BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Eksperimental Dan Simulasi Ansys 12 Pembuatan Aspal Polimer Dengan Perbandingan Campuran Polistirena Pada Aspal 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 Dengan Agregat 300 Gr Pasir”

35 

Teks penuh

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Polimer

Polimer sebenarnya sudah ada dan digunakan manusia sejak berabad-abad

yang lalu. Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam

seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali

digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius pada tahun 1833.

Polimer adalah suatu rantai berulang atom yang panjang, terbentuk dari

pengikat yang beruba molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanya

merupakan organik (memiliki rantai karbon),ada juga banyak polimer inorganik.

Contoh terkenal dari polimer adalah plastik DNA. Meskipun istilah polimer lebih

populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenernya terdiri dari banyak

kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaan yang beragam. Bahan

polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakan selama beberapa abad.

Kertas diproduksi dari selulosa , sebuah polisakarida yang terjadi secara alami

yang ditemukan dalam tumbuhan. Biopolimer seperti protein dan asam nukleat

memiliki peranan penting dalam proses kehidupan.

Istilah plastik dan polimer sering kali dipakai secara bergantian. Faktanya,

plastik adalah suatu material hasil rekayasa yang tidak sederhana dalam struktur

molekulnya melainkan memiliki komposisi yang rumit, yang dengan sengaja

(2)

Plastik merupakan polimer yang ditambahkan dengan aditif, dimana aditif

merupakan material yang dapat meningkatkan kemampuan (properties) polimer.

Aditif adalah material yang ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan

(properties) dari polimer.( Crompton, 1979)

Secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya

adalah :

- Mampu cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak

dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya

pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik.

- Produk yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah

rendah dianding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan

dapat diproduksi barang yang kuat dan ringan.

- Banyak diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja

dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam,

butiran karbon, serbuk alam dan lain-lain.

- Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan

yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik

sekali.

- Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung

pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan

sebagainya. Sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.

- Kekerasan permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi

(3)

- Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu

kecuali pada bahan tertentu seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak larut,

mudah retak karena kontak terus-menerus dengan zat pelarut dan disertai

adanya tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian khusus.

- Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil

(Surdya, T dan Saito, S, 1995)

2.1.1 Jenis -Jenis Polimer

Berdasarkan sumbernya polimer dapat dibagi dalam dua bagian yaitu:

1. Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam ,rambut

2. Polimer sintetis :

a. Tidak terdapat secara alami : nylon,poliester polypropylene,polistirena

b. Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis

c. Polimer alami yang dimodifikasi : seluloid ,cellophane (bahan dasar dari

selulosaa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga

kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya )

Berdasarkan jumlah rantai karbonnya polimer dapat dibagi dalam enam

jenis atau bagian yaitu :

a. 1-4 Gas (LPG,LNG)

b. 5-11 Cair (bensin)

c. 9-16 Cairan dengan viskositas rendah

(4)

e. 25-30 Padat (parafin,lilin)

f. 1000-3000 Plastik (polistirena,polietilen,dll)

Polimer didefinisikan sebagai substansi yang terdiri dari molekul-molekul

yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Manusia

sudah berabad-abad menggunakan polimer dalam bentuk minyak, aspal, damar,

dan permen karet. Tapi industri polimer modern baru mulai berkembang pada

masa revolusi industri. Di akhir 1830-an, Charles Goodyear berhasil

memproduksi sebentuk karet alami yang berguna melalui proses yang dikenal

sebagai “vulkanisasi”. 40 tahun kemudian, Celluloid (sebentuk plastik keras dari

nitrocellulose) berhasil dikomersialisasikan. Adalah diperkenalkannya vinyl,

neoprene, polystyrene, dan nilon di tahun 1930-an yang memulai ‘ledakan’ dalam

penelitian polimer yang masih berlangsung sampai sekarang.

Polimer seperti kapas, wol, karet, dan semua plastik digunakan di hampir

semua industri. Polimer alami dan sintetik bisa diproduksi dengan beragam

kekakuan, kekuatan, ketebalan, dan ketahanan terhadap panas. Elastomer (polimer

bersifat elastis) memiliki struktur yang saling bersilangan dan longgar. Struktur

rantai bertipe inilah yang menyebabkan elastomer memiliki ingatan. Rata-rata 1

dari 100 molekul saling bersilangan. Saat jumlah rata-rata ikatan saling

bersilangan itu meningkat (sekitar 1 dalam 30), material menjadi lebih kaku dan

rapuh. Baik karet alami dan sintetis adalah contoh dari elastomer. Di bawah

(5)

dibentuk atau dicetak. Berbeda dengan elastomer, plastik lebih kaku dan tidak

memiliki elastisitas yang dapat dibalik. Selulosa mreupakan salah satu contoh

material berpolimer yang harus dimodifikasi secara bertahap sebelum diproses

dengan metode yang biasanya digunakan untuk plastik. Beberapa plastik (seperti

nilon dan selulosa asetat) dibentuk menjadi fiber.

