TINJAUAN KAPASITAS AKSIAL BETON GEOPOLIMER TERKEKANG

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, Oktober 17 TINJAUAN KAPASITAS AKSIAL BETON GEOPOLIMER TERKEKANG Maulana Arifin 1, Fahrul Anam 2, Antonius 3 dan Danna Darmayadi 4 1 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang maulanaarifin100@gmail.com 2 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang fahrulanam02@gmail.com 3 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang antonius67a@gmail.com 4 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang darmayadi@yahoo.com ABSTRAK Limbah batu bara yang berupa fly ash secara global lebih dari ratusan juta ton per tahun dan produksinya akan terus meningkat pada setiap tahunnya, n a m u n pemanfaatannya masih terbatas. Salah satu upaya pemanfaatan fly ash adalah digunakan untuk membuat beton geopolimer. Beton geopolimer merupakan jenis beton yang menggunakan fly ash sebagai bahan utamanya dan larutan alkali aktivator untuk pengikatnya. Fly ash dengan larutan alkali aktivator bereaksi secara kimiawi membentuk ikatan polimer yang berwujud gel geopolimer kemudian gel geopolimer akan mengikat agregat kasar dan halus sehingga menjadi beton geopolimer yang kuat. Apabila beton geopolimer akan diterapkan pada struktur kolom maka diperlukan karakteristik pengekangan. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental untuk meninjau perilaku beton geopolimer ditinjau dari aspek kapasitas aksialnya apabila diberi tulangan pengekang. Parameter tulangan lateral didesain berdasarkan SNI Benda uji berbentuk silinder berukuran 100 X 0 mm yang didesain tanpa selimut dan tanpa tulangan longitudinal. Hasil-hasil eksperimen berupa kapasitas aksial tanpa maupun dengan tulangan pengekang dievaluasi dan diverifikasi dengan ketentuan yang biasa berlaku untuk beton normal. Hasil peneliitian menunjukkan bahwa kapasitas aksial beton yang dianut dari SNI cukup aman apabila digunakan untuk evaluasi kapasitas aksial beton geopolimer. Kata kunci : Beton Geopolimer, Kapasitas Aksial, Tulangan Pengekang. 1. PENDAHULUAN Proses produksi semen mengeluarkan gas CO2 yang menimbulkan efek rumah kaca (karbon dioksida). Dilain pihak, limbah batu bara yang berupa fly ash secara global lebih dari ratusan juta ton per tahun produksinya akan terus meningkat pada setiap tahunnya, tetapi pemanfaatannya masih terbatas. Jumlah fly ash yang dihasilkan dibuang ke tempat pembuangan sampah sehingga mengakibatkan pencemaran udara, air dan masalah ekologi. Oleh karena itu untuk mengatasi jumlah fly ash yang sangat banyak maka perlu dilakukan pemanfaatan sly ash, salah satu pemanfaatannya adalah sebagai bahan pembentuk beton geopolimer. Beton geopolimer merupakan beton yang materialnya terdiri atas unsur silikat (SiO4) dan alumunium (AlO4) yang direaksikan dengan larutan alkali aktivator sehingga membentuk ikatan secara tertrahedral. Salah satu material yang mengandung unsur terbsebut adalah fly ash. Oksida silika pada bahan fly ash akan bereaksi secara kimia dan membentuk ikatan polimer yang keras dan kuat. Ikatan polimer tersebut dapat mengikat agregrat kasar dan agregrat halus untuk membentuk beton geopolimer yang memiliki kekuatan tekan tinggi, nilai (shrinkage) relatif kecil, nilai rangkak (creep) yang rendah, serta resistensi atau ketahanan yang baik tehadap serangan asam sulfat menjadikan beton geopolimer bahan yang cocok untuk aplikasi infrastruktur. Kolom merupakan komponen struktur dengan rasio tinggi terhadap dimensi lateral terkecil. Apabila beton geopolimer akan diterapkan pada struktur kolom, maka diperlukan pula karakteristik pengekangan, seperti rasio volumentrik dan spasi tulangan pengekang. Untuk itu diperlukan pembahasan yang lebih mendalam tentang perilaku kondisi batas pada beton geopolimer dan penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kapasitas aksial beton geopolimer. MTR-131

