STUDI PERILAKU BETON BERKEKUATAN TINGGI YANG MENGGUNAKAN SEMEN PCC DAN POLYPROPYLENE FIBER-MESH

Transkripsi

1 STUDI PERILAKU BETON BERKEKUATAN TINGGI YANG MENGGUNAKAN SEMEN PCC DAN POLYPROPYLENE FIBER-MESH F. Phengkarsa 1, J. Tanijaya 1, dan M.W. Tjaronge 2 1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Kristen Indonesia Paulus, Makassar depeka@indosat.net.id 2 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar 1. ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan polypropylene terhadap karakteristik beton kekuatan tinggi dengan menganalisis kapasitas kuat tekan, kuat tarik belah, kuat lentur, modulus elastisitas dan lendutan. Penelitian ini dilakukan dengan membuat benda uji silinder diameter15 cm dan tinggi 30 cm sebanyak 90 buah dan balok (10 x 10 x 40) cm 3 sebanyak 45 buah. Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat Universal Testing Machine untuk mengukur kuat tekan, kuat tarik belah. Untuk pengujian kuat lentur menggunakan balok tumpuan sederhana dengan beban terpusat di tengah bentang. Sedangkan untuk pengujian modulus elastisitas menggunakan Combined Compressometer Ekstensometer. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan fraksi berat 900 gr/m 3 fiber-mesh dapat meningkatkan kuat tekan sebesar 10,99%, kuat tarik belah 10,97%, kuat lentur 11,64%, dan modulus elastisitas 11,14%, sedang lendutan berkurang sebesar 19%. Sedang pada penambahan fraksi berat 1800 gr/m 3 fiber- mesh meningkatkan kuat tekan sebesar 10,64%, kuat tarik belah 11,02%, kuat lentur 11,37%, dan modulus elastisitas 12,09% serta penurunan lendutan sebesar 24%. Kata Kunci: Polypropylene fiber-mesh, beton kekuatan tinggi, semen PCC, karakteristik beton PENDAHULUAN Pemakaian beton sebagai bahan konstruksi telah lama dikenal di Indonesia. Beton merupakan salah satu bahan utama yang sering digunakan pada berbagai jenis konstruksi, seperti jalan raya, gedung, jembatan, tower, kanal, waduk, dermaga, bandar udara sampai karya seni. Beton diminati karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan bahan lainnya, antara lain harganya yang relatif murah, mudah dibentuk sesuai kebutuhan, bahan penyusun yang mudah didapat, tahan lama, tidak mengalami pembusukan, tidak menjadi subjek korosi dan memiliki kuat tekan yang tinggi dibandingkan kuat tariknya. Berbagai penelitian dan percobaan di bidang beton dilakukan sebagai upaya untuk meningkatkan kualitas beton, antara lain dengan menambahkan material serat (fiber) pada adukan beton di mana penambahan fiber ini dimaksudkan agar dapat berfungsi sebagai tulangan mikro (secondary reinforcement) yang tersebar secara acak dalam beton. Menurut ACI Committee 544 (1988), beberapa pengujian mengindikasikan bahwa penambahan fiber dapat meningkatkan kapasitas geser (tarik diagonal) balok beton. Selain itu, penambahan fiber dapat pula meningkatkan daktalitas beton dari sifat yang getas menjadi lebih daktail; ketahanan terhadap kelelahan; ketahanan terhadap pengaruh susut; kekuatan lentur (flexural strength) dan kekuatan geser balok beton fiber. Juga penggunaan polypropylene fiber dengan ukuran kecil yang tersebar merata ke dalam beton bisa mengurangi retak plastis (Paul Nugraha, Antoni, 2007). Pemakaian tulangan fiber untuk memperkuat material yang getas seperti