Padatan amorf terbentuk saat rantai memiliki orientasi yang kecil di

sepanjang polimer yang besar. Temperatur transisi kaca merupakan titik dimana

polimer mengeras menjadi padatan amorf. Istilah ini digunakan sebab padatan

amorf punya sifat-sifat yang mirip dengan kaca. Dalam proses kristalisasi,

ditemukan bahwa rantai-rantai yang relatif pendek mengorganisir diri mereka

sendiri menjadi struktur kristalin lebih cepat daripada molekul yang lebih panjang.

Dengan begitu, derajat polimerisasi (DP) merupakan sebuah faktor yang penting

dalam menentukan kekristalinan sebuah polimer. Polimer dengan DP yang tinggi

sulit diatur menjadi lapisan-lapisan sebab cenderung menjadi kusut.

2.1.2. Karakteristik Plastik

Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat

dari temperaturnya, yakni :

1. Bahan Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan

dan setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik

adalah : PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC

(6)

2. Bahan Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan

dapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan

dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan

thermosetting adalah : PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF

(Melamine Formaldehyde), polyester, epoksi dll

3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahan

elastis adalah : karet sintetis

Gambar 2.1 Klasifikasi polimer

(Saptono, Rahmat, 2007)

1. Polypropylene

Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik

yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi,

diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan

(7)

perlengkapan labolatorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas

polimer. Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak

rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut

kimia, basa dan asam. Polipropena biasanya didaur-ulang, dan simbol daur

ulangnya adalah nomor "5".

Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki

kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan

polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui

penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di

suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai

pengganti berbagai plastik teknik, seperti ABS. Polipropilena memiliki

permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik yang

lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat translusen (bening) saat tak berwarna tapi

tidak setransparan polistirena, akrilik maupun plastik tertentu lainnya. Bisa juga

dibuat buram dan/atau berwarna-warni melalui penggunaan pigmen, Polipropilena

memiliki resistensi yang sangat bagus terhadap kelelahan (bahan).

Kebanyakan barang dari plastik untuk keperluan medis atau labolatorium

bisa dibuat dari polipropilena karena mampu menahan panas di dalam autoklaf.

Sifat tahan panas ini menyebabkannya digunakan sebagai bahan untuk membuat

ketel (ceret) tingkat – konsumen. Wadah penyimpan makan yang terbuat dari PP

takkan meleleh di dalam mesin cuci piring dan selama proses pengisian panas

(8)

perahan terbuat dari propilena yang ditutupi dengan foil aluminium (keduanya

merupakan bahan tahan-panas).

2. Polistirena

Polistirena adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk

dari monomer stirena yang berbau harum. Polistirena merupakan polimer

hidrokarbon parafin yang terbentuk dengan cara reaksi polimerisasi. Salah satu

jenis polistirena yang cukup popular dikalangan masyarakat produsen maupun

konsumen adalah polistirena foam. Polistirena foam dikenal luas dengan istilah

Styrofoam yang seringkali digunakan secara tidak tepat oleh publik karena

sebenarnya Styrofoam merupakan nama dagang yang telah dipatenkan oleh

perusahaan Dow Chemical. Oleh pembuatanya Styrofoam dimaksudkan untuk

digunakan sebagai insulator pada bahan konstuksi bangunan. Polistirena foam

dihasilkan dari campuran 90-95% polistirena dan 5-10% gas seperti n-butana atau

n-pentana. Polistirena foam dibuat dari monomer stirena melalui polimerisasi

suspense pada tekanan dan suhu tertentu, selanjutnya dilakukan pemanasan untuk

melunakkan resin dan menguapkan sisa blowing agent. Polistirena foam

merupakan bahan plastik yang memiliki sifat khusus dengan struktur yang

tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah, mempunyai bobot ringan, dan

terdapat ruang antar butiran yang berisi udara yang tidak dapat menghantar panas

sehingga hal ini membuatnya menjadi insulator panas yang sangat baik.

Polistirena foam begitu banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, tetapi tidak dapat

dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbahnya harus dilakukan secara

(9)

3. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

Termasuk kelompok engineering thermoplastic yang berisi 3 monomer

pembentuk. Akrilonitril bersifat tahan terhadap bahan kimia dan stabil terhadap

panas. Butadiene memberi perbaikan terhadap sifat ketahanan pukul dan sifat liat

(toughness). Sedangkan stirena menjamin kekakuan (rigidity) dan mudah

diproses. Beberapa grade ABS ada juga yang karakteristik yang berfariasi, dari

kilap tinggi sampai rendah dan dari yang mempunyai impact resistance tinggi

sampai rendah. Berbagai sifat lebih lanjut juga dapat diperoleh dengan

penambahan aditif sehingga diperoleh grade ABS yang bersifat menghambat

nyala api, transparan, tahan panas tinggi, tahan terhadap sinar UV, dll. (

Mujiarto,2005 )