2 2. TINJAUAN PUSTAKA Beton geopolimer Beton geopolimer yang tidak menggunakan semen sebagai material utamananya namun menggunakan meterial alami sebagai bahan utamanya dan larutan alkali aktivator untuk pengikatnya. Material tersebut mengalami reaksi polimerisasi dalam proses pengerasannya. Material alami yang diutamakan sebagai pengganti semen ini adalah material yang memiliki kandungan oksida silika dan alumina tinggi (Davidovits, 1994). fly ash dan slag merupakan material yang paling potensial sebagai bahan dasar beton geopolimer (Hardjito et all,05). Dalam penelitian ini material utama yang diguanakan adalah fly ash tipe F. Larutan akali aktivator merupakan zat atau unsur yang menyebabkan zat atau unsur lain bereaksi. Dalam pembuatan beton geopolimer, larutan alkali aktifator yang digunakan adalah unsur alkali yang terhidrasi seperti natrium hidroksida dan natrium silika. Penggunaan natrium hidroksida sebagai aktifator ini dikarenakan silika pada fly ash merupakan basa kuat maka ia harus bereaksi dengan asam kuat seperti natrium hidroksida. Sehingga penambahan n a t r i u m h i d r o k s i d a p a d a f l y a s h dapat mereaksikan silika dalam fly ash. Selain natrium hidroksida dalam pembuatan beton geopolimer juga diperlukan sodium silikat sebagai katalisator. Katalisator merupakan zat yang mempercepat terjadinya reaksi kimia. Untuk aktifator Sodium Hidroksida biasanya digunakan katalis Sodium Silikat, hal ini sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh Hardjito (05). Sehingga dalam penelitian ini alkali aktivator yang digunakan adalah natrium hidroksida dan natrium silika. Kapasitas aksial beton geopolimer Kolom merupakan komponen struktur dengan rasio tinggi terhadap dimensi lateral terkecil melampaui 3 yang digunakan terutama untuk menumpu beban tekan aksial (SNI Beton ). SNI Beton pasal menentukan besarnya kapasitas aksial beton kolom sebagai berikut: P 0 = 0,85f c (A g - A st + f y A st... (1) Dimana: P 0 = Kapasitas Beban Aksial Kolom (kn f c = Kuat Tekan Beton f y = Tegangan Leleh Tulangan Longitudinal (MPa A g = Luas Bruto Penampang Kolom (mm 2 = Luas Total Tulangan Longitudinal (mm 2 A st Persamaan (1) diatas tidak memperhitungkan adanya tulangan pengekang dan persamaan tersebut berlaku untuk beton normal. Untuk beton geopolimer, persamaan (1) tersebut perlu dievaluasi yang akan dilakukan dalam penelitian ini. Tulangan pengekang/lateral Penggunaan kekangan (confinement) pada inti beton dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan dan daktilitas dari kolom. Hasil studi penelitian triaksial beton diaplikasikan ke dalam persamaan dasar untuk desain kolom beton dengan tulangan spiral. Berdasarkan SNI Pasal menentukan kebutuhan tulangan pada kolom lingkaran, yaitu : (2) dimana : ρ s = rasio tulangan spiral minimum yang dibutuhkan A g = Luas bruto penampang A c = Luas inti dari komponen struktur tekan dengan tulangan spiral yang diukur hingga diameter terluar dari tulangan spiral. f c = kuat tekan beton uniaksial f y = tegangan leleh tulangan spiral MTR-1