beton telah lama dikenal. Serat-serat yang telah umum dipergunakan antara lain terbuat dari baja (steel fibers), serat sintesis (synthetic fibers), atau dari serat kaca (glass fibers). Salah satu jenis fiber yang dapat dipakai untuk memperbaiki kinerja beton ialah fiber sintesis polimerik dan yang paling sering (popular) dipakai adalah tipe polypropylene. Penelitian mengenai penambahan serat sintesis ke dalam adukan beton telah dilakukan oleh Sydney Furlan Jr. dan Joao Bento de Hanai (1997), Hasilnya menunjukkan bahwa penggunaan serat sintesis type multifilament dapat meningkatkan kapasitas gaya geser ultimit beton sebesar 13% pada balok beton. Penelitian yang serupa oleh Mediyanto (2001) dan Wibowo (2002), menyatakan bahwa penambahan serat plastik tipe polyester dapat menambah kapasitas momen ultimit sebesar 127,31% dan kapasitas geser 43,17% pada balok beton bertulang. Dari latar belakang di atas, Penulis tertarik untuk meneliti pengaruh penambahan fiber-mesh pada campuran beton kekuatan tinggi dengan menambahkan superplasiticizer poly carboxylene glenium C316 dan menggunakan Portland Composite Cement (PCC) yang mulai popular dipasarkan. SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-199

2 Tujuan penelitian Penelitian ini bertujuan : 1. Untuk menganalisis fenomena pengaruh penambahan polypropylene fiber-mesh pada beton terhadap modulus elastisitas, kuat tekan, kuat tarik dan kuat lentur. 2. Untuk mengkaji hubungan variasi penambahan polypropylene fiber-mesh pada beton terhadap lendutan. 3. Untuk memperoleh gambaran mengenai perilaku lentur balok dengan penambahan polypropylene fiber-mesh panjang 2 cm sebanyak 900 gr/m 3 dan 1800 gr/m 3 dalam fraksi berat pada pengujian balok (10 x 10 x 40) cm TINJAUAN PUSTAKA Beton kekuatan tinggi Sesuai dengan perkembangan teknologi beton yang demikian pesat, kriteria penentuan beton kekuatan tinggi juga berubah sesuai dengan perkembangan jaman. Kemajuan tingkat mutu yang berhasil dicapai. Pada tahun 1950-an, beton dikategorikan mempunyai kekuatan yang tinggi jika kekuatan tekannya 30 MPa. Tahun an, kriterianya naik menjadi 40 MPa. Saat ini dikatakan sebagai beton kekuatan tinggi jika kekuatan tekannya di atas 50 MPa dan di atas 80 MPa adalah beton kekuatan sangat tinggi (Supartono,1998). Menurut Standar India, beton berkekuatan tinggi adalah beton yang memiliki kekuatan tekan kubus lebih dari 280 kg/cm 3, sedangkan menurut Orchard, beton kekuatan tinggi adalah beton dengan kekuatan tekan lebih dari 35 Mpa (350 kg/cm 3 ). Dari berbagai batasan di atas, terlihat ungkapan beton berkekuatan tinggi adalah ungkapan yang relatif. Berdasarkan ACI 363R-92 State of the Art Report on High Strength Concrete, beton dengan kekuatan tekan karakteristik lebih besar 6000 psi (41 MPa) pada umur 28 hari dapat dikategorikan sebagai beton kekuatan tinggi. Beton kekuatan tinggi mempunyai tingkat kepadatan yang tinggi, ketegaran retak yang tinggi, penyusutan dan rangkak yang kecil, daktilitas rendah (bersifat getas) dan mempunyai ketahanan yang baik terhadap serangan lingkungan. Untuk mendapatkan beton kekuatan tinggi, perlu diperhatikan tiga faktor komposisi material yaitu : kekerasan pasta semen, agregat dan interfacial zone antara pasta dan agregat. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dan diperhatikan dalam menghasilkan beton yang berkekuatan tinggi, yaitu : 1. Perbandingan semen-agregat, faktor air semen, ikatan antara semen-agregat, kadar udara dan bahan tambahan (additive, admixture). 2. Kualitas dari material pembentuk beton, sifat-sifat kekuatan dan durabilitas, serta 3. Kontrol yang baik dari proses pembuatan beton. Interface Material beton terdiri dari agregat dan matriks pasta semen. Antara agregat dan mortar dibatasi oleh interface zone (zona antar permukaan). Interface zone merupakan daerah yang paling lemah pada beton. Kehancuran pada beton biasanya terjadi pada interface, yaitu bidang kontak antara pasta semen dengan agregat. Hal ini disebabkan oleh ikatan antara pasta semen dan agregat tidak sempurna. Memperkuat zona antar permukaan mortar dan agregat merupakan suatu pemecahan masalah untuk mendapatkan beton kekuatan tinggi di samping agregat kasar dan pasta yang digunakan harus kuat. Beberapa bahan tambahan yang dapat dipakai untuk memperbaiki interface antara lain terak, abu terbang (fly ash)dan silica fume. Beton serat polypropylene Beton serat (fiber reinforced concrete) didefinisikan sebagai beton yang terbuat dari semen portland atau bahan pengikat hidrolis lainnya yang ditambah dengan agregat kasar dan halus, air, dan diperkuat dengan serat. Dengan dimasukkannya fiber ke dalam beton maka akan didapatkan peningkatan kinerja daripada beton, seperti peningkatan penyerapan energi, fracture Toughness, pengurangan retak plastis pada umur awal, mengontrol retak dan juga mengurangi spalling ketika beton sudah retak serta meningkatkan daktalitas beton dari sifat yang getas. Menurut P. Balaguru dan Shah S.P (1992) serat untuk campuran beton dapat dibedakan menjadi: 1. Serat metal, misalnya serat baja (steel fiber).dan serat stain-less steel 2. Serat polymeric, misalnya serat polypropylene (sejenis plastik mutu tinggi) dan serat nylon. 3. Serat mineral, misalnya fiber glass. 4. Serat alam (natural fiber), misalnya ijuk, serabut kelapa, serat goni dan serat tumbuh-tumbuhan lainnya. Serat polypropylene merupakan senyawa hidrokarbon dengan rumus kimia C 3 H 6 yang berupa filament tunggal ataupun jaringan serabut tipis yang berbentuk jala dengan ukuran panjang antara 6 50 mm dan diameter 90 mm. S-200 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

3 Beberapa keuntungan penggunaan serat sintetis dalam campuran beton disimpulkan oleh P. Balaguru dan Shah S.P (1992) sebagai berikut: - Meningkatkan kekuatan beton (tekan, tarik, dan lentur), kekedapan beton, daya tahan beban berulang dan abrasi. - Mengurangi retak-retak karena susut dan terjadinya korosi tulangan. - Memungkinkan adanya kekuatan beton setelah terjadinya keretakan. Penambahan serat polypropylene pada adukan beton pertama kali di Amerika pada tahun 1965 oleh Goldfein. Serat polypropylene mudah diperoleh dalam jumlah besar, harganya relative murah dan sebagai produk industri bisa dibuat dengan mutu yang konsisten. Serat polypropylene sebagai bahan tambahan pada pembuatan beton ialah yang berbentuk serabut tipis (dalam keadaan tertutup) dan keadaan terbuka serat ini mempunyai pola yang menyerupai jala. Jenis polypropylene ialah monofilament dan fibrillated (Gambar 1). 