III-1 BAB III PELAKSANAAN EKSPERIMEN Kajian eksperimental pada penelitian ini pertama sekali dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran peningkatan kuat tarik dan daktilitas beton mutu tinggi dengan adanya penambahan fibers. Dari penilitian yang telah dilakukan sebelumnya, ternyata penambahan serat kedalam beton juga akan meningkatkan beberapa sifat mekanik lainnya, antara lain : - Peningkatan ketahanan terhadap lentur. - Peningkatan ketahanan terhadap beban kejut (impact). - Peningkatan ketahanan terhadap abrasi. - Peningkatan ketahanan terhadap susut. 3.1. Standar Pengujian yang Dipakai Standar pengujian material yang digunakan untuk mencari sifat fisik maupun perilaku mekanik material yang dipakai adalah standar ASTM (American Society for Testing and Materials) dan BS (British Standards). 3.2. Uji Sifat Fisik dan Kimiawi Bahan Dasar 3.2.1.Semen Semen yang dipakai dalam penelitian ini adalah semen Tiga Roda tipe I yang diproduksi PT. Indocement Tunggal Prakarsa. Pemilihan semen tipe I ini didasarkan atas pertimbangan kemudahan memperolehnya. Dengan pemakaian bahan tambahan kimia atau mineral pada semen tipe I, maka sifat-sifat semen yang lain seperti panas hidrasi rendah, yang tidak ada pada semen tipe I dapat diperoleh. Hal ini dilakukan karena bisa merusak susunan senyawa pembentuk serat polyolefin yang terbuat dari bahan nylon, hexane, propane dan methanol.
III-2 Tabel 3.1. Sifat Fisika Semen Portland Tipe 1 No Komposisi Fisika Semen Standar ASTM C-150 1 Kehalusan, Alat Bline ( m 2 /Kg) 321 Min. 280 2 Waktu Pengikatan (Alat Vicat) - Awal (menit) 141 Min. 45 - Akhir ( Menit) 285 Maks. 375 3 Kekuatan tekan - 3 hari ( Kg/cm 2 ) 208 Min. 125-7 Hari ( Kg/cm 2 ) 285 Min. 200-28 hari ( Kg/cm 2 ) Min. 300 4 Pengikatan Semu Penetrasi Akhir (%) 89 Min. 50 5 Specific Gravity 3.15 6 Pemuaian Autoclave Maks. 0.8 Tabel 3.2. Komposisi Kimia Semen Portland Tipe 1 No Komposisi Kimia, % Semen Standar ASTM C-150 1 Silikon Dioksida, SiO 2 21.20-2 Besi Oksida, Fe 2 O 3 3.10-3 Aluminium Oksida, Al 2 O 3 6.00-4 Kalsium Oksida, CaO 64.90-5 Magnesium Oksida, MgO 1.20 Maks. 6.00 6 Sulphur Trioksida, SO 3 2.10 Maks. 3.50 7 Insoluble Residue, IR Maks. 0.75 8 Trikalsium Aluminat, C 3 A - 9 Loss On Ignition, LOI Maks. 5.00 3.2.2. Agregat Halus Agregat halus yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasir Galunggung. Tabel 3.3 dan 3.4 memperlihatkan data hasil pengujian sifat fisik dan analisa saringan, sedangkan pada Gambar 3.1 ditampilkan kurva gradasi agregat halus. Tabel 3.3. Sifat Fisika Agregat Halus No Jenis Pengujian Hasil Pengujian 1 Kadar Lumpur % 3.5 2 Modulus Kehalusan 2.78 3 Kadar Air % 8.57 4 Apparent Specific Gravity 2.73 5 Bulk Specific Gravity (dry) 2.53 6 Bulk Specific Gravity (SSD) 2.60 7 Absorbsi Air % 2.88 8 Unit Weight Gembur 1850 gr/cc 9 Unit Weight Padat 1704 gr/cc
