Dari Sampah Plastik Menuju Beton Masa Depan: Evolusi Riset Material Konstruksi Ramah Lingkungan Berbasis Teknologi Mikroba dan Geopolimer
PURBALINGGA, HMTS UNSOED — Permasalahan penumpukan sampah plastik yang sulit terurai secara alami masih menjadi tantangan lingkungan global. Di sisi lain, industri konstruksi terus membutuhkan inovasi material yang lebih efisien, ramah lingkungan, serta memiliki kinerja mekanis dan durabilitas yang baik. Menjawab tantangan tersebut, penelitian di bidang Teknik Sipil Universitas Jenderal Soedirman (Unsoed) dikembangkan oleh Dr. Ir. Gandjar Pamudji, S.T., M.T., IPU., ASEANEng. telah diarahkan pada pengembangan teknologi material konstruksi berbasis pemanfaatan limbah plastik.
Menariknya, penelitian ini tidak berhenti pada pemanfaatan sampah plastik sebagai pengganti agregat alami. Melalui pengembangan bertahap selama lebih dari satu dekade, riset ini berkembang dari rekayasa agregat plastik, pengujian perilaku struktural beton, integrasi teknologi mikroba untuk meningkatkan karakteristik antarmuka beton, hingga pengembangan beton geopolimer berbasis limbah industri.
Rangkaian tersebut memperlihatkan perjalanan pengembangan teknologi material konstruksi yang mengintegrasikan rekayasa material, teknologi biologi, dan analisis perilaku struktur.
Rekam Jejak Evolusi Riset: Dari Agregat Plastik hingga Teknologi Geopolimer
Pengembangan penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan yang saling berkaitan.
1. Tahap Awal: Pemanfaatan Limbah Plastik sebagai Agregat Beton (2013)
Penelitian diawali dengan mengeksplorasi pemanfaatan berbagai jenis limbah plastik, seperti High-Density Polyethylene (HDPE), Low-Density Polyethylene (LDPE), dan Polypropylene (PP), sebagai pengganti agregat kasar alami dalam campuran beton.
Gagasan utamanya adalah mengembangkan beton dengan berat isi lebih rendah melalui pemanfaatan limbah plastik. Berdasarkan berbagai penelitian terdahulu, penggunaan agregat plastik dalam beton berpotensi mengurangi berat jenis beton sekitar 10–35%, bergantung pada jenis plastik, proporsi substitusi, dan komposisi campuran.
Beton dengan berat lebih rendah berpotensi mengurangi berat sendiri struktur dan gaya inersia akibat gempa. Meskipun demikian, penggunaan agregat plastik juga menghadirkan tantangan berupa penurunan kekuatan mekanis, terutama akibat lemahnya ikatan antara permukaan plastik yang bersifat hidrofobik dan matriks pasta semen.
Persoalan inilah yang kemudian menjadi dasar bagi pengembangan penelitian selanjutnya.
2. Inovasi Rekayasa Permukaan Agregat: Metode Sand Coating (2016–2020)
Untuk mengatasi lemahnya interaksi antara agregat plastik dan pasta semen, penelitian ini dikembangkan melalui metode pelapisan permukaan agregat menggunakan pasir (sand coating).
Dalam metode ini, limbah plastik polypropylene diolah menjadi agregat kasar buatan, kemudian dilapisi menggunakan pasir sungai Serayu maupun pasir vulkanik. Proses pelapisan dilakukan dengan bantuan tabung vakum berputar dan pemanasan sesuai dengan karakteristik termal plastik yang digunakan.
Tujuan utama metode ini adalah meningkatkan kekasaran permukaan agregat sehingga interaksi mekanis dan ikatan dengan pasta semen dapat meningkat.
Penelitian selanjutnya mengkaji pengaruh jenis pasir pelapis terhadap kuat tekan beton. Hasil penelitian yang dipublikasikan dalam Jurnal Teknologi pada tahun 2020 menunjukkan bahwa jenis material pelapis memengaruhi karakteristik dan kuat tekan beton yang dihasilkan.
Gambar 1. Agregat kasar buatan berbasis limbah plastik polipropilena (PP) hasil pengembangan melalui rekayasa permukaan dan pelapisan pasir (sand coating)
3. Pengembangan Perilaku Struktural: Pengujian Balok Beton Bertulang (2021)
Setelah pengembangan material dan karakteristik beton dilakukan, penelitian dilanjutkan dengan mengevaluasi perilaku beton pada elemen struktural.
