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 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3– 2,5 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3 Massa jenis beton ringan : < 1,9𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3
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 dijelaskan bahwa semen mengikat pasir dan bahan – bahan agregat lain ( batu
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 beton ringan. Beton normal adalah beton yang memiliki densitas 2,2 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3–
2,5 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3eton ringan adalah beton yang memiliki densitas kurang dari 1,9𝑘𝑘𝑘𝑘/
𝑚𝑚3. 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 mengembangkannya di Jerman. Beton ini dianggap sempurna karena
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 dari 40 MPa. Beton ini digunakan pada bangunan – bangunan dengan
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 dan masif.
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), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid.
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 yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk
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 (tensile strength) 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 produksi dan dapat terus diperbaharui.
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 seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.
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.
Composite Structural Particle - Reinforced Fiber - Reinforced Laminates Sanwidch Panel Large - Particl Disper sion-Streng thened Continous (Aligned) Disontinous (Short) Randomly Aligned
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 kerikil. Partikel Kecil (Dispersion Strengthened), hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan suatu rangkaian kesatuan
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 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 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 reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras. Oleh karena itu, air
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. Jenis blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah
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 (%)
1. Uap air 5.40
2. Protein 3.00
3 Serat 35.00
4. Minyak 3.00
5. Kelarutan air 16.20
6. Kelarutan unsur alkali 1 % 29.30
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 persamaan (2.1).
𝜎𝜎 = 𝐹𝐹𝐴𝐴...(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).
(𝑀𝑀𝑅𝑅)𝑥𝑥 = ∑𝑀𝑀𝑥𝑥 ; 0 = ∫𝐴𝐴𝑦𝑦𝑦𝑦𝐹𝐹 = ∫𝐴𝐴𝑦𝑦𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴 = 𝜎𝜎∫𝐴𝐴𝑦𝑦𝑦𝑦𝐴𝐴 ...(2.2)
(𝑀𝑀𝑅𝑅)𝑦𝑦 = ∑𝑀𝑀𝑦𝑦 ; 0 = −∫𝐴𝐴𝑥𝑥𝑦𝑦𝐹𝐹 = −∫𝐴𝐴𝑥𝑥𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴 = −𝜎𝜎∫𝐴𝐴𝑥𝑥𝑦𝑦𝐴𝐴 ...(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 :
𝜎𝜎 = 𝜋𝜋ℓ𝐷𝐷2𝐹𝐹...(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 menggunakan persamaan (2.4).
𝜀𝜀 =∆𝑠𝑠∆𝑠𝑠′−∆𝑠𝑠...(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 𝜎𝜎𝑥𝑥 yang terdistribusikan secara merata pada kedua ujungnya seperti pada pengujian tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5).
𝜀𝜀𝑥𝑥 =𝜎𝜎𝐸𝐸𝑥𝑥...(2.6)
Dimana:
E = Modulus Elastisitas (Pa) 𝜎𝜎𝑥𝑥 = Tegangan normal (Pa)
𝜀𝜀𝑥𝑥 = Regangan
Penjabaran lebih lanjut dari persamaan (2.5) pada sumbu x dengan regangan lateral dapat dilihat pada persamaan (2.6).
𝜀𝜀𝑦𝑦 = −𝑣𝑣𝜎𝜎𝐸𝐸𝑥𝑥 𝜀𝜀𝑧𝑧 = −𝑣𝑣𝜎𝜎𝐸𝐸𝑥𝑥...(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 maka akan dihasilkan persamaan (2.7), (2.8) dan (2.9).
𝜀𝜀𝑥𝑥 =𝐸𝐸1�𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝑣𝑣�𝜎𝜎𝑦𝑦 + 𝜎𝜎𝑧𝑧��...(2.8)
𝜀𝜀𝑦𝑦 = 1𝐸𝐸�𝜎𝜎𝑦𝑦 − 𝑣𝑣(𝜎𝜎𝑥𝑥+ 𝜎𝜎𝑧𝑧)�...(2.9)
𝜀𝜀𝑧𝑧 =𝐸𝐸1�𝜎𝜎𝑧𝑧 − 𝑣𝑣�𝜎𝜎𝑥𝑥 + 𝜎𝜎𝑦𝑦��...(2.10)
Hubungan linear antara tegangan dan regangan dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini.
