Pembuatan dan Uji Karakteristik Material Beton Ringan (Concrete
Foam) yang Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Akibat Beban Statik
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Andreas Gorga Siregar
080401073
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL
BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT
SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
AKIBAT BEBAN STATIK
Telah disetujui Seminar pada:
Periode 648, Hari/ Tanggal: Rabu/ 28 Agustus 2013
Disetujui Oleh:
Dosen Pembimbing
PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL
BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT
SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
AKIBAT BEBAN STATIK
Telah disetujui Seminar pada:
Periode 648, Hari/ Tanggal: Rabu/ 28 Agustus 2013
Disetujui Oleh:
Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II
Ir. Tugiman, MT
PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL
BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT
SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)
AKIBAT BEBAN STATIK
ANDREAS GORGA SIREGAR NIM 080401073
Diketahui / Disahkan : DisetujuiOleh: DepartemenTeknikMesin DosenPembimbing, FakultasteknikUSU
Ketua,
Dr. Ing. Ir. IkhwansyahIsranuri
NIP. 1964 1224 1992 111001 NIP. 1964 1024 19920 31001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA: 2107 /TS/2013 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL.: / /2013
MEDAN PARAF :
SPESIFIKASI : PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL BETON RINGAN (CONCRETE MATRIX COMPOSITE) YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT BEBAN STATIK.
DIBERIKAN TANGGAL : 10 Desember 2012 SELESAI TANGGAL :
MEDAN, 20 Juni 2013 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,
TUGAS SARJANA
N A M A : ANDREAS GORGA SIREGAR
N I M : 08 0401 073
MATA PELAJARAN : PERANCANGAN DIE
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Sub. Program studi : Konversi energi / Teknik Produksi Bidang tugas : Perancangan Die
Judul tugas : PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL BETON RINGAN (CONCRETE MATRIX COMPOSITE) YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT BEBAN STATIK
Diberikan tanggal : 10 Desember 2012 Selesai tanggal :
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Bustami Nama MHS : Andreas Gorga S. N.I.M : 080401073
NO. Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda tangan Dosen pemb.
1. 10 Desember 2012 Pengajuan tugas skripsi dan pemberian tugas 2. 14Desember 2012 Melakukan studi literatur
3. 17 Desember 2012 Pembuatan material concrete matrix composite 4. 18 Februari 2013 Pengujian material concrete matrix composite 5. 19 Februari 2013 Pengambilan data lapangan di lab. IFRC 6. 23 Februari 2013 Asistensi laporan data lapangan 7. 24 Februari 2013 Asistensi BAB I dan II
8. 26 Februari 2013 Asistensi perbaikan BAB II 9. 04 Maret 2013 Asistensi BAB III
10. 14 Maret 2013 Asistensi perbaikan BAB III 11. 23 Maret 2013 Asistensi BAB IV
12. 28 Maret 2013 Asistensi perbaikan BAB IV 13. 4 April 2013 Asistensi BAB V
14. 9 April 2013 Asistensi perbaikan BAB V 15. 02 Mei 2013 Melengkapi laporan skripsi
16. 20 Juni 2013 ACC seminar
Catatan :
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing Setiap asistensi
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi
ABSTRAK
Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Selama ini tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang merupakan hasil dari pengolahan kelapa sawit hanya digunakan sebagai pupuk. Pada penelitian ini dilakukan riset yang akan menambah nilai ekonomis dari tandan kosong kelapa sawit. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan proses pembuatan yang sesuai dengan kemampuan beton, mendapatkan komposisi material yang sesuai dengan kemampuan beton, serta mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan yang diperkuat serat TKKS akibat bebat statik. Pengujian yang dilakukan terhadap benda uji yang telah dihasilkan adalah pengujian tarik belah. Dari hasil penelitian ini didapat kesimpulan bahwa perbandingan antara tinggi cetakan dengan volume bahan campuran material beton ringan (Concrete Matrix Composite) adalah 1:0,75. Komposisi material dari beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang terbaik adalah komposisi 7: semen 32,5%; pasir 32,5%; air 15,1%; blowing agent 17,6%; serat TKKS 2,3%. Hasil dari pengujian tarik belah diperoleh nilai tegangan adalah 0,18 MPa dan regangannya adalah 0,0015415.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Allah atas segala karunia-Nya yang senantiasa di berikan kepada penulis, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi sarjana
Teknik di Departemen Teknik mesin fakultas teknik universitas sumatera utara.
Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah material teknik,yaitu
”
Studi Experimental dan Analisa Respon Material Beton Ringan
(Concrete Matrix Composite) yang Diperkuat Serat Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Akibat Beban Statik”.
Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terima kasih :
1. Kedua orang tua tercinta atas segala pengorbanan dan doanya yang tidak
tergantikan.
2. Kepada abang dan kakak yang telah banyak memberikan dukungan baik
dalam bentuk moril, materil dan doa
3. Bapak prof. Dr. Ir. Bustami syam, MSME selaku dosen pembimbing yang
telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi
ini dapat terselesaikan.
4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku
5. Bapak Zulfikar, ST. MT dan semua tim riset IFRC yang telah membantu
dan sebagai tempat diskusi.
6. Bapak/Ibu staf pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas
Tenik USU.
7. Sony Arapen Sembiring yang telah sabar menemani menyelesaikan skripsi
ini.
8. Peter Manurung dan Kita untuk segalanya.
9. Teman – teman stambuk 2008 yang selalu ada menghibur dan berbagi
dalam segalanya tanpa terkecuali.
Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca
pada umumnya dan penulis sendiri pad khususnya.
