BAB 2 BAB 2
KAJIAN LITERATUR KAJIAN LITERATUR
2
2..0 0 PPeennggeennaallaann
Bahan komposit merupakan penyatuan dua bahan yang digabungkan secara Bahan komposit merupakan penyatuan dua bahan yang digabungkan secara makroskopik untuk menghasilkan bahan baru yang lebih kukuh kekuatannya serta makroskopik untuk menghasilkan bahan baru yang lebih kukuh kekuatannya serta lebih berguna. Penyatuan bahan ini adalah terdiri daripada kumpulan-kumpulan lebih berguna. Penyatuan bahan ini adalah terdiri daripada kumpulan-kumpulan gentian dan matrik polimer dalam membentuk suatu bahan yang dinamakan “ Fibre gentian dan matrik polimer dalam membentuk suatu bahan yang dinamakan “ Fibre Reinforced Polymer ( FRP).”
Reinforced Polymer ( FRP).”
Di antara keistimewaan bahan FRP ini ialah kek
Di antara keistimewaan bahan FRP ini ialah kekuatan yang dihasilkan akanuatan yang dihasilkan akan berbeza dengan corak susunan gentian
berbeza dengan corak susunan gentian serta jenis serta jenis gentian yang gentian yang digunakan. Ianya jugadigunakan. Ianya juga merupakan suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi berbanding dengan merupakan suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi berbanding dengan beratnya sendiri.
beratnya sendiri.
2.1 Gentian 2.1 Gentian
Gentian merupakan suatu asas kepada pembuatan bahan komposit, ia Gentian merupakan suatu asas kepada pembuatan bahan komposit, ia
merupakan sebagai tetulang yang akan menerima beban dan memberi kekuatan pada merupakan sebagai tetulang yang akan menerima beban dan memberi kekuatan pada satu arah. Ia boleh disusun supaya dapat memberi kekuatan yang diinginkan. Terdapat satu arah. Ia boleh disusun supaya dapat memberi kekuatan yang diinginkan. Terdapat banyak bahan yang boleh dijadikan bahan tetulang. Ia samada diperolehi hasil
banyak bahan yang boleh dijadikan bahan tetulang. Ia samada diperolehi hasil
pembuatan manusia seperti kaca, karbon dan aramid. Sumber semulajadi pula terdiri pembuatan manusia seperti kaca, karbon dan aramid. Sumber semulajadi pula terdiri dari seluloid didalam kayu, sabut kelapa dan buluh.
dari seluloid didalam kayu, sabut kelapa dan buluh.
2.
2.2 2 PPenengkgkelelasasan an babahahan n FRFRPP
FRP merupakan salah satu bahan komposit yang
FRP merupakan salah satu bahan komposit yang terhasil diantara gabunganterhasil diantara gabungan gentian dan resin matrik. Hasil daripada penggabungan ini telah menghasilkan satu gentian dan resin matrik. Hasil daripada penggabungan ini telah menghasilkan satu bahan lain yang jauh lebih baik dari segi kekuatan berbanding bahan asal. Bahan bahan lain yang jauh lebih baik dari segi kekuatan berbanding bahan asal. Bahan daripada FRP ini boleh dibahagikan kepada 3 jenis yang utama:
daripada FRP ini boleh dibahagikan kepada 3 jenis yang utama:
•• Polimer Bertetulang Gentian KacaPolimer Bertetulang Gentian Kaca •• Polimer Bertetulang Gentian KarbonPolimer Bertetulang Gentian Karbon •• Polimer Bertetulang Gentian AramidPolimer Bertetulang Gentian Aramid
2.
2.2.2.1 1 PoPolilimemer r BeBertrtetetululanang g GeGentntiaian n KaKaca ca (G(GFRFRP)P)
GFRP merupakan bahan komposit yang menggabungkan resin dan gentian GFRP merupakan bahan komposit yang menggabungkan resin dan gentian kaca untuk memperolehi suatu bahan yang berguna bagi berbagai kegunaan. Bahan kaca untuk memperolehi suatu bahan yang berguna bagi berbagai kegunaan. Bahan polimer jika tidak diolah sebegini akan mempunyai kelemahan iaitu sifat kekakuan polimer jika tidak diolah sebegini akan mempunyai kelemahan iaitu sifat kekakuan dan kekuatan yang rendah serta berlaku proses rayapan semasa dikenakan beban dan kekuatan yang rendah serta berlaku proses rayapan semasa dikenakan beban walaupun perlindungan terhadap permukaan yang dianggap baik [5]. Manakala bahan walaupun perlindungan terhadap permukaan yang dianggap baik [5]. Manakala bahan gentian kaca ini mempunyai kekuatan yang lebih baik tetapi rapuh.
merupakan sebagai tetulang yang akan menerima beban dan memberi kekuatan pada merupakan sebagai tetulang yang akan menerima beban dan memberi kekuatan pada satu arah. Ia boleh disusun supaya dapat memberi kekuatan yang diinginkan. Terdapat satu arah. Ia boleh disusun supaya dapat memberi kekuatan yang diinginkan. Terdapat banyak bahan yang boleh dijadikan bahan tetulang. Ia samada diperolehi hasil
banyak bahan yang boleh dijadikan bahan tetulang. Ia samada diperolehi hasil
pembuatan manusia seperti kaca, karbon dan aramid. Sumber semulajadi pula terdiri pembuatan manusia seperti kaca, karbon dan aramid. Sumber semulajadi pula terdiri dari seluloid didalam kayu, sabut kelapa dan buluh.
dari seluloid didalam kayu, sabut kelapa dan buluh.
2.
