Botol bekas kemasasan minuman dan foodgrade hingga saat ini banyak menggunakan bahan plastik Polyethylene Terephtalate (PET). Sebagai material yang memiliki sifat thermoplast, botol PET sudah lama di aplikasikan dalam berbagai teknologi daur ulang. Namun biasanya agar dapat diproses lebih lanjut, botol plastik bekas di potong – potong menjadi irisan yang lebih kecil terlebih dahulu. Pada umumnya botol kemasan bekas berakhir di tempat pembuangan. Suatu hari ia bisa digunakan untuk membangun struktur beton yang lebih kuat dan lebih fleksibel, mulai dari trotoar dan rintangan jalan, hingga bangunan dan jembatan, menurut sebuah studi baru.
Mahasiswa MIT telah menemukan bahwa, dengan mengekspos serpihan plastik menggunakan radiasi gamma dosis kecil yang tidak berbahaya, kemudian menghancurkan serpihan tersebut menjadi bubuk halus, mereka dapat mencampur plastik iradiasi tersebut dengan pasta semen dan fly ash untuk menghasilkan beton yang sampai 15 persen lebih kuat dari beton konvensional.
Sebagaimana air, beton merupakan bahan kedua yang paling banyak digunakan di planet ini. Pembuatan beton menghasilkan sekitar 4,5 persen emisi karbondioksida yang diakibatkan manusia di bumi. Mengganti meskipun hanya sebagian kecil beton dengan plastik iradiasi dapat membantu mengurangi jejak karbon global industri semen.
Menggunakan kembali plastik sebagai aditif beton juga bisa mengalihkan botol air mineral dan soda bekas, yang sebagian besar akan berakhir di tempat pembuangan akhir.
“Ada sejumlah besar plastik yang ditimbun setiap tahun,” kata Michael Short, asisten profesor di MIT Departemen Ilmu Nuklir dan Teknik. “Teknologi kami mengeluarkan plastik dari tempat pembuangan akhir, menguncinya dengan beton, dan juga menggunakan sedikit semen untuk membuat beton, yang membuat lebih sedikit emisi karbon dioksida. Ini berpotensi menarik sampah plastik TPA keluar dari tempat pembuangan sampah menjadi bangunan, di mana sebenarnya bisa membantu membuat mereka lebih kuat. ”
“Ini adalah bagian dari usaha kami yang berdedikasi di laboratorium kami untuk melibatkan mahasiswa sarjana dalam pengalaman penelitian yang luar biasa yang berkaitan dengan inovasi untuk mencari bahan beton baru yang lebih baik dengan beragam kelas aditif dari berbagai kimia yang berbeda,” kata Büyüköztürk, yang merupakan direktur Laboratorium untuk Ilmu dan Keberlanjutan Infrastruktur. “Temuan dari proyek mahasiswa sarjana ini membuka arena baru dalam pencarian solusi untuk infrastruktur berkelanjutan.”
Sebuah ide, mengkristal
“Mereka ingin menemukan cara untuk menurunkan emisi karbon dioksida yang tidak hanya, ‘mari kita bangun reaktor nuklir,'” kata Short. “Produksi beton adalah salah satu sumber karbon dioksida terbesar, dan mereka harus berpikir, ‘bagaimana kita bisa mengendalikannya?’ Mereka melihat melalui literatur, dan kemudian sebuah gagasan mengkristal.”
Para siswa mengetahui bahwa orang lain telah mencoba mengenalkan plastik ke dalam campuran semen, namun plastik tersebut melemahkan beton yang dihasilkan. Investigasi lebih jauh, mereka menemukan bukti bahwa mengekspos plastik dengan dosis radiasi gamma membuat struktur kristal material berubah sedemikian rupa sehingga plastik menjadi lebih kuat, lebih kaku, dan lebih keras. Apakah penyinaran plastik benar-benar bekerja untuk memperkuat beton?
Untuk menjawab pertanyaan itu, para siswa pertama kali memperoleh serpihan polyethylene terephthalate – bahan plastik yang digunakan untuk membuat botol air dan soda – dari fasilitas daur ulang lokal. Schaefer dan Ortega secara manual diurutkan melalui serpihan untuk menghilangkan potongan logam dan kotoran lainnya. Mereka kemudian memasukkan sampel plastik ke ruang bawah tanah Building 8 MIT, yang menampung iradiator kobalt-60 yang memancarkan sinar gamma, sumber radiasi yang biasanya digunakan secara komersial untuk dekontaminasi makanan.