Medan,
Andreas Gorga Siregar
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN
SPESIFIKASI TUGAS
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR NOTASI ... viii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan dan Batasan Masalah ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.3.1 Tujuan Umum ... 4
1.3.2 Tujuan Khusus ... 4
1.4 Keluaran Skripsi ... 5
1.5 Sistematika Penulisan ... 5
1.6 Metodologi Penelitian ... 6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Pendahuluan ... 8
2.2 Beton ... 8
2.3 Polimer ... 14
2.4 Material Komposit ... 16
2.4.2 Material Concrete Matrix Composite ... 21
2.4.3 Teknik Pembuatan Material Komposit ... 25
2.5 Densitas ... 26
2.6 Teori Elastisitas ... 26
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 30
3.1 Tempat dan Waktu ... 30
3.1.1 Tempat ... 30
3.1.2 Waktu ... 30
3.2 Metode pembuatan spesimen ... 30
3.2.1 Persiapan alat dan bahan ... 30
3.2.1.1 Peralatan ... 31
3.2.1.2 Bahan ... 36
3.3 Proses Pembuatan Serat TKKS ... 39
3.4 Metode Pembuatan Concrete Matrix Composite ... ... 40
3.5 Prosedur Pengujian Tarik Belah ... 42
3.6 Kerangka Kegiatan ... 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45
4.1 Pendahuluan ... 45
4.2 Pembuatan Material Concrete Matrix Composite ... ... 45
4.3 Komposisi Material ... 46
4.4 Pengujian Tarik Belah ... 47
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 51
5.1. Kesimpulan ... 51
5.2. Saran ... 51
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Fasa-fasa pembentuk komposit ... 16
Gambar 2.2 Klasifikasi struktur komposit. ... 19
Gambar 2.3 Serat TKKS yang telah dihaluskan ... 25
Gambar 2.4 Grafik tegangan terhadap regangan beton. ... 29
Gambar 3.1 Gunting . ... 32
Gambar 3.11 Mesin Penghalus Serat ... 35
Gambar 3.12 Alat Pengering ... 36
Gambar 3.13 Sarung Tangan Karet ... 36
Gambar 3.14 Diagram alir pembuatan serat TKKS ... 37
Gambar 3.15 Spesimen silinder ... 40
Gambar 3.16 Diagram alir proses pembuatan concrete foam ... 41
Gambar 3.17 Diagram alir penelitian ... 44
Gambar 4.1 Benda Uji dengan cetakan I ... 46
Gambar 4.2 Grafik Tegangan terhadap regangan K1... ... 48
Gambar 4.3 Grafik Tegangan terhadap regangan K2 ... 48
Gambar 4.4 Grafik Tegangan terhadap regangan K3 ... 49
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit ... 24
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit (lanjutan) ... 25
Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ... 29
Tabel 3.2 Alat dan Bahan ... 30
Tabel 3.3 Spesifikasi mesin penghalus serat . ... 34
Tabel 3.4 Komposisi material beton ringan yang diperkuat serat TKKS ... 39
Tabel 4.1 Komposisi Material ... 45
Tabel 4.2 Berat jenis (ρ) tiap komposisi ... 46
DAFTAR NOTASI
Simbol Nama Keterangan Satuan
A - luas penampang m2
m - massa kg
g - grafitasi (9,81) m/s2
ρ rho massa jenis kg/m3
E - modulus elastisitas N/m2
σ sigma tegangan N/m2
F - gaya N
L - panjang m
ε ebsilon penguluran m
Δ delta perubahan -
ABSTRAK
Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Selama ini tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang merupakan hasil dari pengolahan kelapa sawit hanya digunakan sebagai pupuk. Pada penelitian ini dilakukan riset yang akan menambah nilai ekonomis dari tandan kosong kelapa sawit. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan proses pembuatan yang sesuai dengan kemampuan beton, mendapatkan komposisi material yang sesuai dengan kemampuan beton, serta mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan yang diperkuat serat TKKS akibat bebat statik. Pengujian yang dilakukan terhadap benda uji yang telah dihasilkan adalah pengujian tarik belah. Dari hasil penelitian ini didapat kesimpulan bahwa perbandingan antara tinggi cetakan dengan volume bahan campuran material beton ringan (Concrete Matrix Composite) adalah 1:0,75. Komposisi material dari beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang terbaik adalah komposisi 7: semen 32,5%; pasir 32,5%; air 15,1%; blowing agent 17,6%; serat TKKS 2,3%. Hasil dari pengujian tarik belah diperoleh nilai tegangan adalah 0,18 MPa dan regangannya adalah 0,0015415.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit (crude palm
oil/CPO) terbesar di dunia, hal ini dibuktikan dengan data Ditjen Perkebunan
Kementerian Pertanian (Kementan) yang menyebutkan luas areal lahan kelapa
sawit di Indonesia pada 2011 mencapai 8.908.000 hektare, sementara di 2012
angka sementara mencapai 9.271.000 hektare, padahal target renstra Kementan
hanya 8.557.000 hektare. Itu berarti, luas lahan sawit Indonesia saat ini telah
meningkat dibanding 2011 dan melebihi target Renstra Kementan [1].
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan sisa produksi dari
Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang jumlahnya sangat banyak, yaitu 1,9 juta ton
berat kering atau setara dengan 4 juta ton berat basah pertahun. PT Perkebunan
Nusantara II (PTPN II) menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton pertahun
[2]. Pada umumnya material ini dimanfaatkan sebagai pupuk organik dilahan
perkebunan dengan cara dibakar atau dibuang kembali kelahan tersebut dan
dibiarkan mengalami proses fermentasi secara alami [3].
Pengolahan limbah TKKS dewasa ini mulai diteliti kegunaannya, sehingga
nilai ekonomis dari material limbah tersebut dapat dinaikkan dan sekaligus dapat
memberi solusi atas penanganan produk limbah yang sebelumnya terbuang
pembuatan papan partikel [4], kerucut lalu lintas [5], parking bumper [6], helmet
sepeda [7], dan bahan baku kertas [5] sehingga masih terbuka kemungkinan serat
TKKS ini diolah ke bentuk material/struktur lainnya yang mempunyai nilai
ekonomis tinggi. Salah satu bentuk strukturnya adalah struktur beton.
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
membuat suatu campuran yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir
dan koral atau agregat lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi
keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang diinginkan.
(George Winter, 1993)
Beton merupakan bahan bangunan yang sangat populer digunakan dalam
dunia jasa konstruksi karena beton mudah di bentuk dan tidak akan berubah
bentuk apabila telah mencapai waktu tertentu. Penelitian tentang beton akan terus
berkembang guna memenuhi tuntutan perkembangan zaman dan kondisi
lingkungan. Sejalan dengan berkembangnya ilmu konstruksi beton, ada banyak
cara atau metode yang digunakan untuk membuat beton. Salah satu jenis beton
adalah beton ringan.
Beton ringan adalah beton yang memiliki berat jenis ( density ) lebih
ringan dari pada beton pada umumnya (Tjokrodimuljo, 1996). Metode-metode
yang sering digunakan dalam pembuatan beton ringan adalah dengan
memasukkan blowing agent kedalam campuran air, pasir dan semen. Pembentukan pori-pori pada beton membuat beton tersebut menjadi ringan karena
Berat beton ringan dapat diatur sesuai kebutuhan. Pada umumnya massa
beton ringan berkisar antara 600 kg/m3 – 1600 kg/m3. Karena itu keunggulan
utama beton ringan adalah pada beratnya, sehingga apabila digunakan pada
bangunan tinggi (high rise building) akan dapat mengurangi berat bangunan
tersebut secara signifikan, yang selanjutnya berdampak kepada perhitungan
pondasi.
Pengembangan bahan campuran untuk membuat beton ringan sudah
banyak dilakukan seperti yang disebutkan sebelumnya. Pada tulisan ini, peneliti
ingin membuat struktur beton ringan dengan bentuk silinder yang dicampur
dengan bahan polyurethane dan serat TKKS. Sehingga perlu dikaji kembali pemanfaatan TKKS ini menjadi salah satu bahan campuran beton ringan untuk
meningkatkan daya guna yang lebih baik.
Komposisi material bahan beton ringan diambil berdasarkan fraksi berat
material penyusun dari masing-masing material pendukungnya dengan variasi
terhadap semen, pasir, air, blowing agent dan serat TKKS. Variasi tersebut untuk membentuk material beton ringan yang mempunyai kekuatan yang lebih baik,
ekonomis, serta dapat mengurangi berat akhir produk yang dihasilkan.