2.2 2 PPenengkgkelelasasan an babahahan n FRFRPP
FRP merupakan salah satu bahan komposit yang
FRP merupakan salah satu bahan komposit yang terhasil diantara gabunganterhasil diantara gabungan gentian dan resin matrik. Hasil daripada penggabungan ini telah menghasilkan satu gentian dan resin matrik. Hasil daripada penggabungan ini telah menghasilkan satu bahan lain yang jauh lebih baik dari segi kekuatan berbanding bahan asal. Bahan bahan lain yang jauh lebih baik dari segi kekuatan berbanding bahan asal. Bahan daripada FRP ini boleh dibahagikan kepada 3 jenis yang utama:
daripada FRP ini boleh dibahagikan kepada 3 jenis yang utama:
•• Polimer Bertetulang Gentian KacaPolimer Bertetulang Gentian Kaca •• Polimer Bertetulang Gentian KarbonPolimer Bertetulang Gentian Karbon •• Polimer Bertetulang Gentian AramidPolimer Bertetulang Gentian Aramid
2.
2.2.2.1 1 PoPolilimemer r BeBertrtetetululanang g GeGentntiaian n KaKaca ca (G(GFRFRP)P)
GFRP merupakan bahan komposit yang menggabungkan resin dan gentian GFRP merupakan bahan komposit yang menggabungkan resin dan gentian kaca untuk memperolehi suatu bahan yang berguna bagi berbagai kegunaan. Bahan kaca untuk memperolehi suatu bahan yang berguna bagi berbagai kegunaan. Bahan polimer jika tidak diolah sebegini akan mempunyai kelemahan iaitu sifat kekakuan polimer jika tidak diolah sebegini akan mempunyai kelemahan iaitu sifat kekakuan dan kekuatan yang rendah serta berlaku proses rayapan semasa dikenakan beban dan kekuatan yang rendah serta berlaku proses rayapan semasa dikenakan beban walaupun perlindungan terhadap permukaan yang dianggap baik [5]. Manakala bahan walaupun perlindungan terhadap permukaan yang dianggap baik [5]. Manakala bahan gentian kaca ini mempunyai kekuatan yang lebih baik tetapi rapuh.
Pengabungan bahan ini secara tersusun diantara bahan plastik (resin) dan Pengabungan bahan ini secara tersusun diantara bahan plastik (resin) dan gentian kaca membolehkan
gentian kaca membolehkan ianya mepunyai sifat yang tersendiri dan kuat. Diantaraianya mepunyai sifat yang tersendiri dan kuat. Diantara bahan plastik yang digunakan ialah:
bahan plastik yang digunakan ialah:
a) Termoplastik- contohnya ialah “nyalon”,”polycarbonates”,”vinyls” dan a) Termoplastik- contohnya ialah “nyalon”,”polycarbonates”,”vinyls” dan
“acrylics” “acrylics”
b) Termoset- contohnya ialah epoksi, berfenol dan
b) Termoset- contohnya ialah epoksi, berfenol dan “polyurethanes”[ 1]“polyurethanes”[ 1]
Contoh bahan gentian kaca adalah seperti berikut: Contoh bahan gentian kaca adalah seperti berikut:
•• “Chopped strand mat”“Chopped strand mat” •• “Reinforcing mat”“Reinforcing mat” •• “Woven roving”“Woven roving” •• “Milled fiber”“Milled fiber”
Bagi
Bagi mempercepatkan tindakbalas penggabungan bahan mempercepatkan tindakbalas penggabungan bahan ini berlaku ini berlaku terdapatterdapat bahan pemangkin yang digunakan bagi tujuan itu [6], ianya terdiri daripada bahan bahan pemangkin yang digunakan bagi tujuan itu [6], ianya terdiri daripada bahan organik peroksida yang terdapat di dalam bentuk cecair dan serbuk. Manakala organik peroksida yang terdapat di dalam bentuk cecair dan serbuk. Manakala pencepat pengerasan terdiri daripada
pencepat pengerasan terdiri daripada bahan “cobalt soap” atau bahan “cobalt soap” atau “tertiary “tertiary amines”.amines”.
Di dalam pasaran pula terdapat beberapa jenis percampuran gentian kaca Di dalam pasaran pula terdapat beberapa jenis percampuran gentian kaca yang mempunyai kelainan dari segi kekuatan mekanikalnya iaitu, kaca-E ia
yang mempunyai kelainan dari segi kekuatan mekanikalnya iaitu, kaca-E ia
merupakan yang terbanyak digunakan dan murah, maksud E disini ialah gred elektrik. merupakan yang terbanyak digunakan dan murah, maksud E disini ialah gred elektrik. Manakala kaca-S pula mempunyai kekuatan yang lebih tinggi berbanding kaca-E, Manakala kaca-S pula mempunyai kekuatan yang lebih tinggi berbanding kaca-E, disini S membawa maksud kekuatan .
disini S membawa maksud kekuatan . Satu lagi jenis ialah AR, ia mempunyaiSatu lagi jenis ialah AR, ia mempunyai kandungan zirconia yang
kandungan zirconia yang berperanan menahan pengaratan dari berperanan menahan pengaratan dari tindakan alkali, ditindakan alkali, disinisini AR membawa maksud tahan
AR membawa maksud tahan alkali (alkali resistant). Jadual 2.0 menunjukkanalkali (alkali resistant). Jadual 2.0 menunjukkan kekuatan mekanikal jenis-jenis kaca kaca tersebut.
Jadual 2.0 Kekuatan Makanikal Gentian Kaca [5]
Kaca-E Kaca-S Kaca-AR Kekuatan Tegangan(MPa) 3500-3600 4100 1800-3500 Modulus Keanjalan(GPa) 74-75 85 70-76 Pemanjangan(%) 4.8 - 2-3 Ketumpatan(kg/m3) 2600 2500 2270 Ukurlilit(µ m) 8-12 - 8-12
2.2.2 Polimer Bertetulang Gentian Korbon (CFRP)
Bahan CFRP merupakan suatu bahan dari kumpulan plastik bertetulang yang mempunyai nisbah kekuatan tegangan yang tinggi terhadap beratnya serta nisbah modulus keanjalan yang tinggi. Manakala kelemahan yang ketara bagi penggunaan bahan CFRP ialah mempunyai rintangan impak yang rendah dan konduktor elektrik yang baik [1]. Harganya yang mahal juga merupakan halangan kepada pengunaan secara meluas di dalam industri pembinaan. Kebanyakkan CFRP digunakan di dalam bidang angkasalepas dimana keringanan beban lebih diutamakan daripada kos.
