1. Pendahuluan

Mikroorganisme golongan Aspergillus Niger dan Sacchromycodes ludwigi dalam proses metaboliknya memproduksi zat-zat organik berupa asam asetat (CH₃COOH). Kedua golongan mikroorganisme tersebut jika terintrusi ke dalam pori-pori beton, akan berdampak pada dekomposisi senyawa-senyawa kimia material beton, terutama senyawa kimia kalsium hidroksida (CH) dan kalsium silikat hidrat (CSH) produk reaksi hidrasi trikalsium silikat (C3S) dan dikalsium silikat (C3S) semen dengan air (Ashad, dkk., 2006). Pada senyawa kalsium hidroksida (CH), mekanisme dekomposisinya dapat terjadi melalui reaksi kimiawi sebagai berikut:

\[Ca (OH)_2 + 2ZH \rightarrow CaZ_2 + 2H_2O\] (1)

hal mana Z adalah ion negatif dari zat asam. Ion hidrogen pada Persamaan 1 akan mempercepat proses pelarutan kalsium hidroksida. Pada kondisi seperti ini, dekomposisi material beton sangat tergantung pada porositas pasta, konsentrasi asam, dan daya larut garam kalsium (Ashad, 2008).

Apabila konsentrasi ion hydrogen dari produk metabolik mikroorganisme cukup tinggi, maka komponen lain dari produk hidrasi trikalsium silikat (C3S) dan dikalsium silikat (C3S) tersebut yaitu kalsium silikat hidrat (CSH) dapat pula terserang (Ashad, 2008). Hanya saja serangan tersebut masih menyisakan gel silika yang sifatnya relatif sulit didekomposisikan oleh zat-zat organik termasuk asam asetat. Mekanisme serangannya dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

\[x CaO.y SiO2.nH2O + 2x ZH \rightarrow\] \[xCaZ2 + y Si(OH)4 + (x + n - 2y)H2O\] (2)

Persamaan 1 menunjukkan bahwa serangan zat asam asetat terhadap senyawa kalsium hidroksida (CH) akan mengakibatkan terjadinya peningkatan porositas dan permeabilitas beton karena terbentuknya ruang kosong yang ditinggalkan oleh senyawa tersebut. Peningkatan ini biasanya ditandai dengan timbulnya cacat permukaan pada beton yang berimplikasi hilangnya sifat alkalinitas dan massa beton, menurunnya kekuatan dan kekakuan serta pH beton sedemikian sehingga pada akhirnya menjadi pemicu di dalam proses deteriorasi (Mehta, 1991).

Serangan terhadap senyawa kimia kalsium silikat hidrat (CSH) sebagaimana di dalam Persamaan 2, akan mengakibatkan terjadinya instabilitas kalsium silikat hidrat (CSH) sedemikian sehingga material beton akan mengalami penurunan kekuatan dan kekakuan.

Secara skematis, mekanisme pengrusakannya dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 1. Mekanisme pengrusakan produk metabolik mikroorganisme

Dampak pengrusakan tersebut dapat diminimalkan dengan cara mengurangi produk senyawa kimia kalsium hidroksida sedemikian sehingga lebih bersifat insoluble. Konsep ini dikenal dengan istilah pozzalanik efek.

Salah satu bahan yang bisa memberikan efek pozzolanik adalah limbah nikel, dimana jumlah komposisi senyawa kimiawi SiO₂+Fe₂O₃+Fe₂O₃ > 70% sebagaimana yang diatur di dalam spesifikasi ASTMC618-93 (Ashad, 2008). Limbah nikel yang dimaksud adalah berupa bubuk yang berfungsi sebagai bahan substitusi parsial semen.

Efek pozzolanik bubuk slag nikel tersebut dapat digambarkan dengan persamaan reaksi kimiawi sebagai berikut (Mehta, P. K., 2001):

\[Pozzolan + CH + H_2O \rightarrow CSH\] (3)

2. Program Eksperimental

2.1 Material

Semen yang digunakan adalah semen type I merek Tiga Roda. Bubuk slag nikel dengan specific surface 306 m²/kg digunakan sebagai bahan substitusi parsial semen dengan prosentase sebesar 16%. Agregat halus berasal dari Galunggung, sedangkan agregat agregat

kasar (batu pecah) berasal dari Banjaran Jawa Barat yang berukuran diameter maksimum 20 mm.

