Sodium Polyacrylate dalam Konstruksi

Sodium polyacrylate (SPA) adalah polimer super-penyerap (“super-absorbent polymer” atau SAP) yang secara tradisional banyak digunakan dalam produk seperti popok sekali pakai, media tanah untuk tanaman, atau sebagai agen penahan air.

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian telah menunjukkan bahwa SPA juga memiliki potensi aplikasi di bidang konstruksi termasuk sebagai aditif atau gel dalam campuran beton, perkuatan tanah, dan metode self‐curing (pengeringan internal). Artikel ini akan membahas secara mendalam mengenai penggunaan sodium polyacrylate gel untuk konstruksi: mulai dari karakteristik kimia-fisiknya, mekanisme kerja dalam material bangunan, manfaat dan tantangan, contoh aplikasi praktik, serta implikasi untuk industri konstruksi di Indonesia. Gaya penulisan akan bersifat humanized namun tetap akademis, dengan referensi ilmiah sebagai dasar.

Karakteristik Kimia & Fisika Sodium Polyacrylate

Struktur dan sifat dasar

Sodium polyacrylate adalah garam natrium dari poli(akrilat) secara kimia dapat ditulis sebagai [–CH₂–CH(COONa)–]ₙ. Karena muatan negatif pada gugus COO dan struktur silang internal (cross-linking), SPA mampu menyerap air dalam jumlah besar, beberapa riset menyebut hingga 100–300 kali berat keringnya.

Ketika terserap air, partikel SPA mengembang menjadi gel, strukturnya berubah dari padat/serbuk menjadi bahan seperti hidrogel yang menahan air dalam pori-porinya.

Mekanisme kerja dalam konteks konstruksi

Dalam aplikasi konstruksi, mekanisme utama yang dimanfaatkan antara lain:

Reservoir air internal: Partikel SPA/gel menyerap air saat pencampuran beton/mortar, lalu secara bertahap melepaskan air ke sekitarnya selama hidrasi semen, ini disebut internal curing. Contoh: penelitian menunjukkan penggunaan SPA memungkinkan peningkatan kekuatan tekan karena hidrasi lebih merata.
Pengurangan kehilangan air/penyusutan awal: Karena air terikat dalam gel, hilangnya air cepat dari beton atau mortar (yang menyebabkan penyusutan, retak) dapat dikendalikan.
Modifikasi struktur mikro-material: Beberapa riset terbaru (misalnya pada slurry injeksi/grout) menunjukkan bahwa SPA dapat mempengaruhi struktur pori‐pori material, menghambat kristalisasi Ca(OH)₂, mengefisiensikan gel C-S-H (calcium silicate hydrate) dan menghasilkan matriks yang lebih padat.
Perbaikan tanah atau pengendalian likuifaksi: SPA yang dicampur dengan semen atau tanah membantu meningkatkan kekuatan geser tanah berpasir, menurunkan permeabilitas, dan mengurangi settlement saat terjadi gempa.

Bentuk “gel” dalam konstruksi

Istilah “gel” di sini merujuk pada kondisi dimana SPA telah menyerap air dan membentuk jaringan hidrogel yang fleksibel. Dalam penelitian, dapat digunakan SPA dalam bentuk gel yang telah di-pre-swelled (terhidrasi sebagian) atau sebagai serbuk yang menyerap air saat pencampuran. Contohnya: penelitian “Developing self-curing cement sand mortar using sodium polyacrylate” menggunakan SPA dalam bentuk gel dengan rasio SPA terhadap semen (S/C) 1%–5%.

Manfaat Penggunaan SPA Gel dalam Konstruksi

1. Peningkatan kekuatan & kualitas beton/mortar

Penelitian di Irak menunjukkan bahwa mortar pasir-semen dengan SPA gel (rasio 1 %–5 % terhadap semen) menunjukkan peningkatan kekuatan tekan sebesar antara 1.12 hingga 1.25 kali dibanding spesimen yang dicuring konvensional selama 7 hari. Nilai terbaik mencapai 1.37 kali.
Studi lainnya (“Optimizing the Use of Sodium Polyacrylate in Plain Concrete”) menunjukkan bahwa penggunaan SPA dalam beton biasa dapat memberikan sedikit peningkatan kekuatan tekan, meski efeknya tidak sangat besar. Namun manfaat lainnya seperti stabilitas, pengurangan penyusutan, dan tahan beku/telahubahan siklus sangat relevan.