Bahan gentian karbon diperolehi daripada 2 proses ataupun bahan mentah iaitu bahan tekstil (PAN) dan bahan “pitch”. Kebiasaannya gentian “pitch” kurang 20% mutunya berbanding gentian PAN. Gelaran HT dan HM membawa maksud
tekanan tinggi dan modulus tinggi[6]. Perbandingan kedua-dua bahan tersebut boleh di lihat melalui Jadual 2.1 berikut:
PAN HT PAN HM PITCH HT PITCH HM Kekuatan Tegangan(MPa) 3500 2500-4000 780-1000 3000-3500 Modulus Keanjalan(GPa) 200-240 350-650 380-400 400-800 Pemanjangan(%) 1.3-1.8 0.4-0.8 2.1-2.5 0.4-1.5 Ketumpatan(kg/m3) 1700-1800 1800-2000 1600-1700 1900-2100 Ukurlilit (µ m) 5-8 5-8 9-18 9-18
CFRP telah dikomesilkan dalam 3 bentuk asas iaitu panjang yang berterusan (long and continous), dipotong 6 hingga 50mm panjang dan “milled” 30 hingga 3000µ m panjang. Bagi bentuk yang panjang dan berterusan iaitu dalam bungkusan yang mempunyai 1000 hingga 160,000 filamen, digunakan untuk pengimplikasikan bahan yang bermutu tinggi. Harga bahan gentian karbon semakin meningkat
bergantung kepada jumlah filamen. Walaupun jumlah filaman yang banyak diperlukan untuk meningkatkan produktiviti operasi pengacuan berterusan seperti belitan filamen dan penarikan, namun ia menjadi semakin sukar untuk mencampurkan dengan matrik. Filamen yang kering tidak menjamin sifat mekanikal yang baik [7].
2.2.3 Polimer BertetulangGentian Aramid (AFRP)
Gentian daripada bahan aramid boleh menghasilkan kekuatan tegangan yang sehingga 7 hingga 8 kali kekuatan kabel keluli dan mempunyai kestabilan yang baik terhadap perubahan suhu [7]. Oleh itu AFRP digunakan secara meluas didalam
industri permotoran seperti pembuatan “tire cord” dan “timing belt”.
Di dalam gentian aramid terdapat suatu bahan yang dinamakan Kevlar 49, ianya mempunyai spesifik gravity yang rendah dan nisbah tegangan kekuatan berat yang tinggi berbanding gentian tetulang yang lain. Secara kormesialnya yang terdapat di
pasaran seperti Kevlar, Twaron, Technora dan Russian aramid. Jadual 2.2
menunjukkan kekuatan makanikalnya berbanding jenis-jenis yang terdapat di pasaran.
Jadual 2.2 Kekuatan Makanikal Gentian Aramid[7].
Kevlar 49 dan Twaron Technora Russian aramid SVM Kekuatan Tegangan (MPa) 2800 3500 2500-3800 Modulus Keanjalan (GPa) 130 74 130 Pemanjangan(%) 2.3 4.6 3.5 Ketumpatan (Kg/m3) 1450 1390 1430 Ukurlilit (µ m) 12 12 1.5
Kekuatan tegangan bagi gentian aramid adalah lebih tinggi dari gentian kaca sementara modulusnya lebih 50% tinggi berbanding gentian kaca. Kelemahan AFRP ini adalah berkekuatan mampatan yang rendah dan sukar dipotong.
2.3 Kedudukan Tetulang Gentian
Kedudukan tetulang gentian boleh diolah mengikut keperluan
penggunaannya akhirnya. Keperbagaian konfigurasi kedudukan gentian boleh dibahagikan kepada beberapa bahagian seperti berikut[8].
2.3.1 Susunan secara berterusan
Gentian boleh disusun mengikut kehendak pengunaannya , ia juga akan
2.3.1.1 Satu Arah
Bahan yang terbentuk dari susunan dan kedukan gentian yang akan disusun secara selari dalam satu arah sahaja. Bahan ini akan menghasilkan sifat terbaik dalam arah kedudukan gentiannya tetapi lemah dalam sifat sifat pada arah melintang.
2.3.1.2 Susunan secara anyaman
Susunan secara begini mencontohi bentuk anyaman pakaian dan lapisan fabrik dilekatkan pada gentian tersebut dengan mengunakan matrik. Bahan ini biasanya
mempunyai ciri yang baik dan mudah untuk dikendalikan.
2.3.1.3 Susunan secara berlapis
Gentian disusun searah dan berselari dengan beberapa lapisan yang lain yang yang berlainan arah bagi mendapat kekuatan pada semua arah. Kos yang agak tinggi diperlukan bagi susunan begini.
2.3.1.4 Gentian disusun secara rawak
Gentian akan disusun tanpa suatu arah yang tetap dan berselerak di dalam matrik dengan jarak kebiasaannya 25mm atau kurang.
2.4 Pemilihan Resin
Resin mempunyai berbagai jenis dan mempunyai sifat makanikal yang berbeza. Pemilihan yang betul akan memberi kesan terhadap mutu keseluruhanya.
2.4.1 Epoksi [9]
Ia merupakan suatu bahan yang telah diketahui keberkesanannya dan telah digunakan dengan meluas didalam penghasilan bahan FRP selain daripada kerja struktur dan kerja pembaikan.
Kelebihan penggunaan resin epoksi berbanding resin lain ialah:
• Tahap pengecutan kering kurang
• Ia boleh diadun dengan kebanyakkan resin dan diformulakan semula
• Proses pengawetan menjadi lebih mudah dengan penggunaan bahan tambah tertentu.
