BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit
Kemajuan industri material khususnya komposit berbasis material sintetis sudah semakin pesat. Sedangkan penggunaan bahan alam sebagai bahan dasar masih sedikit. Padahal alam menyediakan bahan yang murah dan melimpah untuk dikembangkan menjadi beragam produk. Komposit adalah suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang membentuk suatu kesatuan. Aplikasi dari komposit ini antara lain: dinding panel, plavon, genteng yang diperkuat dengan serat (FRC-fiber reinforced concrete) saat ini sudah banyak digunakan dalam bangunan.
Komposit alam memiliki keistimewaan renewable, ramah lingkungan (terdegradasi), dan harga yang murah. Sedangkan serat sintetis sukar terdegradasi, menghasilkan CO, dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika didaur ulang. Material berbasis polimer memiliki ketahanan korosi yang tinggi pada lingkungan asam (chlorin). Tetapi material polimer memiliki kekuatan mekanik yang relatif rendah, karena itu diperlukan serat (fiber) sebagai penguat. Sifat ketahanan korosi polimer yang tinggi dipadukan dengan kekuatan mekanik dari serat (fiber) merupakan salah satu nilai jual dari material komposit matrik polimer (Deni S,dkk.2007). Sedangkan serat sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matriks. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik lamina antara lain orientasi, ukuran, dan bentuk serat. Serat alam dikombinasikan dengan resin sebagai matriks akan menghasilkan komposit alternatif dengan memvariasikan arah orientasi serat alam (gambar 2.1), sehingga diharapkan diperoleh hasil kekuatan mekanik komposit yang maksimal (Gibson ,1994).
Gambar 2.1. Arah orientasi pada komposit FRP, (a) unidirectional dan (b) quasi-isotropic
Komposit merupakan penggabungan dua atau lebih material secara makroskopis antara serat dan matriks. Makroskopis menunjukkan bahwa material pembentuk dalam komposit masih terlihat seperti aslinya, berbeda dengan penggabungan dalam alloy melalui proses solidifikasi peleburan homogen, yaitu material pembentuknya sudah tidak terlihat lagi. Tujuan dari penggabungan tersebut tidak hanya untuk memperoleh sifat aditif dari material pembentuknya tetapi terutama untuk memperoleh sifat sinergisnya (Gibson, 1994). Serat berfungsi memperkuat matriks karena umumnya serat jauh lebih kuat dari matriks. Matriks berfungsi melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan. Sedangkan secara garis besar terdapat tiga macam jenis komposit
fiber reinforced polymer (FRP) berdasarkan penguat (serat) yang digunakan (gambar 2.2). Komposit serat (fibrous composites) terdiri dari satu lamina
(lapisan) yang menggunakan penguat berupa serat (fiber) yang disusun secara acak maupun dengan arah orientasi tertentu bahkan dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Komposit partikel (particulate composites) menggunakan partikel (serbuk) sebagai penguat dan terdistribusi secara merata di dalam matriks. Dan komposit laminat (laminated composites) jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sendiri ( Morissco, 1999).
Sedangkan beberapa sifat fisika bambu (fiber), antara lain: wettability
yaitu kemampuan cairan untuk menempel pada permukaan benda padat yang berpengaruh terhadap adhesi. Kandungan air, mempengaruhi sifat mekanik bambu sebelum perlakukan 50 – 99 % setelah dikeringkan 12–18 %. Berat jenis bambu antara 600 – 900 kg/m3 untuk bambu apus memiliki berat jenis rata-rata 820 kg/m3 (≈ 82 N/mm2) Penelitian di bidang bambu terdahulu dengan semua spesimen uji dibuat dari bambu yang tanpa buku. Sebagai pembanding dipakai baja tulangan beton dengan tegangan luluh sekitar 2400 kg/cm2 (≈ 240 N/mm2), hasil dalam penelitian tersebut seperti pada gambar 2.3 di bawah ini:
Gambar2.2. Jenis komposit. (a) komposit serat, (b) komposit partikel dan (c) komposit laminat Matriks Matriks Matriks Fiber Fiber (c) (a) (b)
Berdasarkan kurva regangan- regangan di atas, kuat tarik bambu ori cukup tinggi hampir mencapai 5000 kg/cm2 dan kuat tarik rata-rata bambu petung juga lebih tinggi dari baja. Dalam makalah ini jenis bambu yang dipilih sebagai penguat adalah bambu apus (gigantochloa apus) dengan pertimbangan bambu ini bersifat kuat, liat, dan lurus. Bambu apus tidak mudah terserang hama bubuk sekalipun tidak diawetkan. Namun kesulitan dalam teknik komposit serat alam adalah bahan alam mempunyai struktur dan karakter yang kompleks sehingga
diperlukan perlakuan khusus. Pokok permasalahan makalah ini adalah pengembangan bahan alam (bambu apus) sebagai bahan penguat (reinfrocement) pada komposit epoxy dan karakteristik mekanik dari bahan komposit berpenguat serat bambu. Dengan harapan, bahan alam ini dapat dijadikan sebagai bahan alternatif disamping penggunaan bahan baku sintetis pada industri komposit. Sehingga dapat diprediksi layak atau tidaknya bambu untuk dijadikan bahan penguat komposit (Deni .S,dkk.2008).
