Studi menemukan penambahan abu vulkanik mengurangi keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk memproduksi beton.
Insinyur MIT yang bekerja dengan para ilmuwan di Kuwait telah menemukan bahwa batuan vulkanik, ketika dilumatkan menjadi abu halus, dapat digunakan sebagai bahan tambahan yang berkelanjutan dalam struktur beton.
Dalam sebuah tulisan yang diterbitkan secara online di Journal of Cleaner Production , para peneliti melaporkan bahwa, dengan mengganti persentase tertentu dari semen tradisional dengan abu vulkanik, mereka dapat mengurangi energi terkandung struktur beton, atau energi total yang dibutuhkan selama pembuatan beton.
Menurut perhitungan mereka, dibutuhkan energi 16 persen lebih sedikit untuk membangun lingkungan percontohan dengan 26 bangunan beton yang dibuat dengan abu vulkanik 50 persen, dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan untuk membuat struktur yang sama seluruhnya dari semen Portland tradisional.
Ketika abu tanah vulkanik dirubah ke ukuran partikel yang semakin kecil, para peneliti menemukan bahwa campuran bubuk halus dan semen Portland menghasilkan struktur beton yang lebih kuat, dibandingkan dengan yang dibuat dari semen saja.
Namun, proses penggilingan abu vulkanik menjadi partikel halus semacam itu membutuhkan energi, yang pada gilirannya meningkatkan energi terkait struktur yang dihasilkan. Itu sebab menjadi tidak sebanding antara kekuatan struktur beton dan energi yang terkandung, saat abu vulkanik digunakan.
Berdasarkan percobaan dengan berbagai campuran abu beton dan abu vulkanik, dan perhitungan energi tercipta struktur yang dihasilkan, para peneliti telah memetakan hubungan antara kekuatan dan energi yang terkandung.
Mereka mengatakan insinyur dapat menggunakan hubungan ini sebagai semacam cetak biru untuk membantu mereka memilih, misalnya, persentase semen yang ingin mereka ganti dengan abu vulkanik untuk menghasilkan struktur tertentu.
“Anda dapat menyesuaikan ini,” kata Oral Buyukozturk, seorang profesor di MIT Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan (CEE). “Jika itu untuk blok lalu lintas, misalnya, di mana Anda mungkin tidak memerlukan kekuatan banyak, katakanlah, untuk bangunan bertingkat tinggi. Jadi Anda bisa menghasilkan barang-barang itu dengan energi lebih sedikit. Itu sangat besar jika Anda memikirkan jumlah beton yang digunakan di dunia ini. ”
Sebuah aditif alami
Beton adalah bahan yang paling banyak digunakan di dunia, kedua setelah air. Pembuatan beton melibatkan batuan peledakan pertama seperti batu kapur dari tambang, kemudian mengangkut batu ke pabrik, di mana mereka ditumbuk lebih jauh dan diolah di bawah suhu tinggi melalui berbagai proses yang menghasilkan produksi semen.
Proses intensif energi semacam itu menciptakan jejak lingkungan yang signifikan; produksi semen Portland tradisional menyumbang sekitar 5 persen dari emisi karbon dioksida dunia. Untuk mengurangi emisi ini, Buyukozturk dan lainnya telah mencari bahan tambahan yang berkelanjutan dan alternatif untuk semen.
Abu vulkanik memiliki beberapa keunggulan berkelanjutan sebagai tambahan dalam pembuatan beton: Bahan berbatu, yang terletak pada pasokan yang cukup di sekitar gunung berapi aktif dan tidak aktif di seluruh dunia, tersedia secara alami; Ini biasanya dianggap sebagai bahan limbah, karena orang biasanya tidak menggunakannya untuk tujuan yang meluas; beberapa abu vulkanik memiliki sifat intrinsik, “pozzolonic”, yang berarti bahwa, dalam bentuk bubuk, abu dengan jumlah semen yang berkurang dapat secara alami mengikat dengan air dan bahan lainnya untuk membentuk pasta seperti semen.
“Produksi semen membutuhkan banyak energi karena ada suhu tinggi yang terlibat, dan ini adalah proses berbagai tahapan,” kata Chin, mahasiswa Program Studi Peluang Unggulan Buyukozturk. “Itulah motivasi utama untuk mencoba mencari alternatif. Abu vulkanik terbentuk di bawah panas tinggi dan tekanan tinggi, dan jenis sifat melakukan semua reaksi kimia tersebut untuk kita. ”
Tim pertama-tama melihat berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk membuat beton dari campuran semen dan abu vulkanik, versus semen saja. Untuk melakukan ini, para peneliti berkonsultasi dengan beberapa database di mana orang lain telah menghitung energi yang terkandung terkait dengan berbagai proses industri, seperti energi yang masuk ke dalam batu yang menghancurkan atau menyembuhkan semen.
Para peneliti memilih melalui database untuk merakit proses individual yang terkait dengan pembuatan semen dan semen tradisional yang mengandung 10 sampai 50 persen abu vulkanik.
Mereka kemudian pergi ke laboratorium, di mana mereka membuat sampel beton kecil dengan berbagai persentase abu vulkanik, serta sampel yang hanya dibuat dari semen Portland. Chin dan rekan-rekannya masing-masing memberikan sampel tes kekuatan standar, seperti mengompres struktur sampai mereka mulai retak. Kemudian mereka memetakan kekuatan masing-masing sampel terhadap energi terkandung yang dihitung.
Menurut hasil mereka, mengganti 50 persen semen tradisional dengan abu vulkanik dengan ukuran partikel rata-rata 17 mikrometer dapat menurunkan energi beton konkuren sebesar 16 persen.
Namun, pada ukuran partikel ini, abu vulkanik dapat mengkompromikan kekuatan beton secara keseluruhan. Menggiling abu sampai ukuran partikel sekitar 6 mikrometer secara signifikan meningkatkan kekuatan beton, karena partikel yang lebih kecil memberikan area permukaan yang lebih banyak dimana air dan semen dapat mengikat secara kimia.
Tim mengekstrapolasikan hasilnya untuk melihat bagaimana struktur yang dibuat sebagian dengan abu vulkanik akan mempengaruhi energi konstruktif beton pada skala keseluruhan bangunan dan lingkungan sekitar.
Seperti percobaan mereka di laboratorium, mereka menemukan bahwa infrastruktur di lingkungan dapat dibuat dengan energi yang jauh lebih sedikit jika bangunan yang sama dibangun dengan beton yang terbuat dari campuran semen 30 persen abu vulkanik.
“Apa yang kami temukan adalah beton bisa dibuat dengan aditif alami dengan sifat yang diinginkan, dan energi yang terkandung berkurang, yang dapat diterjemahkan ke dalam penghematan energi yang signifikan saat Anda menciptakan lingkungan atau kota,” kata Buyukozturk.