Salah satu penelitian yang dilakukan adalah pengujian perilaku lentur balok beton bertulang (Reinforced Concrete Beams) yang menggunakan agregat kasar polypropylene berlapis pasir atau Sand-Coated Polypropylene Waste Coarse Aggregate.
Pengujian dilakukan pada beberapa variasi Faktor Air Semen (FAS) dengan mengevaluasi hubungan antara beban dan lendutan, kuat lentur, kekakuan, daktilitas, serta ketangguhan balok.
Selain itu, dilakukan pula kajian mengenai perilaku lekatan (bond-slip) antara tulangan baja dan beton berbasis agregat plastik. Kajian ini penting karena interaksi antara tulangan dan beton merupakan salah satu faktor mendasar dalam memastikan perilaku komposit pada struktur beton bertulang.
Tahapan ini menunjukkan bahwa pengembangan riset tidak hanya berorientasi pada penciptaan material alternatif, tetapi juga mulai diarahkan pada pemahaman perilaku material saat digunakan dalam elemen struktur.
Gambar 2. Proses pencampuran beton berbasis agregat plastik dalam kegiatan penelitian di laboratorium.
Gambar 3. Pengujian kuat tekan beton menggunakan Universal Testing Machine (UTM) dilakukan untuk mengevaluasi karakteristik mekanis material.
Mengatasi Lemahnya Zona Antarmuka Beton melalui Teknologi Mikroba
4. Integrasi Teknologi Biologi: Pengembangan Beton Berbasis Bakteri (2025)
Memasuki tahap pengembangan berikutnya, penelitian diarahkan pada upaya memperbaiki kelemahan mendasar beton berbasis agregat plastik, yaitu kualitas zona antarmuka atau Interfacial Transition Zone (ITZ) antara agregat plastik dan pasta semen.
ITZ merupakan daerah transisi yang terbentuk di sekitar permukaan agregat dan menjadi salah satu faktor penting dalam menentukan karakteristik mekanis serta durabilitas beton.
Untuk mengatasi persoalan tersebut, dikembangkan pendekatan Microbially Induced Calcite Precipitation (MICP) dengan memanfaatkan bakteri Bacillus subtilis.
Teknologi MICP memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk memicu pembentukan endapan mineral kalsium karbonat (CaCO₃). Endapan ini berpotensi mengisi pori-pori dan memperbaiki karakteristik struktur mikro pada zona antarmuka antara agregat plastik dan pasta semen.
Dengan pendekatan tersebut, bakteri diharapkan dapat berperan sebagai agen bio-kalsifikasi yang membantu meningkatkan kualitas ikatan antarmaterial sekaligus mengurangi jalur penetrasi air ke dalam beton.
Gambar 4. Dokumentasi kegiatan preparasi dan kultur mikroorganisme di laboratorium sebagai bagian dari pengembangan teknologi bio-kalsifikasi beton.
Penelitian eksperimental dilakukan menggunakan agregat plastik PP berlapis pasir sebagai pengganti 100% agregat kasar alami pada tahap pertama. Variabel penelitian meliputi tiga variasi Faktor Air Semen (FAS), yaitu 0,28; 0,30; dan 0,32, serta tiga variasi konsentrasi bakteri, yaitu 0%, 2,5%, dan 5% dari volume air campuran.
Evaluasi dilakukan melalui pengujian karakteristik fisik, mekanis, dan durabilitas beton, termasuk berat isi, kuat tekan, penyerapan air, dan penetrasi air.
Temuan Menarik: Efektivitas Bakteri Bergantung pada Komposisi Beton
Hasil penelitian tahun 2025 memberikan sejumlah temuan yang menarik. Salah satunya adalah bahwa penambahan bakteri tidak selalu meningkatkan kinerja beton secara linier. Efektivitasnya sangat dipengaruhi oleh karakteristik matriks beton, terutama tingkat porositas yang berkaitan dengan nilai Faktor Air Semen.
Beberapa hasil yang diperoleh antara lain:
FAS 0,28: Konsentrasi bakteri 2,5% menunjukkan hasil paling efektif dalam menurunkan penetrasi air, dengan kedalaman penetrasi sekitar 50 mm. Pada kondisi matriks yang lebih rapat ini, penambahan bakteri dengan konsentrasi lebih tinggi tidak selalu menghasilkan hasil yang lebih baik.
FAS 0,30: Konsentrasi bakteri 5% menghasilkan kedalaman penetrasi air sekitar 90mm dan menunjukkan kinerja yang lebih baik dibandingkan variasi lainnya pada kondisi pengujian tersebut.