III-3 No Saringan Tabel 3.4. Hasil Pengujian Analisa Saringan Agregat Halus Ukuran Saringan (mm) Berat Tertahan (gram) Persentase Tertahan (%) Persentase Berat yang Tertahan (kumulatif) Persentase Berat yang Lolos (kumulatif) Spec ASTM C33-99 9.5 0 0 0 100 100 No.4 4.75 0 0 0 100 95-100 No.8 2.36 27 5.35 5.35 94.65 80-100 No.16 1.18 141 27.92 33.27 66.73 50-85 No.30 0.60 147 29.11 62.38 37.62 25-60 No.50 0.30 104 20.59 82.97 17.03 10-30 No.100 0.15 57 16.04 94.63 6.73 2-10 Pan 29 Total 278 Modulus Kehalusan 2.78 3.2.3.Agregat kasar Pada Tabel 3.5 dan 3.6 terangkum data hasil pengujian fisik dan hasil analisa saringan batu pecah Lagadar. Selanjutnya Gambar 3.2 menunjukkan kurva gradasi agregat kasar. Tabel 3.5. Sifat Fisika Agregat Kasar No Jenis Pengujian Hasil Pengujian 1 Kadar Lumpur % 1.12 2 Modulus Kehalusan 6.53 3 Zat Organis Nihil 4 Apparent Specific Gravity 2.73 5 Bulk Specific Gravity (dry) 2.46 6 Bulk Specific Gravity (SSD) 2.56 7 Absorbsi Air % 4.06 8 Unit Weight Gembur 1895 gr/cc 9 Unit Weight Padat 1836 gr/cc No Saringan Tabel 3.6. Hasil Pengujian Analisa Saringan Agregat Kasar Ukuran Saringan (mm) Berat Tertahan (gram) Persentase Tertahan (%) Persentase Berat yang Tertahan (kumulatif) Persentase Berat yang Lolos (kumulatif) Spec ASTM C33-99 25 0 0 0 100 100 19 100 2 2 98 90-100 9,5 2680 52.5 54.4 45.6 20-55 No.4 5 2160 42.3 96.7 3.3 0-10 No.8 2,38 170 3.3 100 0 0-5 3.3 100 0 0 Pan Total 253.1 246.9 Modulus Kehalusan 6.53
III-4 3.2.4.Air Air dibutuhkan oleh beton untuk terjadinya panas hidrasi dan kemudahan pekerjaan pencampuran beton. Batasan-batasan spesifikasi dari British Standar menyebutkan : Kandungan klorida 500 ppm Kandungan SO 3 1000 ppm 3.2.5. Fly Ash Fly ash yang dipakai dalam penelitian merupakan tipe F yang berasal dari hasil pembakaran batubara di PLTU Suralaya. Data hasil uji komposisi kimiawi dan sifat fisik fly ash diberikan pada Tabel 3.8 dan 3.9. Tabel 3.7. Komposisi Kimia Fly Ash No. Komposisi kimia (%) Fly ash Standar ASTM (C-618) 1. Silikon oksida, SiO 2 56.30 70.0 2. Besi oksida, Fe 2 O 3 4.12 3. Aluminium oksida, Al 2 O 3 29.36 4. Kalsium oksida, CaO 1.84 5. Magnesium oksida, MgO 0.85 max 5.0 6. Sulfat (SO 4 ) 0.00 7. Kalium Oksida (K 2 O) 2.05 max 5.0 8. Natrium Oksida (Na 2 O) 1.20 max 1.5 9. Hilang pijar termasuk CO 2 4.27 max 10.0 Tabel 3.8. Sifat Fisik Fly Ash No. Sifat fisika Fly ash Standar ASTM (C-618) 1. Berat jenis (t/m 3 ) 2.151 2. Pemuaian dengan autoclave (%) 0.02 max 0.8 3. Kehalusan 23.85 max 34.0 4. Kadar air (%) 0.70 max 3.0 3.2.6. Superplasticizer Superplastizicer yang digunakan sebagai bahan tambahan dalam campuran beton berasal dari PT. Fosroc, dengan data sebagai berikut :
III-5 Tabel 3.9. Data Teknis Superplaticizers Tipe Jenis Warna Berat Jenis Dosis F Conplast RP264(M2) Coklat tua 1.13 kg/ltr 0.2 0.6 liter untuk 100 kg semen 3.3. Sifat Fisik Bahan Serat Serat yang digunakan ada 2 (dua) macam yaitu serat Polyolefin dan serat baja. Penggunaan serat bertujuan untuk meningkatkan daktilitas dan kemampuan kuat tarik beton yang apabila pada beton biasa (plain concrete) hanya 1/10 dari kuat tekan beton. 3.3.1.Serat Polyolefin Serat polyolefin terbuat dari bahan synthetic dengan data-data seperti pada tabel 3.11. dibawah ini : Tabel 3.10. Data Teknis Serat Polyolefin Panjang 5 cm Diameter 0.63 mm Specific Gravity 0.91 Modulus of Elasticity 2647 MPa Tensile Strength 275 MPa Titik Leleh 160 0 C Elektrical Conductvity Rendah 3.3.2.Serat Baja Serat ini berupa serat baja karbon atau serat metalik, dengan data teknis seperti terlihat pada tabel 3.12. sebagai berikut : Tabel 3.11. Data Teknis Serat Baja Panjang 4 cm Diameter 0.2 mm Berat Jenis 6070 kg/m 3 Tensile Strength 240 MPa Ketahanan Terhadap Korosi Rendah Hantaran Listrik Tinggi
