Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer

(1)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009.

PEMANFAATAN KULIT KERANG DAN RESIN EPOKSI

TERHADAP KARAKTERISTIK BETON POLIMER

TESIS

Oleh

SHINTA MARITO SIREGAR

077026026/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. PEMANFAATAN KULIT KERANG DAN RESIN EPOKSI TERHADAP

KARAKTERISTIK BETON POLIMER

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

SHINTA MARITO SIREGAR 077026026/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. Judul Tesis : PEMANFAATAN KULIT KERANG DAN RESIN EPOKSI TERHADAP KARAKTERISTIK BETON POLIMER

Nama Mahasiswa : Shinta Marito Siregar Nomor Pokok : 077026026

Program Studi : Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Drs. Anwar Dharma S, MS) (Drs. H. Perdamean S, M.Si. APU) Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc)

(4)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. Telah diuji pada

Tanggal : 3 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS Anggota : 1. Drs. Perdamean Sebayang, M. Si. APU 2. Dra. Justinon, MS

3. Prof. Dr. M. Zarlis, M. Sc 4. Drs Tenang Ginting, M.S

(5)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. ABSTRAK

Telah dibuat beton alternatif tanpa semen dengan menggunakan komposisi bahan baku, yaitu kulit kerang 66,67 – 83,33 % (volume), pasir silika 16,67 – 33,33 % (volume) dan 5 – 20 % (volume) resin epoksi, beton dikeringkan selama 8 jam pada suhu 60 oC tekanan 1 atm. Proses pre-treatment cangkang kerang yaitu terlebih dahulu dibersihkan, dibakar pada suhu 700 0C selama 2 jam dan dihaluskan dengan menggunakan alat mortar sehingga dihasilkan serbuk sebagai subtitusi semen konvensional. Serbuk kulit kerang mengandung senyawa kimia yang bersifat pozzolan, yaitu mengandung zat kapur (CaO), alumina dan senyawa silika sehingga berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku beton alternatif. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kualitas beton optimum diperoleh pada komposisi 80 % (volume) serbuk kulit kerang dan 20 % (volume) resin epoksi dengan waktu pengeringan selama 8 jam pada suhu 60oC. Karakteristik dari beton yang dihasilkan pada kondisi tersebut, antara lain: densitas = 2,716 g/cm3, penyerapan air = 0,4 %, penyusutan = 1,29 %, konduktivitas termal = 0,339 w/moK, kuat tekan = 56,9 MPa, kuat patah = 34 MPa dan kuat tarik = 7,46 MPa. Analisis ketahanan api beton yaitu mengalami degradasi sebesar 22,67 % dengan asumsi kondisi nilai kekuatan tekan sebelum pembakaran sebesar 56,9 MPa dan setelah pembakaran menjadi 44 MPa. Berdasarkan analisa uji ketahanan asam dari beton setelah perendaman dengan 5 % Na2SO4 selama 7 - 56 hari terjadi perubahan massa sebesar 0,15 -1,35 % dan kuat

tekan meningkat sekitar 7 – 8 %. Sedangkan perendaman dengan 5 % H2SO4 selama

7 - 56 hari terjadi perubahan massa sebesar 0,25 -1,60 % dan kuat tekan terdegradasi sekitar 10 – 11 %. Analisa struktur mikro dengan SEM menunjukkan bahwa rongga di dalam beton terdistribusi tidak merata dengan ukuran rongga sekitar 5 - 40 µm dan gumpalan resin epoksi sekitar 20 µm. Sedangkan bentuk partikel pasir dan serbuk kulit kerang tidak terlihat batas butirnya.

(6)

ABSTRACT

Have been made an alternative concrete without cement by using the composition of raw material there are clamshell 66.67 – 83.33 % (volume), silica sand 16.67 – 33.33 % (volume) and 5 - 20 % (volume) epoxy resin, concrete dried by during 8 hours at temperature 60 oC and pressure 1 atm condition. The pre-treatment process of clamshell that is cleaned, calcinations at 700 0C during 2 hours and grinding by using mortar so that yielded powder as conventional cement substituting. Powder of clamshell contains the chemical compositions having the character such as pozzolan that is calcareous (CaO), alumina and silica so that have potency to be used as concrete alternative. Result of examination indicate that the quality of optimum concrete obtained at composition 80 % (volume) powder of clamshell and 20 % (volume) epoxy resin with the ageing time during 8 hours at temperature 60oC. The characteristics from concrete yielded at that condition, namely: density = 2.716 g/cm3, water absorption = 0.4 %, shrinkage = 1.29 %, thermal conductivity = 0.339 w / mK, compressive strength= 56.9 MPa, flexural strength = 34 MPa, and tensile strength = 7.46 MPa. The analyses for fire resistance that is degrades to 22.67 % with the assumption condition of compressive strength value before combustion equal to 56.9 MPa and after combustion become 44 MPa. Based on acid resistance test after soaking by 5 % Na2So4 during 7 - 56 days have the mass change equal to 0,15 - 1,35 % and compressive strength increase to 7 - 8%. While for soaking by 5 % H2So4 during 7 - 56 days have the mass change equal to 0,25 - 1,60 % and compressive strength degraded to 10 - 11 %. The microstructure analysis by SEM indicates that the cavity in concrete is not homogen with the size of cavity about 5 - 40 µm and lump of epoxy resin about 20 µm.

Keywords: Clamshell, epoxy, alternative concrete, acid soaking, SEM

(7)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT atas segala

limpahan rahmad dan karuniaNya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada:

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTH & H,

Sp.A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan

menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.

Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. T.

Chairun Nisa B, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains

pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Fisika, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Si,

Sekretaris Program Studi Fisika, Dr. Nasir Saleh, M.Eng, beserta seluruh staf

Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas

Sumatera Utara.

Terimakasih yang tidak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya saya

ucapkan kepada Drs. Anwar Dharma S, MS selaku Pembimbing Utama yang dengan

penuh perhatian dan kepercayaan telah memberikan dorongan dan bimbingan,

demikian juga kepada Prof. Perdamean Sebayang, M.Si selaku Pembimbing

Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga

selesainya penelitian ini.

Terima kasih yang tulus juga saya ucapkan atas doa dan dukungan yang selalu

menjadi penyemangat bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini, kepada Asma, Dina,

Yunita, imay, ety, bang halim, teman-teman FORSIKAMUS-5 Medan, teman-teman

angkatan 2007, adik-adik di UKMI Al-Falak FMIPA USU, kakak dan teman-teman

di Universitas Ruhiyah yang selalu membuat penulis ingin lebih baik lagi.

Dan akhirnya untuk yang teristimewa Ayahanda dan Ibunda tercinta yang

(8)

Harahap, kakak-kakak Yanti-Dafi, Mitha-Harun, Ida-Helmi, Dina-Faisal, si bungsu

Hasnan serta ponakan-ponakan yang selalu mampu membuat suasana ceria Difa,

Naswa, Raisan, Afra, Faris dan Hasyemi.

Akhir kata saya berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi semua pihak,

walaupun saya menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangannya.