4. Polyvinyl chloride

Polyvinyl chloride (polivinil klorida) merupakan hasil polimerisasi

monomer vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada

jenis proses polimerisasi yang digunakan.( Mujiarto,2005 )

5. Polyacetal

Polyacetal (poliasetal) merupakan salah satu engineering plastic yang

penting yang banyak digunakan di bidang teletronik, bangunan dan sector alat-alat

tehnik. Ada 2 tipe poliasetal yaitu homopolimer dan kopolimer. Asetal

homopolimer merupakan polimer kristalin yang dibuat dari formaldehida. Resin

(10)

dicampur dengan aditif seperti : antioksidan, lubrikan, filler, pewarna, UV

stabilizer, dll. Resin ini aslinya berwarna putih buram. Sifat-sifat umum resin

asetat adalah:

a. Strength

Tanpa adanya modifikasi, resin ini mempunyai kekuatan tarik, kekuatan kompresi

dan ketahanan gesek yang tinggi. Resin ini halus dan deformasinya rendah jika

diberi beban. Resin ini mempunyai batas lelah bengkuka n (flexural fatique) yang

tinggi sehingga baik digunakan sebagai bahan baku pegas.

b. Toughness

Resin ini umumnya liat, tahan pukul meskipun pada suhu rendah, kemulurannya

pada suhu kamar mencapai 12% dan pada suhu yang lebih tinggi mencapai 18%.

c. Thermal

Titik leleh homopolimer asetal lebih rendah daripada engineering thermoplastic

lainnya.

d. Electrical

Sifat elektrikalnya dipengaruhi oleh kandungan uap air. Konstanta dielektrikalnya

bervariasi dari frekwensi 102-106Hz, dan dielectric strength-nya tinggi.

e. Chemical

Tahan terhadap bermacam-macam pelarut, eter, minyak pelumas, minyak, bensin,

bahan baker dari methanol, dll.

f. Friksi/umur pakai

Sifat pakai dan friksi baik karena permukaannya lebih keras dan koefisien

(11)

g. Flameability

Resin asetal homopolimer ini merupakan material yang terbakar pelan-pelan

dan berasap sedikit.

h. Stabiliants dimensi

Karena asetal menyerap sangat sedikit uap air, maka perubahan dimensinya pun

sangat kecil.( Mujiarto,2005 )

6. Polycarbonate

Polycarbonate (polikarbonat) merupakan engineering plastic yang dibuat

dari reaksi kondensasi bisphenol A dengan fosgen (phosgene) dalam media alkali.

Polikarbonat mempunyai sifat-sifat : jernih seperti air, impact strength -nya sangat

bagus, ketahanan terhadap pengaruh cuaca bagus, suhu penggunaannya tinggi,

mudah diproses, flameabilitasnya rendah.( Mujiarto,2005 )

7. Nylon

Nylon merupakan istilah yang digunakan terhadap poliamida yang

mempunyai sifat-sifat dapat dibentuk serat, film dan plastik. Struktur nylon

ditunjukkan oleh gugus amida yang berkaitan dengan unit hidrokarbon ulangan

yang panjangnya berbeda-beda dalam suatu polimer.

Sifat-sifat nylon :

a. Secara umum nylon bersifat keras, berwarna cream, sedikit tembus cahaya.

(12)

c. Nylon merupakan polimer semi kristalin dengan titik leleh 350-570 °F. Titik

leleh erat kaitannya dengan jumlah atom karbon. Jumlah atom karbon makin

besar, kosentrasi amida makin kecil, titik lelehnyapun menurun.

d. Sedikit higroskopis : oleh karena itu perlu dikeringkan sebelum dipakai,

karena sifat mekanis maupun elektriknya dipengaruhi juga oleh kelembaban

relative dari admosfir.

e. Tahan terhadap solvent organic seperti alkohol, eter, aseton, petroleum eter,

benzene, CCl4 maupun xylene.

f. Dapat bereaksi dengan phenol, formaldehida, alcohol, benzene panas dan

nitrobenzene panas.

g. Nylon relatif tidak dipengaruhi oleh waktu simpan yang lama pada suhu

kamar. Tetapi pada suhu yang lebih tinggi akan teroksidasi menjadi berwarna

kuning dan rapuh. Demikian juga sinar matahari yang kuat akan kurang baik

terhadap sifat mekanikalnya.

h. Penambahan aditif dalam nylon dimaksud untuk memperbaiki sifat-sifat

nylon. ( Mujiarto,2005 )

8. Polyethylene Terephtalate

Polyethylene terephtalate yang sering disebut PET dibuat dari glikol (EG)

dan terephtalic acid (TPA) atau dimetyl ester atau asam terepthalat

(DMT).Sifat-sifat PET : PET merupakan keluarga polyester seperti halnya PC. Polymer PET

dapat diberi penguat fiber glass, atau filler mineral. PET film bersifat jernih, kuat,

liat, dimensinya stabil, tahan nyala api, tidak beracun, permeabilitas terhadap gas,