III-6 3.4. Perhitungan Perencanaan Campuran Beton Penelitian bertujuan untuk mengetahui kemampuan daktilitas beton berserat. Campuran serat beton terdiri dari 2 (dua) jenis yaitu serat polyolefin dan serat baja. Kekuatan tekan rencana yang ingin dicapai adalah 60 MPa dengan benda uji yang berupa silinder 150 mm x 300 mm dan pengujian flexure dengan benda uji berupa balok 600 mm x 150 mm x 150 mm. Dalam penelitian ini dibuat campuran uji coba untuk komposisi fraksi serat berkisar antara 1 % - 3 % yang diperbandingkan dengan beton biasa tanpa serat (plain concrete). Perhitungan mix desain dilakukan dengan menggunakan standar ACI. Pemilihan standar ACI sebagai acuan dalam penelitian ini adalah mengingat bahwa dalam hal praktek di lapangan telah banyak aplikasi dari standar tersebut. 3.5. Pembuatan dan Perawatan Benda Uji serta Umur Pengujian. Pembuatan dan perawatan benda uji beton dilakukan mengikuti standar ASTM C 192. Seluruh specimen untuk pengujian kuat tekan dan kuat tarik belah dibuat berbentuk silinder dengan ukuran diameter 150 mm dan tinggi 300 mm, dan untuk pengujian flexure specimen di buat berbentuk balok dengan panjang 600 mm, lebar 150 mm dan tinggi 150 mm. Jumlah benda uji beton untuk setiap umur pengujian adalah tiga buah yang mengikuti syarat minimal jumlah benda uji pada butir 4.5 ASTM C 192. Umur pengujian adalah 7 dan 28 hari. 7 hari adalah untuk mengetahui daktilitas beton berserat pada awal umur beton. Sedangkan untuk 28 hari adalah untuk mengetahui daktilitas beton berserat pada saat beton sudah hampir tidak mengalami kenaikan kuat tekan yang signifikan lagi. Untuk serat dengan bentuk geometri tertentu dan bersifat kaku, sehingga diharpkan tidak ada perubahan bentuk selama pengadukan, maka perlu diperhatikan cara-cara pengadukan yang tepat. Untuk keperluan ini maka biasanya serat (fiber) dimasukan kedalam adukan pada saat terakhir. Langkah-langkah pengadukan yang ditempuh dapat dilakukan sebagai berikut : 1. Pengadukan agregat kasar dan halus. 2. Pemasukan semen dan mineral admixture
III-7 Pengadukan dilanjutkan sampai merata, waktu pengadukan selama 2 menit yang biasanya memberikan hasil yang cukup baik. 3. Penambahan air dan additive (superplaticizers) yang sesuai mix desain. Superpalticizers dicampur kedalam air agar menjadi merata dalam beton. 4. Penaburan serat Penaburan serat dilakukan secara berangsur dan pengadukan dilanjutkan selama 2 menit sampai adukan cukup merata (tidak ada serat yang menggumpal dalam satu tempat) 5. Adukan dihentikan selama 3 menit sebelum percetakan. Perawatan benda uji beton, menurut standar ASTM C 192 ada dua kondisi yaitu dengan uap air dan direndam dalam air. Untuk keperluan penelitian ini, terhadap seluruh benda uji diberikan perawatan dengan cara direndam dalam air hingga saat pengujian dilakukan. Sebelum dilakukan pengujian, kedua permukaan benda uji diberi capping yang pelaksanaannya mengikuti standar ASTM C 617. 