KAJIAN LITERATUR
2.1 Pengenalan
Bahan turapan berbitumen terdiri daripada agregat, bahan perekat dan bahan pengisi. Industri pembinaan jalan raya di Malaysia menggunakan bahan-bahan yang diperolehi dari sumber tempatan. Agregat yang digunakan terdiri daripada batu-batu hancur yang boleh didapati dari kuari. Bitumen pula digunakan sebagai bahan perekat dan bahan pengisi terdiri daripada debu kuari, kapur, simen dan sebagainya.
Kajian tentang penggunaan bahan tambah dalam bitumen semakin penting kini agar bitumen diubahsuai tersebut mempunyai sifat yang lebih baik dan dapat memperbaiki mutu turapan. Daripada kajian yang dijalankan sebelum ini,
penggunaan abu sekam padi sebagai bahan tambah dalam bitumen sehingga 6% telah menunjukkan pembaikan sifat-sifat bitumen yang positif tanpa mengubah grednya. Kajian ini pula akan tertumpu kepada kesan penggunaan bitumen yang telah diubahsuai dengan bahan tambah iaitu abu sekam padi terhadap pra campuran.
2.2 Bitumen
Bitumen adalah suatu campuran hidrokarbon yang semulajadi atau yang dihasilkan melalui proses haba atau kedua-duanya sekali. Bitumen wujud dalam bentuk pepejal atau cecair pekat, berwarna hitam atau perang dan mempunyai kualiti rekatan serta kalis air (BS 3690:Part 1:1989:Bitumen for building and civil
engineering).
Bitumen boleh didapati secara asli, batuan dan petroleum selain pembuatannya di kilang. Bitumen semulajadi diperolehi dari Tasik Trinidad, Venezuela dan ia banyak digunakan untuk membina turapan jalan di United States. Selain itu, bitumen semulajadi juga boleh didapati di dalam bentuk batuan poros seperti batu kapur dan batu pasir. Bitumen yang digunakan dengan meluas adalah yang bersumberkan petroleum yang terhasil melalui proses penyulingan berperingkat minyak mentah (Jamaludin bin Mat dan Hasanan bin Md. Nor, 1995).
Fungsi bitumen adalah sebagai bahan pengikat, penstabil campuran dan mengukuhkan jalan serta meningkatkan keupayaan struktur jalan. Bitumen berserta dengan agregat dan pengisi merupakan bahan-bahan utama turapan jalan raya. Antara jenis-jenis turapan tersebut adalah turapan tegar, turapan separa tegar dan turapan anjal (Che Ros Ismail, 1999).
Bahan-bahan kimia yang terkandung dalam bitumen ialah karbon, hidrogen, sulfur, nitrogen dan oksigen. Pecahan peratus kandungan adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2.1. Istilah bitumen yang digunakan di Amerika Syarikat dan United Kingdom juga berbeza antara satu sama lain. Perbandingan istilah adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2.2.
Jadual 2.1: Komponen dalam bitumen (Che Ros Ismail dan Rosli Hainin, 1998)
Jadual 2.2: Perbezaan istilah bitumen (Che Ros Ismail, 1999)
Amerika Syarikat United Kingdom
Bitumen Bitumen dan Tar
Asfalt (simen asfalt) Bitumen
Konkrit asfalt Asfalt = Bitumen + Agregat
2.2.1 Sifat Semula Jadi Bitumen
Sifat semulajadi yang terdapat pada bitumen yang menyebabkan oa sesuai digunakan sebagai bahan turapan ialah (Mohamed Rehan et.al, 1997):
(i) Ia merupakan suatu bahan penyimen yang kuat, mudah merekat serta tahan lasak.
(ii) Ia mempunyai sifat kalis air yang tinggi.
(iii) Ia merupakan bahan plastik yang mempunyai sifat kebolehlenturan atau keanjalan yang terkawal apabila bercampur dengan agregat.
(iv) Ia tidak dipengaruhi oleh kebanyakkan asid, alkali dan garam tetapi boleh dipengaruhi oleh oleh asid sulfurik dan asid nitrik.
(v) Ia bersifat termoplastik yang mana ia berbentuk pepejal atau separa pepejal pada suhu biasa dan boleh dicairkan dengan 3 cara iaitu menggenakan haba, menggunakan pelarut atau pengemulsian.
(vi) Ia bersifat koloid.