2.2 Spesifikasi benda uji

Benda uji beton berbentuk kubus 150 x 150 x 150 mm dibuat dengan tiga jenis mutu yang berbeda, masingmasing 25 MPa, 40 MPa, dan 60 MPa atau dengan rasio air-semen (w/c) berturut-turut 0,57, 0,40, dan 0,30. Benda uji diperlakukan dalam dua kondisi yang berbeda yaitu nonintrusi dan terintrusi mikroorganisme (1)

Berdasarkan jenis, mutu dan perlakuannya, nomenklatur benda uji adalah sebagai berikut:

• BNI25-0 : Beton mutu 25 MPa nonintrusi mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BNI25-16: Beton mutu 25 MPa nonintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel.
• BNI40-0: Beton mutu 40 MPa nonintrus mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BNI40-16: Beton mutu 40 MPa nonintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel
• BNI60-0 : Beton mutu 60 MPa nonintrusi mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BNI60-16: Beton mutu 60 MPa nonintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel.
• BI25-0 : Beton mutu 25 MPa terintrusi mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BI25-16: Beton mutu 25 MPa terintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel.
• BI40-0 : Beton mutu 40 MPa terintrusi mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BI40-16: Beton mutu 40 MPa terintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel.
• BI60-0 : Beton mutu 60 MPa terintrusi mikroorganisme tanpa bubuk slag nikel.
• BI60-16: Beton mutu 60 MPa terintrusi mikroorganisme dengan 16% bubuk slag nikel.

2.3 Parameter pengujian

Untuk mengetahui gambaran perilaku fisik material beton terintrusi mikroorganisme, maka parameter pengujiannya adalah porositas (e), koefisien permeabilitas (k), perubahan berat (w), dan total koloni mikroorganisme (C).

2.4 Prosedur pengujian

Pengujian porositas dilakukan sesuai standar uji ASTM C642-90, sedangkan pengujian permeabilitas mengikuti standar uji DIN-1045.

Untuk mengetahui total koloni mikroorganisme di dalam material beton, benda uji beton terintrusi mikroorganisme dibor pada tiga jenis kedalaman yang berbeda yaitu berturut-turut; 0-25 mm, 25-50 mm, dan 50-75 mm. Hasil pengeboran berupa serbuk beton diuji di laboratorium mikrobiologi dengan prosedur pengujian sebagai berikut:

• 1. Menyiapkan media isolator dari bahan Potato Dextrose Agar (PDA).
  • a. Memasukkan PDA (instant) \(\pm\) 7,8 gram ke dalam gelas erlenmeyer dan ditambahkan aquadest \(\pm\) 200 ml.
  • b. Panaskan sambil diaduk hingga mendidih untuk mencapai homogenitas.
  • c. Dimasukkan ke dalam autoclave selama \(\pm\) 15 menit pada temperatur 121°C dengan tekanan udara 1.5 atmosfir.
• 2. Masukkan aquadest ke dalam tabung reaksi ± 9 ml, lalu ditutup dengan menggunakan kapas steril.
• 3. Masukkan contoh serbuk beton ± 1 gram ke dalam gelas erlenmeyer (1.c), sambil memanaskan mulut erlenmeyer lalu dikocok hingga serbuk beton terlihat menyatu dengan media. Pemanasan dilakukan untuk menghindari pengaruh eksternal.
• 4. Masukkan cairan dari (3) ke dalam tabung reaksi dari (2) sebanyak ± 1 ml, lalu dikocok hingga homogen.
• 5. Tuangkan cairan dari (4) ke dalam cawan petri sebanyak ± 1 ml, goyangkan sedemikian sehingga cairan menyebar ke seluruh permukaan cawan petri lalu diamkan selama ± 24 jam.