(13)

kekuatan (strength)-nya tinggi, kaku (stiffness), dimensinya stabil, tahan bahan

kimia dan panas, serta mempunyaisifat elektrikal yang baik. PET memiliki daya

serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air.(Mujiarto,2005 )

2.2. Bahan Baku

2.2.1. Aspal

Aspal didefinisikan sebagai material perekat (cementitious), berwarna

hitam atau coklat tua dengan unsur utama bitumen. Aspal dapat diperoleh di alam

ataupun juga merupakan hasil residu dari pengilangan minyak bumi. Aspal

merupakan material yang umum digunakan untuk bahan pengikat agregat, oleh

karena itu seringkali bitumen disebut pula sebagai aspal.

Aspal adalah material yang pada temperatur ruang berbentuk padat dan

bersifat termoplastis. Jadi, aspal akan mencair jika dipanaskan sampai dengan

temperatur tertentu, dan kembali membeku jika temperatur turun. Bersama dengan

agregat, aspal merupakan material pembentuk campuran perkerasan jalan

(Sukirman, 2003).

Aspal terdiri dari beberapa bentuk yaitu padat, cair dan emulsi. Berwarna

hitam atau coklat, yang mempunyai daya lekat (adhesif), mengandung

bagian-bagian utama yaitu hidokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi atau kejadian

alami (aspal alam) dan terlarut dalam karbondisulfida.

Aspal dihasilkan dari minyak mentah yang dipilih melalui proses destilasi

minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu

350°C dibawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi ringan, seperti

(14)

Aspal adalah material yang termoplastik, berati akan menjadi keras atau

lebih kental jika temperatur berkurang dan akan lunak atau lebih cair jika

temperatur bertambah. Sifat ini dinamakan kepekaan terhadap perubahan

temperatur. Kepekaan terhadap temperatur dari setiap jenis aspal berbeda-beda,

yang dipengaruhi oleh komposisi kimiawi aspalnya, walaupun mungkin

mempunyai nilai penetrasi atau viskositas yang sama pada temperatur tertentu.

Pemeriksaan sifat kepekaan aspal terhadap perubahan temperatur perlu dilakukan

sehingga diperoleh informasi rentang temperatur yang baik untuk pelaksanaan

pekerjaan.

2.2.1.1. Jenis-Jenis Aspal

Secara umum, jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan asal dan

proses pembentukannya adalah sebagai berikut :

a) Aspal Alamiah

Aspal alamiah ini berasal dari berbagai sumber, seperti pulau Trinidad dan

Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40% organik dan zat-zat

anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda

mengandung kira-kira 6% zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan

pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak

penting.

b) Aspal Batuan

Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang

(15)

bagian di Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan

yang sangat tahan lama dan stabil, tetapi kebutuhan transportasi yang tinggi

membuat aspal terbatas pada daerah-daerah tertentu saja.

c) Aspal Minyak Bumi

Aspal minyak bumi perrtama kali digunakan di Amerika Serikat untuk

perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang

berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di

Kentucky, Ohio, Michigan, Illinois, Mid-Continent, Gulf-Coastal, Rocky

Mountain, California, dan Alaska. Sumber-sumber asing termasuk Meksiko,

Venezuela, Colombia, dan Timur Tengah. Sebesar 32 juta ton telah

digunakan pada tahun 1980 (Oglesby, 1996).

Aspal pabrik, merupakan aspal yang terbentuk oleh proses yang terjadi

dalam pabrik, sebagai hasil samping dari proses penyulingan minyak bumi. Aspal

pabrik ini, mempunyai kualitas standard. Aspal pabrik terbagi kedalam tiga jenis,

yaitu :

a. Aspal emulsi, yaitu campuran aspal (55%-65%), air (35%-45%) dan bahan

emulsi 1% sampai 2%. Di pasaran ada dua macam aspal emulsi, yaitu jenis

aspal emulsi anionik (15%) dan jenis aspal emulsi kationik (di pasaran lebih

banyak, yaitu sebesar 85%).

b. Aspal cair, disebut juga aspal cut-back, yang dibagi-bagi menurut proses

fraksinya. Misalnya Slow Curing (SC), Medium Curing (MC) dan Rapid

(16)

c. Aspal beton, disebut juga Asphalt Concrete (AC) yang dibagi-bagi menurut

angka penetrasinya. Misal : AC 40/60, AC 80/100, dan seterusnya. Umumnya

aspal beton yang digunakan dalam proyek-proyek konstruksi jalan terbagi

atas beberapa jenis yaitu jenis aspal beton campuran panas atau dikenal

dengan Hot Mix Asphalt Concrete (HMAC) merupakan aspal yang paling

umum digunakan dalam jalan raya, sedangkan jenis lainya seperti aspal beton

campuran hangat, aspal beton campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto,

2008).