2. Internal curing / pengurangan retak penyusutan

Penggunaan SPA membantu menahan air di dalam campuran beton/mortar, sehingga menyediakan suplai air internal untuk hidratasi semen dan mengurangi risiko retak karena penyusutan atau hilangnya air cepat.

3. Perbaikan karakteristik tanah & fondasi

Untuk aplikasi geoteknik: SPA gel dicampur dengan tanah berpasir atau campuran semen‐SPA untuk memperkuat tanah, menurunkan permeabilitas, serta mengurangi likuifaksi dan settlement akibat getaran. Contoh: dalam penelitian oleh Özbakan & Evirgen, penambahan SPA-semen ke dalam pasir berpengaruh signifikan: kekuatan geser meningkat lebih dari dua kali lipat, settlement tereduksi hingga ~25.9%–92.6%.

4. Aplikasi injeksi/grouting yang lebih baik

Penelitian 2025 menunjukkan pada aplikasi grout (bahan injeksi) bahwa penggunaan SPA (di sini disebut PAAS, poly-acrylate sodium) pada dosis sangat rendah (0.04-0.08 wt%) secara signifikan menurunkan yield stress (sehingga lebih mudah dipompa/injeksi) sekaligus meningkatkan kekuatan mekanik dan densitas matriks.

5. Efisiensi penggunaan air & sustainabilitas

Dalam konteks bangunan ramah lingkungan, penggunaan SPA untuk internal curing memungkinkan pengurangan kebutuhan curing eksternal (misalnya pengairan terus‐menerus) sehingga dapat menghemat air, ini relevan terutama di lokasi dengan ketersediaan air terbatas.

Tantangan dan Praktek Implementasi

Tantangan utama

Penentuan dosis optimal: Penggunaan terlalu banyak SPA dapat menciptakan jumlah rongga akibat pelepasan air dari gel, sehingga mengurangi kekuatan material. Contoh: studi menunjukkan bahwa kelebihan SPA menghasilkan rongga yang mengurangi kekuatan secara signifikan.
Distribusi dan penempatan dalam campuran: Agar efektif, SPA harus didistribusikan secara merata dan timing pelepasannya harus sesuai dengan proses hidrasi semen. Jika penempatan buruk, manfaat internal curing bisa tidak tercapai.
Efek panjang-waktu dan durabilitas: Masih diperlukan penelitian lebih lanjut tentang bagaimana SPA / gel-SPA berperilaku dalam jangka panjang, misalnya apakah gel menyusut, melepaskan air atau berubah sifatnya setelah bertahun-tahun dalam struktur beton/ground.
Interaksi dengan bahan lain: Karena SPA memiliki muatan ionik (COO⁻), ada kemungkinan interaksi kimia dengan semen, aditif lainnya, atau lingkungan alkali/ion dalam beton. Studi modifikasi mikrostruktur membantu memahami ini.
Kondisi lokal dan biaya: Di Indonesia, harus mempertimbangkan ketersediaan SPA dengan kualitas konstruksi, perubahan bahan lokal, kondisi iklim tropis, dan aspek biaya—karena aditif inovatif sering terkait dengan premium cost.

Praktek implementasi yang disarankan

Tentukan rasio tepat: Misalnya, artikel mortar menunjukkan rasio SPA terhadap semen (S/C) antara 1% hingga 5% dalam bentuk gel. Untuk beton biasa, penelitian menyebut nilai optimum ~0.11% (berdasarkan berat semen) pada satu studi.
Gunakan sebagai gel pra-hidrasi atau serbuk dalam campuran: Keputusan apakah menggunakan SPA dalam bentuk gel atau serbuk tergantung metode pencampuran dan aplikasi teknik.
Pantau konsistensi campuran (workability): Karena SPA menyerap air, pengaruhnya terhadap slump atau konsistensi beton bisa signifikan mungkin perlu penyesuaian air campuran atau superplastikizer tambahan.
Perhatikan curing dan lingkungan proyek: Meskipun SPA memberikan internal curing, prosedur curing eksternal (pembasahan, penutup plastik) tetap penting terutama di lokasi tropis.
Uji coba dalam skala pilot: Sebelum penerapan skala penuh di proyek konstruksi, lakukan pengujian kecil (lab atau lapangan) untuk kondisi lokal misalnya bahan agregat lokal, panas, kelembapan tinggi di tropis.
Evaluasi durabilitas dan monitoring jangka panjang: Lakukan inspeksi struktural, pengukuran retak, kekuatan tekan, dan perubahan porositas setelah beberapa waktu untuk memastikan efektivitas.