Beton adalah bagian dari konstruksi yang dibuat dari campuran beberapa
material sehingga mutunya akan banyak tergantung kondisi material pembentuk
ataupun pada proses pembuatannya. Untuk itu kualitas bahan dan proses harus
Tugas ini akan membahas mengenai analisa respon material beton ringan
(Concrete Matrix Composite) yang diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
(TKKS) akibat beban statik.
1.2 Perumusan dan Batasan Masalah
Rumusan masalah yang diangkat pada penelitian ini adalah (1)
Mendapatkan teknik pembuatan dan komposisi beton ringan (Concrete Matrix
Composite) yang diperkuat serat TKKS (2) Mendapatkan tegangan dan regangan
struktur beton ringan akibat beban tekan statik.
Batasan masalah pada penelitian ini adalah hanya dicukupkan pada
pembuatan beton ringan (Concrete Matrix Composite)yang diperkuat serat TKKS
dengan bentuk silinder.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan pada penelitian ini di bagi atas tujuan umum dan tujuan khusus.
1.3.1. Tujuan Umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain
dan teknik pembuatan beton ringan yang diperkuat serat TKKS.
1.3.2.Tujuan Khusus
Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah :
a. Mendapatkan proses pembuatan concrete matrix composite
yang sesuai dengan kemampuan beton.
b. Mendapatkan komposisi material concrete matrix composite
c. Mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan
yang diperkuat serat TKKS akibat beban statik.
1.4 Keluaran Skripsi
Keluaran skiripsi ini diharapakan menghasilkan:
1. Beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang siap diuji
dalam bentuk silinder.
2. Data yang meliputi banyak penggunaan dari tiap material
penyusun dari tiap komposisi, distribusi tegangan dan
regangan, gaya dan modulus elastisitas yang terjadi pada benda
uji yaitu beton ringan yang diperkuat dengan serat tandan
kosong kelapa sawit (TKKS).
3. Buku skripsi akan digunakan sebagai salah satu syarat untuk
mendapatkan gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
1.5 Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam
beberapa bagian yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan
pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, batasan
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan
sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis
permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai beton, mortar,
semen, dan bahan – bahan capuran lainnya yang mempengaruhi dari
kualitas beton. Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber,
diantaranya berasal dari : buku - buku pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-mail, dan e-book.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini akan membahas mengenai pengambilan data dan langkah
untuk menganalisis permasalahan, urutan proses analisis dan analisis
mutu beton ringan yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit
(TKKS)
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data yang diperoleh dari peninjauan langsung
di lapangan dan hasil penganalisaan data.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa simulasi dan
saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian
berikutnya.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
1.6Metodologi Penelitian 1. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku,
jurnal-jurnal, artikel maupun karya-karya ilmiah yang terkait, baik yang bersumber
dari media cetak, elektronik maupun dari internet.
2. Diskusi Interaktif
Melakukan diskusi dalam bentuk tanya-jawab antara mahasiswa dan
pembuatan dan pengujian beton ringan serta memecahkan permasalahan yang
dihadapi secara bersama.
3. Pembuatan Benda Uji
Melakukan proses pembuatan benda uji yaitu berupa balok kubus dan
silinder beton serta mortar.
4. Pengujian dan Pengambilan Data
Pengujian dilakukan beberapa kali dan pengambilan data yang
meliputi nilai kuat tekan, nilai tegangan dan regangan dan gaya yang terjadi.
5. Evaluasi
Melakukan evaluasi akhir dalam bentuk kesimpulan dan saran serta
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan
Beton adalah material yang sangat populer digunakan didalam dunia
konstruksi. Hal ini dikarenakan sifat beton yang mudah dibentuk dan tidak akan
berubah bentuk apabila telah mencapai waktu tertentu. Beton adalah suatu
material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan membuat suatu campuran
yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir dan koral atau agregat
lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan
sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang diinginkan.
Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam pembuatan
struktur. Sifat-sifat dan karakteristik material penyusun beton akan mempengaruhi
kinerja beton yang dibuat. Kinerja beton ini harus disesuaikan dengan kelas dan
mutu beton yang dibuat. Sehingga dalam penggunaannya dapat disesuaikan dengan bangunan ataupun kontruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan
hasil yang memuaskan dan sesuai dengan dibutuhkan.
Beton yang sangat sering ditemukan dipasaran adalah beton yang
komposisi materialnya terdiri dari semen, air dan agegat atau dengan menambah
zat aditif. Beton yang ada dipasaran lebih berat jika dibandingkan dengan beton
ringan. Semakin berat beton tentu biaya pengirimannya akan semakin besar
sehingga harga jual beton akan semakin tinggi.
Massa jenis beton normal : 2,2 ��/�3– 2,5 ��/�3
Massa jenis beton ringan : < 1,9��/�3
2.2 Beton
Beton adalah suatu komposit dari beberapa bahan batu – batuan yang
direkatkan oleh bahan ikat. Beton dibentuk dari agregat campuran ( halus dan
kasar ) dan ditambah dengan pasta semen. Dengan bahasa yang sederhana dapat
kerikil, basalt dan sebagainya ). Rongga yang timbul diantara bahan – bahan kasar
tersebut diisi oleh bahan – bahan agregat halus [8]. Beton dapat pula didefenisikan
sebagai bahan yang diperoleh dengan mencampurkan agregat halus (pasir),
agregat kasar (kerikil) air dan semen Portland atau bahan pengikat hidrolis lain
yang sejenis, dengan atau tanpa bahan tambahan lain. Campuran dari pada agregat
halus, air dan semen saja disebut adukan (mortar).
Berdasarkan SNI 03-2847-202 syarat untuk kuat tekan beton struktur
yaitu:
1. Untuk beton struktur nilai kuat tekan beton tidak boleh kurang dari
17,5 MPa.
2. Untuk beton struktur tahan gempa kuat tekan beton tidak boleh kurang
dari 20 MPa [9].
Berdasarkan pengertian-pengertian di atas, dapat disimpulkan bahwa beton
adalah suatu campuran yang terdiri dari semen, agregat halus, agregat kasar, air
dan bahan tambahan dengan perbandingan tertentu yang kemudian diaduk dan
dituang dalam cetakan hingga mengeras dan membatu sesuai dengan bentuk yang
diingikan.
Bahan-bahan aditif terkadang ditambahkan kedalam campuran untuk
menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan
(workability), durabilitas (ketahanan), dan percepatan waktu pengerasan. Agregat
mempunyai peran yang sangat penting sebagai penguat, semen (matriks)
mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah berperan sebagai pengikat
dan air (mixer) sebagai media pencampur untuk menghomogenkan komposisi
penyusun dan kontak luas permukaan.
Susunan beton secara umum, yaitu: 7-15 % PC, 16-21 % air, 25-30%
pasir, dan 31-50% kerikil. Kekuatan beton terletak pada perbandingan jumlah
semen dan air, rasio perbandingan air terhadap semen (W/C ratio) yang semakin
kecil akan menambah kekuatan (compressive strength) beton. Kekuatan beton
ditentukan oleh perbandingan air semen, selama campuran cukup plastis, dan
beton dapat dipadatkan secara sempurna dengan agregat yang baik.
a. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength),
tetapi tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan
kekuatan gaya tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya
tekannya.
b. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi,
karena elastisitasnya yang rendah dari beton.
c. Konduktivitas termal beton relatif rendah
Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu dengan kekuatan
tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat dibentuk sesuai kebutuhan, sehingga
dapat digunakan untuk membentuk seni arsitektur atau untuk tujuan dekoratif.
Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir
dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang
mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga
nampak jelas pada permukaan betonnya).
Faktor – faktor yang membuat beton banyak digunakan karena
memiliki keunggulan – keunggulannya antara lain :
1. Kemudahan pengolahannya : yaitu dalam keadaan plastis, beton
dapat diendapkan dan diisi dalam cetakan.
2. Material yang mudah didapat : Sebagian besar dari material-
material pembentuknya, biasanya tersedia dilokasi dengan harga
murah atau pada tempat yang tidak terlalu jauh dari lokasi konstruksi.
3. Kekuatan tekan tinggi : Seperti juga kekuatan tekan pada batu
alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang
terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan konstruksi busur.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihan beton.
Beton normal diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu beton normal dan
2,5 ��/�3eton ringan adalah beton yang memiliki densitas kurang dari 1,9��/
�3. Beton ringan juga terbagi dalam dua jenis, yaitu :
1. Beton Ringan Berpori
Beton ringan berpori adalah beton yang dibuat agar strukturnya
terdapat banyak pori. Pori – pori yang timbul adalah akibat dari reaksi
hidratasi dimana semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal)
sehingga menimbulkan gelembung – gelembung gas H2O dan CO2 yang nantinya menimbulkan jejak pori dalam beton yang sudah mengeras.
Semakin banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori yang
terbentuk dan beton akan semakin ringan.
2. Beton Ringan Tidak Berpori
Pada beton jenis tidak memiliki pori melainkan digantikan dengan
agregat ringan yang ditambahkan pada saat pembuatannya. Agregat yang
sering digunakan adalah batu apung, serat sintesis dan alami, slag baja,
perlite dan lain – lain.
Beton semakin terus berkembang mengikuti perkembangan teknologi guna
menanggulangi kekurangan yang terdapat pada beton normal. Berikut ini adalah
jenis – jenis dari beton spesial:
a. Beton Ringan (Lightweight Concrete)
Beton jenis ini sering juga disebut beton ringan aerasi (Aerated
Lightweight Concrete) atau Autoclaved Aerated Concrete (AAC).
Tujuan penggunaan beton ringan adalah untuk mengurangi berat
sendiri dari struktur sehingga komponen struktur pendukungnya
seperti pondasi akan menjadi lebih hemat.
Beton ringan AAC pertama sekali dikembangkan di Swedia pada
tahun 1923 sebagai alternatif material bangunan untuk mengurangi
penggundulan hutan. Kemudian pada tahun 1943 Joseph Hebel mulai
materialnya yang ramah lingkungan, sifatnya kuat, tahan lama, mudah
dibentuk, efisien dan berdaya guna tinggi. Di Indonesia sendiri beton
ringan mulai dikenal sejak tahun 1995, saat didirikannya PT. Hebel
Indonesia di Karawang Timur, Jawa Barat.
Pada prinsipnya pembuatan beton ringan ini adalah dengan
membuat rongga udara di dalam beton. Ada tiga metode yang
digunakan untuk membuat beton ringan, yaitu :
a. Dengan memberikan agregat yang ringan pada campuran beton
ringan. Agregat yang digunakan seperti batu apung, sterofoam,
batu alwa, atau abu terbang yang dijadikan batu.
b. Menghilangkan agregat halus (agregat halusnya disaring,
contohnya debu/abu terbangnya dibersihkan).
c. Dengan meniupkan atau mengisi udara ke dalam beton.
Metode ini terbagi lagi menjadi secara mekanis dan kimawi.
Keunggulan – keunggulan yang dimiliki beton ringan antara lain :
a. Memiliki nilai tahanan terhadap panas yang baik (Thermal insulation).
b. Memiliki nilai tahanan suara yang baik
c. Tahan api (fire resistant)
d. Transportasi mudah
Beton ringan juga memiliki kekurangan, yaitu nilai kuat tekannya
(compressive strength) sehingga sangat tidak dianjurkan untuk penggunaan sebagai struktur. Aplikasi dari beton ringan dapat berupa batu
beton, panel dinding, panel lantai, atap, serta kusen atau ambang pintu dan
jendela.
b. Beton Mutu Tinggi
Beton mutu tinggi adalah beton yang memiliki kuat tekan lebih besar
tingkat keamanan yang tinggi seperti jembatan, gedung tinggi, reaktor
nuklir dan lain-lain.
c. Beton dengan Workabilitas Tinggi (High Workability Concrete)
Beton dengan Workabilitas Tinggi adalah beton yang mudah mengalir
tetapi memiliki mutu yang baik seperti beton normal atau mutu tinggi.
d. Beton Serat (Fiber Reinfoced Concrete)
Beton serat adalah beton yang materialnya ditambah dengan
komponen serat yang berupa serat baja, plastik, kaca ataupun serat dari
bahan alami.
e. Beton dengan Polimer (Polymers Concrete)
Beton polimer adalah beton yang menambahkan polimer sebagai
bahan perekat tambahan pada campurannya sehingga dihasilkan beton
dengan kuat tekan yang lebih tinggi dalam waktu yang lebih singkat dan
tahan terhadap bahan kimia tertentu. Beton jenis ini cocok digunakan pada
terowongan, tambang dan pekerjaan lain yang membutuhkan kekuatan
beton dalam waktu singkat bahkan dalam hitungan jam.
f. Beton Berat (Heavyweight Concrete)
Kebalikan dari beton ringan adalah beton berat, dimana memiliki berat
isi yang lebih tinggi dari pada beton normal yaitu sekitar 3.300 kg/m3 sampai dengan 3.800 kg/m3. Beton berat biasanya digunakan pada bangunan-bangunan seperti untuk perlindungan biologi, instalasi nuklir,
unit kesehatan dan bangunan fasilitas pengujian dan penelitian atom.
g. Beton Besar (Mass Concrete)
Beton besar merupakan beton pada struktur masif dengan volume yang
sangat besar seperti pada bendunga, pintu air maupun balok dan pilar besar
h. Beton Dengan Pemadatan Roller (Roller Compacted Concrete)
Pada pekerjaan-pekerjaan besar dan khusus seperti jalan berbahan
beton dan bendungan, pemadatan beton harus dilakukan dengan
menggunakan roller vibrator. Untuk pemadatan dengan roller, campuran
beton harus cukup kering agar roller tidak tenggelam tetapi tetap harus
memiliki sifat basah agar distribusi bahan perekat (semen) ke seluruh
permukaan agregat menjadi rata.