Kebiasaan ia digunakan apabila untuk menghasilkan suatu keperluan yang tinggi terhadap keupayaan makanikal serta tahan terhadap egen pengaratan. Ia boleh digunakan dengan kebanyakan bahan gentian seperti gentian kaca, karbon dan aramid. Proses pembuatan boleh dilakukan dengan berbagai teknik.
2.4.2 Vinil Ester (Vinyl Ester)[9]
Ia merupakan hasil pembangunan kebaikan resin epoxy dengan mudah untuk digunakan dan senang untuk mencapai set. Ia merupakan tindakbalas diantara resin epoksi dan bahan tak berkitar (acyclic material) atau asid methacylic . Kelebihan yang ada termasuklah:
• Tahan karat.
• Tahan terhadap perubahan suhu harian yang melampau.
2.4.3 Resin Berfenol (Phenolic Resin)
Resin berfenol telah lama digunakan di dalam pembuatan produk FRP, berbanding bahan yang berasaskan polimer yang lain. Resin jenis ini akan
menghasilkan 4 jenis tindakbalas kimia:
• Pembentukan metinol fenol
• Gabungan metinol fenol dan fenol akan membentuk titian metilina • Gabungan kedua kumpulan diatas akan membentuk titian eter • Penguraian titian eter akan terbentuk “formaldehid”
Peringkat penghasilan produk FRP dengan menggunakan bahan polimer Berfenol mempunyai dua proses peringkat peghasilan iaitu resin satu peringkat dan dua peringkat.
2.5 Kaedah Penghasilan Produk FRP
2.5.1 Penghasilan Tangan (hand lay-up)
Kaedah ini adalah proses yang mula-mula dipraktikkan dalam industri FRP. Sehingga kini ia masih digunakan di dalam peghasilan prodak FRP ini. Proses
penghasilan tangan ini terbahagi kepada dua iaitu basah dan sentuh. Diantara produk yang dihasilkan menggunakan kaedah ini ialah pembinaan bot, replika dan juga panel
bangunan. Bagi penghasilan kompenan secara kecil kecilan kaedah, penghasilan tangan ini merupakan yang amat sesuai memandangkan kosnya yang rendah tanpa melibatkan acuan yang tinggi kosnya.
Kebaikan yang diperolehi menggunakan kaedah ini ialah
• Teknik yang mudah
• Pelaburan yang rendah
• Saiz yang hendak dihasilkan tidak terhad
• Pengubahsuai rekabentuk mudah dan murah kerana tidak memerlukan acuan
Kelemahan yang ada ialah
• Masa yang tidak kos efektif
• Penggunaan tenaga buruh yang ramai
• Hanya satu permukaan licin yang dapat dihasilkan
• Kualiti penyudahan amat bergantung kepada kepakaran pekerja itu sendiri.
2.5.2 Semburan (Spray up)
Pada asasnya kaedah semburan adalah sama dengan kaedah penghasilan tangan kecuali teknik pelapisan dilakukan secara mekanikal menggunakan alat semburan. Ini bersesuaian jika masa merupakan faktor yang diperlukan sebagai panduan dan juga keluasan permukaan yang dibina. Jenis gentian yang sesuai ialah gentian kaca samada berbentuk bebenang ataupun debuan.
• Kuantiti penghasilan boleh ditingkatkan • Lebihan barangan boleh dikurangkan
• Menggunakan gentian berbentuk bebenang lebih murah berbanding berbentuk tikar
• Peralatan semburan bukanlah suatu bebanan kerana harganya tidak tinggi • Nisbah bahan gentian dan resin boleh ditentukan dengan agak tepat.
Kelemahan proses semburan ialah :
• Pelaburan lebih besar berbanding kaedah penghasilan tangan • Hasil keluaran mempunyai satu permukaan licin sahaja
• Kadar penggunaan bahan mentah juga bergantung kepada sukatan manusia
• Pam mudah rosak
2.5.3 Belitan Filamen(Filament Winding)
Di dalam kaedah Belitan Filamen bahan gentian bertetulang berbentuk filamen benang berterusan di gunakan sebagai tetulang utama. Acuan berbentuk selinder berputar pada satu paksi tetap, iaitu selari dengan paksi kompenen pelilit gentian yang telah direndamkan ke dalam bekas berisi resin dan belitan tersebut bersudut diantara 25°hingga 35°.
2.5.4 Kaedah Acuan Tertutup
Kaedah Acuan Tertutup ini boleh terdapat dalam 6 jenis seperti berikut:
• Pengacuan tekanan panas • Pengacuan tekanan sejuk
• Pengacuan suntikan
• Pengacuan suntikan tindakan bertetulang
• Suntikan resin
2.6 Ciri ciri bahan FRP
Bahan FRP yang akan dikaji lebih tertumpu kepada kesesuaian sifat sifat fizikalnya yang memenuhi keperluan dalam bidang Kejuruteraan Awam. Sifat fizikal ini amat bergantung kepada matrik dan gentian yang digunakan.
2.6.1 Kekuatan
Bahan FRP yang digunakan dalam kerja-kerja Kejuruteraan Awam seharusnya memenuhi keperluan bagi menanggani daya mampatan dan tegangan, contohnya apabila ia menanggung beban seperti rasuk. Sifat rintangan anggota FRP terhadap daya lenturan perlu diketahui sebelum ianya boleh digunakan. Pada
umumnya kekuatan lenturan bergantung kepada kandungan gentian kaca dan kandungan kacanya[1]. Jadual 2.3 menunjukkan kekuatan lenturan gentian kaca berdasarkan jenis-jenis susunan gentiannya.
Jadual 2.3: Jenis jenis susunan gentian kaca dan kekuatan lenturan [1]
Susunan gentian kaca Kandungan kaca(%) Kekuatan
Lenturan(N/mm2)
Tiada 0 100-135
“Chopped strand mat” 32-35 175-235
“Plain weave fabric” 60-65 345-415 “Satin weave fabric” 60-65 380-550 “Directional weave fabric” 65-70 620-650 “Directional roving” 70-75 1050-1100
2.6.2 Ketahanlasakan
Ketahanlasakan merupakan suatu kreteria yang amat diperlukan bagi sesatu bahan binaan. Bagi bahan FRP ini, ketahanlasakan yang amat penting meliputi
rintangan terhadap air, haba, cahaya dan bahan kimia [8]
Rintangan terhadap air adalah amat baik kerana terdapat lapisan resin plastik yang menutup keseluruhan bahan gentian di dalamnya.