Beton adalah bahan konstruksi yang berbasis perekat semen, dan agregatnya berupa: pasir dan batu (kerikil). Beton umumnya digunakan untuk konstruksi rumah, gedung, jembatan, jalan dan lain-lain. Karakteristik beton yang beredar di pasar, memiliki densitas sebesar: 2,0 – 2,5 g/cm3, dan kuat tekan: 3 – 50 MPa (Yassar .E .,dkk .2008). Beton ini tergolong cukup berat, untuk satu panel berukuran 240 x 60 x 6 cm, dengan bobot sekitar 100 - 125 kg. Oleh karena itu untuk mengangkat ataupun instalasinya memerlukan tenaga lebih dari satu orang atau alat berat sebagai media pembantu. Beton dengan perekat semen disamping berat, mempunyai kelemahan lainnya: pengerasannya cukup lama (28 hari), tidak tahan terhadap lumut atau kelembaban tinggi dan menyebabkan beton cepat rapuh (Cavaleri, L.N., dkk,2003). Cara mengatasinya, perlu dilakukan proses perekayasaan material beton sehingga kelemahan tersebut dapat diminimalkan
Menurut Tjokrodimuljo dan Kardiyono,1996 ,beton serat adalah bahan komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain yang berupa serat. Serat pada umumnya berupa batang – batang dengan diameter antara 5 dan 500 mm, dan panjang sekitar 25 mm sampai 100 mm. Bahan serat berupa serat asbestos, serat tumbuh – tumbuhan (rami, bambu, ijuk) serta serat plastik (polypropylene) atau potongan kawat baja. Sedangkan menurut Suhendro, 1991 , beton serat adalah beton yang terdiri dari serat baja, serat plastik, serat karbon dan serat fiberglass. Untuk keperluan non struktural, dapat digunakan pula serat dari bahan alamiah seperti ijuk, sabut kelapa atau serat dari tumbuh – tumbuhan lainnya.
Beton serat (Fiber Reinforced Concrete) menurut ACI Committee yang dikutip oleh Suryani, 1996 adalah konstruksi beton dengan bahan yang terdiri atas semen, agregat halus, agregat kasar dan sejumlah kecil serat (fiber).
Kelecakan (workability) beton akan berkurang dengan adanya penambahan serat, yang sejalan dengan pertambahan konsentrasi serat (volume friction) dan aspek rasio serat, yaitu panjang serat dibagi diameter serat (1/d). Penurunan workability
dapat diatasi dengan memperbesar jumlah air semen atau pemakaian bahan tambahan (additive). Jika serat yang dipakai mempunyai modulus elastisitas lebih tinggi dari pada beton, misalnya kawat baja, maka beton serat mempunyai kuat tekan, kuat tarik, maupun modulus elastisitas yang sedikit lebih tinggi dari pada beton biasa.
Ferrocement (fiber reinforced concrete) merupakan komposit yang digunakan sebagai bahan bangunan dan konstruksi rumah. Terdiri dari matriks (bahan pengikat) dari mortar (campuran semen, pasir, dan air dengan komposisi tertentu), fiber dari kawat anyaman (wire mesh), dan tulangan rangka sebagai penguat. Teknik pengerjaan tidak jauh berbeda dengan pengerjaan beton bertulang pada umumnya. Hanya saja pada ferrocement memerlukan volume yang lebih sedikit dari beton bertulang. Pengembanganya telah dimulai sekitar 25 tahun yang lalu untuk aplikasi struktur pantai. Setelah tahun 1978, ferrocement mulai diaplikasikan untuk struktur masjid, bangunan monumental, dan struktur irigasi.
Ferrocement sangat tepat apabila digunakan sebagai bangunan dan konstruksi perumahan, karena kuat, dan cepat dalam pengerjaan dibandingkan dengan dinding bata konvensional. Kelebihan lainnya adalah dapat dicetak dalam berbagai bentuk dengan ukuran lebih kecil dari 25 mm, lebih ringan, biaya perawatan yang rendah, dan life time tinggi. Dari penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa ferrocementmemiliki ketahanan terhadap beban impak yang tinggi, awet, dan kedap air. Untuk pengembangan selanjutnya di harapkan
ferrocement dapat digunakan untuk aplikasi rumah tahan gempa dan lambung kapal. Susunan ferrocement yang terdiri dari mortar dan tulangan baja ditampilkan pada gambar 2 4.