FAS 0,32: Penambahan bakteri 5% menunjukkan kecenderungan peningkatan kuat tekan yang lebih baik dibandingkan campuran kontrol dan variasi bakteri 2,5%.
Temuan tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi bakteri yang efektif tidak dapat ditentukan secara terpisah dari komposisi campuran beton. Kondisi porositas dan karakteristik matriks merupakan faktor penting dalam menentukan efektivitas proses bio-kalsifikasi.
Penelitian ini menunjukkan bahwa teknologi MICP berpotensi membantu meningkatkan kualitas beton berbasis agregat plastik. Namun, validasi lebih lanjut melalui pengamatan mikrostruktur dan pengujian durabilitas jangka panjang tetap diperlukan untuk memastikan mekanisme perbaikan yang terjadi.
Terobosan Pengembangan Berikutnya: Beton Geopolimer Berbasis Fly Ash–Slag dan Agregat Plastik
5. Pengembangan Beton Geopolimer dan Pemodelan Bond-Slip (2026)
Sebagai perluasan dari rangkaian penelitian sebelumnya, pengembangan riset pada tahun 2026 diarahkan pada beton geopolimer berbasis fly ash dan ground granulated blast furnace slag (GGBFS) dengan memanfaatkan agregat plastik polipropilena (PP).
Pendekatan ini mengintegrasikan dua upaya pengembangan material berkelanjutan, yaitu pemanfaatan limbah industri sebagai bahan pengikat geopolimer dan pemanfaatan limbah plastik sebagai agregat kasar alternatif.
Pada penelitian ini, agregat plastik PP digunakan dengan proporsi 50% dalam campuran beton geopolimer. Fokus penelitian diarahkan pada pengembangan basis data dasar mengenai perilaku lekatan antara tulangan baja dan beton geopolimer melalui pengujian pull-out.
Optimasi Komposisi Campuran Geopolimer
Penelitian dilakukan dengan mengevaluasi beberapa variasi rasio alkali terhadap binder (Al/Bi), yaitu 0,40; 0,50; dan 0,60.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa rasio Al/Bi sebesar 0,50 menghasilkan kuat tekan ratarata tertinggi sebesar 21,01 MPa, dengan berat isi rata-rata 2.044,61 kg/m³.
Sebagai pembanding, rasio Al/Bi 0,40 menghasilkan kuat tekan 17,40 MPa dengan berat isi 2.015,96 kg/m³, sedangkan rasio Al/Bi 0,60 menghasilkan kuat tekan 14,64 MPa dengan berat isi 2.050,98 kg/m³.
Berdasarkan hasil tersebut, komposisi Al/Bi 0,50 ditetapkan sebagai campuran dasar (baseline) untuk pengujian perilaku lekatan tulangan.
Pengujian Perilaku Lekatan Tulangan (Pull-Out Test)
Pengujian pull-out dilakukan dengan variasi panjang penanaman tulangan (embedded length) sebesar 3D dan 7D, serta variasi diameter tulangan ulir 10, 13, 16, dan 19 mm.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa beban maksimum (Pmax) secara umum meningkat seiring dengan bertambahnya diameter tulangan dan panjang penanaman.
Pada panjang penanaman 3D, nilai Pmax rata-rata masing-masing sebesar 5,57 kN; 19,23 kN; 25,60 kN; dan 37,60 kN untuk diameter tulangan 10, 13, 16, dan 19 mm.
Sementara itu, pada panjang penanaman 7D, nilai Pmax rata-rata meningkat menjadi 17,53 kN; 25,95 kN; 46,83 kN; dan 78,83 kN untuk diameter yang sama.
Hasil tersebut menunjukkan bahwa penambahan panjang penanaman tulangan meningkatkan kapasitas tarik keluar karena bertambahnya luas permukaan kontak antara tulangan dan beton.
Penelitian ini juga mengkaji tegangan lekat rata-rata maksimum (maximum average bond stress) sebagai parameter untuk memahami mekanisme transfer gaya antara tulangan dan beton.
Membangun Ekosistem Riset Material Konstruksi Berkelanjutan
Rangkaian penelitian yang dikembangkan menunjukkan bahwa inovasi material konstruksi membutuhkan proses yang panjang dan berkelanjutan.