2.3 Polimer
Dalam dunia industri konstruksi polimer merupakan bahan yang sangat
bermanfaat. Polimer sebagai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik
berdiri sendiri, misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan sebagai glazur maupun
bergabung dengan bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang
memerlukan kekuatan dan ketegaran, diperlukan perbaikan sifat mekanik polimer
agar memenuhi syarat. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit
polimer yang disertai penguat oleh berbagai filler di antaranya serat [9].
Polimer adalah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan
dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer
[10]. Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan
kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini
biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari
polimer. Monomer adalah sembarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu
polimer. Polimer saat ini penggunaannya telah berkembang dengan sangat pesat.
Berdasarkan pada kegunaanya polimer digolongkan tiga macam, yaitu :
a. Polimer Komersial (Commodity Polymers)
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan
banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari. Yang termasuk dalam jenis
polimer ini adalah polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS),
b. Polimer Teknik ( Engineering polymers)
Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang uggul
dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang
transportasi, bahan bangunan, barang-barang listrik, mesin-mesin industri,
dan barang-barang konsumsi. Yang termasuk dalam polimer jenis ini antara
lain adalah nilon, polykarbonat, polisulfon, dan poliester.
c. Polimer fungsional
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat
untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil. Yang termasuk
dalam polimer jenis ini adalah kevlar, nomex, textura, polimer penghantar
arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer.
Polimer terbagi menjadi beberapa jenis, yaitu :
1. Polimer termoplastik
Polimer jenis ini bila dipanaskan berubah sifat menjadi plastik dan
mudah mengalir sehingga dapat dibentuk dengan cara dicetak.
2. Polimer termosetting
Polimer termosetting merupakan polimer yang mengeras apabila
dipanaskan. Polimer jenis ini cocok digunakan untuk pelapisan (coating)
Contoh dari jenis polimer ini antara lain vulcanized rubber, duroplast,
melamine, poliester resin, dan epoxy resin.
3. Elastomer
Elastomer berasal dari bentuk elastic (kemampuan suatu material untuk kembali ke bentuk awalnya apabila beban yang diberikan padanya
dihilangkan). Contoh dari polimer ini adalah natural rubber, polyisoprene, butyl rubber, dan nitrile rubber.
2.4 Material Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih
komponen tunggal [11]. Dapat juga dikatakan bahwa komposit adalah suatu jenis
bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat
masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun sifat
fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut [12]. Material
komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari pada logam, memiliki
kekuatan bisa diatur yang tinggi (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang
baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) dan kekakuan jenis (modulus
Young/density) yang lebih tinggi daripada logam, tahan korosi, memiliki sifat isolator
panas dan suara, serta dapat dijadikan sebagai penghambat listrik yang baik, dan
dapat juga digunakan untuk menambal kerusakan akibat pembebanan dan korosi.
Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama, yaitu matrik
(bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Filler adalah bahan pengisi yang
digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk. Hal ini
dapat dilihat pada Gambar 2.1.
+
Gambar 2.1. Fasa – fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar :
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, pelindung
permukaan filler, dan media transfer tegangan.
2. Penguat/ serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
Matriks biasanya memiliki kerapatan/densitas, kekukuhan dan kekuatan yang
lebih rendah dibandingkan dengan serat. Tetapi jika matriks dan serat
digabungkan bisa mempunyai kekuatan dan ketegaran yang tinggi meskipun
kerapatannya masih rendah. Matriks yang sering digunakan untuk membuat
komposit adalah dari bahan polimer, namun selain itu dapat juga digunakan dari
bahan keramik dan logam. Polimer banyak digunakan karena tidak korosif,
ringan, mempunyai bentuk yang kompleks, dan biayanya yang murah. Ada tiga
faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
Komposit Penguat/ Serat
1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang
peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya.
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran
tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan
faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit
secara keseluruhan.
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya
maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan
berbeda.
Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur
penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin
mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan disribusi
dari penguat (filler) dan berbagai ciri-ciri dari matriks. Sifat mekanik merupakan
salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari. Untuk
aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat mekanik
bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya. Peran utama dalam
komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan tegangan (stress) antara
serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang merugikan dan menjaga
permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara kontribusi serat
sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik (tensilestrength) bahan komposit.
Secara umum serat yang sering digunakan sebagai filler (penguat) adalah serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki
keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam.
Pemakaian serat alam yaitu serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti
serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena
murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan
dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan
serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya
2.4.1 Klasifikasi Material Komposit
Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari
beberapa jenis material komposit, yaitu :
1. Metal Matrix Composite (MMC)
Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsten,
molibdenum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik
tersebar.
2. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.
3. Polymers Matrix Composite
Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan
epoxiy atau termoplastik seperti Polycarbonate, polivinilklorida,
nylon, polysterene dan kaca, karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar.
4. Concrete foam (CMC)
Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material
serbuk filler, pozolanic, serbuk/ serat kayu, serat bambu,
stereofoam, baja, sebuk kertas, dan batu apung [13].
Berdasarkan pada bahan penguatnya maka material komposit dapat
diklasifikasikan menjadi menjadi komposit serat, komposit lamina,
komposit partikel, dan komposit serpihan. Komposit diklasifikasikan
Gambar 2.2. Klasifikasi Struktur Komposit (Calliester, 1994)
1. Komposit Serat (Fiber Reinforced Composite)
Komposit serat adalah jenis komposit yang menggunakan serat
sebagai penguat. Serat yang digunakan umumnya berupa serat
gelas, serat karbon, serat aramid, serat alami dan sebagainya. Serat
yang digunakan dapat disusun secara acak maupun dengan pola
tertentu yang menyerupai anyaman.
Kekuatan dari komposit jenis ini sangat bergantung pada serat
yang digunakan. Dalam meningkatkan kekuatan komposit maka
komponen penguat dari komposit harus mempunyai rasio aspek
yang besar, yaitu rasio panjang terhadap diameter harus tinggi agar
beban yang ditransfer melewati titik dimana yang mungkin
mengalmi perpatahan. Tegangan yang yang dikenakan pada
komposit mulanya diterima oleh matrik dan akan diteruskan
kepada serat, sehingga serat akan menahan beban maksimum. Oleh
sebab itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus
elastisitas yang lebih tinggi dari pada matrik penyusun komposit.
Komposit yang diperkuat dengan serat terbagi menjadi dua,
yaitu:
a. Komposit Serat Pendek (Short Fiber Composite)
Komposit serat pendek terbagi menjadi dua bagian yaitu serat
acak (inplane random orientasi) dan serat satu arah. Tipe serat acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena
faktor biaya produksinya yang lebih murah. Kekurangan dari
susunan serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari
penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.
b. Komposit Serat Panjang (Long Fiber Composite)
Kelebihan dari komposit serat panjang adalah lebih mudah
diorientasikan, jika dibandingkan dengan serat pendek. Secara
teoritis serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau
tegangan dari suatu titik pemakaiannya.
Perbedaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek
dibebani secara tidak langsung atau kelemahan matrik akan
menentukan sifat produk komposit tersebut yakni jauh lebih kecil
dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat panjang.
