36 BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian
Padapenelitian ini memiliki rancangan yang meliputi proses pengumpulan data hingga analisa data.dalam penelitian ini berfokus pada pemanfaatan mineral feldespar sebagai bahan pengganti sebagaian semen, yang akan diteliti terdiri dari variasi campuran semen portland dengan mineral feldspar pada persentase campuran 20% 40% 50% 60% dan 80% ,dan kemudian akan diteliti sifat mekanik pada pengujian mortar.Adapunrancangan yang terkaitpadapenelitianinisebagaiberikut:
Mulai
Studi literatur
Data:
✓ Primer ✓ Skunder
Data hasil studi
Persiapan bahan
Pembuatan benda uji (mortar segar)
Flow test
Setting time
Perawatan benda uji
Analisa kuat tekan mortar (compressive strength) 3, 7 dan 28 hari
Selesai
FAS: Trial & Error Rancangan campuran:
- Eksperimen variasi campuran menggunakan feldspar murni dengan persentase (20% 40% 50% 60% 80% ) menggantikan massa semen.
Penctakan benda uji (5x5x5x) cm
Gambar 3.1 diagram alir penelitian
b) Teknikpengumpulan data
Teknikpengumpulan data yang digunakandalampengumpulan data penelitianiniyaitutidaklangsung dan langsung, tekniktidaklangsungpengumpulan data inimelaluiberberapastudipustakadanrefrensidalamperencanaan mortar dan teknik langsung pengumpulan data ini melakukan berberapa penelitian terlebih dahulu sebelum mendapatkan suatu data.
c) Alatpengumpulan data
Alatpengumpulan data yang digunakanadalahpenelitiansendirisebagai instrument kunci.Penelitisebagaiperencana, pelaksanapengumpulan data, analisa data danselanjutnyasebagaipelapordarihasilpenelitian yang dilakukan.
Gambar 3.2 diagram pengumpulan data
1. Studi literatur, padatahappertamadilakukanindentifikasimasalah, yaitumerencanakan mortar.Dalammengidentifikasikanmasalahini, hal yang dilakukanmelakukankajianstudiliteraturterhadapsumber-sumber yang dipercayaberupaacuan primer Standar Nasional Indonesia (SNI) danjurnal-jurnal studi riset yang dapatditanggungjawabkan.Hasil yang dapatdaristudipustakainiadalahkomparasi data antara material alami yang akandigunakansebagaibahan,
sehinggasayadapatmembandingkandanmemilihbahanapasaja yang sesuaidanakandigunakandalamadukan mortar sebagai cementitious.
Studi literatur Pengumpulan data-data primer dan skunder Data-data didapatkan
2. Pengumpulan data-data atau menganalisa data dalam penelitiaan ini, dikelompokan menjadi dua macam yaitu:
a. Data primer yang diperoleh dalam penelitian ini melalui proses-pross pengujian dilaboratorium diantaranya pengujian komposisi dan karateristik pada mineral feldspar.
b. Data skunder yang diperoleh dalam penelitian ini melalui literatur-literatur yang valid terkait dengan penelitian ini.
d) Variabel penelitian
Adapun penelitian ini memiliki tujuan yang ingin dicapai maka variabel yang digunakan dan dipeljari dalam penelitian ini dikelompokan menjadi dua variabel bebas dan variabel terkait
1. Variabel bebas
Variabel bebas adalah variabel independent yang dapat dimanipulasi (dimainkan) oleh pembuat eksperimen.Variabel bebas dalam penenlitian ini adalah permainan bahan mineral feldspar dengan variasi penggantian terhadap semen (cementitious) dan percobaan pada faktor air semen (trial & error).
2. Variabel terikat
Variabel terikat adalah variabel dependen atau yang disebut variabel ouput yang dipengaruhi karna adanya variabel bebas.Veriabel terikat dalam penelitian ini adalah mengetahui nilai terhadap variabel bebas pengujian waktu pengikatan (setting time) dan pengujian kuat tekan pada mortar (compressive strength)
Variabel kontrol adalah variabel yang dibatasi dan dikendalikan pengaruhnya sehingga tidak memiliki efek terhadap yang sedang diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah meliputi komposisi bahan mineralfeldspar, tipe semen, nilaisetting time,mix design dan nilai kuat tekan.
Gambar 3.3 diagram variabel penelitian
e) Lokasi penelitian
1. Lokasi penelitian pertama adalah penelitian sampel bahan mineral feldspar ini dikerjakan pihak laboratorium divisi karateristik material jurusan teknik material dan metalurgi FTI-ITS Institut Teknologi Sepuluh November, dengan tujuan pengujian karakteristik dan kandungan pada bahan mineral feldspar yang didapatkan dari kecamatan wonotirto kabupaten blitar provinsi jawa timur.
