SIFAT MEKANIK DAN DURABILITAS POLYPROPYLENE FIBER REINFORCED GEOPOLYMER CONCRETE (PFRGC)

Transkripsi

1 SIFAT MEKANIK DAN DURABILITAS POLYPROPYLENE FIBER REINFORCED GEOPOLYMER CONCRETE (PFRGC) MECHANICAL PROPERTIES AND DURABILITY OF POLYPROPYLENE FIBER REINFORCED GEOPOLYMER CONCRETE (PFRGC) T E S I S Disusun Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Gelar Magister Teknik Disusun oleh: DANY CAHYADI S M A G I S T E R T E K N I K S I P I L K O N S E N T R A S I TEKNIK REHABILITASI DAN PEMELIHARAAN BANGUNAN SIPIL P R O G R A M P A S C A S A R J A N A UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014

2 ii

3 iii

4 iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah S.W.T, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga tesis dengan judul Sifat Mekanik dan Durabilitas Polypropylene Fiber Reinforced Geopolimer Concrete (PFRGC) dapat terselesaikan. Tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh derajat Master pada Magister Teknik Sipil Konsentrasi Teknik Rehabilitasi dan Pemeliharaan Bangunan Sipil Program Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dengan keikhlasan dan ketulusan hati, maka dalam kesempatan ini kami menghaturkan terima kasih kepada : 1. Direktur Program Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Balai Pengembangan Sumber Daya Manusia Wilayah II Semarang, Kementerian Pekerjaan Umum yang telah memberikan beasiswa pendidikan kepada penulis. 3. Prof (R). Dr. Ir. Anita Firmanti, MT. Selaku Kepala Puslitbang Permukiman, Badan Litbang, Kementerian Pekerjaan Umum, yang telah memberikan ijin Tugas Belajar kepada penulis. 4. Ir. Lutfi Faizal, selaku Kepala Balai Bahan Bangunan, Puslitbang Permukiman, yang telah memberikan dukungan dan fasilitas laboratorium kepada penulis untuk melaksanakan penelitian. 5. Dr. Ir. Mamok Suprapto, M.Eng, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta. 6. Dr. Eng. Syafi i, M.T, selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta. 7. Kusno Adi Sambowo, ST, Ph.D, selaku Pembimbing Utama. v

6 8. S.A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D, selaku Pembimbing Pendamping. 9. Segenap Staf Pengajar Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah banyak membantu penulis selama kegiatan perkuliahan. 10. Istriku Natalia Aardiwijati dan anakku Rizky Cahya Wijaya, kedua orang tuaku serta adik-adikku, yang terus memanjatkan doa, memberikan semangat dan dukungan baik moril maupun materi dalam menyelesaikan pendidikan ini. 11. Rekan-rekan Mahasiswa Magister Teknik Rehabilitasi dan Pemeliharaan Bangunan Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta angkatan 2012, yang selama ini memberikan masukan, bantuan dan dorongan. 12. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Semoga tesis ini dapat memberi sumbangan ilmiah bagi civitas akademika, praktisi di bidang bahan bangunan, dan bermanfaat bagi masyarakat luas pada umumnya. Atas bantuan yang telah Bapak/Ibu berikan mendapat balasan yang setimpal dari Allah S.W.T. Amin. Surakarta, Januari 2014 Penulis, Dany Cahyadi vi

7 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i HALAMAN PERSETUJUAN...ii HALAMAN PENGESAHAN...iii PERNYATAAN... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR...v DAFTAR ISI...vii DAFTAR TABEL...xi DAFTAR GAMBAR...xiii DAFTAR NOTASI...xv DAFTAR LAMPIRAN...xvii ABSTRAK...xviii ABSTRACT...xix BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Manfaat Teoritis Manfaat Praktis...5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Landasan Teori Bahan Pembentuk Beton Semen Portland Agregat...14 A). Agregat Halus/Pasir...15 B). Agregat Kasar/Kerikil Air...16 vii