2. Komposit Partikel (Particle Reinforced)
Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam
satu atau lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang
berbeda fasa. Komposit partikel diperkuat oleh logam, polymer,
keramik. Komposit partikel terdiri dari partikel besar dan partikel
kecil. Partikel Besar (Large Particle), merupakan hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang
memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku
dari pada fasa matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan
yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan komposit
partikel besar.
3. Komposit/Struktur Laminat
Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (lamina), terdiri atas susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk lamina
bisa dalam arah searah, dan tegak lurus atau arah tidak beraturan
tergantung pada keperluan terhadap beban. Arah serat tentunya
akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat menahan
beban pada suatu komposit [14].
2.4.2 Material Concrete foam
Material komposit concrete foam terdiri dari semen, pasir, air,
blowing agent, dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Polyol dan Isocyanate.
1. Semen
Material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat
adhesif dan kohesif yang diperlukan untuk mengikat
agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang mempunyai
kekuatan yang cukup. Semen merupakan hasil industri dari paduan
bahan baku : batu gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu
bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO),
dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung
senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk
bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang
mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Untuk
sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian
dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah
yang sesuai.
Fungsi utama dari semen adalah untuk mengikat partikel
agregat yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan. Bahan dasar
pembentuk semen adalah :
1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) disingkat C3S (58% -
69%)
2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) disingkat C2S (8% - 15%)
3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate) disingkat C3A (2% -
15%)
4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit) disingkat
C4AF(6-14%)
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran
mortar. Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan
banyak keuntungan, antara lain dapat membuat campuran mortar
menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih tahan air, lebih cepat
mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.
Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran mortar mengeras,
maka dapat menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula.
Mortar dengan kandungan hidrulik rendah akan lebih lemah dan
mudah dalam pergerakan .
2. Air
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses
kimiawi semen, membasahi agregat dan memberikan kemudahan
dalam pekerjaan beton. Air digunakan untuk membuat adukan
menjadi bubur kental dan juga sebagai bahan untuk menimbulkan
sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Tanpa air,
konstruksi bahan tidak akan terlaksana dengan baik dan sempurna.
Nilai banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton
dinamakan water cement ratio (w.c.r). Air yang dapat digunakan
dalam proses pencampuran beton adalah sebagai berikut:
a. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih
dan bebas dari bahan – bahan yang merusak yang
mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan organik, atau
bahan – bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.
b. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau
pada beton yang di dalamnya tertanam logam aluminium,
termasuk air bebas yang terkandung dalam agregat, tidak
boleh mengandung ion klorida dalam jumlah yang
membahayakan.
3. Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya
digunakan untuk mengisi bagian terbesar dari beton yang mana
mengisi 75 % bagian dari beton. Semakin besarnya ukuran agregat
yang digunakan maka akan semakin mengurangi jumlah semen
yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas yang timbul
pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses
dan shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk
kekuatan diantara 30 MPa agregat yang digunakan berukuran 20
mm.
4. Blowing Agent
Blowing agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur berongga pada komposit yang dibentuk.
polyurethane. Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan urethane yaitu -NH-CO-O. Polyurethane
dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan
senyawa yang memiliki hydrogen aktif seperti diol (polyol). Unsur nitrogen yang bermuatan negatif pada isosianat akan tertarik ke arah unsur oksigen yang bermuatan positif pada kelompok alkohol
(polyol) akan membentuk ikatan urethane antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO
2). Gas ini yang kemudian akan membentuk busa pada material polymer yang terbentuk. Material yang terbentuk dari campuran Blowing Agent
dan polymer disebut dengan material Polymeric Foam. Material
Polymeric Foam banyak ditemukan sebagai busa kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat material.
5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang
kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampurkan dalam
matriks. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18cm dan
serat ini dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1-0,8mm.
Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit
No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit (lanjutan)
No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)
8. K 1,71
9. Ca 0,14
10. Mg 0,12
11. P 0,06
12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07
TOTAl 100,00
Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan
kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam
lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik
material yang dibentuk. Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil
pabrik kelapa sawit umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan hemiselulose 19,28%. Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih dahulu
direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci
dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3
hari. Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada
Gambar 2.3.
2.5 Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering
didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v). Untuk
pengukuran densitas dan penyerapan air beton digunakan metode Archhimedeas.
Untuk pengukuran densitas beton digunakan metode Archimedes. Rumus untuk
menghitung besarnya densitas adalah sebagai berikut :
ρ = m/V atau m = ρ x V atau V = m/ρ.........(2.1)
Keterangan :
ρ = Massa jenis zat (kg/m3 atau g/cm3 ) m = Massa benda (kg atau g)
V = Volume benda (m3 atau cm3 )
2.6 Teori Elastisitas
Elastisitas adalah pokok bahasan yang sangat menarik dan bagus yang
berhubungan dengan stress, strain dan distribusi perpindahan pada sebuah benda
padat yang elastis yang disebabkan oleh gaya luar. Dalam bahasa yang lebih
sederhana lagi elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk
awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda tersebut
dihilangkan. Teori elastisitas dapat digunakan pada banyak bidang keteknikan dan
bidang ilmiah lainnya. Terkhusus pada teknik mesin teori elastisitas banyak sekali
digunakan di dalam desain dan analisa elemen mesin, seperti analisa tegangan,
tegangan kontak, analisa thermal stress, fracture mechanics, dan kelelahan.
1. Tegangan
Tegangan adalah besarnya gaya-gaya yang diterima per satuan luas
permukaan dari suatu benda. Tegangan normal rata-rata adalah intensitas dari
gaya atau gaya persatuan luas dengan perlakuan normal terhadap luas
permukaan. Tegangan normal dapat dihitung dengan menggunakan
�= ��...(2.1)
Dimana:
σ = tegangan normal rata-rata pada sembarang titik di luas permukaan (Pa)
F = resultan gaya normal (N)
A = Luas Permukaan (m2)
Gaya internal F yang melalui garis sumbu mengakibatkan distribusi
tegangan merata akan tidak menghasilkan momen atau dalam kalimat
matematika seperti pada persamaan (2.2) dan (2.3).
(��)�= ∑�� ; 0 =∫����=∫����� =�∫����...(2.2)
(��)� = ∑�� ; 0 =−∫���� = −∫�����=−�∫����...(2.3)
Pada penelitian ini pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik tidak
langsung atau Brazillian test. Pengujian tarik yang dilakukan adalah dengan memberikan tegangan tarik pada beton secara tidak langsung. Benda uji
silinder direbahkan dan ditekan sehingga terjadi tegangan tarik pada beton.
Tegangan tarik tidak langsung dihitung dengan persamaan (2.4) sebagai
berikut :
�= 2�
�ℓ�...(2.4) Dimana:
σ = Kuat tarik beton (MPa) F= Gaya (N)
ℓ= Panjang benda uji (m) D= Diameter benda uji (m)
2. Regangan
Regangan normal adalah pemanjangan atau penyusutan dari sebuah bagian
garis per satuan panjang. Regangan normal dapat dihitung dengan
� =∆�′−∆�
∆� ...(2.5)
Dimana :
ε = Regangan Normal
Δs’-Δs = Perubahan panjang (m) Δs = Panjang mula-mula (m)
3. Hukum Hooke
Hubungan linear antara tegangan dan regangan umumnya disebut juga
sebagai hukum Hooke. Besarnya regangan yang terdapat pada suatu bidang
segiempat yang mendapatkan tegangan normal �� yang terdistribusikan secara
merata pada kedua ujungnya seperti pada pengujian tarik dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan (2.5).