Medan, Juni 2009

Penulis

(9)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama : Shinta Marito Siregar

Tempat/tanggal lahir : Medan/23 September 1982

Agama : Islam

Orangtua

Ayah : Drs. H. Gong Matua Siregar

Ibu : Hj. Sitiorno Harahap

Alamat rumah : Jl. Selamat No. 165 Medan

Telepon/hp : (061)7864479/08126518978

e-mail

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Inpres No. 064029 Tamat: 1995

SMP : SMP Negeri-3 Medan Tamat: 1998

SMA : SMA Negeri-5 Medan Tamat: 2001

S-1 Fisika : FMIPA Universitas Sumatera Tamat: 2007

Utara

S-2 Fisika : Program Studi Magister Fisika Tamat: 2009

Sekolah Pascasarjana Universitas

(10)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Hipotesis ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Beton ... 6

2.1.1 Kelebihan dan Kekurangan Beton ... 6

(11)

2.1.1.2 Kekurangan ... 7

2.2 Beton Polimer ... 10

2.3 Polimer ... 11

2.3.1 Pembagian Polimer Berdasarkan Kegunaannya . 11 2.3.2 Pembagian Polimer Berdasarkan Sumbernya ... 12

2.3.3 Pembagian Polimer Berdasarkan Strukturnya .... 13

2.3.4 Tipe Polimer ... 14

2.4 Resin Epoksi ... 16

2.5 Kulit Kerang ... 18

2.6 Karakterisasi Beton ... 19

2.6.1 Densitas ... 20

2.6.2 Penyerapan Air ... 20

2.6.3 Penyusutan ... 21

2.6.4 Konduktivitas Termal ... 21

2.6.5 Kuat Tekan ... 22

2.6.6 Kuat Tarik ... 22

2.6.7 Kuat Patah ... 23

2.6.8 Ketahanan Api ... 23

2.6.9 Ketahanan Kimia ... 24

(12)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 26

3.1 Lokasi Penelitian ... 26

3.2 Bahan Baku dan Peralatan ... 26

3.2.1 Bahan Baku ... 26

3.2.2 Peralatan ... 26

3.3 Variabel dan Parameter ... 27

3.4 Diagram Alir Pembuatan Beton Polimer ... 28

3.5 Preparasi Sampel Beton ... 28

3.6 Pengujian Beton ... 32

3.6.1 Densitas ... 32

3.6.2 Penyerapan Air ... 34

3.6.3 Penyusutan ... 34

3.6.4 Konduktivitas Termal ... 35

3.6.5 Kuat Tekan ... 37

3.6.6 Kuat Tarik ... 39

3.6.7 Kuat Patah ... 40

3.6.8 Ketahanan Api ... 41

3.6.9 Ketahanan Kimia ... 42

(13)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45

4.1 Densitas ... 45

4.2 Penyerapan Air ... 48

4.3 Penyusutan ... 50

4.4 Konduktivitas Termal ... 52

4.5 Kuat Tekan ... 54

4.6 Kuat Tarik ... 57

4.7 Kuat Patah ... 60

4.8 Ketahanan Api ... 62

4.9 Ketahanan Kimia ... 64

4.10 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 73

5.1 Kesimpulan ... 73

5.2 Saran ... 74

(14)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Komposisi kimia serbuk kulit kerang ... 19

2.2 Komposisi bahan baku pembuatan beton dengan 5 %

(volume) resin epoksi ... 30

4.1 Data hasil pengukuran besaran-besaran untuk menentukan

daya hantar panas dari beton yang dikeringkan selama 8 jam

(15)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Kulit kerang ... 19

2.2 Skema pengujian konduktivitas termal dengan less method ... 22

2.3 Skema prinsip dasar SEM ... 25

3.1 Diagram alir pembuatan beton polimer ... 28

3.2 Prinsip penimbangan massa benda di dalam air ... 33

3.3 Skema pengujian konduktivitas termal dengan less method ... 35

3.4 Pengujian kuat tekan dengan alat Universal Testing Mechine

(UTM) ... 37

3.5 Pengujian kuat tarik dengan alat Universal Testing Mechine

(UTM) ... 39

3.6 Pengujian kuat patah dengan alat Universal Testing Mechine

(UTM) ... 40

3.7 Foto alat ukur Scanning Electron Microscope (SEM) ... 43

4.1 Hubungan antara densitas terhadap penambahan serbuk kulit

kerang dan resin epoksi (dalam % volume) dengan proses

pengeringan selama 8 jam 60°C ... 46

4.2 Hubungan antara penyerapan air terhadap penambahan serbuk

kulit kerang dan resin epoksi (dalam % volume) dengan proses pengeringan selama 8 jam 60°C ... 48

4.3 Hubungan antara penyusutan terhadap penambahan serbuk kulit

(16)

T1, T2 dan dT/dt dari beton dengan komposisi serbuk 80 % kulit

kerang dan 20 % resin epoksi (dalam % volume) yang

dikeringkan selama 8 jam 60°C ... 52

4.5 Hubungan antara kuat tekan terhadap penambahan serbuk kulit

4.6 Hubungan antara kuat tarik terhadap penambahan serbuk kulit

4.7 Hubungan antara kuat patah terhadap penambahan serbuk

kulit kerang dan resin epoksi (dalam % volume) dengan proses pengeringan selama 8 jam 60°C ... 60

4.8 Hubungan antara kuat tekan beton setelah dikenai nyala api

sebagai fungsi waktu (dalam orde menit) dengan penambahan

resin epoksi sebesar 5-20 % (volume) ... 63

4.9 Hubungan antara perubahan massa terhadap waktu

perendaman (menggunakan konsentrasi larutan 5 %Na2SO4)

yang dilakukan pada beton dengan komposisi 80 % (volume) serbuk kulit kerang dan waktu pengeringan 8 jam pada

suhu 60°C ... 65

4.10 Hubungan antara perubahan massa terhadap waktu

perendaman (menggunakan konsentrasi larutan 5 % H2SO4) yang

dilakukan pada beton dengan komposisi 80 % (volume) serbuk kulit kerang dan waktu pengeringan 8 jam pada suhu 60°C ... 66

4.11 Hubungan antara kuat tekan terhadap waktu perendaman

(hari) dari beton dengan komposisi 80 % (volume) serbuk kulit kerang, 20 % (volume) resin epoksi dan waktu

pengeringan 8 jam pada suhu 60°C menggunakan konsentrasi

(17)

4.12 Hubungan antara kuat tekan terhadap waktu perendaman (hari)

dari beton dengan komposisi 80 % (volume) serbuk kulit kerang, 20 % (volume) resin epoksi dan waktu pengeringan 8 jam pada suhu 60°C menggunakan konsentrasi larutan 10 % H2SO4 .... 69

4.13 Foto SEM dari beton yang dikeringkan selama 8 jam pada suhu

(18)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

A Data pengukuran densitas ... 78

B Data pengukuran penyerapan air ... 80

C Data pengukuran penyusutan ... 82

D Data pengukuran konduktivitas termal ... 84

E Data pengukuran kuat tekan ... 87

F Data pengukuran kuat tarik ... 89

G Data pengukuran kuat patah ... 91

H Data pengukuran kuat tekan setelah pembakaran ... 93

I Data pengukuran perubahan massa akibat bahan kimia ... 95

(19)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Secara umum bahwa pertumbuhan dan perkembangan industri kontruksi di

Indonesia cukup pesat. Hampir 60 % material yang digunakan dalam pekerjaan

kontruksi adalah beton (concrete) yang dipadukan dengan baja (composite) atau jenis

lainnya. Konstruksi beton dapat dijumpai dalam pembuatan gedung-gedung, jalan,

bendungan, saluran air dan lain-lain. Konstruksi beton dapat dibagi menjadi dua

bagian berdasarkan fungsinya, yaitu kontruksi bawah dan atas (Mulyono, 2003).