2. Selanjutnya pembuatan dan pengujian terkait pada mortar dilakukan di laboratorium teknik sipil Universitas Muhammadiyah Malang.
3.1.1 Pengujian bahan penelitian
•Variasi pada campuran mortar (cementitious) •Trial & eror FAS
Variabel bebas •Pengujian konsistensi •Pengujian waktu pengikatan •Pengujian kuat tekan
Variabel terikat •Komposisi kimia & karakteristik Feldspar
• Nilai konsistensi •Nilai waktu ikat •Nilai kuat tekan
Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah mineral feldspar, semen portland, pasir dan air.
a) Feldspar
Dalam penelitian ini menggunakan mineral feldspar murni sebagai bahan utama pembuatan mortar, mineral feldspar murni berasal dari kecamatan wonogiri kabupaten blitar provinsi jawa timur. Dalam pengujian karateristik dan kandungan pada material feldspar ini menggunakan XRD X-ray Diffactionagar mengetahui karakteristik pada feldspar murni yang akan digunakan bersifat amorf. Amorf adalah padatan yang di mana atom-atomnya tersusun secara tidak teratur dan panjang sudut ikatan antara atom juga tidak teratur, dan kemudian hasil dari analisa pengujian tertera dalam tabel dan menghasilkan peak - peak yang dikemas dalam grafik.
Gambar 3.4 Grafik pengujian XRD.
b) Pengujian agregat halus (pasir)
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50 60 70 80 Counts 0 1000 2000 3000 XRD Quartz low, syn Albite
Penguian ini dilakukan untuk mengetahui kateristik dari agregat halus yang akan digunakan dalam penelitian ini berdasarkan acuan Standart Nasional Indonesia SNI. Adapun langkah-langkah pengujian tersebut meliputi:
1. Berat jenis agregat halus.
Dalam hal ini pengujian berat jenis pada agregat halus mengacu pada SNI 03-6889-2002 dan SNI 1970-2008, adapun langkah-langkah pengujian sebagai berikut:
- Peralatan:
a. Timbangan digital
b. Cetakan kerucut dengan tebal 0,8 mm dengan diameter atas (40±3)mm bawah (90±3)mm tinggi (75±3)mm
c. Batang benumbuk berbentuk lingkaran dengan diameter 25mm d. Pinkometer, dengan kapasitas 500 mL
e. Oven, dilengkapi pengatur temperatur dan pemanas (110±5)oC
- Langkah pengujian:
a. Merendam pasir didalam air selama 24 jam
b. Selanjutnya membuang air rendaman, meletakan pasir hasil rendaman diatas nampan lalu keringkan sampai dalam keadaan jenuh kering permukaan.
c. Untuk pemeriksaan kering jenuh permukaan dengan menggunakan alat kronik kerucut lalu dilakukan pemadatan dngan pnumbukan sebanyak 25 kali.
d. Kemudian menimbang pasir dalam kadaan jenuh permukaan sebanyak 500gram masukan kedalam piknometer dengan air mencapai leher piknometer
e. Selanjutnya mengguncang pinkometer yang berisi pasir dan air untuk mengeluarkan udara didalamnya.
g. Pinkometer kosong berisi air ditimbang kmudian dicatat beratnya selama berturut-turut.
h. Setelah mengendap pasir dikeluarkan dari pinkometer dan kemudian keringkan di oven selama 24 jam.
i. Langkah terakhir pasir yang sudah kering didinginkan lalu dilakukan penimbangan dicatat beratnya.
- Perhitungan:
- Berat jenis SSD (jenuh kering permukaan)
BJ jkp = 𝑆
(𝐵+𝑆−𝐶 ... (3.1)
- Berat jenis bulk (curah kering)
BJ ck= 𝐴
(𝐵+𝑆−𝐶) ... (3.2)
- Berat jenis (semu)
BJ semu = 𝐴
(𝐵+𝐴−𝐶) ... (3.3)
Dimana:
A = berat benda uji kering oven,gram.
B = berat pinkometer berisi air,gram.
C = berat pinkometer + benda uji + air,gram.