�� =���...(2.6)
Dimana:
E = Modulus Elastisitas (Pa)
�� = Tegangan normal (Pa)
�� = Regangan
Penjabaran lebih lanjut dari persamaan (2.5) pada sumbu x dengan regangan
lateral dapat dilihat pada persamaan (2.6).
�� = −���� �� = −����...(2.7)
Dimana v adalah sebuah konstanta yang disebut juga sebagai poison rasio. Poison rasio untuk material pada umumnya sama dengan 0,25 dan untuk baja
struktur biasanya digunakan 0,3.
Untuk kasus lain dimana regangan mengalami superposisi pada tiga dimensi
�� =�1��� − ���� +����...(2.8)
�� = 1���� − �(��+��)�...(2.9)
�� =�1��� − ���� +����...(2.10)
Hubungan linear antara tegangan dan regangan dapat dilihat pada Gambar
2.4 berikut ini.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu 3.1.1 Tempat
Pelaksanaan kegiatan penelitian ini dapat dilihat dengan terperinci pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Lokasi dan Aktifitas Penelitian
No. Waktu Kegiatan Lokasi Penelitian
1. Oktober Pengolahan Serat Lab. Impak Unit 1
2. November – Desember Pembuatan Spesimen Lab. Impak Unit 1
3. Januari Pengujian Tarik
belah
Lab. Impak Unit 2
4. Februari – April Pengolahan data uji
tarik belah
Lab. Impak Unit 2
3.1.2 Waktu
Waktu penelitian direncanakan selama enam bulan dimulai pada bulan
Oktober 2012 sampai April 2013.
3.2 Metode Pembuatan Spesimen 3.2.1 Persiapan Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen uji beton ringan
(concrete foam) adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2. Alat dan bahan ini
digunakan mulai dari proses pembuatan serat sampai pada proses pembuatan
mudah ditemukan di pasaran dengan harga yang relatif murah. Untuk bahan baku
TKKS diperoleh dari pabrik pengolahan kelapa sawit.
Tabel 3.2 Alat dan Bahan
No. Nama Alat Jenis Jumlah Satuan Keterangan
11. Mesin penghalus
serat
Peralatan yang digunakan selama proses pembuatan spesimen adalah
1. Gunting
Gunting digunakan untuk memperkecil ukuran serat TKKS. Gambar
gunting dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3. 1 Gunting
2. Ayakan
Ayakan digunakan untuk menyaring pasir dan serat TKKS. Pasir dan serat
TKKS yang digunakan adalah yang telah melewati tahap pengayakan. Gambar
dari ayakan dapat dilihat pada Gambar 3.2.
.
Gambar 3.2 Ayakan
3. Ember plastik
Ember plastik berfungsi sebagai wadah perendaman TKKS pada saat
mengilangkan asam lemak dengan menggunakan air dan NaOH. Keranjang
plastik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.3.
4. Cetakan
Cetakan terbuat dari besi carbon. Cetakan yang dibuat berbentuk silinder
dengan ukuran diameter 53 mm dan tinggi 150 mm. Cetakan yang digunakan
dapat dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Cetakan
5. Timbangan
Timbangan berfungsi untuk mengukur berat bahan penyusun yang akan
digunakan sebagai campuran pembuat beton ringan dan perubahan berat dari
spesimen uji beton ringan selama 28 hari. Timbangan yang digunakan seperti
pada Gambar 3.5.
Gambar 3. 5 Timbangan
6. Sendok Plastik
Sendok plastik berfungsi sebagai pengaduk bahan campuran dari beton
ringan. Sendok plastik dipilih untuk sekali pemakaian saja untuk mempercepat
proses pengerjaan tanpa perlu harus dibersihkan. Gambar untuk sendok plastik
dapat dilihat pada Gambar 3.6.
7. Sekop
Sekop berfungsi untuk mengeruk pasir. Gambar sekop dapat dilihat pada
Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Sekop
8. Gelas ukur
Gelas ukur berfungsi untuk menghitung volume dari spesimen uji beton
ringan. Gelas ukur yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Gelas ukur
9. Gelas Plastik
Gelas plastik berfungsi untuk wadah bahan – bahan campuran yang akan
ditimbang dan wadah pencampuran seluruh bahan – bahan campuran dari
pembuatan beton ringan. Gambar gelas plastik yang digunakan dapat dilihat
pada Gambar 3.9 di bawah ini.
Gambar 3.9 Gelas Plastik
10.Oli
Oli berfungsi sebagai bahan pelapis antara cetakan dengan campuran dari
mengeluarkan spesimen uji beton ringan dari cetakan. Oli yang digunakan
seperti pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Oli
11.Mesin Penghalus Serat
Mesin penghalus serat digunakan untuk menghaluskan serat TKKS
menjadi berukuran 0,1 – 0,8 mm. Spesifikasi mesin penghalus serat dapat
dilihat pada tabel 3.3 dan gambar dari mesin penghalus serat dapat dilihat
pada gambar 3.11 di bawah ini.
Gambar 3. 11 Mesin penghalus serat
Tabel 3.3. Spesifikasi mesin penghalus serat
No. Spesifikasi Satuan Besaran
1. Jenis Motor Listrik Induksi
2. Daya Keluaran HP/kW 1 / 0,75
3. Frekuensi Hz 50
4. Voltage V 220
5. Arus Listrik A 8
6. Putaran Mesin Rpm 1450
7. Fase 1
8. Suhu Operasi oC 60
12.Alat Pengering
Alat Pengering berfungsi untuk pengering dari serat TKKS yang sudah
menggunakan 10 buah lampu pijar 80 watt dan kotak dari aluminium seperti
yang terlihat pada Gambar 3. 12 di bawah ini.
Gambar 3.12 Alat pengering
13.Sarung Tangan Karet
Sarung tangan plastik berfungsi sebagai pelindung tangan. Sarung tangan
plastik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Sarung tangan karet
3.2.1.2 Bahan
Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen beton ringan
(concrete foam) adalah sebagai berikut:
1. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
Serat tandan kosong kelapa sawit berfungsi sebagai penguat
matriks komposit concrete foam diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit yang diolah menjadi serat berdasarkan proses –
proses tertentu. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang digunakan
adalah bahan yang memiliki nilai ekonomi yang rendah. TKKS ini
biasanya dibuang saja agar dapat berfermentasi dan menjadi pupuk. TKKS
ini banyak ditemukan di daerah Sumatera Utara.
2. Semen
Semen adalah material bangunan yang tidak tergantikan
penggunaannya dalam dunia konstruksi. Semen yang umumnya digunakan
sifat-sifat adhesif dan kohesif yang diperlukan untuk mengikat
agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang mempunyai kekuatan
yang cukup. Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku :
batu gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang
mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), dan lempung/tanah liat
yaitu bahan alam yang mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan
berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang
mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Untuk
menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,
sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan
ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai.