Material bangunan dalam satu kesatuan struktur, selain dirancang untuk

memikul beban juga dirancang untuk menghadapi pengaruh alami lingkungan serta

pengaruh sifat penggunaannya. Beton sebagai material bangunan harus memenuhi

kriteria kekuatan dan daya tahan atau keawetan. Beton merupakan campuran antara

semen portland atau semen hidrolik lainnya, agregat halus, agregat kasar dan air

dengan atau tanpa bahan campuran tambahan membentuk massa padat (Departemen

Pekerjaan Umum, 1989). Bahan-bahan yang ditambahkan ke dalam campuran beton

pada saat atau selama pencampuran berlangsung, berfungsi untuk mengubah

sifat-sifat dari beton agar menjadi lebih cocok untuk pekerjaan tertentu dan menghemat

(20)

Bahan-bahan limbah disekitar lingkungan dapat dimanfaatkan sebagai bahan

tambahan dalam campuran beton. Hal tersebut dapat memberikan alternatif untuk

memanfaatkan limbah-limbah yang tidak termanfaatkan, seperti kulit kerang. Dengan

optimalisasi pemanfaatan limbah kulit kerang ini diharapkan akan mengurangi limbah

yang mencemari lingkungan dan memberikan nilai tambah tersendiri.

Dalam penelitian ini digunakan kulit kerang, sebagai bahan baku utama dalam

pembuatan beton, sehingga bermanfaat dan dapat menurunkan biaya operasional

pembuatannya. Kerang sebagai sumber protein dan merupakan jenis makanan

bersumber dari laut cukup berlimpah, tentunya jumlah kulitnya juga akan sebanding.

Selama ini kulit kerang hanya dibuang dan sebagian dari beberapa jenis kerang

tertentu kulitnya dikomersilkan untuk bahan dekorasi atau hiasan rumah.

Kulit kerang terlebih dahulu dibersihkan, dibakar dan dihaluskan untuk

dijadikan serbuk. Serbuk kulit kerang mengandung senyawa kimia yang bersifat

pozzolan yaitu mengandung zat kapur (CaO), alumina dan senyawa silika sehingga

sesuai digunakan sebagai bahan baku beton.

Agar beton lebih efisien dalam pembuatannya dan dapat ditingkatkan

kekuatannya maupun ketahanannya maka perlu ditambahkan resin polimer sebagai

matriks kedalam campuran bahan baku beton. Disamping itu penggunaan bahan

polimer dapat mempercepat waktu pengerasannya, beton jenis ini disebut beton

(21)

resin epoksi yang merupakan resin termoset. Bentuk resin epoksi sebelum pengerasan

berupa cairan seperti madu dan setelah pengerasan akan berbentuk padatan yang

sangat getas.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah peneliti ingin mengetahui

bagaimana efek pemanfaatan kulit kerang dan resin epoksi dengan perbandingan

komposisi antara pasir dan serbuk kulit kerang (1:2; 1:3; 1:4; 1:5) dan komposisi

resin epoksi (5%, 10%, 15%, 20%) dari total berat pasir dan serbuk kulit kerang,

terhadap karakteristik beton polimer, yang meliputi densitas, penyerapan air,

penyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas termal, ketahanan api,

ketahanan kimia, dan analisis mikrostruktur dengan menggunakan SEM.

1.3 Batasan Masalah

1 Pembuatan beton polimer dengan perbandingan komposisi antara pasir dan

serbuk kulit kerang (1:2; 1:3; 1:4; 1:5) dan komposisi resin epoksi (5%, 10%,

15%, 20%) dari total berat pasir dan serbuk kulit kerang

2 Pengujian karakteristik beton polimer, yaitu densitas, penyerapan air,

penyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas termal, ketahanan

(22)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. 1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh penambahan kulit kerang dan resin epoksi dalam

pembuatan beton polimer terhadap karakterisasinya, seperti densitas,

penyerapan air, penyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas

termal, ketahanan api, ketahanan kimia, dan analisis mikrostruktur dengan

menggunakan SEM.

2. Mengetahui komposisi terbaik dalam pembuatan beton polimer dengan

memanfaatkan kulit kerang dan resin epoksi

1.5 Hipotesis

Dalam pembuatan beton polimer, selain bahan baku pasir dapat digunakan

kulit kerang sebagai agragat dan resin epoksi sebagai pengikat, sehingga dapat

dihasilkan beton polimer yang memiliki kuat tekan lebih tinggi, lebih tahan asam dan

lebih tahan api. Variasi komposisi pasir, kulit kerang dan resin epoksi akan

memberikan pengaruh terhadap karakteristik beton yang signifikan.

1.6 Manfaat Penelitian

Diharapkan dengan penelitian ini dapat diketahui efek dari pemanfaatan

serbuk kulit kerang sebagai agregat dan resin epoksi sebagai pengikat pada

pembuatan beton polimer terhadap karakteristiknya, seperti densitas, penyerapan air,

(23)

ketahanan kimia, dan analisis mikrostruktur dengan menggunakan SEM, dalam

rangka pemanfaatan limbah dan menurunkan biaya produksi. Disamping itu

diharapkan penelitian ini juga dapat menjadi literatur bagi civitas akademik yang

(24)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Beton

Beton adalah bahan konstruksi yang berbasis perekat semen, sedangkan

agregatnya berupa pasir dan batu atau kerikil. Beton pada umumnya banyak

dipergunakan dalam bidang konstruksi pembangunan rumah, gedung, jembatan,

konstruksi jalan dan lain-lain (Amirudin et al, 1982).

Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu karang dengan kekuatan

tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat diberi bermacam bentuk, sehingga dapat

digunakan untuk membentuk seni arsitektur atau semata-mata untuk tujuan dekoratif.

Beton juga akan memberikan hasil dekoratif yang bagus jika pengolahan akhir

dilakukan dengan cara khusus, misalnya dengan menampilkan agregatnya, yaitu

agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan dibagian luar,

sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya.

2.1.1 Kelebihan dan Kekurangan Beton

2.1.1.1Kelebihan

Secara umum kelebihan beton adalah:

1. Dapat dengan mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan kontruksi

(25)

3. Tahan terhadap temperatur yang tinggi

4. Biaya pemeliharaan yang kecil

2.1.1.2Kekurangan

Secara umum kekurangan beton adalah:

1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah

2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi

3. Berat

4. Daya pantul suara yang besar

5. Proses pengerasannya cukup lama

6. Tidak tahan terhadap lumut atau kelembaban tinggi yang menyebabkan

beton cepat rapuh (Calvelri L. et al, 2003)

Karakteristik beton yang umum ada di pasaran adalah memiliki densitas

rata-rata 2000 - 2500 kg/m3, kuat tekan bervariasi dari 3 – 50 MPa (Ergul Yassar et al,

2003). Bila dilihat dari nilai densitas maka beton sekarang ini tergolong cukup berat,

sehingga untuk satu panel beton berukuran 240 x 60 x 6 cm memiliki bobot sekitar

100 - 125 kg, sehingga untuk mengangkatnya baik pada waktu pengangkutan ataupun

instalasinya memerlukan tenaga lebih dari 3 orang atau memerlukan alat bantu berat

(Ergul Yassar et al, 2003).

Terdapat beberapa parameter yang paling mempengaruhi kekuatan beton,

(26)

agregat. Disamping itu interaksi atau adhesi antara pasta semen dengan agregat,

proses pencampuran dan pemadatan juga turut mempengaruhi kekuatan beton. Pada

beton diharapakan tidak mengandung klorida > 0,15 % dalam beton yang diekspos

dan 1 % bagi beton yang tidak diekspos (Nawy et al, 1985).