3 SNI menentukan nilai f y tidak lebih dari 700 MPa, sedangkan menurut ACI harga f y tersebut tidak lebih dari 680 MPa. Persamaan (2) di atas digunakan untuk desain tulangan lateral kolom dengan beban statik. Tulangan pengekang/lateral yang dipasang pada kolom berfungsi untuk menahan gaya geser dan menjaga inti beton kolom. Hasil penelitian oleh Antonius & Imran (12) mencatat bahwa ketika kekuatan beton dalam struktur kolom lebih tinggi, peningkatan kekuatan beton terkekang (K) dan daktilitas cenderung menurun. 3. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ni dilakukan dengan metode eksperimental di laboratorium bahan. Tulangan pengekang spesimen penampang persegi dibagi menjadi 2 (dua) specimen yaitu A dan B. Semua spesimen tersebut dikontrol oleh spesimen tanpa tulangan pengekang. Hal ini untuk mengetahui besarnya peningkatan kekuatan dan daktilitas beton terkekang. Beton terkekang ini didesain tanpa selimut tulangan dipasang sacara lateral dan kawat secara longitudinal. Tulangan pengekang yang digunakan adalah besi polos diameter 5,5 dan 6 mm, yang mempunyai tegangan leleh MPa dan MPa. Ketentuan rasio tulangan lateral minimum berdasarkan SNI digunakan sebagai pedoman dalam mendesain tulangan lateral. Masing-masing bentuk specimen dengan konfigurasinya diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 1. Konfigurasi tulangan lateral Tabel 1. Penulangan Spesimen Beton Terkekang No Kode Benda Uji UGC 1 UGC 2 GC 1 GC 2 GC 3 GC 4 UNC 1 UNC 2 NC 1 NC 2 NC 3 NC 4 f c (MPa) Diameter (mm) Tulangan lateral Spasi Rasio (mm) (ρs) 0 0, , , , , , , ,015 0,014 0,014 0,015 0,015 fy (MPa) MTR-133

4 Pembuatan benda uji Proses pembuatan beton geopolimer dengan kekangan adalah sebagai berikut: Masukkan agregat kasar dan abu batu bara kedalam molen, kemudian putar molen hingga campuran tercampur merata, selanjutnya masukkan larutan alkali aktivator (campuran NaOH 8M + Na 2 SiO 3 ) ke dalam campuran, kemudian putar molen hingga campuran tercampur merata dan terlihat mengkilap, tahap selanjutnya masukkan agregat halus kedalam campuran dan tunggu sampai tercampur homogen dan terlihat mengkilap, setelah itu tuang sedikit demi sedikit adukan ke dalam cetakan diatas meja penggetar, selanjutnya diamkan benda uji dalam suhu ruangan selama sehari sampai kering permukaan, ratakan permukaan dengan pasta geopolimer hingga permukaan rata dan halus, benda uji dirawat dengan ditutup karung goni basah selama tujuh hari. (a) (b) (c) Gambar 2. (a) Campuran Beton Geopolimer; (b) Mencetak Beton Geopolimer dan; (c) Perawatan dengan Karung Basah. Pengujian benda uji Setelah benda uji dibuat dan benda uji telah berumur 28 hari selanjutnya dilakukan pengujian benda uji dengan alat tekan tekan beton. Pengujian kuat tekan dilakukan sesuai dengan prosedur ASTM C39-94 dan diperoleh data hasil pengujian berupa beban aksial. Gambar 3. Setup Pengujian MTR-134

5 4. HASIL PENELITIAN Tabel 2 dibawah menyajikan hasil-hasil pengujian yang telah diolah berupa kuat tekan beton silinder 100/0 mm umur 28 hari (f c), kapasitas aksial beton analitis (Po), kapasitas aksial beton eksperimen (Peksperimen) dan peningkatan kapasitas beton terkekang. Tabel 2. Hasil Eksperimen Kapasitas Beton Terkekang No Kode Benda Uji f c (MPa) Po Analisis (kn) P Eksperimen (kn) Parameter Kekangan UGC 1 UGC 2 GC 1 GC 2 GC 3 GC 4 UNC 1 UNC 2 NC 1 NC 2 NC 3 NC 4 36,63 46,35 59,05 47,11 61,27 52,41 