S = berat benda uji jenuh kering permukaan,gram
Dalam hal pengujian gradasi agregat halus yaitu menentukan ukuran agregat mengacu pada prosedur SNI 03-1968-1990. Adapun pengujian sebagai berikut:
- Peralatan:
a. Timbangan dan neraca dengan ketelitian 0,2% dari berat benda uji b. Satu set saringan (ayakan)
c. Oven, dilengkapi temperatur dan pemanas (110 + 5)oC d. Mesin pengguncang saringan
e. Talam
f. Kuas, sikat dan sendok - Langkah pengujian:
a. Benda uji dikeringkan dengan menggunakan oven dengan suhu (110±5)oC, sampai berat tetap
b. Saring benda uji melewati susunan saringan dengan ukuran saringan paling besar ditempatkan paling atas, kemudian saringan diguncang dengan mesin pengguncang atau menggunkan manual dengan tangan selama 15 menit
- Perhitungan:
a. Menghitung persentase berat benda uji yang tertahan diatas masing-masing saringan terhadap berat total benda uji setelah disaring
b. Penentuan kurva gradasi c. Penentuan angka kehalusan 3. Kadar air agregat halus
Dalam hal pengujian kadar air yang terdapat dalam agregat halus mengacu pada SNI 03-2971-1990, adapun langkah-langkah pengujian sebagai berikut:
- Peralatan:
b. Oven dilengkapi dengan pengatur suhu pemenas (110 ± 5) oC c. Talam untuk mengeringkan benda uji
- Langkah pengujian
a. Menimbang dan mencatat berat talam (W1)
b. Memasukan benda uji kedalam talam kemudian timbang dan catat berat benda uji (W2)
c. Menghitung berat benda uji (W3=W2-W1)
d. Mengeringkan benda uji menggunakan oven dengan suhu (110 ± 5)oC, sampai beratnya tetap
e. Setelah kering timbang dan catat berat benda uji beserta talam (W4)
f. Langkah terahir mengitung berat benda uji (w5=w4-w1)
- Perhitungan
Kadar air = (𝑊3−𝑊5)
𝑊5 X 100% ... (3.4)
Dimana:
W3 = berat benda uji semula, gram.
W5 = berat benda uji semula, gram.
c) Pengujuan konsistensi mortar (flow test)
Pengujian ini dilakukan untuk menentukan banyaknya air dalam campuran semen sehingga mencapai kondisi basah dalam keadaan konsistensi normal.Pengujian konsistnsi ini mnggunakan meja leleh (flow table), konsistensi normal tercapai apabila nilai leleh (flow rate) berkisaran diangka 110-120%. Adapun langkah-langkah pengujian yang harus dilakukan sebagai berikut:
- Peralatan:
2. Timbangan digital 3. Saringan
4. Mixer (alat pengaduk) - Langkah pengujian:
1. Menyiapkan alat flow table dan bahan berupa semen, feldspar dan air. 2. Menyaring bahan berupa semen dan feldspar dengan lolos saringan no. 40. 3. Menimbang bahan berupa semen, feldspar dan air sesuai kebutuhan
komposisi dengan menngunakan timbangan digital.
4. Masukan semua bahan kedalam tromol mesin pengaduk (mixer) lalu diamkan selama 30 menit.
5. Menyalakan lalu menjalankan mesin pengaduk (mixer) dengan kecepatan 140 ± 5 rpm selama 1 menit.
6. Menghentikan mesin pengaduk selama 15 detik, dengan membersihkan dinding tromol dari pasta yang tertempel didinding tromol.
7. Lalu menjalankan kmbali mesin pengaduk dengan kecpatan 285 ± 10 rpm selama 1 menit.
8. Kemudian matikan mesin pengaduk, setelah itu ambil adonan pasta sebesar kepalan tangan.
9. Buatlah pasta berbentuk bola dengan menggunakan tangan, kemudian lemparkan dari satu sisi tangan ketangan lainya dengan jarak 15 cm sebanyak 6 kali lemparan.
10. Kemudian mengukur cincin kronik (Do)
11. Memasukan bola pasta kedalam cincin kronik sambil menekan bola pasta sehingga cincin kronik terpenuhi oleh pasta.
12. Meratakan cincin kronik dengan alat spatula sehingga permukaan pasta rata dengan bibir cincin kronik.
a. Menyiapkan meja leleh (flow tabel) dan cincin kronik yang berisi pasta, lalu letakan pada tengah-tengah meja sesuai dengan garis yang ada pada meja.
b. Melepaskan cincin kronik secara vertikal secara perlahan
c. Lalu memutar tuas penggerak dalam waktu 15 detik dengan ketentuan minimal 25 kali putaran/ketukan.