Beton dapat juga dicampur dengan bahan lain seperti komposit atau bahan

lain sesuai dengan perilaku yang akan diberikan terhadap beton tersebut, sehingga

berdasarkan berat, material pembentuknya dan kegunaan strukturnya beton dapat

dibedakan menjadi:

1. Beton Ringan

Beton ringan adalah beton yang mengandung agregat ringan dan mempunyai

masa kering udara mengacu pada standard ASTM C-567 dan densitas tidak

lebih dari 1.900 kg/m3 (Mulyono, 2003) atau berdasarkan kepentingan penggunaannya strukturnya berkisar antara 1440 – 1850 kg/m3, dengan kekuatan tekan umur 28 hari lebih besar dari 17,2 Mpa. Argregat yang

digunakan umumnya merupakan hasil pembakaran shale, lempung, slates,

residu slag, residu batu-bara dan banyak lagi hasil pembakaran vulkanik

(Holm, 1994).

2. Beton Berat

Beton berat adalah beton yang dihasilkan dari agregat yang mempunyai berat

isi lebih besar dari beton normal atau lebih dari 2.400 kg/m3

. Beton yang

mempunyai berat yang tinggi ini biasanya digunakan untuk kepentingan

(27)

ini digunakan jika masalah ruang tidak menjadi hambatan. Untuk

menghasilkan beton berat digunakan agregat yang mempunyai berat jenis

yang besar, biasanya lebih dari 4 dibandingkan dengan agregat biasa dengan

berat jenis 2,6. Agregat yang mempunyai berat jenis yang besar, seperti

barium sulfat yaitu 4,1 atau agregat alam dengan bahan lainnya seperti biji

besi, magnetit, limonite, hermatite, ilmenite (FeTiO3), sebagai agregat halus

dan goethite beton yang dihasilkan menggunakan biji besi dapat mencapai

3000 – 3.900 kg/m3 (Neville, 1981). 3. Beton Massa

Dinamakan beton massa karena digunakan untuk pekerjaan beton yang besar

dan masif misalnya untuk bendungan, kanal, pondasi jembatan dan lain-lain.

4. Ferro Cement

Adalah bahan gabungan yang diperoleh dari campuran beton dengan tulangan

kawat ayam atau kawat yang dianyam. Beton jenis ini akan mempunyai

kekuatan tarik yang tinggi dan daktail, serta lebih waterproofing.

5. Beton Serat

Merupakan campuran beton ditambah serat, bahan serat dapat berupa serat

asbestos, serat plastik atau poly propylene dan potongan kawat baja.

Kelemahannya sulit dikerjakan sedangkan kelebihannya antara lain

kemungkinan terjadi segregasi kecil, daktail dan tahan benturan (Moncrief,

(28)

6. Beton Siklop

Beton jenis ini menggunakan agregat yang besar-besar, sampai dengan 20 cm,

digunakan untuk pekerjaan beton massa.

7. Beton Hampa

Beton hampa adalah beton yang air sisa dari proses hidrasinya sekitar 50 %

disedot keluar setelah beton mengeras.

8. Beton Polimer

Polimer merupakan bahan tambah yang baru dalam pembuatan beton

sehingga menghasilkan kekuatan beton yang tinggi dan waktu pengerasan

yang cepat. Beton dengan kekuatan tinggi ini biasanya diproduksi dengan

menggunakan polimer yang berupa resin dan pengeras sebagai bahan

tambahan.

2.2 Beton Polimer

Beton polimer (polymer concreate) adalah material komposit, dimana

bindernya terdiri dari polimer sintesis organik atau dikenal sebagai beton resin. Beton

resin dengan binder polimer seperti thermoplastik atau disebut thermosetting polimer

dan mineral fillernya dapat berupa aggregate, gravel dan crushed stone.

Keunggulan beton polimer antara lain, kekuatannya tinggi, tahan terhadap

kimia dan korosi, penyerapan air rendah dan stabilitas pemadatan tinggi dibanding

beton portland konvensional. Proses pengerasan pada beton semen portland untuk

(29)

dapat dipersingkat hanya beberapa jam saja. Penambahan polimer pada beton tanpa

semen adalah untuk meningkatkan sifat-sifat beton, memperpendek waktu proses

pabrikasinya, tentunya biaya operasional dan aplikasi khususnya. Produk beton

polimer antara lain dapat digunakan sebagai pondasi galangan kapal, tangga, sanitari,

lantai, panel, bangunan komersial, pemipaan, skid resistant overlays in highways dan

lain-lain.

2.3 Polimer

Polimer (poly = banyak, meros = bagian) adalah molekul raksasa yang

biasanya memiliki bobot molekul tinggi dan dibangun dari pengulangan unit-unit.

Molekul sederhana yang membentuk unit-unit ulangan ini dinamakan monomer.

Sedangkan reaksi pembentukan polimer dikenal dengan istilah polimerisasi.

Polimer digolongkan menjadi dua macam, yaitu polimer alam seperti pati,

selulosa, sutra dan polimer sintetik seperti polimer vinil. Polimer sangat penting

karena dapat menunjang tersedianya pangan, sandang, transportasi dan komunikasi

(serat optik).

2.3.1 Pembagian Polimer Berdasarkan Kegunaannya

Berdasarkan kegunaannya polimer digolongkan atas:

1. Polimer komersial (commodity polymers)

Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak

(30)

Contoh: polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida

(PVC), melamin formaldehid

2. Polimer teknik (engineering polymers)

Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di

negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang

unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam

bidang transportasi seperti mobil, truk, pesawat udara, bahan bangunan pipa

ledeng, barang-barang listrik dan elektronik seperti mesin bisnis, komputer,

mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi.

Contoh: nylon, polikarbonat, polisulfon dan polyester

3. Polimer fungsional (functional polymers)

Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk

tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil.

Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer

peka cahaya, membran, biopolymer

2.3.2 Pembagian Polimer Berdasarkan Sumbernya

Berdasarkan asal atau sumbernya polimer dapat diklasifikasikan atas:

1. Polimer Alam, yaitu:

a. Tumbuhan : karet alam, selulosa

b. Hewan : wool, sutera

(31)

2. Polimer Sintetik

a. Hasil polimerisasi kondensasi

Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan

molekul kecil (H2O, NH3).

Contoh :

Alkohol + asam ester + air

HOCH2CH2OH + + H2O

b. Hasil polimerisasi adisi

Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan

rangkap diikuti oleh adisi monomer.

Contoh :

2.3.3 Pembagian Polimer Berdasarkan Strukturnya

Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas:

1. Polimer linear

Polimer linear terdiri dari rantai panjang yang dapat mengikat gugus

substituen. Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut dan dalam

n H2C = CH CH2 C

Cl _Cl

H

n

polivinilklorida (PVC) vinilklorida

H O C _{( C H 2 ) 2 C O H}

(32)

keadaan padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai

elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas.

Contoh :

Polietilena, polivinil klorida PVC, polimetil metakrilat PMMA, Lucite,

Plexiglas atau perspex, poliakrilonitril orlon atau creslan dan nylon 66

2. Polimer bercabang

Polimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan

percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama.

3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)

Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat

antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya

digembungkan oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketidaklarutan ini dapat

digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen

sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya. Jika

derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh

tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan.

2.3.4 Tipe Polimer

Ada tiga tipe polimer yang ketiganya secara umum disebut sebagai resin.

1. Thermoplastik

Thermoplastik adalah yang bisa dipanaskan secara reversibel artinya polimer

(33)

dipanaskan dan dapat ditekan atau ditransfer dari tempat pemanasan ke

cetakan, jika didinginkan bahan akan mengeras kembali hingga mempunyai

bentuk sesuai dengan cetakan. Bahan ini dapat dipanaskan lagi dan dapat

didaur ulang.

Bahan thermoplastik diperoleh dengan polimerisasi adisi. Sifat dari

thermoplastik adalah dapat berbentuk semikristalin dengan ikatan atomnya

terjadi secara Van der Wals. Dibandingkan dengan bahan thermoseting,

thermoplastik lebih tangguh, umur pemakaian lebih panjang, proses

pembentukan atau fabrikasi yang pendek, dapat dipanaskan dan dibentuk.