21,19 23,00 37,12 28,40 35,44 29,48 244,38 309,27 394,01 314,34 411, 349,68 146,13 153,43 247,71 189,50 236,50 196,71 1,14 1,45 1,85 1,47 1,93 1,64 1,06 1,15 1,86 1,42 1,77 1,47 0,300 0,233 0,186 0,233 0,175 0,6 0,330 0,293 0,189 0,246 0,190 0,229 Hasil diatas menunjukkan bahwabeton geopolimer mengalami peningkatan rata-rata sebesar 30% pada jarak 0 mm, 56% pada jarak 100 mm, 89% pada jarak 66 mm. sedangkan beton normal sebesar 11% pada jarak 0 mm, 45% pada jarak 100mm dan 82% pada jarak 66 mm. Prosentase peningkatan kapasitas ultimit beton geopolimer antara besi pengekang diameter 5,5 dan 6,0 pada jarak 0 mm sebesar 31%, pada jarak 100 mm sebesar 17% dan pada jarak 66mm sebesar 8%. sedangkan Prosentase peningkatan kapasitas ultimit beton normal antara besi pengekang diameter 5,5 dan 6,0 pada jarak 0 mm 9%, pada jarak 100 mm sebesar 5% dan pada jarak 66 mm sebesar 9%. Sehingga Secara umum hasil tersebut menunjukkan besi kekangan dapat meningkatkan kapasitas beton geopolimer namun besar peningkatannya berbeda dengan beton normal. Tabel 2 diatas selanjutnya diolah nilai hubungan antara peningkatan kapasitas kekangan. Sehingga diperoleh grafik seperti gambar 4 dibawah. dan dengan parameter Gambar 4. Grafik Hubungan Peningkatan Kapasitas Aksial dengan Parameter Kekangan MTR-135

6 Berdasarkan gambar 4 diatas, besaran semua benda uji / specimen mempunyai nilai diatas 1. Hasil tersebut menunjukkan bahwa kapasitas aksial beton yang dianut dari SNI cukup aman apabila digunakan untuk evaluasi kapasitas aksial beton geopolimer. Tanpa Kekangan Spasi 0 mm Spasi 100 mm Spasi 66 Gambar 5. Modus keruntuhan beton terkekang gambar 5 diatas menunjukkan bahwa besi pengekang dapat menahan regangan lateral beton, sehingga kuat tekan beton meningkat. 5. KESIMPULAN Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian ini maka penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : Kekangan pada beton geopolimer dapat meningkatkan kapasitas aksial. Semakin dekat jarak tulangan yang dipasang semakin besar kapasitas yang diperoleh. Semakin besar rasio volumetrik yang digunakan semakin besar kapasitas yang diperoleh. kapasitas aksial beton yang dianut dari SNI cukup aman apabila digunakan untuk evaluasi kapasitas aksial beton geopolimer. Saran Perlu penelitian lebih lanjut terhadap perilaku struktur beton geopolimer terutama aplikasinya pada struktur tahan gempa. DAFTAR PUSTAKA Antonius, Imran, I., 12. Experimental Study of Confined Low, Medium and High-Strength Concrete Subjected to Concretric Compression, ITB Journal of Engineering Science, Volume 44(3), Antonius, 14, Performance of High-Strength Concrete by Medium Strength of Spiral and Hoops, Asian Journal of Civil Engineering, Vol.15 No.2, ASTM-C39-94, 1996, Test Methode for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Spesimens, Annual Books of ASTM standards, USA. Davidovits, 1994, Properties of Geopolymer Cements, Alkaline Cements and Concrete, Scientific Research Institute on Binder and Materials, Badan Standar Nasional, 13, Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung, SNI , Bandung. Hardjito, D., Wallah, S. E. and Rangan, B. V., 05, Factors Influencing The Compressive Strength of Fly ash- Based Geopolymer Concrete, Dimensi Teknik Sipil Triwulan, Ekaputri dan Adiningtyas, 07, Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash dan Lumpur Porong Kering Sebagai Pengisi, Jurnal Teknologi Dan Rekayasa Sipil No.3, MTR-136