3.6. Metode dan Macam Pengujian 3.6.1.Uji Workability Uji wokability adalah untuk melihat kekentalan dan kelecakan beton. Pengujian ini bertujuan untuk menentukan kemudahan pengerjaan beton basah baik berupa pencampuran adukan, pengangkatan, penuangan dan kemampuan adukan dalam berkonsolidasi dengan kehilangan homogenitas yang minimum serat dalam menghindari segregasi pada beton. Pengujian ini dilakukan dengan 3 (tiga) cara pengujian yaitu : A) Uji Slump (Slump Test) Cara ini umum dipakai sebab mudah dan murah, tetapi untuk adukan beton berserat hasil pengujiannya tidak dapat digunakan sebagai indikator workability yang tepat. Namun demikian slump test tetap digunakan untuk mengontrol kualitas adukan, dan menentukan campuran yang konsisten dari satu cetakan lain. Pengujian slump test mengacu ACI 211.4R-93 dan ASTM C143 di mana untuk beton mutu tinggi dengan HRWR, nilai slump yang di gunakan antara 25 50 mm.
III-8 Gambar 3.1. Detail Alat Pengujian Slump B) Uji Kerucut Terbalik (Inverted Slump Cone Test) Pengujian uji kerucut terbalik dilakukan untuk mengetahui factor kepadatan beton dan mengacu pada ASTM C995. Pengujian dilakukan dengan cara sebagai berikut: - Timbang dan ukur volume silinder (3) - Masukkan adukan beton kedalam hopper (1) - Buka tutup bawah hopper dan biarkan beton mengalir ke hopper (2) - Buka tutup bawah hopper (2) dan biarkan beton mengalir ke silinder (3) - Timbang berat beton yang terdapat di silinder (3) = W p - Isi silinder (3) dengan adukan beton dan padatkan setiap 50 mm atau digetarkan sampai padat serta ratakan permukaan silinder (3) - Timbang berat beton dalam silinder (3) = W f Maka faktor kepadatan beton adalah : W f = W p f
III-9 1 2 3 Gambar 3.2. Alat Pengujian Inverted Slump Cone Test C) Uji Vebe (V B Test) Pengujian ini digunakan untuk mengukur perilaku adukan beton karena adanya vibrasi eksternal atau kemampuan mengalir adukan dibawah vibrasi yang diketahui lewat waktu kecepatan adukan beton mencapai kepadatan yang maksimum. Semakin kental adukan beton maka waktu yang dibutuhkan semakin lama untuk mencapai kepadatan beton. Uji ini cukup efektif untuk mengukur workability beton berserat. Uji V-B biasanya tidak dilakukan di lapangan, karena peralatannya cukup besar dan berat. 3.6.2.Uji Kuat Tekan Alat yang digunakan untuk pengujian ini adalah Universal testing Machine (UTM) kapasitas 1500 KN. Kecepatan rata-rata pembebanan (rate of loading) yang diberikan terhadap benda uji adalah 2.861 kg/cm 2 /detik. Perekaman data yang meliputi beban, displacement dan waktu secara atomatis oleh data logger yang dikendalikan sepenuhnya oleh komputer. Benda uji berbentuk selinder 150 mm x 300 mm. Dalam perhitungan gaya-gaya yang didistribusikan secara kontinyu perlu diketahui intensitas gaya, yaitu besarnya gaya per satuan luas. Beban yang bekerja akan terdistribusi secara menerus melalui titik berat penampang sepanjang sumbu longitudinal dengan tegangan sebesar : f ' c = P A