Bahan kimia Karbon Hidrogen Sulfur Nitrogen Oksigen
Kandungan
Empat sifat utama bitumen yang penting bagi kerja-kerja penurapan ialah (Mohamed Rehan et.al 1993):
(i) Kekonsistenan
(ii) Ketahanlasakan dan rintangan terhadap lulu hawa (iii) Kadar pengawetan
(iv) Rintangan terhadap tindakan air
2.2.2 Jenis-jenis Bitumen
Minyak mentah merupakan punca utama bitumen yang digunakan dalam turapan jalan. Bitumen jenis ini disebut bitumen minyak atau bitumen loji. Terdapat tiga jenis bitumen yang dihasilkan daripada minyak mentah. Bagi minyak mentah berasaskan bitumen, bahagian yang likat adalah bitumen. Ia merupakan sisa yang tertinggal selepas proses penyulingan berperingkat dijalankan. Contoh minyak jenis ini ialah minyak mentah dari Benua Amerika (Murali a/l Murugaya, 2001). Bagi minyak mentah yang berasaskan paraffin, bahan yang tertinggal sebagai sisa selepas proses penyulingan berperingkat ialah paraffin atau lilin (wax). Minyak mentah dari Timur Tengah adalah merupakan minyak mentah berasaskan paraffin.
Terdapat empat jenis bitumen, tetapi hanya tiga jenis sahaja digunakan dalam kerja turapan jalan anjal. Jenis-jenis bitumen adalah seperti di bawah (Che Ros Ismail, 1999):
(i) Bitumen Penusukan (ii) Bitumen Cutback (iii) Bitumen Emulsi
2.2.2.1 Bitumen Penusukan
Bitumen penusukan merupakan bitumen yang kuat dan tahan lasak dengan kekuatan rekatan yang tinggi dan bersifat kalis air. Selain itu, bitumen penusukan juga mempunyai kekuatan rintangan terhadap asid, alkali dan garam. Penggunaan bitumen penusukan yang paling banyak adalah dalam penyediaan asfalt campuran panas bagi pembinaan turapan anjal (Che Ros Ismail, 1999).
Bitumen penusukan terdapat dalam bentuk separa pepejal pada suhu biasa dan menjadi lembut atau cair apabila suhu dinaikkan. Di Malaysia, bitumen penusukan yang digunakan adalah daripada jenis gred 80/100 (JKR, 1988).
Gred bitumen ditentukan berdasarkan ujian penusukan. Terdapat lima jenis gred piawai untuk bitumen penusukan iaitu gred 40-50, 60-70, 80-100, 120-150 dan 200-300. Nilai penusukan yang tinggi menunjukkan bitumen adalah dari jenis yang lembut dan sesuai untuk negara beriklim sejuk manakala nilai penusukan yang rendah pula menunjukkan bitumen tersebut adalah keras dan sesuai untuk negara beriklim panas.
2.2.2.2 Bitumen Cutback
Bitumen cutback adalah bitumen cecair yang dihasilkan dengan menambah bahan pelarut meruap seperti gasoline, naftalena dan kerosin kepada bitumen kelas penusukan. Ia dihasilkan bagi mengurang kelikatan bitumen untuk kegunaan pada suhu yang lebih rendah.
Ia digunakan dalam pembinaan jalan seperti dandanan permukaan, Macadam berbitumen dan penstabil tanah. Bitumen cutback boleh dibahagikan kepada tiga jenis mengikut jenis pelarut yang berhubungan dengan kelikatan dan kadar
pengewapan. Jenis-jenis bitumen cutback ialah awet cepat, awet sederhana dan awet perlahan.
Bitumen cutback awet cepat akan menyejat dengan cepat dan meninggalkan lapisan bitumen penusukan sahaja. Bahan pelarut yang digunakan bagi bitumen jenis ini ialah gasoline atau nafta yang mempunyai takat didih yang rendah.
Bitumen cutback awet sederhana pula dihasilkan dengan mencampurkan bitumen penusukan dengan pelarut yang mempunyai takat didih sederhana seperti minyak tanah. Ia akan menyejat dalam masa yang lebih lama berbanding bitumen cutback awet cepat.
Bitumen cutback awet perlahan digunakan jika penurapan jalan memerlukan penyejatan yang lambat. Ia dihasilkan dengan dua cara iaitu dengan mencampurkan bitumen dengan bahan pelarut yang lambat meruap seperti diesel ataupun dengan cara mengawal kadar aliran dan suhu minyak mentah semasa pusingan pertama proses penyulingan.
Kelemahan bitumen cutback ialah ia boleh menyebabkan pencemaran dan merupakan bahan yang mudah terbakar akibat campuran bitumen dan bahan pelarut (Roberts et.al, 1991).
2.2.2.3 Bitumen Emulsi
Emulsi bermaksud pecahan atau serakan sesuatu cecair. Bitumen emulsi terjadi hasil daripada campuran bitumen, air dan agen emulsi. Agen emulsi
bertujuan untuk membolehkan bitumen mengalir semasa digunakan dalam keadaan sejuk. Selepas digunakan, air akan meruap dan lapisan bitumen akan tertinggal di permukaan agregat. Ini dinamakan proses pemecahan dan pengesetan.