d. Kemudian mengukur diameter pasta sesuai dengan garis yang ada pada meja, lalu merata-rata hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur garis (D1)
14. Langkah terakhir menghitung konsistensi dengan mencapai konsoistensi norma - Perhitungan: D1= 𝑑1+𝑑2+𝑑3+𝑑4 4 X 100 ... (3.5) Flow rate = 𝐷1−𝐷𝑜 𝐷𝑜 X 100 ... (3.5) Dimana:
Do = diameter cincin kronik
D1 = diameter pasta (D = rata-rata)
Tabel 3.1 rancangan benda uji pengujian konsistensi trial &eror (flow test)
Kode
Perbandingan berat
(%),(gr) Faktor Air Semen Jumlah
(buah)
S F Psr
Trial & error
Mix I 100 0 2.75 -
Mix II 80 20 2.75 -
Mix IV 50 50 2.75 -
Mix V 40 60 2.75 -
Mix VI 20 80 2.75 -
Jumlah total -
d) Pengujian waktu pengikatan (setting time)
Pengujian ini dijelaskan cara untuk melakukan pengujiansetting time yang mengacu pada SNI 2049-2015 dengan tujuan mendapatkan nilai waktu ikat awal dan ikat akhir pada mortar. Waktu ikat awal ditentukan dari grafik penetrasi waktu dan waktu ikat akhir ditandai dengan tidak ada penurunan pada nilai. Adapaun langkah-langkah yang harus dilakukan sebagai berikut:
- Peralatan: 1. Alat vicat 2. Timbangan digital 3. Stopwatch 4. Talam - Langkah pengujian
1. Masukan pasta mortarsegar ke cetakan vicat yang sudah disipkan sebelumnya. Kemudian letakan jarum vicat ditengah pasta mortar.
2. Turunkan jarum secara pelahan-lahan dan catatlah hasil penurunan dengan rentang waktu per 5 menit.
3. Setelah 5 menit, baca dan catat hasil penurunan, kemudian angkat jarum vicat kemudian bersihkan sisah pasta mortar menempel diarum vicat. 4. Kemudian letakan jarum vicat dengan jarak antar titik penetrasi tidak
kurang 10 mm dan 5 mm terhadap dinding bagian dalam cetaka.
5. Lakukan test hingga sampai waktu ikatan terakhir atau penurunan jarum vicat 0 mm
6. Bersikan benda uji terhadap cetakan, kemudian membuat grafik penurunan jarum vicat terhadap waktu dan tentukan ikat awal.
- Perhitungan:
% P = 𝐵
𝐴 X 100 ... (3.6)
Dimana:
P = Persen penetrasi akhir A = Penetrasi awal, mm. B = Penetrasi akhir, mm.
Tabel 3.2 rancangan benda uji pengujian waktu pengikatan (setting time)
Kode
Perbandingan berat
(%),(gr) Konsistensi normal Jumlah
(buah) S F Psr Mix I 100 0 - Percobaan - Mix II 80 20 - - Mix III 60 40 - - Mix IV 50 50 - - Mix V 40 60 - - Mix VI 20 80 - - Jumlah total -
3.1.2 Pembuatan benda uji mortar
Untuk pengujian ikatan semen menggunakan metode pasta, untuk menpengujian kuat tekan menggunakan metode mortar untuk setiap campuran dan
akandibuat benda uji yang berbentuk kubus dengan ukuran 50x50x50 mm sesuai dengan prosedur SNI 15-2049-2004. Pengujian akan dilakukan 3, 7, dan 28 hari.
a) Alat pembuatan benda uji
1. Cawan
2. Timbangan digital
3. Cetakan benda uji mortar 50x50x50 mm 4. Ayakan
5. Cetokan 6. Timba 7. Oven
8. Mixer (alat pengaduk) 9. Stopwatch b) Bahan 1. Feldspar 2. Semen portland 3. Pasir 4. Air
c) Alat pengujian benda uji
1. Timbangan digital 2. Stopwatch
3. Meja leleh
4. Alat vicat (setting time)
5. Mesin uji kuat tekan (compressive strength)
Tabel 3.3Rancangan benda uji pengujian kuat tekan mortar
Kode
Perbandingan berat (%),(gr)
Umur kuat tekan (hari) Jumlah benda uji
Mix I 100 0 2.75 3 3 3 9 Mix II 80 20 2.75 3 3 3 9 Mix III 60 40 2.75 3 3 3 9 Mix IV 50 50 2.75 3 3 3 9 Mix V 40 60 2.75 3 3 3 9 Mix VI 20 80 2.75 3 3 3 9 Jumlah total 54
3.1.2.1 Prosedur pembuatan benda uji mortar
Adapun langkah-langkah untuk membuat benda uji mortar dengan pengujian sesuai dengan acuan Standar Nasional Indonesia SNI sebagai berikut:
a. Pembuatan pasta mortar
1. Siapkan semen portland kemudian timbang persentase sesuai komposisi dari setiap kebutuhan benda uji.
2. Siapkan material feldspar kemudian timbang persentase sesuai komposisi dari setiap kebutuhan benda uji.
3. Siapkan serbuk semen dan feldspar kemudian ayak dengan lolos saringan dan timbang sesuai kebutuhan benda uji.
4. Campurkan semua bahan dengan air kedalam mangkuk pada mesin pengaduk, persentase sesuai komposisi dari setiap kebutuhan pengujian dan kemudian tunggu 30 detik agar air campuran terserap kemudian jalankan mesin pengaduk dengan kecepatan rendah selama 30 detik.