III-10 Dimana : ' f c = Kuat tekan beton (MPa) P = Beban Maksimum yang terjadi (kn) A = Luas penampang benda uji (mm) Pada umumnya serat-serat yang digunakan pada beton berserat hanya sedikit mempengaruhi kuat tekan beton selama jumlah fraksi serat tidak mengurangi sifat hegemonitas beton. Serat merubah model keruntuhan tekan benda uji dengan mengurangi sifat britle nya. Kondisi puncak pada beban maksimum bertambah panjang dengan bertambahnya deformasi beton. Dari pengujian kuat tekan ini maka akan didapat hubungan teganganregangan, dimana persamaan regangan seperti terlihat dibawah ini : f c ' ε = E Dimana : ε = Regangan (mm/mm) ' f = Kuat tekan beton (MPa) c E = Modulus elstisitas beton, dimana dalam ACI 363-92 untuk beton mutu 21 Mpa < ' E = 3320 f c + 6900 MPa f ' c < 83 Mpa, maka : 3.6.3.Uji Flexural (Modulus of Rupture) Benda uji dibebani secara lentur tiga titik dengan menggunakan Dartec Testing Machine kapasitas 50.000 kg. Melalui actuator pembebanan diberikan secara bertahap dengan laju perpindahan sebesar 0,0075 mm/det. Pengukuran dilakukan terhadap perpindahan di tengah bentang yang dilakukan secara simultan dengan menggunakan LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) tipe SDP 100C, 50 *10 6 / mm. Pembacaan data yang meliputi beban dan 27659 penurunan benda uji dilakukan setiap beban 250 kg. Benda uji berbentuk balok 600 mm x 150 mm x 150 mm. Pada uji modulus of rupture ini, pembebaman dilakukan dengan 3 (tiga) titik beban yaitu satu titik beban terpusat ditengah bentang dan didistribusikan menjadi
III-11 dua titik beban pada jarak 1/3 bentangan melalui pelat baja. Kuat lentur maksimum dimana serat mengalami kuat tarik maksimum yang diasumsikan perilaku beton masih dalam batas elastis. Pengujian ini dilakukan dengan mengacu pada ASTM C78 dengan persamaan sebagai berikut : Pl f r = 2 bd Dimana : f r = Modulus of rupture (kg/cm 2 ) P = Beban maksimum yang diberikan (kg) l = Panjang span (cm) b = Lebar benda uji (cm) d = Tinggi benda uji (cm) Gambar 3.3. Posisi pengujian specimen untuk Modulus of Rupture Gambar 3.4. Pembagian beban pada pengujian Modulus of Rupture 3.6.4. Uji Kuat Tarik Belah (Splitting Tensile Strength Test) Alat yang digunakan untuk pengujian ini adalah Universal testing Machine (UTM) kapasitas 1500 KN. Kecepatan rata-rata pembebanan (rate of loading)
III-12 yang diberikan terhadap benda uji adalah 2.098 kg/cm 2 /detik. Perekaman data yang meliputi beban, displacement dan waktu secara atomatis oleh data logger yang dikendalikan sepenuhnya oleh komputer. Benda uji berbentuk selinder 150 mm x 300 mm. Gambar 3.5. Detail Plan Pengujian Splitting Tensile Strength Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui daktilitas pada beton berserat. Specimen yang digunakan berbentuk cylinder dengan ukuran 150 x 300 mm. Benda uji diletakkan pada posisi horizontal di antara dua pelat landasan mesin uji tekan. Apabila beban diberikan sepanjang sumbu, maka elemen pada diameter vertikal akan mengalami tegangan tekan vertikal dan tegangan tarik horizontal. Kuat tarik belah dianalisis mengikuti persamaan ASTM C496 berikut : T 2P = πld Dimana : T = Kuat tarik belah (kg/cm 2 ) P l d = Beban Maksimum yang diberikan (kg) = Panjang benda uji (cm) = Diameter benda uji (cm)