“Tidak ada radioaktivitas residu dari jenis iradiasi ini,” kata Short. “Jika Anda memasukkan sesuatu ke dalam reaktor dan menyiramnya dengan neutron, maka radioaktif akan keluar. Tapi sinar gamma adalah jenis radiasi yang berbeda, dalam banyak keadaan, tidak meninggalkan jejak radiasi.”
Tim tersebut mengekspos berbagai serpihan dengan sinar gamma rendah atau tinggi. Mereka kemudian menggiling setiap batch serpihan menjadi bubuk dan mencampur serbuk dengan serangkaian sampel pasta semen, masing-masing dengan bubuk semen Portland tradisional dan satu dari dua aditif mineral umum: fly ash (produk sampingan dari pembakaran batu bara) dan silica fume (a produk sampingan dari produksi silikon). Setiap sampel berisi sekitar 1,5 persen plastik iradiasi.
Setelah sampel dicampur dengan air, para peneliti menuangkan campuran ke dalam cetakan silinder, memungkinkan mereka untuk menyembuhkan, melepaskan cetakan, dan menghasilkan silinder beton yang dihasilkan untuk tes kompresi. Mereka mengukur kekuatan masing-masing sampel dan membandingkannya dengan sampel serupa yang dibuat dengan plastik biasa dan tidak diiradiasi, juga dengan sampel yang tidak mengandung plastik sama sekali.
Mereka menemukan bahwa, secara umum, sampel dengan penambahan plastik biasa lebih lemah daripada tanpa menggunakan plastik sama sekali. Beton dengan fly ash atau silica fume lebih kuat dari beton yang dibuat dengan semen Portland saja. Dan kehadiran plastik iradiasi bersama dengan fly ash memperkuat beton lebih jauh lagi, meningkatkan kekuatannya hingga 15 persen dibandingkan dengan sampel yang dibuat hanya dengan semen Portland, terutama pada sampel dengan plastik iradiasi dosis tinggi.
Jalan beton di depan
Setelah tes kompresi, para periset melangkah lebih jauh, menggunakan berbagai teknik pencitraan untuk memeriksa sampel sebagai petunjuk mengapa plastik iradiasi menghasilkan beton yang lebih kuat.
Tim tersebut mengambil sampel mereka ke Laboratorium Nasional Argonne dan Pusat Ilmu dan Teknik Material (CMSE) di MIT, di mana mereka menganalisisnya dengan menggunakan difraksi sinar-X, mikroskop elektron backscattered, dan mikrotomografi sinar-X. Gambar beresolusi tinggi menunjukkan bahwa sampel yang mengandung plastik iradiasi, terutama pada dosis tinggi, menunjukkan struktur kristal dengan koneksi cross-linking atau molecular yang lebih banyak. Dalam sampel ini, struktur kristal juga seolah menghalangi pori-pori di dalam beton, membuat sampel lebih padat dan karena itu lebih kuat.
“Pada tingkat nano, plastik iradiasi ini mempengaruhi kristalinitas beton,” kata Kupwade-Patil. “Plastik iradiasi memiliki beberapa reaktivitas, dan bila dicampur dengan semen Portland dan fly ash, ketiganya bersama-sama memberikan formula ajaib, dan Anda mendapatkan beton yang lebih kuat.”
“Kami telah mengamati bahwa dalam parameter program uji kami, semakin tinggi dosis yang diiradiasi, semakin tinggi kekuatan beton, diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menyesuaikan campuran dan mengoptimalkan proses dengan iradiasi untuk hasil yang paling efektif,” Kupwade- Patil mengatakan. “Metode ini memiliki potensi untuk mencapai solusi berkelanjutan dengan peningkatan kinerja baik untuk aplikasi struktural maupun nonstruktural.”
Ke depan, tim ini berencana untuk bereksperimen dengan berbagai jenis plastik, bersamaan dengan berbagai dosis radiasi gamma, untuk menentukan pengaruhnya terhadap beton. Untuk saat ini, mereka telah menemukan bahwa mengganti sekitar 1,5 persen beton dengan plastik iradiasi dapat meningkatkan kekuatannya secara signifikan. Sementara itu mungkin tampak seperti pecahan kecil, Short mengatakan, diimplementasikan dalam skala global, bahkan mengganti jumlah beton itu pun dapat berdampak signifikan.
“Beton menghasilkan sekitar 4,5 persen dari emisi karbon dioksida dunia,” kata Short. “Keluarkan 1,5 persen dari itu, dan Anda sudah membicarakan sekitar 0,0675 persen emisi karbon dioksida dunia. Itu gas rumah kaca dalam jumlah besar. ”
“Penelitian ini adalah contoh sempurna dari kerja multiteam interdisipliner terhadap solusi kreatif, dan merupakan model pengalaman pendidikan,” kata Büyüköztürk.