3. METODOLOGI a) Fibrillated(Fibermesh) b) Monofillament Gambar 1. Bentuk-bentuk serat polypropylene Metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam penelitian ini adalah studi pustaka dan studi eksperimental. Studi pustaka untuk mendapatkan data-data sehubungan dengan teori tentang Polypropylene fibermesh dan beton berkekuatan tinggi. Studi eksperimental dilaksanakan dengan membuat sampel berbentuk balok dan silinder dengan variasi: balok beton (10x10x 40) cm 3 dengan fraksi berat 0 gr/m 3, 900 gr/m 3 dan 1800gr/m 3 serat fiber dan silinder beton d=15 cm dan t=30 cm dengan fraksi berat 0 gr/m 3, 900 gr/m 3 dan 1800gr/m 3 serat fiber Waktu dan tempat Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bahan dan Struktur Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar. Pelaksanaan penelitian dari tanggal 12 Nopember 2010 s/d 10 Februari Pengujian laboratorium Pengujian sampel di laboratorium yang meliputi : Pengujian karakteristik material agregat: berat jenis, kadar air, berat volume, absorbsi, kadar lumpur agregat halus dan agregat kasar, modulus kehalusan dan keausan Pengujian kuat tekan, kuat tarik belah, kuat lentur balok, modulus elastisitas berdasarkan hasil mix design dengan menggunakan Metode ACI dan Standar pengujian menggunakan standar ASTM 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian kuat tekan Dari hasil pengamatan dapat diketahui bahwa pola keruntuhan silinder beton adalah keruntuhan belah (failure splitting). Kuat tekan beton tanpa polypropylene dapat mencapai f c = 61,109 MPa > f c rencana = 60 MPa. Beton dengan penambahan polypropylene 900 gr/m 3 dapat mencapai f c = 66,252 MPa > f c rencana = 60 MPa, sedang beton dengan penambahan Polypropylene 1800 gr/m 3 dapat mencapai f c = 63,973 MPa > f c rencana = 60 MPa. Kuat tekan vs umur beton dapat dilihat pada Gambar 2(a), yang menunjukkan bahwa nilai kuat tekan yang diperoleh terus meningkat secara logaritmik. Perkembangan kuat tekan terhadap waktu bertambah seiring dengan meningkatnya ikatan butiran agregat akibat proses semenisasi dalam beton. Secara matematis hasil analisis regresi antara kuat tekan dan umur beton diperoleh persamaan: y = 0,308. e 0,085x (beton tanpa polypropylene) y = 0,318. e 0,077x (beton + polypropylene 900 gr/m 3 ) y = 0,222. e 0,087x (beton + Polypropylene 1800 gr/m 3 ) y = kuat tekan x = umur beton (hari) SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-201

4 Pengujian kuat tarik belah Seperti pada pengujian kuat tekan, pengujian kuat tarik juga dilakukan pada benda uji silinder pada umur 3 hari, 7 hari, dan 28 hari. Perkembangan kuat tarik belah beton terus meningkat seiring dengan bertambahnya umur beton. Hal tersebut dapat dilihat pada kurva perkembangan kuat tarik belah berikut ini (Gambar 2(b)). Perkembangan kuat tarik berbanding lurus terhadap kuat tekan dimana semakin besar kuat tekan maka kuat tarik juga akan semakin besar (Gambar 3). Pada Tabel 1 terlihat bahwa koefisien hasil pengujian menghasilkan nilai yang lebih besar dari 0.59 (formula ACI 363R-92). (a) (b) Gambar 2. Kurva perkembangan (a) Kuat tekan vs umur beton dan (b) Kuat tarik belah vs umur beton Tabel 1. Hubungan kuat tekan dan kuat tarik belah berdasarkan formula ACI 363R-92 Campuran Beton Tanpa Fiber mesh Penambahan 900 gr/m3 fiber mesh Penambahan 