Jenis-jenis bahan thermoplastik yang populer digunakan dalam pembuatan

benda-benda teknik dipasaran, yaitu: polypropylene (PP), polyethyelene (PE),

polyvinyl chlorida (PVC), polyvinyl acetate (PVAC), polystyrene (PS),

polyamide (PA), polyester (PET), polycarbonate (PC) dan polyacetate.

2. Thermoset

Thermoset adalah polimer yang dibentuk melalui proses polimerisasi

kondensasi, bahan plastik yang tidak dapat dilunakan kembali atau dibentuk

kembali ke keadaan sebelum mengalami pengeringan, bahan ini mempunyai

sifat-sifat: mempunyai struktur amorf, tidak bisa meleleh, tidak bisa didaur

ulang, atom-atomnya berikatan kuat sekali, tidak bisa mengalami pergeseran

rantai, dapat dibentuk dengan proses injeksi pada cetakan panas.

Jenis-jenis thermoset: phenol-formaldehyde (PF), aminoplasts, epoxy resin

(34)

bismalleimides (BMI), polymides (PI), polystyryl pyridine (PSP) ,

polyphennylene-quinoxxialine (PPQ) dan sebagainya.

3. Elastomer

Elastomer adalah jenis polimer yang tidak dimasukan dalam kelompok

thermoplastik atau thermoset. Elastomer biasa juga dikenal sebagai karet yang

merupakan bahan polimer yang mempunyai sifat khusus, yaitu memiliki

rantai linier tidak mengkristal dan mempunyai sifat deformasi yang sangat

besar (sampai 1000 %). Bahan ini dapat kembali dengan cepat kebentuk dan

ukuran yang hampir sama dengan kondisi semula, setelah mengalami

deformasi. Bahan ini dibuat secara sintetik, sedangkan elastomer sendiri

sebenarnya adalah karet sintetik. Elastomer banyak digunakan sebagai bahan

pembuatan komponen-komponen kendaraan bermotor dan alat industri,

sebagai contoh ban, packing, bateray boxes, seal kaca, juga untuk isolasi

listrik.

2.4 Resin Epoksi

Resin epoksi atau secara umum dipasaran dikenal dengan bahan epoksi adalah

salah satu dari jenis polimer yang berasal dari kelompok thermoset. Resin termoset

adalah polimer cair yang diubah menjadi bahan padat secara polimerisasi jaringan

silang dan juga secara kimia, membentuk formasi rantai polimer tiga dimensi. Sifat

mekanisnya tergantung pada unit molekuler yang membentuk jaringan rapat dan

(35)

dengan memperhatikan zat-zat kimia yang digunakan sebagai pengontrol polimerisasi

jaringan silang agar didapatkan sifat optimum bahan.

Thermoset memiliki sifat isotropis dan peka terhadap suhu, mempunyai sifat

tidak bisa meleleh, tidak bisa diolah kembali, atomnya berikatan dengan kuat sekali,

tidak bisa mengalami pergeseran rantai. Bentuk resin epoksi sebelum pengerasan

berupa cairan seperti madu dan setelah pengerasan akan berbentuk padatan yang

sangat getas.

Epoksi secara umum mempunyai karakteristik yang baik, yaitu:

1. Kemampuan mengikat paduan metalik yang baik

Kemampuan ini disebabkan oleh adanya gugus hidrolik yang memiliki

kemampuan membentuk ikatan via ikatan hidrogen. Gugus hidrosil ini juga

dimiliki oleh oksida metal, dimana pada kondisi normal menyebar pada

permukaan metal. Keadaan ini menunjang terjadinya ikatan antara atom pada

epoksi dengan atom yang berada pada material metal.

2. Ketangguhan

Keguanaan epoksi sebagai bahan matrik dibatasi oleh ketangguhan yang

rendah dan cenderung rapuh. Oleh sebab itu saat ini terus dilakukan penelitian

untuk meningkatkan ketangguhan bahan matrik atau epoksi.

Resin epoksi banyak digunakan untuk bahan komposit di beberapa bagian

struktural, resin ini juga dipakai sebagai bahan campuran pembuatan kemasan, bahan

(36)

sebagai matriks pada komposit dengan penguat serat gelas. Pada beton penggunaan

resin epoksi dapat mempercepat proses pengerasan, karena resin epoksi menimbulkan

panas sehingga membantu percepatan pengerasan (Gemert V. D. et al, 2004).

2.5 Kulit Kerang

Kerang merupakan nama sekumpulan moluska dwicangkerang daripada famili

cardiidae yang merupakan salah satu komoditi perikanan yang telah lama

dibudidayakan sebagai salah satu usaha sampingan masyarakat pesisir. Teknik

budidayanya mudah dikerjakan, tidak memerlukan modal yang besar dan dapat

dipanen setelah berumur 6 – 7 bulan. Hasil panen kerang per hektar per tahun dapat

mencapai 200 – 300 ton kerang utuh atau sekitar 60 – 100 ton daging kerang

(Porsepwandi, 1998).

Kulit kerang berbentuk seperti hati, bersimetri dan mempunyai tetulang di

luar. Kulit kerang mempunyai tiga bukaan inhalen, ekshalen dan pedal untuk

mengalirkan air serta untuk mengeluarkan kakinya. Kerang biasanya mengorek

lubang dengan menggunakan kakinya dan makan plankton yang didapat dari aliran

air yang masuk dan keluar. Kerang-kerang juga berupaya untuk melompat dengan

membengkokkan lalu meluruskan kakinya. Berbeda dengan kebanyakan

dwicangkerang, kerang ialah hermafrodit.

Serbuk kulit kerang merupakan serbuk yang dihasilkan dari pembakaran kulit

kerang yang dihaluskan, serbuk ini dapat digunakan sebagai bahan campuran atau

(37)

akan menjadikan campuran beton yang lebih reaktif. Gambar kulit kerang dan

komposisi kimia serbuk kulit kerang (Siti Maryam, 2006), ditampilkan pada Gambar

2.1 dan Tabel 2.1

Tabel. 2.1 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang

2.6 Karakterisasi Beton

Beton telah dibuat dari pasir, serbuk kulit kerang dan resin epoksi. Bahan

baku tersebut kemudian dicampur, dicetak, dan dikeringkan selama 8 jam pada suhu

Komponen Kadar (% berat)

CaO 66,70

SiO2 7,88

Fe2O3 0,03

MgO 22,28

[image:37.612.124.556.200.587.2]

Al2O3 1,25

(38)

60°C. Adapun karakteristik beton yang telah diuji meliputi densitas, penyerapan air,

penuyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas termal, ketahanan api

(fire resistance), ketahana kimia (chemical resistance) dan analisa mikrostruktur

dengan menggunakan metode Scanning Electron Microscope (SEM).

2.6.1 Densitas

Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air digunakan metoda Archimedes

dan dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Siti Maryam, 2006).

ms

Densitas = --- x ρ air ……… (2.6.1) mb – ( mg – mk)

dengan:

air = Densitas air = 1 gr/cm3 ms = Massa sampel kering (gr)

mb = Massa sampel setelah direndam air (gr)

mg = Massa sampel dan kawat penggantung di dalam air (gr)

mk = Massa kawat penggantung (gr)

2.6.2 Penyerapan Air

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air diukur dan dihitung menggunakan

persamaan sebagai berikut (Siti Maryam, 2006).

mj – mk

(39)

dengan:

mk = Massa sampel kering (gr)

mj = Massa sampel setelah direndam di dalam air (gr)

2.6.3 Penyusutan

Untuk menentukan besarnya penyusutan dilakukan pengukuran dimensi atau

panjang awal (Lo) dan panjang setelah mengalami pengeringan 8 jam pada suhu 60°C

tekanan 1 atm disebut sebagai Lt. Besarnya penyusutan dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut (Siti Maryam, 2006).