8 4. Bahan Tambahan...16 A). Bahan Tambahan Kimia (chemical admixtures)...17 B). Bahan Tambahan Mineral (mineral admixtures) Geopolimer Bahan Dasar Larutan Alkali Aktivator Serat Polypropylene (PP fiber) Sifat Mekanik dan Durabilitas Beton Kuat Tekan Beton Modulus of Rupture (MOR) Beton Susut Kering (Drying Shrinkage) Beton Pengujian Porositas Beton Pengujian X-Ray Difraction (XRD) Pengujian Mikrostruktur dengan SEM Hipotesis...28 BAB III. METODE PENELITIAN Metode Penelitian Waktu dan Tempat Penelitian Waktu Penelitian Tempat Penelitian Teknik Pengumpulan Data Data Primer Data Sekunder Bahan dan Peralatan Penelitian Bahan Penelitian Peralatan Penelitian Peralatan Pembuatan Benda Uji Peralatan Pengujian Benda Uji...33 A). Peralatan Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Lentur (MOR)...33 B). Peralatan Pengujian Drying Shrinkage...35 C). Peralatan Pengujian commit Porositas to user Beton...35 viii

9 D). Peralatan pengujian X-Ray Difraction (XRD)...35 E). Peralatan Pengujian Scanning Electron Microscopy (SEM) Peralatan Penunjang Benda Uji Benda Uji Mortar Geopolimer Komposit Benda Uji Beton Geopolimer Komposit Langkah-Langkah Penelitian Tahap I Pemeriksaan Bahan Dasar Syarat Mutu dan Spesifikasi Bahan Dasar Pengujian Bahan Dasar Beton...41 A). Pengujian Kadar Air Agregat...41 B). Pengujian Kadar Lumpur Agregat Halus...42 C). Pengujian Bobot Isi Gembur dan Padat Agregat...44 D). Pengujian Berat Jenis dan Penyerapan Air...46 E). Pengujian Kadar Organik...50 F). Pengujian Analisis Saringan Tahap II Pengujian Sifat Mekanik Mortar Beton Analisis Hasil Pengujian Mortar Beton Tahap III Rancangan Campuran Beton Geopolimer Komposit Pembuatan Benda Uji Beton Geopolimer Komposit Perlakuan Terhadap Benda Uji Pengujian Benda Uji...58 A). Pengujian Sifat Mekanik Beton...58 B). Pengujian Drying Shrinkage...58 C). Pengujian Porositas Beton...59 D). Pengujian X-Ray Difraction (XRD)...59 E). Pengujian Mikrostruktur dengan SEM Tahap IV...60 ix

10 Tahap V...60 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Uraian umum Hasil Pengujian Bahan Dasar Hasil Pengujian Agregat Halus dan Kasar Hasil Pengujian Analisa Kimia Fly ash Hasil Uji Mortar Kuat Tekan Mortar Dengan Variasi Penambahan PP Fiber Kuat Lentur (MOR) Mortar Dengan Variasi Penambahan PP Fiber Analisis Penentuan Kadar PP Fiber Optimal dan Proporsi Campuran Pengaruh Penambahan PP Fiber dan Penggantian 10% FA dengan PCC pada PFRGC Terhadap Kuat Tekan dan MOR Kuat Tekan Silinder Kuat Lentur (MOR) Pengaruh Perawatan (curing) Dengan Perendaman Air dan Sulfat Terhadap Kuat Tekan dan MOR Beton Geopolimer Kuat Tekan Beton Setelah Perlakuan Perendaman Air dan Perendaman Larutan Sulfat Kuat Lentur (MOR) PFRGC Setelah Perlakuan Perendaman Air dan Perendaman Larutan Sulfat Hubungan Kuat Tekan dan Kuat Lentur (MOR) Hasil Uji Dying Shrinkage Prediksi Susut Beton Jangka Panjang Hasil Uji Porositas Beton Hasil Uji XRD Hasil Uji SEM...91 BAB V. KESIMPULAN Kesimpulan Saran...96 DAFTAR PUSTAKA...97 x

