial dikembangkan sebagai material komposit dalam pasta geopolimer. kata kunci: fracture toughness, geopolimer, kuat tekan, kuat lentur, nanosilika, selulosa, typha sp.

The use of nano-silica and cellulose nanocrystal in geopolymers as binders has not attracted much attention from researchers. Therefore, this research focus on geopolymer cement with nano-silica and cellulose nanocrystal and their effects on physical, mechanical, microstructure, and resistance to aggressive environments. This experimental study aimed to develop an inorganic-organic hybrid of geopolymer cement using fly ash (inorganic), nano-silica from rice husk ash, and Cellulose Nanocrystals (CNCs) from typha plant fibers (organic). This modification resulted in a cement paste with good physical, mechanical, and microstructural characteristics and resistance to aggressive environments. In this experiment, nano-silica used were 2, 3, and 4% of fly ash total weight, and CNCs used were 1, 2, and 3% over fly ash weight. Nano-silica was synthesized using a physics method called ball milling, while the CNCs were synthesized using alkalization, bleaching, and acid hydrolysis processes. The bulk density, slump test, setting time, compressive strength, flexural strength, tensile strength, and fracture toughness were carried out. Microstructural investigations conducted included Scanning Electron Microscopy (SEM), crystal phase using X-ray diffraction (XRD), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Particle Size Analyzer (PSA). The compressive strength showed an increase of up to 22.33%. Likewise, the flexural strength and fracture toughness showed the same trend, increasing 81.70% from the control specimens. However, the tensile strength fell to 30.66%. The microstructure of the paste with 2% nanosilica showed an increase in C–S–H and N–A–S–H gels and the presence of geopolymerization products, Si–O–Si and Al–O–Si functional groups. The best performance of CNCs in geopolymer paste was obtained at the use of 1%, while the addition of CNCs did not show an increase in performance. The best compressive and tensile strength were obtained at 24.85 MPa and 1.53 MPa, respectively. The increase in flexural strength and fracture toughness occurred 3.36 times in 1% CNCs. The improved performance was confirmed on microstructural testing, which showed the presence of C–H bonds as cellulose characteristic and the presence of Si–O–Al bonds and Si–O–Si networks. Subsequent research combined nanosilica and CNCs simultaneously in geopolymer pastes. Optimal results were obtained using 3.98% nano-silica and 1% CNCs with a compressive strength of 22.20 MPa. The mathematical model obtained is Y = 20,06 + 1,13 X1 – 0,991 X2 – 0,855 X1X2 – 0,160 X12 – 0,633 X22. At the end of the study, the durability of geopolymer paste was measured in acid rain and seawater simulations, resulting in paste durability with the addition of 3.98% nano-silica and 1% CNC, which was better than the control specimens. In conclusion, inorganic-organic hybrids using fly ash, nanosilica, and CNCs positively affect geopolymer paste's performance in increasing mechanical strength and durability. Therefore, nano-silica and CNCs have great potential to be developed as composite materials in geopolymer pastes. Keywords: fracture toughness, geopolymer, compressive strength, flexural strength, nanosilica, cellulose, typha sp