Lo - Lt

Penyusutan = --- x 100 % ... (2.6.3) Lo

2.6.4 Konduktivitas Termal

Pengujian konduktivitas termal dari beton diukur dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut (Tata Surdia et al, 1984).

K = {(m . c . dT/dt . X)/(A . (T1-T2)} ……… (2.6.4)

dengan:

K = Konduktivitas termal, kal/cm oC detik

M = Massa pelat alas (kuningan), gr

C = Panas jenis pelat alas kuningan, kal/gr oC

X = Tebal sampel, cm

A = Luas permukaan kontak, cm2

T1 = Temperatur pelat alat ketel air panas pada stedy state, oC

(40)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. 2.6.5 Kuat Tekan

Pengukuran kuat tekan (compressive strength) yang dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut (Tata Surdia et al, 1984).

P

Kuat Tekan = --- ………...(2.6.5) A

dengan:

P = Gaya penekan (kgf)

A = Luas penampang yang terkena gaya penekanan (cm2)

2.6.6 Kuat Tarik

Pengukuran kuat tarik dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Tata

Surdia et al, 1984).

P

Kuat Tarik = --- ………... (2.6.6) A

beton

Tali penggantung

Uap air Ketel uap

Pelat alas

[image:40.612.141.466.400.540.2]

Alas kuningan

(41)

dengan:

P : Gaya tarik (kgf)

A : Luas penampang (cm2)

2.6.7 Kuat Patah

Pengukuran kuat patah (flexural strength), jika batang uji ditumpu pada R1

dan R2 dan beban tekuk P diberikan di tengah, maka tegangan maksimum pada titik

nol ditengah atau kuat patah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut

(Tata Surdia et al, 1984).

3 x P x l

Kuat Patah = --- ………... (2.6.7) 2 x b x h2

dengan:

P = Gaya penekan (kgf)

l = Panjang span (cm)

b = Lebar penampang (cm)

h = Tinggi penampang (cm)

2.6.8 Ketahanan Api

Uji ketahanan api beton dilakukan berdasarkan standar (SNI 03-1741-1989),

dari komposisi sampel yang dibuat dengan kualitas yang terbaik saja. Pengujian

dilakukan dengan cara mengamati lamanya waktu sampel beton tersebut setelah

dikenai nyala api, suhunya sekitar 700 – 800 0C secara langsung dan kemudian diukur kekuatan mekanik atau kuat tekannya. Dari hasil pengujian dapat ditunjukkan apakah

sampel beton tersebut setelah dibakar masih dalam kondisi baik atau terjadi

(42)

bila nilai kuat tekan beton setelah terkena api selama 4 jam tidak mengalami

degradasi yang terlalu besar (Ongah R. et al, 2008)

2.6.9 Ketahanan Kimia

Pengujian terhadap ketahanan kimia dari beton perlu dilakukan untuk

mengetahui sejauh mana aplikasi beton tersebut dapat diterapkan pada kondisi

lingkungan ekstrim. Adapun larutan yang digunakan sebagai media uji adalah 5 %

sodium sulfat (Na2SO4) dan 10 % asam sulfat (H2SO4). Analisis dilakukan dengan

mengamati secara visual, perubahan massa dan kuat tekan setelah mengalami proses

perendaman selama 7, 14, 21, 28 dan 56 hari (Eglinton S. M, 1987). Dari hasil

pengujian ini akan diperlihatkan pengaruh perubahan nilai massa dan kuat tekan dari

beton tersebut setelah proses perendaman.

2.6.10 Scanning Electron Microscope (SEM)

Pengujian mikrostruktur dari beton berbasis serbuk kulit kerang dilakukan

dengan teknik Scanning Electron Microscope (SEM) untuk melihat bentuk dan

ukuran partikel penyusunnya. Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan

mikroskop elekteron yang banyak digunakan untuk analisa permukaan dari suatu

material. SEM juga dapat digunakan untuk menganalisa data kristalografi, sehingga

dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Prinsip kerja SEM

(43)

Satu strike specimen digunakan untuk menguji dan strike yang lain adalah CRT

(Cathode Ray Tube) untuk memberi tampilan gambar.

SEM menggunakan prinsip scanning yaitu berkas elektron di arahkan dari

titik ke titik pada objek. Gerakan berkas elektron dari satu titik ke titik yang lain pada

suatu daerah objek menyerupai gerakan membaca. Gerakan membaca ini disebut

dengan scanning. Komponen utama SEM terdiri dari dua unit, electron column (B)

dan display console (A). Electron column merupakan model electron beam scanning.

Sedangkan display console merupakan elektron skunder yang di dalamnya terdapat

CRT. Pancaran elektron energi tinggi dihasilkan oleh electron gun yang kedua

tipenya berdasar pada pemanfaatan arus (chan, 1993).

A

A B

B

Scan Generator Detector

Scan Detector

Scan Deflector

[image:43.612.146.484.364.528.2]

Signal Amp Incident Beam

(44)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Balai Besar Pengembangan Industri

Logam dan Mesin, Tanjung Morawa dan LIPI Serpong Jakarta

3.2. Bahan Baku dan Peralatan 3.2.1 Bahan Baku

Bahan baku yang dipergunakan untuk pembuatan sampel beton, antara lain:

1. Serbuk kulit kerang, lolos ayakan 100 mesh

2. Pasir silika

3. Polimer jenis epoksi resin dan hardener.

4. Thinner

3.2.2 Peralatan

Peralatan yang digunakan untuk pembuatan sampel beton, antara lain:

1. Timbangan digital (weight balance digital)

2. Alat-alat gelas

3. Cetakan beton (mould steel)

(45)

5. Scanning Electron Microscope (SEM)

6. Ayakan screen 100 mesh

7. Thermal conductivity meter

8. Jangka sorong (vernier caliper)

9. Wadah pencampur (ember)

10.Alat pengaduk (mixer)

11.Oven pemanas (drying oven)

3.3 Variabel dan Parameter

Varibel dalam penelitian beton polimer, yaitu:

1. Perbandingan antara pasir dan serbuk kulit kerang 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4 dan 1 : 5

dalam % volume.

2. Variasi penambahan aditif resin epoksi 5; 10; 15 dan 20 % dari total volume

agregat.

Parameter pengujian yang dilakukan, meliputi densitas, penyerapan air,

penyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas termal, fire resistance,

ketahanan kimia dan analisa mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope

(46)

[image:46.612.133.519.166.521.2]

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. 3.4 Diagram Alir Pembuatan Beton Polimer

Gambar 3.1 Diagram alir pembuatan beton polimer

3.5 Preparasi Sampel Beton

Bahan baku yang digunakan pada pembuatan beton terdiri dari pasir silika,

serbuk kulit kerang dan resin epoksi. Untuk menentukan komposisi bahan baku

mengacu pada proporsi beton konvensional, seperti untuk campuran agregat di dalam

PASIR 100 mesh

PENIMBANGAN

PENCAMPURAN

PENCETAKAN

Thinner x 0,5 volume resin epoksi

PENGERASAN

PENGUJIAN SERBUK KULIT KERANG

100 mesh

(47)

beton, yaitu sekitar 70 – 80 % volume total atau perbandingan matriks terhadap

agregat (M/A) = 1 : 4 (Tri Mulyono, 2005). Jadi untuk memudahkan dalam proses

pencampuran maka semua komposisi bahan baku ditentukan dalam persentase

volume.