1800 gr/m3 fiber mesh Umur Kuat Tekan Kuat Tarik Belah (Hari) a f'c 3 25,817 3,040 0,598 f'c 7 37,650 4,030 0,657 f'c 28 51,975 4,978 0,691 f'c 3 28,250 3,507 0,660 f'c 7 40,821 4,638 0,726 f'c 28 57,127 5,459 0,722 f'c 3 29,156 3,875 0,718 f'c 7 40,198 4,582 0,723 f'c 28 55,315 5,487 0,738 f'c Pengujian modulus elastisitas Gambar 3. Hubungan kuat tekan dan kuat tarik belah Pengujian modulus elastisitas dilakukan pada umur beton 28 hari. Nilai modulus elastisitas diperoleh dari hubungan tegangan-regangan seperti pada Gambar 4 6. S-202 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

5 Regangan Regangan Struktur Gambar 4. Kurva tegangan-regangan beton tanpa polypropylene, y = 4E-05x R² = y = ln(x) R² = Tegangan Tegangan Gambar 5. Kurva tegangan-regangan beton penambahan polypropylene 900 gr/m 3 Gambar 6. Kurva tegangan-regangan beton penambahan polypropylene 1800 gr/m 3 Sebagai pembanding modulus elastisitas dihitung berdasarkan kuat tekan dengan menggunakan ACI 363 R 92 (Tabel 2-4). Tabel 2. Hasil perhitungan modulus elastisitas berdasarkan kuat tekan beton normal Umur Kuat Tekan Modulus Elastisitas Modulus Elastisitas (ACI 363 R - 92) 3 25, , , , , , , , ,042 Tabel 3. Hasil perhitungan modulus elastisitas berdasarkan kuat tekan beton dengan penambahan polypropylene 900 gr/m 3 Umur Kuat Tekan Modulus Elastisitas Modulus Elastisitas (ACI 363 R - 92) 3 28, , , , , , , , ,180 Tabel 4. Hasil perhitungan modulus elastisitas berdasarkan kuat tekan beton dengan penambahan polypropylene 1800 gr/m 3 Umur Kuat Tekan Modulus Elastisitas Modulus Elastisitas (ACI 363 R - 92) 3 29, , , , , , , , ,993 Pengujian lendutan pada balok beton Dari hasil pengamatan dapat diketahui bahwa lendutan yang terjadi di tengah bertambah dengan meningkatnya beban yang diberikan hingga balok tersebut patah pada saat beban maksimum seperti terlihat pada Tabel 5. Tabel 5. Hubungan kuat lentur dan lendutan balok Umur Beton Beton tanpa Fiber Mesh Beton gr/m 3 Fiber Mesh Beton gr/m 3 Fiber Mesh Lendutan Kuat Lentur Lendutan Kuat Lentur Lendutan (mm) (mm) (mm) Kuat Lentur 6,958 8,379 10,003 0,254 0,362 0,498 7,431 9,030 11,641 0,242 0,344 0,418 7,175 8,915 11,375 0,196 0,284 0,400 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-203

6 Ringkasan Dari pembahasan tersebut di atas maka dapat diringkaskan beberapa hal sebagai berikut: 1. Interaksi antara serat dan matriks beton dapat mempengaruhi kinerja dari material komposit beton serat. Dengan penambahan fiber mesh 900 gr/m 3 meningkatkan kuat tekan sebesar 10,99 %, sedang penambahan fiber mesh 1800 gr/m 3 meningkatkan kuat tekan sebesar 10,64 % pada umur 28 hari terhadap beton tanpa penambahan fiber mesh. 2. Ketika suatu komposit yang mengandung fiber dibebani tarik, maka pada tahap tertentu matriks beton akan retak. Dalam hal ini fiber akan berfungsi sebagai jembatan, membawa beban menyeberangi retakan. Dengan penambahan fiber mesh 900 gr/m³ meningkatkan kuat tarik belah sebesar 10,97 %, sedang penambahan fiber mesh 1800 gr/m³ meningkatkan kuat tarik 11,02 % pada umur 28 hari terhadap beton tanpa penambahan polypropylene fiber mesh. 3. Penyebaran secara merata fiber-mesh pada campuran beton menyebabkan interaksi antara serat dan matriks beton lebih besar dan meningkatkan kuat lentur. Dengan