Aspal yang digunakan untuk perkerasan jalan yang dicampurkan dengan

agregat dengan atau tanpa bahan tambahan disebut dengan aspal beton. Dan yang

paling umum digunakan yaitu aspal beton campuran panas yang dikenal dengan

Hot Mix sedangkan jenis lainnya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton

campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto, 2008).

Aspal padat iran merupakan salah satu jenis aspal minyak bumi yang

diimpor dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini sangat sesuai dan direkomendasikan

untuk negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena di desain untuk bisa elastis

menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal yang dipergunakan

sebagai bahan utama dalam penelitian ini yaitu aspal dengan angka penetrasi

60/70. Untuk data jenis pengujian dan data persyaratan aspal tersebut tercantum

(17)

Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70

(Sumber:Anonim, 2010)

2.2.1.2. Aspal Polimer

Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara

polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer (atau

biasa disingkat dengan PMA) telah dikembangkan selama beberapa dekade

terakhir. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer (biasanya sekitar

2-6%) sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap

Sifat Ukuran Spesifikasi Standart

Pengujian

Densitas pada T 25°C K/m³ 1010 - 1060 ASTM-D71/3289

Penetrasi pada T 25°C 0,1 mm 60/70 ASTM-D5

Titik leleh °C 49/56 ASTM-D36

Daktilitas pada T 25°C Cm Min.100 ASTM-D113

Kerugian Pemanasan %wt Max.0,2 ASTM-D6

Penurunan pada penetrasi

setelah pemanasan

% Max.20 ASTM-D6&D5

Titik nyala °C Min.250 ASTM-D92

Kelarutan dalam CS² %wt Min.99,5 ASTM-D4

(18)

deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang

dari kerusakan akibat umur sehingga dihasilkan pembangunan jalan lebih tahan

lama serta juga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan jalan (Polacco,

2005).

Penggunaan campuran polimer aspal merupakan trend yang semakin

meningkat tidak hanya karena faktor ekonomi, tetapi juga demi mendapatkan

kualitas aspal yang lebih baik dan tahan lama. Modifikasi polimer aspal yang

diperoleh dari interaksi antara komponen aspal dengan bahan aditif polimer dapat

meningkatkan sifat-sifat dari aspal tersebut. Dalam hal ini terlihat bahwa

keterpaduan aditif polimer yang sesuai dengan campuran aspal. Penggunaan

polimer sebagai bahan untuk memodifikasi aspal terus berkembang di dalam

dekade terakhir (Pei-Hung, 2000).

Untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan permukaan aspal, peneliti telah

memusatkan perhatian pada aditif yang diperoleh dengan memanfaatkan bahan

polimer seperti polistirena. Untuk bahan-bahan polimer yang efektif digunakan

jalan raya, haruslah yang dapat meningkatkan resistensi terhadap keretakan letih,

mengurangi cakupan deformasi permanen dan mengurangi pengerasan pada suhu

tinggi (King, 1986).

2.2.2. Agregat

Yang dimaksud agregat dalam hal ini adalah berupa batu pecah, krikil,

pasir ataupun komposisi lainnya, baik hasil alam (natural aggregate), hasil

pengolahan (manufactured aggregate) maupun agregat buatan (syntetic aggregate)

(19)

Menurut Pedoman No. 023/T/BM/1999, SK No. 76/KPTs/Db/1999.

Pedoman Teknik Perencanan Campuran beraspal Panas dengan Pendekatan

Kepadatan Mutlak Dep. Kimpraswil Pusat Penelitian dan Pengembangan

Teknologi Prasarana Jalan, agregat dibedakan dalam beberapa kelompok yaitu :

a. Agregat kasar, yaitu batuan yang tertahan saringan No. 8 (2,36 mm) terdiri

atas batu pecah atau kerikil pecah. Agregat kasar dalam campuran beraspal

panas untuk mengembangkan volume mortar dengan demikian membuat

campuran lebih ekonomis dan meningkatkan ketahanan terhadap

kelelehan.

b. Agregat halus, yaitu batuan yang lolos saringan No. 8 (2,36 mm) dan

tertahan saringan No. 200 (0.075 mm) terdiri dari hasil pemecahan batu

atau pasir alam. Fungsi utama dari agregat halus adalah untuk

mendukung stabilitas dan mengurangi deformasi permanen dari campuran

melalui ikatan dan gesekan antar partikel, berkenaan dengan itu agregat

halus harus memiliki kekerasan yang cukup dan mempunyai sudut,

mempunyai bidang pecah permukaan, bersih dan bukan bahan organik.