Proses pengeringan dilakukan tidak pada kondisi room temperature atau

pengeringan konvensional tetapi pada kondisi suhu dan waktu tertentu yang telah

dikondisikan. Hal tersebut dilakukan dengan pertimbangan agar untuk mempercepat

proses pengeringan dan menghemat biaya. Selain itu, agar selama proses pengeringan

beton tidak mengalami shock hydratation yang mengakibatkan muncul retak-retak di

permukaan atau di dalam beton, maka ditetapkan waktu pengeringan selama 8 jam

pada temperatur 60 oC. Penentuan waktu pengeringan mengacu pada referensi (Reis

J. M. L., 2006), yaitu penggunaan epoxy polimer sebagai binder membutuhkan waktu

curing selama 7 jam pada suhu 60oC. Pada penelitian ini matriks yang digunakan adalah resin epoksi, sedangkan agregat terdiri dari pasir dan serbuk kulit kerang.

Apabila sampel beton yang dibuat untuk satu kali adukan menggunakan

agregat sebanyak 90 cm3 yang terdiri dari pasir dan serbuk kulit kerang maka volume masing-masing dapat dihitung berdasarkan perbandingan komposisi yang diinginkan.

Contoh perhitungan untuk pasir : serbuk kulit kerang adalah 1 : 2, maka jumlah

(48)

lengkap dari masing-masing komposisi bahan baku dapat dilihat pada Tabel 3.1

sampai dengan Tabel 3.4.

Tabel 3.1 Komposisi bahan baku pembuatan beton dengan 5 % (volume) resin epoksi

Kode Sampel

Volume Pasir Silika

Volume Serbuk kulit kerang

Volume Resin epoksi

(cm3) (%) (cm3) (%) (cm3) (%)

1.1 30 33,33 60 66,67 4,5 5

1.2 22,5 25 67,5 75 4,5 5

1.3 18 20 72 80 4,5 5

1.4 15 16,67 75 83,33 4,5 5

[image:48.612.127.543.226.574.2]

Tabel 3.2 Komposisi bahan baku pembuatan beton dengan 10 % (volume) resin epoksi

Kode Sampel

Volume Pasir Silika

Volume Resin epoksi

(cm3) (%) (cm3) (%) (cm3) (%)

2.1 30 33,33 60 66,67 9 10

2.2 22,5 25 67,5 75 9 10

2.3 18 20 72 80 9 10

(49)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. Tabel 3.3 Komposisi bahan baku pembuatan beton dengan 15 % (volume)

resin epoksi

Kode Sampel

Volume Pasir Silika

Volume Resin epoksi

(cm3) (%) (cm3) (%) (cm3) (%)

3.1 30 33,33 60 66,67 13,5 15

3.2 22,5 25 67,5 75 13,5 15

3.3 18 20 72 80 13,5 15

3.4 15 16,67 75 83,33 13,5 15

Tabel 3.4 Komposisi bahan baku pembuatan beton dengan 20 % (volume) resin epoksi

Kode Sampel

Volume Pasir Silika

Volume Resin epoksi

(cm3) (%) (cm3) (%) (cm3) (%)

4.1 30 33,33 60 66,67 18 20

4.2 22,5 25 67,5 75 18 20

4.3 18 20 72 80 18 20

4.4 15 16,67 75 83,33 18 20

Preparasi pembuatan sampel beton secara rinci diperlihatkan diagram alir

pada Gambar 3.1. Untuk pembuatan beton, masing-masing bahan baku ditakar sesuai

dengan komposisi yang telah ditentukan seperti pada Tabel 3.1 sampai dengan Tabel

3.4. Setelah ditakar bahan baku tersebut dicampur dalam suatu wadah dan diaduk

hingga merata dengan menggunakan sendok semen atau mixer. Selanjutnya proses

penambahan thinner sebagai bahan pengencer resin epoksi sebanyak 0,5 sebagai

(50)

pada Tabel 3.1 adalah 0,5 x 4,5 cm3 = 2,25 cm3, dengan demikian resin epoksi tercampur lebih merata atau homogen keseluruh bahan baku yang digunakan.

Selanjutnya adonan atau pasta yang dihasilkan dituangkan dalam cetakan

yang terbuat dari besi baja dengan ukuran 16 x 4 x 4 cm. Bentuk sampel uji lainnya

adalah berupa selinder dengan ukuran diameter 5,25 cm dan tinggi 3,2 cm. Kemudian

adonan dicetak dan dikeringkan untuk proses pengerasan dengan waktu yang telah

ditetapkan selama 8 jam pada suhu 60 oC.

Setelah benda uji mengalami proses pengerasan, kemudian dilakukan

pengujian yang meliputi densitas, penyerapan air, penyusutan, kuat tekan, kuat patah,

kuat tarik, konduktivitas termal, ketahanan api, ketahanan kimia dan analisis

mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

3. 6 Pengujian Beton

Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi densitas, penyerapan

air, penyusutan, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, konduktivitas termal, ketahanan

api, ketahanan kimia dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan Scanning

Electron Microscope (SEM).

3.6.1 Densitas

Pengukuran densitas (bulk density) dari masing-masing komposisi beton yang

telah dibuat, diamati dengan menggunakan prinsip Archimedes dan mengacu pada

(51)

benda di udara atau massa sampel kering, seperti halnya pada penimbangan biasa,

sedangkan penimbangan massa benda di dalam air diperlihatkan pada Gambar 3.2.

Metoda pengukuran densitas:

1. Sampel yang telah mengalami pengerasan selama 8 jam pada suhu 60oC, dikeringkan dan kemudian ditimbang massa sampel keringnya, ms dengan

menggunakan neraca digital.

2. Sampel yang telah ditimbang, kemudian direndam di dalam air selama 1

jam, bertujuan untuk mengoptimalkan penetrasi air terhadap sampel uji.

Setelah waktu penetrasi terpenuhi, seluruh permukaan sampel dilap

dengan kain flanel dan dicatat massa sampel setelah direndam di dalam

air, mb.

3. Gantung sampel, pastikan tepat pada posisi tengah dan tidak menyentuh

alas beker gelas yang berisi air, dimana massa sampel berikut

penggantung di dalam air adalah mg.

4. Selanjutnya sampel dilepas dari tali penggantung dan catat massa tali

penggantung yaitu mk.

0.2567

Sampel digantung di dalam air Aquades

Beaker Glass

[image:51.612.157.489.175.335.2]

Timbangan

(52)

Dengan mengetahui besaran-besaran tersebut diatas, maka nilai densitas beton

dapat ditentukan sesuai dengan persamaan 2.6.1.

3.6.2 Penyerapan Air

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air dari beton yang telah dibuat, maka

perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar (ASTM C 20 – 2000).

Prosedur pengukuran penyerapan air adalah sebagai berikut:

1. Sampel yang telah dikeringkan, ditimbang massanya dengan menggunakan

neraca digital, disebut massa sampel kering.

2. Kemudian sampel direndam di dalam air selama 1 jam sampai massa sampel

jenuh dan catat massanya.

Dengan menggunakan persamaan 2.6.2 maka nilai penyerapan air dari beton

dapat ditentukan.