Bagi ketahanan terhadap cahaya UV (utra violet) dimana kesan terhadap dedahan yang berterusan terhadap cahaya tidak akan memberi kesan yang
kebiasaannya akan menguningkan permukaan.
Ketahanan terhadap bahan kimia di jelaskan di dalam Jadual 2.4. Ianya bergantung kepada jenis gentian yang di gunakan, ia berbeza-beza mengikut jenis gentian yang digunakan
Jadual 2.4: Ketahanan terhadap bahan kimia[8]
Jenis sebatian
Sebatian kimia
Karbon Aramid Kaca
Asid HidroklorikGP-Grade pitch* HP-Grade Pitch* HT-Type Pan* HM-Type PAN* Kevlar 49* Techhnor a* E-Kaca* R-Kaca* Sulfrit B A A A D BD
-Nitrit A A A A D BD -Alkali Hidroklorik sodium B A A A D BD -Air garam A A A A B BC B Bahan organik terlarut Actone A A A A A BC -Benzena A A A A A - A Gasolin A A A A A BA *Petunjuk:A=Terbaik,B=Baik,C=Sederhana,D=Tidak Baik 2.6.3 Rayapan
Seperti kebanyakkan bahan plastik yang lain, FRP lebih cenderung untuk mengalami rayapan dan kehilangan kekuatan disebabkan beban dalam jangka masa panjang. Diantara faktor yang mempengaruhi rayapan adalah suhu, dan keadaan persekitaran. dimana semakin tinggi suhu semakin tinggi rayapan yang berlaku, disamping itu persekitaran yang lembab juga akan meninggikan rayapan.
2.7 Penyambungan anggota FRP
Teknik penyambungan harus dilakukan mengikut keperluan dan perhatian haruslah diberi agar tidak ada kegagalan berlaku akibat penyambungan yang tidak betul. Penyambungan diantara dua kompenen bahan FRP atau apa-apa bahan
sekalipun akan menyebabkan kemerosotan dari segi kekuatan dan ketegaran. Masalah sering wujud akibat dari kadar pengembangan yang berbeza diantara dua bahan.
Misalnya diantara gentian kaca dan resin itu sendiri mempunyai pekali pengembangan yang berbeza iaitu 7x10-6/°C dan resin pula ialah 80 hingga 90x 10-6/°C. Dalam kes bahan FRP ini suatu teknik yang penyambungan yang berkesan harus digunakan walaupun proses penyambungan itu sendiri tidak menarik minat perekabentuk, namun
hasil daripada penyambungan yang baik akan memberi penjimatan bahan dan keselamatan kepada pengguna.
2.7.1 Jenis Jenis Penyambungan
Pada asasnya terdapat 3 jenis penyambungan yang digunakan didalam pembinaan yang berkaitan dengan FRP iaitu “sealed”, “drained” dan “overlap”[9]
2.7.2 Penyambungan “sealed”
Penyambungan cara ini adalah yang termudah sekali dimana sejenis bahan pelapik tengah (sealant) dijadikan perantaraan dua jenis bahan FRP yang disusun selari. Bahan pelapik tengah ini merupakan bahan lembut dan melekat pada
permukaan bahan tersebut. Bahan pelapik itu sendiri bertindak sebagai pengisi ruang kosong di antara dua penyambungan tersebut.
2.7.3 Penyambungan “Drained”
Pada mulanya penyambungan ini direkabentuk untuk kegunaan pada bangunan yang menggunakan konkrit pra tegasan. Walau bagaimanapun,
penyambungan ini juga boleh digunakan pada bahan FRP ini. Penggunaan jenis
penyambungan ini akan berkesan apabila pada waktu hujan dimana air akan mengalir melalui penghadang yang terletak di luar sistem ini tanpa menggangu penyambungan itu sendiri. Air hujan akan mengalir kearah luar bangunan dan kejadian lelehan air di dinding bangunan boleh dielakkan.
2.7.4 Penyambungan “Overlap”
Ia adalah sejenis penyambungan yang biasa digunakan pada bangunan
tradisional. Kaedah penyambungan ini adalah melalui penyambungan dua jenis bahan FRP disusun secara bertindih diantara satu sama lain. Di sini rivet tidak digalakkan penggunaannya tetapi disyorkan mengunakan bolt. Tetapi dinasihatkan berhati hati kerana gentian komposit selalunya amat mudah untuk mengalami kegagalan ricih jika dikenakan beban yang berlebihan
2.8 Panduan rekabentuk piawai diserata dunia
Panduan untuk merekabentuk menggunakan bahan FRP ini telah dikeluarkan dibeberapa negara, diantar a negara yang telah menggunakan sebagai cadangan
panduan ialah Jepun , Kanada dan United Kingdom.
2.8.1 Jepun
Di Jepun suatu panduan rekabentuk telah diterbitkan pada tahun 1996 iaitu “Recommendation for Design and Construction of Concrete Structure Using
Continous Fiber Reinforcing Material”(JSCE 1997), ia telah diterjemahkan kepada bahasa inggeris pada tahun 1997[10].
Panduan ini dihasilkan dengan kerjasama suatu badan yang dipanggil “JSCE Concrete Committte” yang di mulakan pada tahun 1989 dan berjaya disiapkan pada tahun 1996.