Contoh Aplikasi Nyata

Mortar self-curing: Dalam studi “Developing self-curing cement sand mortar using sodium polyacrylate”, pencampuran mortar dengan SPA gel menghasilkan mortar dengan workability tinggi dan tidak memerlukan curing eksternal tradisional selama 7 hari—menunjukkan potensi di lokasi konstruksi dengan akses air terbatas.
Soil improvement terhadap likuifaksi: Studi oleh Özbakan & Evirgen menunjukkan bahwa campuran pasir + semen + SPA gel mampu meningkatkan kekuatan geser dan mengurangi settlement akibat simulasi gempa. Ini potensi untuk fondasi di daerah rawan gempa seperti Indonesia.
Grouting/injeksi infrastruktur bawah tanah: Studi “Multi-Scale Modification of Sodium Polyacrylate-Modified Cement Grouts” (2025) menunjukkan bahwa SPA bisa digunakan dalam injeksi ke celah mikro-struktur beton atau saluran bawah tanah untuk memperbaiki injeksi yang lebih mudah dan hasil yang lebih padat.

Implikasi untuk Industri Konstruksi di Indonesia

Ketersediaan dan penyediaan aditif: Penggunaan SPA di Indonesia memerlukan supply chain yang handal baik bahan baku SPA, gel siap pakai, maupun aditif pendukung (superplastikizer, air reducer).
Kondisi iklim tropis: Indonesia dengan kelembapan tinggi dan suhu yang bervariasi menuntut studi lokal untuk melihat bagaimana SPA gel berperilaku (misalnya kecepatan pelepasan air, pengeringan, suhu tinggi).
Penghematan air: Dengan semakin pentingnya efisiensi air, terutama di proyek konstruksi besar yang sering mengalami masalah curing air, penggunaan SPA sebagai internal curing dapat menjadi strategi berkelanjutan.
Peningkatan kualitas konstruksi: Dengan potensi pengurangan retak penyusutan dan peningkatan durabilitas, SPA dapat membantu membangun struktur yang lebih tahan lama serta mengurangi biaya pemeliharaan jangka panjang.
Regulasi dan standar: Industri konstruksi Indonesia harus mempertimbangkan bagaimana penggunaan SPA dapat dimasukkan ke dalam spesifikasi teknis (SNI, standar proyek) dan bagaimana melakukan pengujian mutu dan kualitas aditif baru ini.
Biaya versus manfaat: Karena penggunaan aditif baru sering berarti biaya awal yang lebih tinggi, perlu dilakukan analisis cost-benefit (termasuk penghematan curing, waktu pelaksanaan lebih cepat, kualitas struktur lebih baik) sebelum adopsi luas.

Kesimpulan

Penggunaan sodium polyacrylate gel dalam konstruksi menawarkan potensi yang menarik untuk meningkatkan kualitas beton/mortar, memperkuat tanah, serta mendukung konstruksi yang lebih berkelanjutan. Mekanisme internal curing, pengendalian penyusutan, dan modifikasi mikrostruktur material adalah beberapa keunggulan utama. Namun demikian, tantangan seperti penentuan dosis optimal, kondisi lingkungan lokal, distribusi campuran, serta durability jangka panjang tetap memerlukan perhatian.

Bagi industri konstruksi di Indonesia, adopsi SPA gel bisa menjadi langkah inovatif—terlebih di proyek yang menuntut efisiensi air, kualitas tinggi, atau lokasi dengan akses curing tradisional yang sulit. Disarankan agar para insinyur dan kontraktor melakukan uji lapangan kecil terlebih dahulu, menyesuaikan dengan kondisi lokal, dan mempertimbangkan aspek ekonominya.

Referensi

Berikut beberapa studi ilmiah yang dijadikan acuan:

Resan, S. F., Kamil, S., & Abed, M. S. (2019). “Developing Self-Curing Cement Sand Mortar Using Sodium Polyacrylate.” Journal of Engineering and Sustainable Development, 23(05). ResearchGate
Al-Nasra, M. (2013). “Optimizing the Use of Sodium Polyacrylate in Plain Concrete.” International Journal of Engineering Research and Applications, Vol 3, Issue 3. ijera.com
Özbakan, N. & Evirgen, B. (2022). “An Effect of Sodium Polyacrylate on Sandy Soil Parameters and Its Use in Soil Improvement Applications.” Proceedings of CSEE’22. Avestia
Yu, H., Wang, Y., Zhang, N., & Yu, Z. (2025). “Multi-Scale Modification of Sodium Polyacrylate-Modified Cement Grouts: Rheology, Microstructure, and Mechanical Properties.” Buildings, 15(18):3360. MDPI