Total koloni mikroorganisme dinyatakan dalam satuan colony forming unit per gram substratnya (cfu/gr) dan dihitung berdasarkan Standard Plate Count (SPC) dengan persamaan sebagai berikut:

\[C = \frac{\text{jumlah koloni}}{\text{faktor pengenceran}} \text{ (cfu/gr)}\] (4)

Total koloni terbaik yang diperoleh dari proses tersebut di atas adalah 30 sampai 300 cfu/gr (Waluyo, 2004). Prosedur pengujian tersebut di atas diperlhatkan seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Prosedur pengujian mikroorganisme pada material beton

3. Hasil dan Diskusi

3.1 Profil mikroorganisme di dalam material beton

Mikroorganisme golongan Aspergillus Niger dan Sacchromycodes Ludwigi yang terintrusi ke dalam pori-pori beton dapat hidup dan berkembang karena ketersediaan sumber nutrien berupa kalsium hidroksida (CH). Hal ini terjadi melalui mekanisme reaksi kimiawi sebagaimana yang ditunjukkan pada Persamaan 1. Potensi hidup mikroorganisme tersebut menjadi berkurang akibat efek pozzolanik bubuk slag nikel.

Mikroorganisme di dalam beton tanpa bubuk slag nikel meningkat secara linier terhadap waktu dengan pola peningkatan yang cenderung mengikuti persamaan fungsi logaritmik. Sedangkan pada beton dengan 16% bubuk slag nikel, peningkatannya cenderung mengikuti persamaan fungsi parabolik. Profil mikroorganisme di dalam material beton diperlihatkan seperti pada Gambar 3. Normalisasi total koloni mikroorganisme terhadap material binder diperlihatkan pada Gambar 4 dan 5.

Hubungan antara total koloni mikroorganisme (C) dengan lama intrusi (t) dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

- Beton tanpa bubuk slag nikel

\[\log\left(C\right) = a\log(t) \tag{5}\]

- Beton dengan 16% bubuk slag nikel

\[\log(C) = a(\log t)^2 + b\log(t) + c \tag{6}\]

3.2 Peningkatan porositas dan koefisien permeabilitas

Zat organik asam asetat (CH₃COOH) produk metabolik Aspergillus Niger dan Sacchromycodes Ludwigi yang terintrusi ke dalam pori-pori beton mengakibatkan terjadinya peningkatan porositas dan koefisien permeabilitas beton. Hal ini terjadi melalui mekanisme sebagaimana yang ditunjukkan pada Persamaan 1 dan 2 serta Gambar 1.

Peningkatan porositas dan koefisien permeabilitas beton akibat intrusi miroorganisme terjadi karena terbentuknya ruang kosong yang ditinggalkan oleh senyawa kalsium hidroksida (CH) setelah dikonsumsi oleh mikroorganisme. Selain itu dapat pula terjadi karena berkurangnya sifat alkalinitas beton akibat aktifitas metabolik mikroorganisme di dalam material beton

Pola peningkatan porositas yang diperlihatkan pada Gambar 6 dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

- Beton tanpa bubuk slag nikel

\[\Delta e_0 = e^a t^b \tag{6.a}\]

- Beton dengan 16% bubuk slag nikel

\[\Delta e_{16} = e_{t0} \left( \frac{t}{a + bt} \right) \tag{6.b}\]

Peningkatan koefisien permeabilitas beton diperlihatkan seperti pada Gambar 7, dimana pola peningkatannya cenderung mengikuti persamaan fungsi laju pertumbuhan jenuh (saturation growth rate equation).

- Beton tanpa bubuk slag nikel

\[\Delta \mathbf{k}_0 = e^{\mathbf{a}} \, \mathbf{t}^{\mathbf{b}} \tag{7}\]

- Beton dengan 16% bubuk slag nikel

\[\Delta k_{16} = k_{10} \left( \frac{t}{a + bt} \right) \tag{8}\]

3.3 Kehilangan berat

Berkurangnya kuantitas senyawa kalsium hidroksida (CH) dan terganggunya stabilitas senyawa kimia kalsium silikat hidrat (CSH) akibat aktifitas metabolik mikroorganisme berdampak pula pada sifat kesolidan beton. Hal ini ditunjukkan oleh hilangnya sebagian massa beton.