Diantara panduan rekabentuk itu ialah berkenaan pekali bahan dan faktor anggota [8]
• Faktor bahan, γ mf
-1.15 untuk CFRP dan AFRP -1.30 untuk GFRP
2.8.2 Kanada
Panduan rekabentuk yang dikeluarkan oleh “The Canadian Society of Civil Engineer” pada tahun 1989 adalah sebagai cadangan rekabentuk untuk struktur
jambatan dan lain lain struktur. Terdapat satu lagi jawatankuasa yang mengeluarkan cadangan iaitu “Canadian Highway Bridge Design Code (CHBDC) section 16 for FRP” pada tahun 1998.
Diantara yang terkandung didalam cadangan itu ialah: 2.8.2.1 Pengurangan Kekuatan dan Had Tegasan
Ia bertujuan untuk mengambil kira pengurangan kekuatan bahan FRP
akibat dikenakan beban. Diberi tegasan maksima bagi anggota pra tegasan dihadkan kepada φ frp.F.f pu[11].
Dimana:
f pu -kekuatan tegangan tentu(5% daripada φ FRP bar atau
tendon).
GFRP,AFRP danCFR
Seterusnya faktor F diperolehi berdasarkan kepada Jadual 2.5
Jadual 2.5: Faktor F
R= 0.5 1.0 2.0 atau lebih
F utkGFRP 1.0 0.9 0.8
F utkAFRP 1.0 0.6 0.5
F utk CFRP 1.0 0.9 0.9
2.8.2.2 Tetulang Pra Tegasan
Had kebenaran tegasan maksimum anggota tendon FRP pada perigkat
perpindahan diantara pra tegangan dan pasca tegangan diberi dalam Jadual 2.6. Disini f pu sebagai 5% kekuatan tendon.
Jadual 2.6: Tegasan maksima yang dibenarkan dalam tendon FRP[ 9]
Pra Tegangan Pasca Tegangan
GFRP TIADA 0.48f pu
AFRP 0.38f pu 0.35f pu
CFRP 0.60f pu 0.60f pu
Selain dari ini kod cadangan reka bentuk yang tersenarai ialah berkenaan pengunaan bahan FRP sebagai tetulang konkrit. Ia menjelaskan tentang bahan bahan FRP yang dibenarkan penggunaan ke atas struktur. Ia juga merumuskan secara umum bahawa resin termoset sahaja yang dibenarkan pengunaannya, manakala resin
termoplastik yang bersifat tidak stabil terhadap perubahan suhu tidak dibenarkan penggunaannya [9].
2.9 Pembangunan bahan FRP di luar negara
Penggunaan bahan FRP didalam kejuruteraan awam merupakan suatu yang baru berbanding sektor lain. Ketahanan bahan ini masih banyak diperingkat kajian dan masih banyak yang boleh dipertikaikan lagi berbanding besi dan konkrit. Tetapi ia bukanlah alasan kepada penolakan penggunaan bahan ini di Malaysia.
Pengunaannya dipelbagai negara telah membuktikan bahawa bahan ini mempunyai potensi untuk pergi jauh dengan sedikit pengajaran kepada pihak pengguna. Ia nya telah direkodkan dibeberapa negara dan diantaranya ialah:
2.9.1 Jepun
Permulaan kearah penggunaan bahan FRP ini telah dimulakan seawal tahun 1970an dimana kajian telah dilakukan terhadap kaedah yang sesuai menggantikan penggunaan rod besi didalam konkrit. Menurut Profesor Atsuhiko Machida
pembangunan bahan ini di Jepun berkait rapat dengan masalah:
a) Pengaratan struktur marin
b) Keghairahan penyelidik memperkenalkan bahan yang baru
Pembangunan bahan ini amat ketara selepas kejadian gempa bumi pada tahun 1985 di Hyogoken-Nambu [12]. Kerja kerja pembaik pulih dan pengukuhan struktur mengunakan bahan CFRP telah dikenalpasti sebagai penyelesaian terhadap beberapa masalah dan diantaranya ialah:
a) Bahan yang ringan
b) Mudah dikendalikan dengan sedikit kerja kerja sementara c) Cukup panjang bagi mengelakkan banyak kerja penyambungan d) Bebas dari masalah pengaratan
Pengunaan bahan FRP di Jepun lebih tertumpu kepada kerja pengukuhan dan kerja pembaikan. Bahan yang utama disini ialah dari jenis CFRP berbanding AFRP, tetapi GFRP merupakan bahan yang jarang jarang digunakan.
Masalah yang dikenalpasti sebagai penghalang kepada kemajuan bahan ini di Jepun ialah:
a) Kepercayaan terhadap ketahanannya b) Kos hayat yang tinggi
2.9.2 United Kingdom
Era FRP bermula di UK disekitar tahun 1980an dimana pengunaannya terhadap geladak jambatan mula digunakan dan pada awalnya ianya lebih dikenali sebagai “Advance Composite Construction System”(ACCS )[13].
Struktur yang pertama menggunakan sepenuhnya bahan FRP ialah Jambatan Pejalan Kaki Aberfeldy dan ia menjadi jambatan komposit yang terpanjang serta pertama di dunia.
Kerja kerja pengukuhan terhadap terowong London Underground menggunakan bahan CFRP melibatkan kerja kerja seperti berikut:
a) Penambahan rasuk CFRP
b) Pengukuh rentang dan dinding
c) Pengisi sambungan (gap filling)
Selain itu terdapat pelbagai penggunaan lain yang direkodkan dan diantaranya ialah:
a) Pengukuhan struktur jambatan
b) Pembungkusan tiang jmbatan bagi menambah kekuatan hentaman akibat perlanggaran.
c) Rod tetulang bagi projek khas struktur marin
d) Pengukuhan struktur besi pra tuang dan besi bagi struktur yang sedia ada
Pembangunan bahan ini berkembang pesat dan meluas disebabkan oleh faktor sokongan kerajaan dan keinginan untuk membuat kajian adalah tinggi.Perangkaan pada tahun 1997 menunjukkan terdapat 30 buah jambatan di sekitar U.K [10] menggunakan bahan FRP didalam kerja pembaik pulih dan pengukuhan struktur
2.9.3 Amerika Syarikat
Penggunaan bahan FRP tersebar luas di negara ini, penggunaan bahan FRP ini meliputi semua jenis bergantung kepada penggunaannya. Hampir satu dekad yang lalu Jabatan Penggangkutan Carlifornia (CATRANS) misalnya telah menjalinkan
hubungan dengan Universiti Carlifornia bagi membangunkan kaedah pengukuhan struktur yang sedia ada dan struktur baru [10].