c. Agregat pengisi (filler), terdiri atas bahan yang lolos saringan No. 200

(0,075 mm) tidak kurang dari 75% terhadap beratnya.(SK. SNI M-02-

1994-03). Fungsi dari Filler adalah untuk meningkatan viskositas aspal

dan untuk mengurangi kepekaan terhadap temperatur. Hasil penelitian

umumnya menunjukan bahwa meningkatnya jumlah bahan pengisi (filler)

cenderung akan meningkatkan stabilitas dan mengurangi rongga dalam

(20)

2.2.2.1. Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat

Pasir adalah bahan batuan halus yang terdiri dari butiran sebesar 0,14 - 5

mm didapat dari hasil disintegrasi batu alam (natural sand) atau dapat juga

pemecahanya (artifical sand), dari kondisi pembentukan tempat terjadinya pasir

alam dapat dibedakan atas : pasir galian, pasir sungai, pasir laut yaitu bukit-bukit

pasir yang dibawa ke pantai (Setyono, 2003).

Pasir merupakan agregat halus yang berfungsi sebagai bahan pengisi

dalam campuran aspal beton. Agregat ini menempati kurang lebih 70% dari

volume aspal, sehingga akan sangat berpengaruh terhadap kekuatannya.

Persyaratan pasir menurut PUBI 1982 agar dapat digunakan sebagai bahan

konstruksi adalah sebagai berikut :

- Pasir harus bersih. Bila diuji dengan memakai larutan pencuci khusus, tinggi

endapan pasir yang kelihatan dibandingakan tinggi seluruhnya endapan tidak

kurang dari 70%.

- Kandungan bagian yang lewat ayakan 0,063 mm (lumpur) tidak lebih besar

dari 5% berat.

- Angka modulus halus butir terletak antara 2,2 sampai 3,2 bila diuji memakai

rangkaian ayakan dengan mata ayakan berukuran berturut-turut 0,16 mm,

0,315 mm, 0,63 mm, 1,25 mm, 2,5 mm, dan 10 mm dengan fraksi yang lewat

ayakan 0,3 mm minimal 15% berat.

- Pasir tidak boleh mengandung zat-zat organik yang dapat mengurangi mutu

aspal. Untuk itu bila direndam dalam larutan 3% NaOH, cairan di atas

(21)

- Kekekalan terhadap larutan MgSO4, fraksi yang hancur tidak lebih dari 10%

berat.

- Untuk beton dengan tingkat keawetan yang tinggi, reaksi pasir terhadap alkali

harus negatif (Setyawan, 2006)

Senyawa kimia silikon dioksida, juga yang dikenal dengan silika (dari

bahasa latin silex), adalah oksida dari silikon dengan rumus kimia SiO2 dan telah

dikenal sejak dahulu kekerasannya. Silika ini paling sering ditemukan di alam

sebagai pasir atau kuarsa, serta di dinding sel diatom.

2.2.3. Polistirena

Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah

hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu

ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu

yang lebih tinggi. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna,

keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai 17

macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi

dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal

dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan

bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding.

(http://id.wikipedia.org/wiki/Polistirena)

Karakteristik polistirena, yaitu : (Mujiarto, 2005)

1. Sifat mekanis

Sifat-sifat mekanis yang menonjol dari bahan ini adalah kaku, keras, mempunyai

(22)

2. Ketahanan terhadap bahan kimia

Ketahanan PS terhadap bahan-bahan kimia umumnya tidak sebaik ketahanan yang

dipunyai oleh PP atau PE. PS larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan

chlorinated hydrocarbon. PS juga mempunyai daya serap air yang rendah,

dibawah 0,25 %.

3. Abrasion resistance

PS mempunyai kekuatan permukaan relatif lebih keras dibandingkan dengan jenis

termoplastik yang lain. Meskipun demikian, bahan ini mudah tergores.

4. Transparansi

Sifat optis dari PS adalah mempunyai derajat transparansi yang tinggi, dapat

melalui semua panjang gelombang cahaya (A 90%). Disamping itu dapat

memberikan kilauan yang baik yang tidak dipunyai oleh jenis plastik lain, dimana

bahan ini mempunyai indeks refraksi 1,592.

5. Sifat elektrikal

Karena mempunyai sifat daya serap air yang rendah maka PS digunakan untuk

keperluan alat – alat listrik. PS foil digunakan untuk spacers, slot liners dan

covering dari kapasitor, koil dan keperluan radar.

6. Ketahanan panas

PS mempunyai softening point rendah (90°C) sehingga PS tidak digunakan untuk

pemakaian pada suhu tinggi, atau misalnya pada makanan yang panas. Suhu

maksimum yang boleh dikenakan dalam pemakaian adalah 75°C. Disamping itu,

(23)

2.2.4. Dikumil Peroksida

Beberapa jenis monomer, khususnya stirena dan metal metakrilat dan

beberapa sikloalkana cincin teregang, mengalami polimerisasi oleh pemanasan

tanpa hadirnya suatu inisiator radikal bebas tambahan. Akan tetapi sebagian

monomer memerlukan beberapa jenis inisiator.