Fungsi utama dari semen adalah untuk mengikat partikel agregat
yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan. Bahan dasar pembentuk
semen adalah:
1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) disingkat C3S (58% - 69%)
2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) disingkat C2S (8% - 15%)
3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate) disingkat C3A (2% - 15%)
4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit) disingkat
C4AF(6-14%)
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran mortar.
Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak
keuntungan, antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih
kuat, lebih padat, lebih tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga
memberikan rekatan yang lebih baik. Kerugiannya adalah dengan
cepatnya campuran mortar mengeras, maka dapat menyebabkan susut
kering yang lebih tinggi pula. Mortar dengan kandungan hidrulik
3. Air
Air adalah bahan yang sangat penting dan sangat murah dari seluruh bahan
campuran pembuatan beton. Air berfungsi sebagai matriks pengikat antara
semen dan agregat. Umumnya semen membutuhkan air sebanyak 3/10 dari
beratnya. Tetapi beton dengan perbandingan air dan semennya seperti ini
memeliki sifat yang sangat keras. Perbandingan semen dan air akan sangat
mempengaruhi dari kualitas beton tersebut.
Air yang digunakan pada campuran beton harus bersih dan bebas dari
bahan-bahan merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan
organik, atau bahan-bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.
Air pada penelitian ini juga digunakan sebagai bahan untuk membersihkan
TKKS dari material-material yang tidak diinginkan. Kotoran yang mungkin
ada pad TKKS adalah jamur, pasir, debu dan tanah.
4. Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk
mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari
beton. Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin
mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi
panas yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses dan shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara
30 MPa agregat yang digunakan berukuran 20 mm.
5. NaOH
NaOH berfungsi untuk menghilangkan asam lemak yang terikat pada
TKKS sebelum diproses menjadi serat.
6. Polyurethane
Polyurethane berfungsi sebagai bahan penghasil foam atau sering disebut juga sebagai blowing agent. Polyurethane adalah campuran dari dua larutan
3.3 Proses Pembuatan Serat TKKS
Proses pembuatan serat TKKS dikerjakan dengan langkah-langkah sebagai
berikut:
1. Pembersihan TKKS dengan menggunakan air bersih untuk
menghilangkan kotoran besar yang menempel, seperti pasir, tanah, dll,
2. TKKS direndam dalam air dan larutan NaOH 1M 1% dengan
perbandingan selama lebih kurang 1 hari untuk mengikat lemak yang
masih tersisa pada permukaannya.
3. TKKS dikeringkan dengan menggunkan sebuah alat pengering. Tujuan
proses ini ialah untuk menurunkan kadar air yang terkandung sehingga
kondisi TKKS cukup kering untuk diolah menjadi serat.
4. TKKS dicacah menggunakan gunting serat sehingga menjadi serat
yang berukuran 1 cm – 5 cm.
5. Selanjutnya serat hasil pencacahan TKKS tersebut dihaluskan dengan
menggunakan mesin penggiling hingga menjadi serat halus dengan
ukuran berkisar 0,1 mm s.d. 0,8 mm .
Diagram alir proses pembuatan serat TKKS tersebut diatas secara ringkas
diperlihatkan pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Diagram alir pembuatan serat TKKS
Pengeringan TKKS pada suhu 300 s.d. 500C selama lebih
kurang 1 hari Perendaman TKKS
pada larutan 1% NaOH selama 1 hari menjadi ukuran 1 s.d.
3.4 Metode Pembuatan Concrete Foam
Pada penelitian metode yang dipakai untuk pembuatan spesimen adalah
dengan dituang. Spesimen yang akan dibuat dalam bentuk silinder seperti pada
Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Spesimen silinder
Spesifikasi dari spesimen yang akan dibuat oleh peneliti adalah memiliki tinggi 75
mm dan diameternya 53 mm. Adapun proses pembuatan spesimen dijelaskan
sebagai berikut:
1. Semua alat dan bahan dipersiapkan
2. Semua bahan ditimbang menurut takarannya masing – masing.
Perbandingan komposisi yang digunakan untuk bahan mortarnya sendiri
adalah 1 : 2 : 0,5. Banyaknya material yang digunakan dari tiap komposisi
dapat dilihat pada tabel 3.4 di bawah ini.
Tabel 3.4 Komposisi material beton ringan yang diperkuat serat TKKS
No. Semen (gr) Pasir
3. Permukaan dalam cetakan diolesi dengan oli. Hal ini bertujuan agar
mempermudah pada saat pembongkaran.
4. Pasir dan semen terlebih dahulu dicampur hingga merata.
5. Pasir dan semen kemudian dicampurkan dengan air hingga seluruh bagian
6. Setelah pasta tercampur (Pasir, semen, dan air) merata, maka dicampurkan
dengan serat TKKS.
7. Kemudian polyol dicampurkan.
8. Kemudian Isocyanate dicampurkan. Campuran tersebut diaduk selama ± 10 detik hingga terjadi perubahan suhu.
9. Pasta dapat dituangkan pada cetakan.
10.Cetakan yang sudah berisi campuran dari bahan – bahan tersebut dibiarkan
selama 24 jam. Kemudian cetakan dibongkar.
11.Spesimen uji yang telah jadi dikeringkan selama 28 hari dan ditimbang
perubahan massa yang terjadi setiap harinya.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat diagram alir proses pembuatan spesimen
concrete foam pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Diagram alir proses pembuatan concrete foam
3.5 Prosedur Pengujian Tarik Belah
Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji uji servo pulser yang
terdapat di Laboratorium Impak dan Keretakan Magister Teknik Mesin-USU.
Berikut ini akan dijelaskan prosedur pengujian tarik belah dengan menggunakan
alat uji servo pulser.
1. Cek peralatan dari panel listrik, pompa air pendingin,perangkat hidrolik
controler dlam keadaan siap beroperasi
2. Persiapkan spesimen uji
3. Hidupkan panel alat uji dalam panel elektrik,alat uji,PC
4. Hidupkan controller
5. Pada controller tekan HYD : Tekan pump 1, Tekan tombol load , Atur
tekanan hydrolik 10 bar, Tekan tombol TEST
6. Pasang Spesimen pada grid dalam uji
7. Tekan tombol BTD,enter
8. Tekan tombol TD2,enter
9. Tekan lambang uji mode RAMP, enter
10.Atur pertambahan dan pengurangan langkah (stroke), TD2, enter
11.Atur kecepatan langkah,enter 0,1 mm/s
12.Aktifkan program UTM di PC
13.Atur ukuran spesimen d = 53 mm
14.Atur jenis pengujian compression tekanan
15.Atur jenis pengujian penampang round
16.Close
17.Atur beban tekan 2KN
18.Tekan tombol start pada pogram UTM di PC dan selanjut nya tekan
tombol start pada controller
19.Proses pengujian akan berlangsung selama panjang stroke yang telah di
atur