Terdapat dua jenis bitumen emulsi iaitu emulsi kation dan emulsi anion. Pemilihan penggunaan bitumen kation atau anion bergantung kepada jenis agregat yang akan digunakan. Emulsi anion akan menghasilkan kualiti rekatan yang baik dengan agregat yang permukaannya bercas positif seperti batu kapur. Emulsi kation pula akan menghasilkan kualiti rekatan yang baik dengan agregat yang
permukaannya bercas negatif seperti batuan silika, agregat yang basah dan dalam cuaca sejuk. Peningkatan penggunaan bitumen emulsi sebagai penganti kepada bitumen cutback adalah disebabkan beberapa faktor iaitu:
(i) Alam sekitar – bahan pengemulsi adalah bahan bebas pencemaran. Berbeza dari bitumen cutback, hanya sedikit daripada kuantitinya yang tersejat ke atmosfera berbanding air.
(ii) Kekurangan tenaga yang tinggi – apabila bitumen cutback dirawat, cecair yang mempunyai tenaga dan haba yang tinggi akan terbebas ke atmosfera. (iii) Keselamatan – emulsi adalah selamat digunakan kerana risiko kebakaran
yang kecil berbanding bitumen cutback.
(iv) Penggunaan pada suhu yang rendah – bitumen emulsi boleh digunakan pada suhu yang rendah berbanding bitumen cutback. Jadi, kos bahan api dapat dijimatkan.
2.3 Agregat
Agregat adalah sebarang bahan keras yang berupa batuan, jermang, batu hancur, pasir atau kelikir. Ia boleh diperolehi dalam bentuk semulajadi ataupun tiruan dan merupakan komponen yang paling banyak di dalam sesuatu pra campuran. Fungsi utamanya ialah menanggung beban lalu lintas dan memindahkannya ke lapisan bawah. Agregat juga menyediakan struktur saling mengunci, mengikat bitumen kerana permukaannya yang semulajadi kasar.
Agregat yang sering digunakan dalam pembinaan jalan adalah agregat semulajadi, namun ada juga yang menggunakan agregat tiruan sebagai inisiatif pengurangan kos akibat kekurangan sumber semulajadi. Batuan semulajadi dibahagikan kepada tiga jenis mengikut kejadiannya iaitu Igneus, Sedimen dan Matamorfosis. Jermang pula adalah contoh agregat tiruan.
Pemilihan agregat penting bagi menentukan kualiti sesuatu turapan jalan raya. Pengkelasan agregat terbahagi kepada tiga iaitu:
(i) Agregat kasar – saiznya lebih dari 2mm
(ii) Agregat sederhana – saiznya antara 2mm dan 0.2mm (iii) Agregat halus – saiznya kurang dari 0.2mm
2.3.1 Sifat-sifat Agregat
Untuk memastikan ketahanan, kekuatan dan kemampuan menanggung beban sepanjang hayat sesuatu turapan, agregat yang digunakan harus mempunyai sifat-sifat berikut:
(i) Rintangan terhadap pecah (ii) Rintangan terhadap lelasan (iii) Rintangan terhadap hentaman (iv) Rintangan terhadap pengilapan
(v) Rintangan terhadap haus
(vi) Penyerapan air dan ketumpatan bandingan yang bersesuaian
2.4 Bahan Pengisi
Bahan pengisi ialah bahan serbuk halus yang digunakan dalam bancuhan bitumen untuk turapan jalan raya. Bahan yang lulus pada ayak saiz 200 (75μm) dikenali sebagai bahan pengisi. Biasanya ia terdiri daripada serbuk batu, serbuk batu kapur, kapur terhidrat dan simen Portland. Sesuatu bahan pengisi mestilah
mempunyai sifat seperti kebersihan dan keaslian, kehalusan dan afiniti terhadap bitumen (Roberts et.al, 1991).
Fungsi utama bahan pengisi termasuklah bagi meningkatkan ikatan antara bitumen dengan agregat, mengisi rongga atau lompang yang terdapat dalam campuran turapan, meningkatkan kestabilan dan menghasilkan spesifikasi untuk penggredan agregat (Roberts et.al, 1991).
2.5 Bahan Tambah
Penggunaan bahan tambah bagi memperbaiki sifat semulajadi bitumen semakin diberi perhatian dalam pembinaan turapan jalan berbitumen. Bitumen yang diubahsuai perlulah bersifat lebih baik dan tahan lasak untuk digunakan bagi
menghasilkan turapan yang berkualiti tinggi. Antara bahan tambah yang sering digunakan untuk menambah baik sifat-sifat bitumen adalah seperti yang diringkaskan dalam Jadual 2.3.