Inisiator radikal bebas dikelompokkan menjadi empat tipe utama, yaitu :

peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks dan beberapa

senyawa membentuk radikal bebas dibawah pengaruh cahaya (fotoinisiator).

Radiasi berenergi tinggi bisa juga menimbulkan polimerisasi radikal bebas,

meskipun radiasi seperti ini jarang digunakan.(Stevens, 2001).

Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida

(ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil

dengan panas dan terurai menjadi radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang

tergantung pada strukturnya. Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif

stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak

(Stevens, 2001). Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah

dikenal sejak lama. Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagai zat ikat

silang adalah ketahanannya baik pada suhu tinggi dalam waktu yang lama,

keelastisannya yang baik, dan tidak ada penghilangan warna pada produk akhir.

2.2.4.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DCP) Sebagai Inisiator

Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida

(ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan.Mereka tidak stabil

(24)

tergantung pada strukturnya.Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif

stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak

(Stevens, 2001).

DCP adalah sumber radikal sumber yang kuat, digunakan sebagai

inisiator polimerisasi, katalis, dan zat penvulkanisasi. Temperatur waktu paruh 61

°C (untuk 10 jam) 80 °C (untuk 1 jam) dan 120 °C (untuk 1 menit).

DCP terdekomposisi dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan ledakan,

pada pemanasan dan dibawah pengaruh cahaya.DCP juga bereaksi keras dengan

senyawa yang bertentangan (asam, basa, zat pereduksi, dan logam

berat).Sebaiknya DCP disimpan dalam kondisi temperatur kamar (< 27 °C atau

maksimum 39°C) dan untuk menjaga dari zat pereduksi dan senyawa-senyawa

yangtidakkompatibeldengannya.

(25)

2.2.4.2. Degradasi Polistirena Dengan Inisiator Dikumil Peroksida

Polistirena yang ditambahkan dengan dikumil peroksida akan terjadi

pemutusan rantai polistirena dan pembentukan ikatan silang pada polistirena.

Dengan reaksinya sebagai berikut :

1. Tahap Dekomposisi

(1)

2. Tahap Inisiasi

(2)

3. Tahap Pemutusan Rantai

(26)

4. Tahap Pembentukan Ikatan Silang

(4)

Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil

Peroksida

2.2.5. Divenil Benzena

Divenil benzena berubah-ubah secara ekstrim zat crosslinking (ikat silang)

yang sangat baik dan juga meningkatkan sifat-sifat polimer.Sebagai contoh,

divenil benzena banyak digunakan pada pabrik adesif, plastik, elastromer,

keramik, material biologis, mantel, katalis, membran, peralatan farmasi,

khususnya polimer dan resin penukar ion.

(27)

Rumus molekul divenil benzena C10H10, titik didih 195°C, tidak larut

dalam air dan larut dalam etanol dan eter dan titik nyala 76 °C. Ketika bereaksi

bersama-sama dengan stirena, divenil benzena memiliki struktur kimia benzena

dapat digunakan sebagai monomer reaktif dalam resin polyester. Stiren dan

divenil benzena bereaksi secara bersama-sama menghasilkan kopolimer stirena

divenil benzena (James, 2005).

2.3. Pengujian Mekanik

Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, harus dilakukan suatu pengujian

terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis ujji coba yang biasa dilakukan,yaitu uji

tarik (Tensile Test), uji tekan (Compression Test), uji torsi (Torsion Test),dan uji

geser (Shear Test). Tapi dalam penelitian ini hanya akan dibahas mengenai uji

tekan.

2.3.1. Uji Tekan Statik

Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan

tarik, arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka

pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda

tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan

material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan

ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan

tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-tiang yang menopang beban,

(28)

Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian

tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen akan menjadi lebih mengecil

seperti menyebar lateral. ( Vernon,1992 ). Dalam pengujian ini tegangan (𝜎𝜎) pada

saat gagal atau patah diberikan oleh persamaan :

𝝈𝝈

=

𝑭𝑭

𝑨𝑨

(2.1)

Dimana:

σ

= Tegangan ( N/mm²)

F = Gaya maksimum (N)

A = Luas penampang (mm²)

2.3.2. Respon Material Akibat Beban Tekan Statik

Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik

material penyusunnya akibat beban tekan statik.Karakteristik suatu spesimen

harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material

tertentuagar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari

respon yangdialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan

(disturbance) yangdiberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T

(temperatur), dan lain-lain.Didalam uji tekan statik, gaya yang diberikan

(29)

(a) Sebelum uji tekan (b) Setelah Uji Tekan

Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen

Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.8 dapat ditentukan

respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik

(Gere,1987 )

Pertimbangan yang paling penting dalam upaya untuk mencegah

terjadinya kegagalan desain struktur adalah tegangan yang terjadi tidak melebihi

dari kekuatan material. Akan tetapi, ada banyak pertimbangan lain yang harus

diperhatikan,misalnya: tegangan yang terjadi secara tiba-tiba (impact), dan lain

sebagainya.Penyelidikan respon meliputi beberapa aspek,antara lain: respon

material dan struktur terhadap pembebanan tertentu,mekanisme perubahan bentuk

yang terjadi pada saat terjadinya beban maksimum dan lain sebagainya

(Gere,1987). Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi

plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah ke bentuk

semula.