Pemanfaatan limbah plastik sebagai agregat merupakan titik awal. Selanjutnya, rekayasa permukaan dilakukan untuk meningkatkan karakteristik interaksi antara agregat dan pasta semen. Pengembangan kemudian diperluas melalui teknologi mikroba untuk mengeksplorasi perbaikan struktur mikro beton, serta teknologi geopolimer untuk mengembangkan alternatif bahan pengikat yang lebih berkelanjutan.
Ke depan, penelitian ini memiliki peluang untuk dikembangkan melalui beberapa arah, antara lain:
Pengembangan komposisi agregat plastik dan material pengikat yang lebih optimal.
Validasi mekanisme bio-kalsifikasi melalui pengamatan mikrostruktur dan pengujian durabilitas jangka panjang.
Pengembangan beton geopolimer berbasis limbah industri dengan karakteristik mekanis dan daya lekat yang lebih baik.
Pengembangan model numerik dan empiris untuk memprediksi perilaku material serta elemen struktur.
Pengujian elemen struktural untuk mengevaluasi potensi penerapan material dalam dunia konstruksi.
Pengembangan tersebut membutuhkan kolaborasi multidisiplin antara bidang teknik sipil, teknologi material, mikrobiologi, ilmu lingkungan, dan komputasi.
Lebih dari sekadar menghasilkan publikasi ilmiah, rangkaian penelitian ini juga menjadi ruang pembelajaran bagi mahasiswa untuk terlibat langsung dalam proses pengembangan teknologi. Keterlibatan mahasiswa dalam penelitian, pengujian laboratorium, pengolahan data, hingga penyusunan karya ilmiah merupakan bagian penting dalam membangun budaya riset di lingkungan Universitas Jenderal Soedirman.
Dari Penelitian Menjadi Kontribusi bagi Masa Depan Konstruksi
Perjalanan penelitian sejak 2013 hingga pengembangan terbaru pada tahun 2026 menunjukkan bahwa pemanfaatan limbah plastik dapat dikembangkan menjadi lebih dari sekadar alternatif pengganti agregat alami.
Melalui integrasi rekayasa material, teknologi mikroba, dan geopolimer, penelitian ini membuka peluang pengembangan material konstruksi yang tidak hanya mempertimbangkan kekuatan mekanis, tetapi juga aspek lingkungan, efisiensi sumber daya, dan durabilitas.
Bagi dunia pendidikan tinggi, perjalanan riset ini menunjukkan pentingnya konsistensi dan keberlanjutan dalam penelitian. Sebuah inovasi tidak selalu lahir dari satu penelitian besar, tetapi dapat tumbuh melalui serangkaian penelitian yang saling melengkapi dan terus dikembangkan dari waktu ke waktu.
Dari sampah plastik menjadi agregat alternatif, dari rekayasa material menuju teknologi bio-kalsifikasi, hingga pengembangan beton geopolimer. Inilah perjalanan inovasi material konstruksi yang diharapkan dapat berkontribusi pada pembangunan infrastruktur yang lebih berkelanjutan.
Publikasi Ilmiah
Purnomo, H., Pamudji, G., & Satim, M. (2017). Influence of uncoated and coated plastic waste coarse aggregates to concrete compressive strength. MATEC Web of Conferences, 101, Article 01016. https://doi.org/10.1051/matecconf/201710101016
Pamudji, G., Bimasena, H., Yuta, P. A., & Purnomo, H. (2018). Bond-slip behavior of steel bar embedded in lightweight concrete using sand coated polypropylene coarse aggregate. Materials Science Forum, 929, 103–108. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.929.103
Pamudji, G., Satim, M., Chalid, M., & Purnomo, H. (2020). The influence of river and volcanic sand as coatings on polypropylene waste coarse aggregate towards concrete compressive strength. Jurnal Teknologi, 82(4), 11–16. https://doi.org/10.11113/jt.v82.14124
Pamudji, G., Haryanto, Y., Hu, H.-T., Asriani, F., & Nugroho, L. (2021). The flexural behavior of RC beams with sand-coated polypropylene waste coarse aggregate at different w/c ratios. Advances in Materials Research, 10(4), 313–329. https://doi.org/10.12989/amr.2021.10.4.313
Purnomo, H., Chalid, M., Pamudji, G., & Arrifian, T. W. (2022). Bond–slip relationship between sand-coated polypropylene coarse aggregate concrete and plain rebar. Materials, 15(7), Article 2643. https://doi.org/10.3390/ma15072643
Sumber
Platform untuk mendukung kualitas akademik mahasiswa teknik.
© 2025. All rights reserved.