Pola kehilangan massa beton tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

- Beton tanpa bubuk slag nikel

\[\Delta \mathbf{w}_0 = e^a \, \mathbf{t}^b \tag{9}\]

- Beton dengan 16% bubuk slag nikel

\[\Delta w_x = w_{t0} \left( \frac{t}{a + bt} \right) \tag{10}\]

3.4 Kontribusi bubuk slag nikel di dalam meminimalkan dampak perilaku fisik akibat intrusi mikroorganisme

Kontribusi bubuk slag nikel di dalam meminimalkan dampak peningkatan porositas, koefisien permeabilitas, dan kehilangan sebagian massa beton, dapat dinyatakan dalam bentuk rasio sebagimana yang diperlihatkan pada Gambar 9. Melalui mekanisme efek pozzolanik bubuk slag nikel sebagaimana di dalam persamaan 3 di atas, dampak-dampak tersebut dapat diminimalkan. Hal ini dimungkinkan karena perubahan senyawa kimia kalsium hidroksida (CH) akibat reaksi pozzolanik menjadi senyawa kalsium silikat hidrat (CSH) sekunder yang sifatnya tidak mudah terdekomposisikan (insoluble) oleh produk metabolik mikroorganisme golongan Aspergillus Niger dan Sacchromycodes ludwigi.

Rasio peningkatan porositas, koefisien permeabilitas, dan kehilangan sebagian massa antara beton 16% bubuk slag nikel terhadap beton tanpa bubuk slag nikel, cenderung mengikuti bentuk persamaan fungsi

logaritmik.

Rasio-rasio tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

- untuk w/c = 0.57

\[\left(\frac{\Delta e_{16}}{\Delta e_0}\right)_{0.57} = -0.0789 \ln(t) + 0.7826 \tag{11}\]

\[\left(\frac{\Delta k_{16}}{\Delta k_0}\right)_{0.57} = -0.1127 \ln(t) + 0.9633 \tag{12}\]

\[\left(\frac{\Delta w_{16}}{\Delta w_0}\right)_{0.57} = 0.0406 \ln(t) + 0.1794 \tag{13}\]

- untuk w/c = 0.40

\[\left(\frac{\Delta e_{16}}{\Delta e_0}\right)_{0.40} = -0.0689 \ln(t) + 0.7742 \tag{14}\]

\[\left(\frac{\Delta k_{16}}{\Delta k_0}\right)_{0.40} = -0.066 \ln(t) + 0.6856 \tag{15}\]

\[\left(\frac{\Delta w_{16}}{\Delta w_0}\right)_{0.40} = 0.069 \ln(t) + 0.0808 \tag{16}\]

- untuk w/c = 0.40

\[\left(\frac{\Delta e_{16}}{\Delta e_0}\right)_{0.30} = -0.108 \ln(t) + 0.9713 \tag{17}\]

\[\left(\frac{\Delta k_{16}}{\Delta k_0}\right)_{0,30} = -0,0945 \ln(t) + 0,8633 \tag{18}\]

\[\left(\frac{\Delta w_{16}}{\Delta w_0}\right)_{0.30} = 0.0457 \ln(t) + 0.2016 \tag{19}\]

4. Kesimpulan

Berdasarkan analisis dan pembahasan tersebut di atas, dapat dikemukakan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

• 1. Produk metabolik mikroorganisme golongan Aspergillus Niger dan Sacchromycodes yang terintrusi ke dalam material beton berdampak pada meningkatnya porositas, koefisien permeabilitas, dan hilangnya sebagian massa beton. Pola peningkatannya cenderung mengikuti persamaan fungsi geometri (power equation).
• Penggunaan 16% bubuk slag nikel dapat meminimalkan dampak intrusi mikroorganisme tersebut. Hal ini ditunjukkan dengan berubahnya

• pola perilaku fisik yang cenderung mengikuti persamaan fungsi laju pertumbuhan jenuh.
• 3. Profil total koloni mikroorganisme yang dinormalisasikan terhadap material binder beton tanpa bubuk slag nikel, meningkat secara linier seiring dengan bertambahnya lama intrusi. Sedangkan pada beton 16% bubuk slag nikel, profil koloni mikroorganismenya cenderung mengikuti persamaan fungsi parabolik.
• 4. Kontribusi bubuk slag nikel dalam bentuk rasio peningkatan porositas, koefisien permeabilitas dan kehilangan sebagian massa antara beton 16% bubuk slag nikel dan beton tanpa bubuk slag nikel dapat dinyatakan dengan persamaan fungsi yang bersifat logaritmik.