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Klasifikasi fly ash berdasarkan sifat kimia...20 Tabel 2.2. Klasifikasi fly ash berdasarkan sifat fisis...21 Tabel 3.1. Jadwal penelitian...29 Tabel 3.2. Jumlah benda uji mortar geopolimer komposit...37 Tabel 3.3. Jumlah benda uji beton geopolimer komposit berdasarkan variasi binder, jenis pengujian dan curing beton...38 Tabel 3.4. Syarat mutu dan spesifikasi bahan penelitian...40 Tabel 3.5. Ketentuan Berat Kering Minimum Benda Uji...43 Tabel 4.1. Hasil uji properti agregat halus dan agregat kasar...62 Tabel 4.2 Perhitungan komposisi agregat gabungan Pasir dan kerikil...64 Tabel 4.3. Hasil uji analisa kimia fly ash...65 Tabel 4.4. Kuat tekan mortar dengan variasi kadar PP Fiber...66 Tabel 4.5 Kuat lentur (MOR) mortar dengan variasi kadar PP Fiber...67 Tabel. 4.6 Hasil uji kuat tekan silinder beton umur 28 hari...68 Tabel. 4.7 Hasil uji kuat lentur (MOR) beton dengan kadar PP Fiber 0,025%...70 Tabel. 4.8 Hasil uji kuat lentur (MOR) beton dengan kadar PP Fiber 0,05%...71 Tabel. 4.9 Perbandingan peningkatan kuat lentur (MOR) beton geopolimer normal dan penggantian 10% FA dengan PCC...72 Tabel 4.10 Hasil uji kuat tekan silinder beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0%...74 Tabel 4.11 Hasil uji kuat tekan silinder beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,025%...74 Tabel 4.12 Hasil uji kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0%...76 Tabel 4.13 Hasil uji kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,025%...77 Tabel 4.14 Hasil uji kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,05%...77 xi

12 Tabel 4.15 Perbandingan kuat lentur (MOR) antara perawatan rendam air dan rendam sulfat...78 Tabel 4.16 Hubungan kuat tekan dan MOR dari berbagai sumber...79 Tabel 4.17 Kuat tekan dan MOR penelitian dibandingkan dengan penelitian terdahulu...80 Tabel 4.18 CV of forecast error MOR penelitian terhadap sumber data penelitian terdahulu...81 Tabel 4.19 Nilai susut ultimit prediksi dengan data susut umur 63 hari...85 Tabel Hasil uji porositas beton...86 xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Ringkasan kasar dari material greeness vs. Durability dari berbagai alternatif sistem binder (Sakulich, 2011)...8 Gambar 2.2. Reaksi mikrosilika dalam adukan beton...18 Gambar 2.3. Reaksi pembentukan material geopolimer...19 Gambar 2.4. Difraktogram abu terbang PLTU Suryalaya (Diana, 2011)...21 Gambar 2.5. Demountable Mechanical Strain Gauge...27 Gambar 3.1. Fly ash, pasir beton dan SikaFibre...32 Gambar 3.2. Waterglass dan NaOH flakes...32 Gambar 3.3. Alat UTM kapasitas 20 Ton...34 Gambar 3.4. Alat UTM kapasitas 100 Ton...34 Gambar 3.5. Alat uji Scanning X-Ray Difraction (XRD)...36 Gambar 3.6. Benda uji kubus dan balok mortar geopolimer komposit...38 Gambar 3.7. Kerucut abram...48 Gambar 4.1. Perbandingan gradasi agregat gabungan terhadap batas gradasi...64 Gambar 4.2. Hubungan antara kuat tekan umur 28 hari dengan variasi kadar binder...69 Gambar 4.3 Hubungan antara kuat lentur (MOR) umur 28 hari dengan variasi kadar binder dengan kadar PP fiber 0,025%...71 Gambar 4.4 Hubungan antara kuat lentur (MOR) umur 28 hari dengan variasi kadar binder dengan kadar PP fiber 0,05%...71 Gambar 4.5. Hubungan antara kuat tekan silinder beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0%...74 Gambar 4.6 Hubungan antara kuat tekan silinder beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,025%...75 Gambar 4.7 Hubungan antara kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0%...76 Gambar 4.8 Hubungan antara kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,025%...77 xiii