Matriks (pengikat
Di dalam ferrocement, matriks berfungsi sebagai pengisi ruang komposit untuk mentransfer tegangan antar matriks, melindungi dari kondisi lingkungan luar dan menjaga permukaan serat dari pengikisan serat (fiber). Dengan demikian serat tersebut dapat bekerja secara efektif jika diatur dalam arah, dimana serat tersebut memiliki kekuatan tarik terbesar dan akan memberikan manfaat pada saat regangan yang besar terjadi. Pada campuran mortar, semen yang digunakan haruslah terbebas dari lumpur dan benda asing lainnya serta dikondisikan kering dalam jangka waktu pendek (PHHB Group,2008).
2.2.Semen PC (Potland Cement)
Semen merupakan bahan yang mempunyai sifat adhesif dan kohesif, digunakan sebagai bahan pengikat (bounding material) yang dapat mengikat butiran – butiran agregat menjadi bentuk yang kompak. Semen yang biasa digunakan sebagai material ferrocement adalah semen tipe portland, karena
Gambar2.4. Susunan ferrocement ( Djausal , A.2001)
Reinforced
memilki kualitas baik. Pasir yang digunakan harus dapat menghasilkan adukan dan ikatan yang baik dengan semen, air, dan serat kelapa.
2.3. Pasir
Pemilihan pasir yang kurang baik dapat menyebabkan kelembaban masuk ke dalam struktur sehingga mempengaruhi ketahanan dan kekuatan struktur
ferrocement. Selain itu pasir harus terbebas dari bahan – bahan organik (Helmi, 2007). Pasir juga berfungsi untuk mengurangi dan mengatur susut kering (dry shringkage) sehingga mengurangi kemungkinan retak pada struktur ferrocement.
Pasir yang umum digunakan adalah pasir alam yang mengandung silika, batuan basalt, dan koral halus.
2.4 Air
Air pada campuran mortar berguna untuk menimbulkan reaksi kimia pada semen dan merupakan bahan pelarut material ferrocement. Kadar air yang berlebihan pada campuran ferrocement dapat menimbulkan gelembung – gelembung pada struktur ferrocement, tetapi kekurangan air dapat berdampak pada reaksi kimia yang tidak sempurna antara semen dengan air pada campuran mortar.
2.5 Tandan kosong kelapa sawit
Limbah padat sawit merupakan limbah yang dihasilkan dari perkebunan kelapa sawit. Limbah padat yang dihasilkan antara lain berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS), serat buah, cangkang, pelepah, daun dan batang sawit.
Gbr 2.5 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Penambahan serat kelapa berdampak terhadap kenaikan sifat mekanik
ferrocement, hal ini disebabkan ketika matriks diberikan beban, sebagian beban akan dipindahkan ke serat disepanjang permukaannya. Karena adanya perbedaan kekakuan antara serat dengan matriks, terjadi tegangan geser disepanjang permukaan serat sehingga serat lebih kaku dan deformasi di sekitar serat menjadi kecil. Ketika matriks retak, serat akan membawa gaya pembebanan melalui retakan, memindahkan beban dari satu sisi matriks ke sisi yang lain hingga merata. Sedangkan penurunan pada penambahan 10 % serat kelapa disebabkan oleh fraksi volume serat yang terlalu banyak dapat mengurangi daya ikat matriks terhadap serat sehingga dapat menurunkan sifat mekanik secara kesuluruhan. Pengaruh serat (fiber) terhadap sifat mekanik ferrocement diperlihatkan pada gambar 2.6:
Gambar2.6 Pengaruh serat (fiber) terhadap sifat mekanik ferrocement
Material komposit berpenguat dari serat alam yang digunakan sebagai bahan bangunan telah dicoba untuk menggantikan serat sintetik berbasis fiber reinforced concrete (FRC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa serat alam sangat potensial untuk dijadikan sebagai bahan bangunan karena bersifat
2.6 Pengujian dan Karakterisasi 2.6.1 Densitas
Untuk uji kerapatan (densitas) material, sampel uji yang digunakan berukuran 20 cm x 5 cm x5 cm. Dari hasil pengukuran berat dan volume setiap sampel uji, kemudian dilakukan perhitungan kerapatan bahannya dengan menggunakan persamaan: V m = ρ (1) 2.6.2 Penyerapan air
Besarnya penyerapan air (water absorption) oleh beton adalah merupakan ratio perbedaan massa sebelum direndam (MK) dan setelah direndam sampai
keadaan jenuh (Mb) dan memenuhi persamaan:
Wa = 𝑀𝑘 𝑀𝑏−𝑀𝑘 (2) Wa = penyerapan air ( % ) Mk = massa kering ( kg ) Mb = massa basah (kg ) 2.6.3 Kuat tekan
Kuat tekan (compressive strength) beton ringan, σ = F/A, dimana gaya
tekan F diukur dengan menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM) dan A adalah luas penampang benda uji berbentuk lingkaran (penampang silinder). Pengujian kuat tekan dilakukan mengacu pada ASTM C-947-99 menggunakan peralatan UTM dengan kapasitas maksimum 100 kN. Universal testing machine (UTM) .