5. Masukan pasta mortar kedalam cetakan vicat yang telah siapkan. b. Pembuatan mortar
1. Siapkan agregat halus (pasir) lalu timbang persentase sesuai komposisi dari setiap benda uji.
2. Campurkan antara pasir dengan semen dan feldspar persentase sesuai komposisi setiap kebutuhan benda uji.
3. Setelah semua tercampur, lalu aduk hingga bahan hingga menjadi campuran homogen berbentuk pasta mortar.
4. Siapkan meja alir. Letakan cetakan alir yang tingginya 50mm ditengahnya dan isi dengan pasta mortar d
5. engan ketebalan 25mm. lalu tumbuk sebanyak 20 kali dengan alat penumbuk. Kemudian isi kembali cetakan alir dengan pasta mortar baru seperti lapisan awal. Ratakan permukaan mortar agar mendapatkan permukaan yang rata.
6. Setelah mortar selesai diratakan, tunggu hingga 1 menit setelah pengerjaan. Angkat lalu turunkan meja setinggi 13 mm sebanyak 25 kali dalam waktu 15 detik
7. Ukur diameter mortar, lalu minimal 4 kali pengukuran dengan rata-rata nilai diameteralir 100 ± 5 mm.
8. Campur kembali sisah mortar, lalu masukan ke cetakan mortar yang sudah disiapkan sebelumnya.
9. Cetakan mortar setebal ± 25 mm dengan perkiraan setengah kedalaman cetakan. Tumbuk mortar dengan alat tumbuk sebanyak 32 kali timbukan dalam waktu ± 10 detik. Jika sudah selesai isi cetakan kubus lalu tumbuk seperti lapisan pertama hingga penuh. Setelah selesai, ratakan permukaan hingga rata.
10. Diamkan mortar selama 24 jam diruang yang sejuk, lalu buka cetakan mortar kemudian diamkan. Selanjutnya untuk proses perawatan (curing) sesuai pengujian yang direncanakan.
Dalam pembuatan mortar yang baik dan berstandart tidak akan pernah lepas dari namanya perawatan. Perawatan mortar adalah suatu cara mencegah penguapan air berlebihan pada benda uji, dikarnakan kandungan air dalam mortar sangat mempengaruhi kuat tekan pada mortar. Perawatan dalam penelitian ini adalah dengan membiarkan dalam ruangan yang sejuk selama 3, 7 dan 28 hari, selanjutnya mortar dilakukan pengujian dengan suhu rata-rata ±260C.
3.3 Pengujian kuat tekan (Compressive Strength)
Pengujian kuat tekan adalah suatu nilai kekuatan yang dimiliki mortar dengan satuan psi atau MPa. Dalam penelitian ini mengacu pada SNI 15-2049-2004 dengan digunakan pengujian kuat tekan pada umur 3, 7 dan 28 hari. Untuk setiap pengujian akan dibuat 9 benda uji pada setiap persentase komposisi mortar. Penguian kuat tekan ini dilakukan di laboratorium teknik sipil Universitas Muhammadiyah Malang, adapun tahap-tahap sebagai berikut:
1. Mengambil benda uji yng sudah dilakuakan perawatan
2. Mencatat disetiap berat yangdihasilkan, kemudian mengambil rata-rata dari benda uji.
3. Tentukan 2 bagian yang bertolak belakang dan yang paling rata untuk menghasilkan kuat tekan yang optimal
4. Meletakan mortar ditengah alat pengujian kuat tekan
5. Memulai pengujian hingga mortar mengalami retak sehingga alat penguji kuat tekan terhenti serta nilai rasio menunukan nilai minus.
6. Membersihkan sisah hasil penguian kuat tekan kemudian melakukan langkah penguian mortar dengan persentase komposisi benda ui selanjutnya.
7. Nilai kuat tekan mortar dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:
Fm = Pmaks
dimana:
Fm = kuat tekan mortar, psi/Mpa
pmaks = gaya tekan maksimum, N