14 Gambar 4.9 Hubungan antara kuat lentur (MOR) beton setelah perlakuan perawatan dengan kadar PP Fiber 0,05%...78 Gambar 4.10 Hasil uji penyusutan beton...82 Gambar Kondisi permukaan benda uji beton geopolimer (a), beton PCC (b)...82 Gambar 4.13 Hubungan antara porositas beton dengan variasi kadar binder...86 Gambar Pola difraksi benda uji dengan perlakuan ambient curing 28 hari..88 Gambar Pola difraksi benda uji dengan perlakuan rendam larutan sulfat (Na 2 SO 4 ) selama 28 hari...89 Gambar Perbandingan pola difraksi benda uji dengan perlakuan ambient curing (normal) dan rendam larutan sulfat (Na 2 SO 4 ) selama 28 hari Gambar Hasil uji SEM, (a). beton konvensional (Vidivelli, 2010) dan (b). beton geopolimer dengan kadar PP fiber 0,025% (hasil penelitian).91 Gambar Hasil uji SEM, (a). beton geopolimer dengan perawatan ambient curing (hasil penelitian) dan (b). beton geopolimer dengan external exposure curing (M.F. Nuruddin, dkk, 2011)...92 Gambar Bidging effect dari PP fiber pada rongga (pore) (a) dan retak (b) A) rongga; B) PP fiber; C) Cacat (defect) (Zu-hua, 2009)...93 xiv

15 DAFTAR NOTASI FA : Fly ash f c : KuatTekan Silinder Beton MOR : Modulus of Rupture MPa : Mega Pascal OPC : Ordinary Portland Cement PFRGC : Polypropylene Fibre Reinforced Geopolymer Concrete PC : Portland Cement PCC : Portland Cement Composite PPC : Portland Pozzolan Cement PP Fiber : Polypropylene Fiber UTM : Universal Testing Machine SEM : Scanning Electron Miscroscopy XRD : X-ray difraction P : Beban Tekan Maksimum (N) A : Luas penampang bidang tekan (mm 2 ) W 1 : Berat Talam Kosong (g) W 2 : Berat Talam dan Benda Uji (g) W 3 : Berat Benda Uji Awal (g) W 4 : Berat Talam dan Benda Uji Kering Oven (g) W 5 : Berat Benda Uji Kering Oven (g) B 1 : Berat Benda Uji dan Cawan (g) B 2 : Berat Cawan (g) B 3 : Berat Benda Uji commit Awal (g) to user xv

16 B 4 : Berat Cawan dan Benda Uji Kering Oven (g) B 5 : Berat Benda Uji Kering Oven (g) B 6 : Kadar Lumpur Agregat (%) Gg : Bobot Isi Gembur (g/cm 3 ) Gp : Bobot Isi Padat (g/cm 3 ) V : Kadar Rongga (%) S : Berat Jenis Agregat D : Density Air (kg/l) Wii : Berat Benda Uji Yang Tertinggal di Ayakan (g) Wtt : Jumlah Berat Bahan Yang Tertinggal Di Ayakan MK : Modulus Kehalusan Sr : Kuat Lentur Mortar (MPa) l : Jarak (bentang) antara dua garis perletakan (mm) b : Lebar tampang lintang patah arah horisontal (mm) a : Jarak rata-rata antara tampang lintang patah dan tumpuan luar yang terdekat, diukur pada 4 tempat pada sisi tarik dari bentang (mm) xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Hasil Uji Properti Bahan... A-1 Lampiran B Hasil Uji Sifat Mekanis Mortar dan Beton... B-1 Lampiran C DokumentasiPenelitian... C-1 xvii