F

(30)

2.3.3. Sifat Mekanik

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik atau tekan. Bila

kita terus menarik atau menekan suatu bahan sampai putus, kita akan

mendapatkan profil tarikan atau tekanan yang lengkap yang berupa kurva seperti

digambarkan pada Gambar 2.3. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya

tarik atau gaya tekan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan

dalam desain yang memakai bahan tersebut.(Johnson,1972)

Gambar 2.6 Kurva F vs ∆l

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum

bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut

“Ultimate Compression Strength” dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tekan

maksimum.

Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan teknik(

𝜀𝜀

𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒.),

(31)

(ΔL) terhadap panjang batang mula-mula (Lo).Tegangan yang dihasilkan pada

proses ini disebut dengan tegangan teknik (

𝜎𝜎

𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒), dimana didefinisikan sebagai

nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao).

Tegangan normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan

persamaan berikut :

𝝈𝝈

=

𝑭𝑭

𝑨𝑨𝑨𝑨

(2.2)

Dimana:

σ = Tegangan normal akibat beban tekan statik (N/mm2)

F = Beban tekan (N)

Ao = Luas penampang spesimen mula-mula (mm2)

Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan

berikut :

ε = Regangan akibat beban tekan statik (%)

L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan (mm)

Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm)

Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian

(32)

tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen

akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis .(Johnson,1972).

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan berikut :

𝑬𝑬

=

𝝈𝝈

/

𝜺𝜺

(2.5)

E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan

tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas”

atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan

stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).Kurva ini ditunjukkan oleh

Gambar 2.7.

(33)

2.3.4. Uji Penyerapan Air (Water Absorption Test)

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air oleh aspal polimer, dihitung

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

𝑾𝑾

𝑨𝑨

=

(𝑴𝑴𝒋𝒋−𝑴𝑴𝒌𝒌)

𝑴𝑴𝒌𝒌

×

𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏

%

(2.6)

Dimana :

𝑊𝑊𝐴𝐴 = persentase penyerapan air (%)

Mk = massa sampel kering (g)

Mj = massa jenuh air (g)

2.4. Metode Elemen Hingga

Ansys adalah suatu perangkat lunak simulasi teknik yang ditemukan oleh

ahli perangkat lunak yaitu John Swanson. Ansys mengembangkan tujuan umum

dari analisa elemen hingga dan komputasi cairan dinamis.Ketika

Ansysmengembangkan suatu produk penambahan komputer ilmu teknik (CAE),

perangkat lunak ini mungkin lebih dikenal dengan ANSYS mekanis dan Ansys

multiphysic.

Tujuan utama dari elemen hingga dalam pemodelan untuk pemecahan

masalah mekanik secara numeric, termasuk analisa struktur yang statis dan

dinamis (baik linear dan non linear), distribusi panas dan masalah cairan serta

(34)

Teknologi Ansys mekanis mempersatukan struktur dan material yang

bersifat non-linear.Ansys multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur,

elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program Ansys dapat digunakan dalam teknik

mesin,teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.

Ansys merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga

untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam.

Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan

non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi

dan masalah elektromagnetik.

Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat di pecahkan dengan

mengikuti 3 tahap ini.Ini merupakan panduan umum yang dapat digunakan untuk

menghitung analisis elemen hingga.

1. Preprocessing ; langkah-langkah dalam preprocessing yaitu:

• Mendefinisikan titik point, garis, luas, volume

• Mendefinisikan jenis elemen dan bentuk material/geometri

• Menghubungkan garis, luas, volume sesuai kebutuhan.

2. Solusi : menetapkan beban, perletakan dan menjalankan analisis;beban yang

ada berupa beban terpusat dan terbagi rata, perletakan( translasi dan rotasi)

dan terakhir menjalankan analisisnya .

(35)

• Tabel perpindahan nodal

• Tabel gaya dan momen

• Defleksi (penurunan)

Figur

Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70
Tabel 2 1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60 70 . View in document p.17
Gambar 2.2 Struktur Dikumil Peroksida
Gambar 2 2 Struktur Dikumil Peroksida . View in document p.24
Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil
Gambar 2 3 1 2 3 4 Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil . View in document p.26
Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen
Gambar 2 5 Pengujian beban tekan pada spesimen . View in document p.29
Gambar 2.6 Kurva F vs ∆l
Gambar 2 6 Kurva F vs l . View in document p.30
Gambar 2.7.
Gambar 2 7 . View in document p.32

Referensi

Memperbarui...