Perangkaan tahun 1982 menunjukkan pengunaan sebanyak 530 juta kilogram bahan FRP di dalam negara USA. Bagi penggunaan disektor kejuruteraan awam USA mencatatkan kadar pertumbuhan sebanyak 13.3% setiap tahun bermula tahun 1977. Industri pembinaan mencatatkan pertumbuhan kedua tinggi selepas industri pemotoran di dalam pengunaan bahan FRP.
Sebagai bahan yang tahan karat FRP merupakan pilihan terbaik bagi mengatasi masalah ini, ia seperti mana juga negara lain, USA mencatatkan penggunaan yang tinggi di dalam penggunaan sebagai tangki air, paip dan peralatan rawatan air. Di USA terdapat lebih 55,000 buah tangki air [10] yang berasaskan FRP digunakan. Ianya samada dipasang di atas dan juga di bawah tanah. Telah di buktikan sehingga lebih 20 tahun pengunaannya ia masih tidak mendatangkan masalah lagi.
2.9.4 Pengunaan FRP di Malaysia
Pertambahan penggunaan bahan FRP bagi rantau Asia telah mula berkembang dan permintaannya semakin tinggi. Negara di rantau ini termasuk
Singapura, Thailand, Korea telah menunjukkan minat untuk membangunkan pelbagai aplikasi bahan FRP ini. Tetapi kajian kes ini lebih tertumpu kepada penggunaan di dalam kejuruteraan awam. Merujuk kepada Jadual 2.7, ia menunjukkan kadar pertumbuhan penggunaan bahan FRP di Asia sejak tahun 1985[4]
Jadual 2.7: Kadar penggunaan bahan FRP Asia [ 4]
TAHUN Tan ( 1000) RM ( 100000)
1985 887 2909
1995 1492 5130
2000 1968 6940
Jadual 2.8: Aplikasi FRP di Asia[ 4]
APLIKASI %
Pengangkutan 17
Sektor Pembinaan 30
Perusahan dan Pertanian 8
Perkapalan & Barangan Pengguna 11
Elektrik & Elektronik 32
LainLain 2
Malaysia khasnya satu satu negara di Asia Tenggara yang menunjukkan minat yang tinggi didalam pengunaan bahan FRP ini, berdasarkan kadar permintaan yang tinggi terhadap bahan mentah seperti polyester, isopolyster, vinyl ester dan epoxy. Begitu juga dengan egen tetulang seperti gentian kaca, karbon dan aramid.
Kesan dari pertumbuhan pesat penggunaan bahan FRP di negara ini, Bandar Teknologi Komposit telah dibina di Melaka sebagai satu usaha untuk mewujudkan suatu pusat yang mampu berfungsi sebagai pusat penyelidikan dan pembangunan FRP(R&D centre). Fasa pertamanya telah disiapkan pada tahun 1996, manakala fasa kedua dan ketiga telah dilancarkan.
2.10 Kos Penggunaan Bahan FRP
Kos penggunaan bahan FRP di dalam industri pembinaan telah dicatatkan di dalam banyak kajian yang lepas. Kebanyakkannya merumuskan kos pengeluaran yang
tinggi merupakan suatu faktor yang perlu diberi perhatian. Kos barangan FRP ini mencapai beberapa kali lebih tinggi dari besi dan konkrit [9]
Dalam Jadual 2.9 ditunjukkan suatu perbandingan yang pernah dibuat pada suatu projek yang dijalankan di Denmark terhadap penggunaan FRP, besi dan konkrit bertetulang.
Jadual 2.9: Perbandingan kos jambatan FRP [10]
PERINGKAT KERJA GFRP 1000US$ BESI 1000US$ KONKRIT 1000US$ Rekabentuk Kejuruteraan 60 30 22 Asas 60 75 90 Bahan 120 20 90 Pembuatan 60 90 -Pemasangan 30 90 90 Rawatan Permukaan 10 30 15 Lain Lain 30 40 40 JUMLAH 370 345 347
2.11.1 Konkrit Bertetulang
Konkrit bertetulang merupakan bahan binaan yang paling utama di dalam pembinaan pada hari ini. Konkrit itu sendiri mempunyai kekuatan mampatan yang sangat baik tetapi ia agak lemah pada kekuatan tegangannya. Bagi mengatasi masalah ini rod tetulang perlu digunakan bagi bahagian yang tegangan dikenakan. Rod besi merupakan penyelesaian bagi faktor keberkesanan berbanding kosnya, sebagaimana maklum ia bukanlah penyelesaian bagi masalah pengaratan disebabkan dedahan kepada klorida. Contoh pendedahan kepada klorida ini termasuklah kewasan persekitaran marin dan kawasan yang telah teruk tercemar.
Apabila rod besi dilindungi sepenuhnya oleh serangan sebarang ejen perosak tidak mustahil struktur tersebut akan boleh bertahan dari sebarang kerosakan sehingga berabad lamanya. Tetapi adakah ini benar benar berlaku pada semua struktur yang dibina oleh manusia itu? Kelemahan ini boleh berlaku di ketika kejadian berikut berlaku.
• Penutup konkrit terlalu nipis
• Kelemahan rekabentuk / mutu kerja
• Kecuaian bancuhan konkrit / tidak bermutu
Semua diatas akan menyebabkan kerosakan konkrit dan akhirnya rod besi tetulang akan musnah dan berlakulah kerosakan struktur yang seterusnya.