3.6.3 Penyusutan

Pengukuran penyusutan (shrinkage) dari beton dilakukan berdasarkan

perubahan dimensi, sesuai dengan persamaan 2.6.3 (Ramamurthyand K. et al, 2000;

ASTMC-1386-1998). Mula-mula ukur panjang sampel yang baru dikeluarkan dari

cetakan, disebut panjang awal (Lo). Setelah sampel mengalami proses pengeringan

(53)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. 3.6.4 Konduktivitas Termal

Untuk menentukan besarnya konduktivitas termal dari beton, maka perlu

dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 177 – 1997. Metoda yang

digunakan untuk menguji konduktivitas termal dari beton dihitung menggunakan less

method, seperti diperlihatkan pada Gambar 3.3.

Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui peristiwa perpindahan panas

secara konduksi, sehingga dengan mengetahui besarnya konduktivitas termal dari

suatu bahan atau material maka dapat diperkirakan aplikasi material tersebut untuk

selanjutnya. Prosedur pengujian konduktivitas termal dari beton adalah sebagai

[image:53.612.165.501.264.464.2]

berikut:

(54)

1. Sampel beton dibuat berbentuk selinder atau koin dengan diameter 10 cm,

dan tebal 3 - 5 mm, untuk kepastian pengukuran dimensi digunakan

mikrometer dan jangka sorong dengan minimal tiga kali pengulangan.

2. Timbang pelat alas kuningan, C dan catat massanya (m), kemudian

gantungkan dengan tali penggantung, X pada statip penggantung.

3. Letakkan benda uji, B (beton) di atas pelat alas tersebut dan olesin

permukaan benda uji tersebut dengan bahan pelumas agar kontak

panasnya menjadi lebih baik

4. Ketel uap, S diletakkan diatas benda uji dan hubungkan dengan ketel air

panas dengan menggunakan selang.

5. Masukkan termometer T1 pada lubang ketel uap dan termometer T2 pada

pelat alas kuningan.

6. Catat kenaikan temperatur T1 dan T2 setiap dua menit sampai kondisi

kesetimbangan (stady state) tercapai. Keadaan setimbang dinyatakan

apabila kenaikan temperatur ± 0,1 oC selama 10 menit.

7. Apabila T1 dan T2 sudah mencapai setimbang angkat ketel uap dan

panaskan pelat alas beserta benda uji dengan alat pemanas, hingga

temperatur T2 naik sekitar 10 oC.

8. Setelah temperaturnya tercapai, matikan alat pemanas dan catat penurunan

temperatur T2 untuk setiap dua menit, sehingga selisih suhunya mencapai

(55)

9. Kemudian plot kurva kenaikan temperatur selama pemanasan dan

penurunan temperatur sewaktu pendinginan terhadap waktu.

Dengan menggunakan persamaan 2.6.4 maka nilai konduktivitas termal dari

beton dapat ditentukan.

3.6.5 Kuat Tekan

Untuk mengetahui besarnya nilai kuat tekan dari beton, maka perlu dilakukan

pengujian yang mengacu pada standar (ASTM C 1386-1998; ASTM C 39/C

39M-2001). Alat yang digunakan untuk menguji kuat tekan adalah Universal Testing

Mechine (UTM). Model uji kuat tekan dengan benda uji berupa selinder, seperti

diperlihatkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Pengujian kuat tekan dengan alat Universal Testing Mechine (UTM)

(56)

Prosedur pengujian kuat tekan adalah sebagai berikut:

1. Sampel berbentuk silinder diukur diameternya, minimal dilakukan tiga

kali pengulangan. Dengan mengetahui diameternya maka luas penampang

dapat dihitung, A = π (d2/4).

2. Atur tegangan supply sebesar 40 volt, untuk menggerakkan motor

penggerak kearah atas maupun bawah. Sebelum pengujian berlangsung,

alat ukur atau gaya terlebih dahulu dikalibrasi dengan jarum penunjuk

tepat pada angka nol.

3. Kemudian tempatkan sampel tepat berada di tengah pada posisi pemberian

gaya, lihat gambar dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka

pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan

sebesar 4 mm/menit.

4. Apabila sampel telah pecah, arahkan switch kearah OF maka motor

penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan

pada panel display, saat beton polimer tersebut rusak.

Dengan menggunakan persamaan 2.6.5 maka nilai kuat tekan dari beton dapat

(57)

Shinta Marito Siregar : Pemanfaatan Kulit Kerang Dan Resin Epoksi Terhadap Karakteristik Beton Polimer, 2009. 3.6.6 Kuat Tarik

Untuk mengetahui besarnya kuat tarik dari beton, maka perlu dilakukan

pengujian. Alat yang digunakan untuk menguji kuat tarik adalah Universal Testing

Mechine (UTM). Sedangkan model penjepit sampel dan teknik pengujiannya,

diperlihatkan pada Gambar 3.5.

Prosedur pengujian kuat tarik adalah sebagai berikut:

1. Sampel berbentuk silinder diukur diameternya (d), minimal dilakukan tiga

kali pengulangan, kemudian pasang tali penggantung yang telah tersedia

gambar 3.5 sebagai dudukan sampel.

[image:57.612.160.452.259.467.2]

Gambar 3.5 Pengujian kuat tarik dengan alat

Universal Testing Mechine (UTM)

(58)

gaya dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka pembebanan secara

otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit.

4. Apabila sampel telah putus, arahkan switch kearah OFF maka motor

penggerak akan berhenti. Catat besarnya gaya yang ditampilkan pada

panel display, saat beton polimer tersebut putus.

Dengan menggunakan persamaan 2.6.6 maka nilai kuat tarik dari beton dapat

ditentukan.

3.6.7 Kuat Patah

Untuk mengetahui besarnya kuat patah dari beton, maka perlu dilakukan

pengujian yang mengacu pada standar (ASTM C 133 – 1997 dan ASTM C 348 –

1997). Alat yang digunakan untuk menguji kuat patah adalah Universal Testing

Mechine (UTM). Pengujian kuat patah dengan Universal Testing Mechine (UTM)

[image:58.612.118.449.302.369.2]

dan benda uji untuk kuat patah benda berbentuk balok, seperti diperlihatkan pada

Gambar 3.6.

[image:58.612.172.456.512.696.2]

(59)

Prosedur pengujian kuat patah adalah sebagai berikut:

1. Sampel berbentuk balok diukur lebar dan tingginya, minimal dilakukan

tiga kali pengulangan, kemudian atur jarak titik tumpu (span) sebesar 10

cm sebagai dudukan sampel, lihat Gambar 3.6.

gaya lihat gambar dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka

pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan

sebesar 4 mm/menit.

4. Apabila sampel telah patah, arahkan switch ke arah OF maka motor

penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan

pada panel display, saat beton tersebut patah.

Dengan menggunakan persamaan 2.6.7 maka nilai kuat patah dari beton dapat

diperoleh.

3.6.8 Ketahanan Api

Uji ketahan api atau Firing test dari material beton adalah untuk mengetahui

sejauh mana kamampuan material beton atau kekuatan mekanik setelah mengalami

(60)

material beton dengan api atau suhu nyala api selama waktu tertentu 30, 60, 120, 180,

240 dan 300 menit. Pada pengujian ini dipilih salah satu sampel beton yang

mempunyai sifat fisis dan mekanik yang terbaik, yaitu pada komposisi 80 % serbuk

kulit kerang dan 20 % resin epoksi yang telah dikeringkan selama 8 jam pada suhu

60oC. Dari hasil ini akan ditunjukkan apakah sampel beton tersebut setelah dibakar, masih kondisi baik atau tidak mengalami degradasi.

3.6.9 Ketahanan Kimia

Pengujian terhadap ketahanan kimia dilakukan dengan cara perendaman

kedalam larutan 5 % sodium sulfat (Na2SO4) dan 10 % larutan asam sulfat (H2SO4).

Analisa dilakukan dengan mengamati secara visual (visual appearance), perubahan

massa dan kuat tekan setel