18 Dany Cahyadi Sifat Mekanik dan Durabilitas Polypropylene Fiber Reinforced Geopolimer Concrete (PFRGC). TESIS. Pembimbing I: Kusno Adi Sambowo, ST, Ph.D, II: S.A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D. Program Studi Teknik Rehabilitasi dan Pemeliharaan Bangunan Sipil, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta. ABSTRAK Industri beton menyumbang sebesar 5-8% emisi gas CO 2. Dalam rangka mengurangi emisi CO 2, penelitian mengenai pengembangan beton ramah lingkungan telah banyak dilakukan. Beton geopolimer merupakan salah satu dari beton ramah lingkungan karena memanfaatkan bahan limbah seperti fly ash sebagai bahan pengikat beton. Beton Geopolimer memiliki beberapa kelemahan, antara lain kecenderungan retak pada umur awal, lambatnya waktu pengikatan dan kebutuhan perawatan dengan panas. Untuk mengatasi masalah tersebut diharapkan dapat diatasi penambahan serat (fiber) dan penggantian 10% fly ash dengan semen pada campuran beton geopolimer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat mekanis dan durabilitas beton geopolimer dengan penambahan polypropylene fiber dan penggantian 10% dari fly ash dengan semen PCC. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental laboratorium berupa pembuatan benda uji mortar dan beton. Variasi kadar binder yang digunakan yaitu 100%FA:0%PCC, 90%FA:10%PCC, dan 0%FA:100%PCC. Variasi kadar PP fiber 0%, 0,025%, 0,05% dan 0,075% dari berat mortar. Jenis pengujian yang dilakukan yaitu uji sifat mekanis (kuat tekan dan modulus of rupture (MOR)), drying shrinkage, porositas, X-ray difraction (XRD) dan Scanning Electron Miscroscopy (SEM). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan PP fiber dapat meningkatkan kuat tekan silinder beton dan MOR beton serta fiber dapat memberikan ikatan yang lebih baik pada saat terkena beban lentur. MOR beton geopolimer dengan PP fiber 0,05% meningkat sebesar 10,91% dibanding beton gopolimer tanpa penambahan PP fiber. Pengaruh penggantian 10% FA dengan PCC, beton geopolimer dengan campuran 90% FA : 10% PCC memiliki kuat tekan dan MOR yang lebih tinggi dibandingkan dengan campuran geopolimer normal sebagai kontrol. Penggunaan PP fiber sebesar 0,025% dapat mengurangi susut sebesar 25,3% (100% FA : 0% PCC). Kata kunci: Beton, Geopolimer, Polypropilene Fiber, Durabilitas beton xviii

19 Dany Cahyadi Mechanical Properties and Durability of Polypropylene Fiber Reinforced Geopolimer Concrete (PFRGC). THESIS. Supervisor I: Kusno Adi Sambowo, ST, Ph.D, II: S.A. Kristiawan, ST, MSc, Ph.D. Study Programme of Rehabilitation and Maintenance Technique in Civil Infrastructure, Postgraduate Program, Sebelas Maret University Surakarta. ABSTRACT Concrete industry contributes 5-8% of CO 2 emmision. In order to reduce CO 2 emissions, research lead to the development of environment friendly concrete have been carried out. Geopolymer concrete is one of the environment friendly concrete because it uses waste material such as fly ash as concrete binder. Geopolymer concrete has a few disadvantages such as tendecy of cracking at early age, slow setting time and the dependent on heat treatment (heat curing). Overcoming this problems are expected by the addition of fiber and the replacement 10% of fly ash with cement to the geopolimer concrete mixture. The purpose of his study is to determine the mechanical properties and durability of geopolymer concrete with addition of polypropylene fiber and the replacement of 10% of fly ash with PCC cement. The method used in this research is an experimental laboratory method by making mortar and concrete specimens. The variations of binder are 100 % FA : 0% PCC, 90% FA : 10% PCC, and 0% FA : 100% PCC. PP fiber content variations are 0%, %, 0.05 % and 0.075% by the weight of mortar. The type of laboratory testing are the mechanical properties test (compressive strength and modulus of rupture (MOR)), drying shrinkage, concrete porosity, X -ray difraction (XRD) and Scanning Electron miscroscopy (SEM). The result shows that the addition of PP fibre can increasing the compressive strength and MOR of concrete and also fibre provides a better bond when exposed to bending loads. MOR of geopolimer concrete with the addition of 0,05% of PP fibre increase 10,91% compared to geopolymer concrete without the addition of PP fibre. The effect of 10% fly ash replacement with PCC cement, geopolymer concrete with mixture of 90% FA : 10% PCC has a higher compressive strength and MOR compared to normal geopolimer concrete as control. The use of % PP fiber can reduce drying shrinkage by 25.3 % for binder content variation of 100 % FA : 0% PCC Keyword: Concrete, Geopolymer, Polypropylene Fiber, Concrete durability xix