Kekuatan tekan beton dinyatakan dengan beban (tegangan) maksimum yang dapat dipikulnya. Oleh karena itu dengan bertambahnya kekuatan sifat – sifat lainnya bertambah baik pula dan karena percobaan untuk menentukan
kekuatan tekan adalah sangat mudah, maka kekuatan tekan beton dalam industri konstruksi biasa dipakai untuk menilai serta untuk mengendalikan mutu beton dan untuk tujuan persyaratan spesifikasi. Beton merupakan suatu bahan yang relatif getas dan relatif lemah dalam memikul tegangan tarik.
Kekuatan beton tergantung pada:
• Kekuatan agregat, khususnya agregat kasar
• Kekuatan pasta semen
• Kekuatan ikatan / lekatan antara semen dengan agregat
Kekuatan tekan beton adalah muatan tekan maksimum yang dapat dipikul per satuan luas. Kekuatan tekan beton yang dapat dicapai adalah 800 kg/cm2 (80 KN/mm2) dengan menggunakan semen dengan mutu terpilih, perbandingan – perbandingan bahan campuran dan cara pemadatan yang seksama serta sarana – sarana perawatan yang menguntungkan. Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan maksimum fc pada saat beton mencapai usia 28 hari. Nilai kuat tekan beton ini didapatkan melalui cara pengujian standar dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM). Pemberian beban tekan dilakukan bertingkat dengan kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji silinder. Beban yang diberikan akan dipikul rata oleh penampang sehingga memberikan tegangan.
2.6.4 Kuat bending ( MOR)
Untuk mengetahui kekuatan bending suatu material, dapat dilakukan dengan pengujian bending terhadap material tersebut (Gibson, 1994). Data hasil pengujian kemudian dilakukan analisa MOR (Modulus of Rupture) dengan menggunakan persamaan berikut.
2 2 3 bh FL b = σ (3)
Sampel uji berukuran 20 cm x 5 cm x 5 cm. Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat universal testing machine (UTM) dengan panjang bentang (L)
10 cm. Pembebanan dilakukan pada posisi tengah bentang sampel uji. Skema uji bending beton seratdapat dilihat pada gambar 2.7 berikut:
Gambar 2.7 Skema uji bending beton serat
2.6.5.Peredaman suara
Pada prinsipnya peredaman suara merupakan besaran fisis yang berkaitan dengan bunyi. Penyerapan bunyi ( sound absorbing ) adalah perbandingan antara energi bunyi yang tidak dipantulkan kembali dengan energi keseluruhan yang datang. Pemantulan energi bunyi pada material dapat diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut:
Gambar 2.8 : Pemantulan energi bunyi pada material.
Penyerapan bunyi adalah kemampuan suatu bahan untuk meredam bunyi yang datang ,dihitung dalam persen atau pecahan berniai 1 ≥ α ≥0.
Nilai 0 berarti tidak ada peredaman bunyi (bunyi dipantulkan sempurna ).
Sedangkan nilai 1 berarti bunyi yang datang diserap seluruhnya atau tidak ada yang dipantulkan ( Blaga,et all ,2004) .Menurut ISO 11654 suatu bahan dapat dikategorikan sebagai peredam suara jika mempunyai koefisien absorbsi minimal 0,15 ( Haque. N 1997)
Untuk menentukan koefisien absorpsi suara pada beton ringan dapat dihitung dengan persamaan berikut :
α = I datang
I serap (4)
βd = 10 log I datang
Io (5) Energi yang diserap
energi datang
energi yang diteruskan
Energi yg terpantul
βs = 10 log I serap
Io (6)
dimana:
α = koefisien absorbsi suara
Idatang = intensitas suara yang datang pada bahan ( W/ m2)
Iserap = intensitas suara yang diserap bahan ( W/ m2)
IO = intensitas acuan = 10 -12 ( W/ m2)
Βd = tingkat intensits suara yang datang pada bahan ( dB)