Jadual 2.3: Jenis-jenis bahan pengubahsuai bitumen
Jenis Contoh
Polimer • Getah: getah asli, getah sintetik, abu tayar, styrene butadiene (SBR)
• Blok copolymers • Plastik
• Kombinasi: campuran getah dan plastik Pemanjang (Extender) Sulfur
Pengisi Mineral • Kapur terhidrat • Abu terbang • Serbuk silika • Serbuk baghouse • Simen Portland Agen Anti Penanggalan • Kapur terhidrat Anti Pengoksidaan • Karbon hitam
• Pengubahsuai kelikatan • Garam kalsium
Hidrokarbon • Bitumen semulajadi • Resin plastik
Gentian • Polister
• Kaca 2.5.1 Abu Sekam Padi
Sekam padi adalah kulit kepada beras. Ia adalah sejenis bahan organik yang mengambil masa lama untuk diuraikan. Ia berbutir, nipis dan berwarna kuning jingga. Pada dasarnya, sekam padi adalah bahan buangan dari sektor pertanian yang dilupuskan secara pembakaran dan tiada nilai dagangan. Maka, sumber ini boleh didapati dengan kos yang paling rendah atau hampir tiada nilainya.
2.6 Lapisan Jalan
Jalan raya yang dibina di Malaysia biasanya terdiri daripada beberapa lapisan. Lapisan-lapisannya adalah seperti dalam Rajah 2.1.
Rajah 2.1: Lapisan jalan raya
Lapisan pra campuran terdiri daripada lapisan haus dan lapisan pengikat. Lapisan haus menyediakan lapisan permukaan yang selesa dan selamat untuk kenderaan di samping membantu penyaliran dan pengagihan beban. Lapisan
Lapisan haus Lapisan pengikat Tapak jalan Sub tapak Aras formasi Subgred
pengikat pula menyokong lapisan haus selain dari membantu melindungi lapisan bawahnya (Che Ros Ismail, 1999). Lapisan pra campuran atau lapisan turapan berbitumen ini bersentuh terus kepada beban kenderaan. Maka, untuk mendapatkan lapisan turapan bitumen yang bermutu tinggi, reka bentuk campurannya serta pembinaan sesuatu jalan raya perlulah dibuat dengan sempurna selain
penyelenggaraan yang baik.
2.7 Ujian Marshall
Kaedah yang disyorkan oleh Jabatan Kerja Raya dalam mereka bentuk pra campuran ialah dengan menggunakan Kaedah Marshall (JKR, 1988). Ujian Marshall dipilih untuk menentukan kesan usaha pemadatan terhadap sifat-sifat Marshall iaitu kestabilan, aliran, kekukuhan, peratus lompang di dalam campuran, peratus lompang terisi bitumen dan juga graviti tentu pukal ke atas sampel yang dikaji.
2.7.1 Objektif Ujian Marshall
Ujian ini dilakukan bertujuan mendapatkan kandungan bitumen yang optimum. Nilai tersebut akan digunakan untuk mereka bentuk campuran terubah suai. Jadual 2.4 menunjukkan masalah yang mungkin timbul sekiranya tidak menggunakan kandungan bitumen optimum untuk turapan jalan raya.
Jadual 2.4: Kesan perbezaan kandungan bitumen terhadap turapan jalan raya Kandungan Bitumen Rendah Kandungan Bitumen Tinggi Agregat tidak tersalut sepenuhnya Kestabilan jalan raya
berkurangan Apabila kandungan lompang udara tinggi,
ketahanlasakan turapan jalan akan berkurangan.
Masalah penjujuhan timbul
2.7.2 Ciri-ciri Spesifikasi Marshall
Campuran reka bentuk yang baik adalah pada kandungan bitumen optimum iaitu purata dari nilai kandungan bitumen untuk kestabilan yang maksimum,
ketumpatan maksimum dan 4% lompang udara. Jadual 2.5 menunjukkan nilai-nilai terbaik untuk setiap ciri Marshall seperti yang ditetapkan oleh JKR/SPJ/1988.
Jadual 2.5: Spesifikasi campuran konkrit berasfalt (JKR, 1998)
Kualiti Lapisan Haus Lapisan Pengikat
Kestabilan > 575 kg > 575 kg Aliran > 2.0 mm > 2.0 mm Kekerasan > 280 kg/mm > 280 kg/mm Lompang Udara (VTM) 3.0 – 5.0% 4.0 – 6.0%
Lompang Terisi Bitumen (VFB)
75 – 82% 65 – 75%
2.8 Penutup
Penggunaan bahan tambah dalam bitumen memberi kesan terhadap campuran selain daripada penggunaan bitumen, agregat dan pengisi yang berkualiti baik dan sesuai. Kajian ini tertumpu kepada penggunaan abu sekam padi sebagai bahan
tambah dalam bitumen terhadap campuran. Ujian Marshall akan dijalankan untuk melihatkan kesan penggunaan abu sekam padi dalam bitumen terhadap campuran samada memenuhi spesifikasi JKR (1988) atau sebaliknya. Bab ini telah