2.11.2 Rod tetulang FRP
Penggunaan bahan FRP sebagai rod tetulang akan berpotensi untuk
lazimnya rekebentuk untuk besi tetulang. Kelebihan yang ada jika bahan ini digunakan menggantikan rod besi ialah:
• Tahan terhadap serangan sebarang ion klorida • Tahan kepada serangan kebanyakkan asid
• Terdapat kekuatan tegangan 1.5 kali – 2.0 kali lebih daripada besi • Mempunyai berat 25% sahaja berat berbanding besi pada kadar yang sama.
• Penebat haba dan elektrik yang baik.
Penggunaan FRP sebagai bahan pengganti kepada besi merupakan suatu yang dianggap berpotensi besar berdasarkan kajian serta fakta diatas.
2.11.3 Jambatan Pejalan Kaki
Semenjak ia diperkenalkan sekitar 20 tahun yang lalu ia merupakan suatu penyelesaian kepada beberapa masalah samada untuk kegunaan perindustrian maupun kegunaan awam. Perkembangan kepada aktiviti rekreasi seperti merentas hutan,
berbasikal, sukan berkuda dan aktiviti lasak kenderaan 4x4 merupakan pencetus kepada ideal menyediakan jambatan yang mudah dan lasak.
Terdapat lebih daripada 100 jambatan pejalan kaki FRP telah direkodkan dibina di seluruh negara didunia pada ketika ini. Ianya mempunyai kepanjangan
sekitar 15 kaki hingga ke 200 kaki[ 9 ]. Di Malaysia jambatan seumpama ini hanyalah terdapat sebuah pada ketika ini yang dimajukan oleh Pusat Komposit Universiti
Teknologi Malaysia ( PUSKOM), ianya terletak di UTM Skudai Johor Baharu dan telah mula dibuka pada pertengahan tahun 2003.
2.11.3.1 Kaedah Pembinaanya
pengawasan kualiti. Bahan utamanya ialah gentian kaca ataupun gentian karbon. Ia merupakan suatu bahan yang ringan berbanding kekuatannya. Bentuk kompenen yang digunakan samaada bahan FRP yang berbentuk “wide-flange beam”, “c channel”, “angle”, dan “tube”. Ianya boleh dibuat diluar daripada tapak projek dan dihantar menggunakan kenderaan dengan kompenen yang telah sedia untuk dipasangkan.
2.11.3.2 Kebaikan
Disebabkan kelasakannya, maka kebimbangan terhadap kos penyelengaraan yang besar boleh diabaikan. Kerosakan akibat kelembapan, air garam, anai anai merupakan suatu kebiasaan bagi jambatan pejalan kaki yang dibuat daripada besi, kayu ataupun konkrit. Selain dari itu faedah yang akan dinikmati oleh penggunaan bahan FRP ini adalah seperti berikut:
• Tinggi kekuatan - Kekuatan sesuatu unsur diantara 30,000-60,000 psi [ 11 ]
• Ringan - Kompenen yang ringan mudah di bawa dan boleh dipasangkan dimana mana lokasi termasuk yang mempunyai masalah jalan masuk
• Pemasangan mudah - Jambatan dengan rentang direkabentuk mudah untuk dipasangkan
• Pembinaan Modular - Jambatan dengan rentang yang tertentu boleh dipindahkan ketapak pembinaan secara siap sepenuhnya, sebahagian siap ataupun bahagi bahagian bergantung kepada keperluan projek.
• Warna tersedia - Jambatan boleh diwarnakan dengan berbagai bagai warna. Ia tidak memerlukan pengecatan selepas pembinaan kerana warna telah dihasikan
2.11.4 Sistem Tetulang Luaran FRP
Permulaan penggunaan sistem tetulang luaran FRP bermula pad a tahun 1980an, ia diperkenalkan bagi tujuan pengukuhan sistem tetulang bagi struktur tiang jambatan yang secara lazimnya menggunakan besi [9 ]
Teknologi ini mula dibangunkan di Jepun ( sheet wrapping), dan di
Eropah (laminate bonding) [14 ]. Di Jepun mereka telah mempunyai lebih 1000 lokasi samada lantai konkrit dan besi yang telah dikukuhkan menggunakan teknologi ini.
Pembangunan ini telah menuju kesuatu kos yang lebih efektif disebabkan oleh permintaan akibat dari kepercayaan terhadap masa depan bahan ini[8 ].
Pengurangan kos bahan serta pengurangan penggunaan buruh dan penjimatan dari segi berat berbanding kekuatan telah memberi impak yang besar terhadap penggunaannya.
2.11.4.1 Kelebihan asas pemilihan FRP
Secara asasnya sistem tetulang luaran FRP adalah sama dengan kaedah
penggunaan sistem tetulang luaran besi. Alasan keperluan kepada pengukuhan struktur selalu berkait rapat dengan masalah berikut:
• Pembebanan terhadap penggunaan sesuatu struktur telah bertambah akibat kemajuan
• Pengukuhan sekitar pembukaan lubang yang baru terhadap struktur yang sedia ada.
• Membaik pulih anggota struktur yang rosak akibat gempa bumi
Ia boleh di aplikasikan terhadap banyak bahagian struktur termasuklah rasuk, lantai, tiang, dinding, sistem paip dan tangki. Dan akhir akhir ini struktur keselamatan telah mula dikukuhkan dengan bahan FRP kerana ia lebih keras dan tahan gegaran letupan [12 ].`
2.12 Spesifikasi dan Kod
Bagi kemudahn penggunaan telah ada beberapa negara maju yang telah mengeluarkan kod tertentu sebagai rujukan, diantaranya ialah:
2.12.1 Amerika Syarikat [13]
• ACI 440.2R-02, Guide for Design and Construction of externally Bonded FRP System Strenghtening.
• Concrete structure – American Concrete Institute,2002
2.12.2 Eropah[13]
• Europe fib Bulletin 14, Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structure Federation International du Beton, 2001,ISSN 1562-3610
` 2.12.3 Kanada[13]
• CSA S806-02, Design and Construction of Building
• Compenents with Fiber-Reinforced polymers, Canadian Standards Association, May 2002, ISBN 1-553524-853-8