penambahan fiber-mesh 900 gr/m³ menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap peningkatan kuat lentur sebesar 11,64 %, sedang penambahan fiber-mesh 1800 gr/m³ meningkatkan kuat lentur sebesar 11,37 % pada umur 28 hari terhadap kuat beton tanpa penambahan polypropylene fiber- mesh. 4. Modulus elastisitas beton yang diberi fiber-mesh menghasilkan nilai yang lebih besar dibanding beton tanpa penambahan fiber-mesh. Modulus elastisitas beton dengan kadar serat 900 gr/m³ meningkat 11,140 % dan pada beton dengan kadar fiber 1800 gr/m³, modulus elastisitasnya meningkat 12,092 % dari beton tanpa polypropylene fiber-mesh. 5. Deformasi akibat lendutan menurun sebesar 19% pada penambahan fiber-mesh fraksi berat 900 gr/m 3 dan menurun 24% pada fraksi berat 1800 gr/m 3 terhadap balok tanpa penambahan fiber- mesh pada umur 28 hari. Hal ini dikarenakan adanya aksi pasak (dowel action) pada fiber-mesh sehingga matrik beton yang sudah retak tetap stabil/kokoh menahan beban. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa penambahan fiber-mesh fraksi berat 900 gr/m3 dan 1800 gr/m3 dapat memperbaiki kinerja beton berkekuatan tinggi, dalam hal ini dapat meningkatkan kuat tekan, kuat tarik, kuat lentur dan modulus elastisitas serta penurunan lendutan. DAFTAR PUSTAKA ACI Committee 318. (2008). Building Code. Requirrement for Structural Concrete. (ACI 08) and Comentary. American Concrete Institute. U.S.A. ACI Committee 544.1R. State of The Art Report on Fiber Reinforced Concrete (ACI 544.1R-1996), (Reapproved 2002). American Concrete Institute. U.S.A. ACI Committee 544.2R. Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete (ACI544.2R-1989), (Reapproved 1999). American Concrete Institute. U.S.A. Adiwijaya. (2010). Studi Eksperimental Perilaku Geser Balok T Beton Bertulang yang menggunakan Polypropylene Fiber-mesh. Tesis Magister. Universitas Hasanuddin. Makassar. American Standard for Testing and Material. (2002). Annual Book of ASTM Standard Volume Concrete and Agregates. Philadelpia. Balaguru, P.N. and Surendra P. Shah. (1992). Fiber Reinforced Cement Composites. McGraw-Hill, Inc. Singapore. Departemen Pekerjaan Umum. (2002). Tata cara Rencana Pembuatan Campuran Beton dengan standar SK SNI Yayasan CPMB. Bandung. Fuad, Indra S. (1997). Pengaruh Penambahan Serat Polypropylene pada Kuat Tekan, Kuat Tarik, Kuat Lentur dan Daya Tahan Abrasi Beton. Tesis Magister. Universitas Indonesia. Hannant, D.J. (1978). Fibre Cements and Fibre Concrete. John Willey & Sons, A Wley Interscience Pubication. New York. Junior, Sydney F, and Joao Bento de Hanai, (1997). Shear Behaviour of Fiber Reinforced Concrete Beams, Cement and Concrete Composites Journal. No.19: Mulyono, Tri. (2004). Teknologi Beton. Penerbit Andi, Jogyakarta. Nugraha, Paul.,dan Antoni, (2007). Teknologi Beton (Dari Material, Pembuatan, Ke Beton Kinerja Tinggi). Penerbit Andi Offset. Jogyakarta. Song, P.S, S.Hwang, and B.C. Sheu. (2005). Strength Properties of Nylon and Polypropylene Fiber Reinforced Concretes. Cement and Concrete Research Journal. No.35: Wibowo, (2006). Kapasitas Lentur, Toughness, dan Stiffness Balok Beton Berserat Polypropylene, Jurnal Media Teknik Sipil. Edisi Januari 2006, S-204 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5