RANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN AGREGA T KASAR BARIT SEBAGI PENAHAN RADIASI

Prosiding Pertemuan don Presentasi I/miah P3TM-BATAN~akarta 14 -15 ~999

116 Buku I

RANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGI

DENGAN MENGGUNAKAN AGREGA T KASAR BARIT

SEBAGI PENAHAN RADIASI

Essy Ariyuni, Elly Tjahjono, Bisanto Kadarisman Stal Jurusan Sipi/. FT -UI

Suyati

PSPKRdanKL. BArAN

ABSTRAK

RANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN AGREGAT KASAR BAR/T SEBAGI PENAHAN RADIASI Beton sudah lama diketahui sebagai bahan bangunan yang mudah dilaksanakan baik secara pracetak maupun dikerjakan di tempat, untuk struktur bangunan sipil maupun untuk konstruksi khusus lainnya. Beton normal adalah beton yang terbuat dari campuran bahan semen, pasir alam, batu pecah don air yang menghasilkan beton dengan kerapatan sekitar 2200 kg/mJ. Bahan ini jika dipakai sebagai bahan lapisan penahan radiasi maka akan diperlukan ketebalan yang cukup besar sehingga akan menimbulkan volume bangunan yang lebih besar. Timbul pemikiran untuk menggunakan batuan alam vulkanik barit yang mempunyai berat jenis lebih tinggi sehingga kerapatan beton yang terbuat dari batuan barit akan lebih tinggi dan lebih mampu untuk menahan radiasi. Di dalam penelitian ini dilakukan percobaan untuk membuat campuran beton barit sebagai penahan radiasi dengan menggunakan barit lokal don barit impor. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi kerapatan beton akan semakin mampu untuk menyerap radiasi don hal ini dicapai dengan menggunakan batuan barit sebagai agregat kasarnya.

ABSTRACT

MIX-DESIGN OF HIGH DENSITY CONCRETE USING COARSE AGGREGATES BAR/T FOR RADIATION SHIELDING. Concrete is already well known material used for building construction because of its ease to cast either in site or fabricated and it is usually usedfor civil engineering structures or other special building construction. Concrete is normally made of mixed composition of cement, fine aggregates, coarse aggregates and water which produce about 2200 kg/mJ density of hard concrete. This type of ordinary concrete may be used as radiation shielding and it may normally arise to a very big size of structures. The idea of using natural volcanic stone baryte is to reduce the size of structures because the unit weight of baryte is much heavier than ordinary natural stone, therefore the density of baryted concrete is also much highe~. Then it come out to better ability in retaining radiation. This research is trying to analyze composition of baryted concrete using local baryte and imported baryte and the result shows that the ability ofretaining radiation is increase as the density raise higher.

PENDAHULUAN

B

eton barit belum banyak dikenal di Indonesia karena selain bahan barit merupakan bahan alam yang relatif sukar diperoleh, struktur bangunan yang dikhususkan sebagai penahan radiasi juga jarang ditemui. Namun sejalan dengan kemajuan

teknologi terutama teknologi kedokteran dengan memakai nuklir clan bioteknologi lainnya, maka sangat diperlukan bangunan yang aman bagi pemakainya terutama bagi lingkungan sekitarnya terutama sebagai penangkal terhadap bahaya radiasi.

Beton barit adalah salah satu pilihan sebagai bahan pelapis struktur yang diperuntukkan sebagai penahan terhadap bahaya radiasi karena berat jenis batuan barit jauh lebih tinggi dari pada batuan biasa. Diharapkan dengan dengan membuat beton kerapatan tinggi akan lebih meningkatkan daya penyerapan terhadap radiasi.

TEORI DASAR BETON

Beton adalah bahan bangunan yang terbuat dari campuran semen, agregat halus pasir alam, agregat kasar barn alam pecah, dan air yang proporsi campurannya dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan mutu yang dikehendaki dan memenuhi persyaratan untuk dipakai dalam pembuatan konstruksi bangunan. Mutu betun struktural sesuai dengan persyaratan SNI T -15-03-1991 adalah mutu kuat tekan fc' > 20 MPa dan untuk keperluan struktur bangunan yang lebih khusus persyaratan mutunya diatur berdasarkan standar yang berlaku. Mutu kuat tekanuntuk bangunan penahan radiasi adalah fe' > 30 Ma. Pacta dasarnya beton adalah material yang dianggap tidak kuat menahan beban tarik sehingga semua beban tarik dilimpahkan ke penulangan baja. Untuk beton yang sifatnya non struktural penulangan baja diperlukan untuk penahan susut dan retak dan biasanya hanya dipasang penulangan praktis. Untuk beton yang fungsinya digunakan sebagai penahan radiasi,

--".

Prosiding Pertemuan don Presentasi /lmiah

P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999 Buku I ₁₇

tambahan yang digunakan, cara pencampuran, pengetesan beton basah, cara pengecoran, cara perawatan, uji mutu beton keras serta kondisi lingkungannya. Faktor perbandingan air/semen adalah salah satu variabel yang sangat berpengaruh pada basil mutu tekan beton yang dibuat.

TAT A KERJA PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Beton Jurusan Sipil FTUI meliputi :

Uji terhadap material dasar pembuat beton yang terdiri atas uji bahan semen, uji bahan agregat halus, uji bahan agregat kasar, uji mutu air dapat dilihat pada Tabel 1. Uji material didasarkan pada Standar ASTM Vol 04-02

biasanya memerlukan ketebalan yang cukup besar sehingga ukuran struktur akan menjadi lebih besar. Hal ini dipandang tidak ekonomis. Dengan memakai beton kerapatan tinggi maka ketebalan struktur penahan radiasi diharapkan akan dapat berkurang sesuai dengan standar radiasi yang dianggap cukup aman bagi lingkungan pemakainya.

..

Dengan memakal beton mutu fo > 30 MPa. Struktur beton penahan radiasi biasanya hanya memerlukan penulangan praktis sebagai persyaratan struktur beton yang dibangun, namun untuk mendapatkan mutu dan kerapatan yang memenuhi persyaratan standar beberapa hal yang hams diperhatikan adalah : material dasar pembuat beton harus diseleksi berdasarkan uji mutu material yang terstandar, komposisi campuran beton, bahan Tabell. Daftar uji material pembuat beton

Perhitungan rancang campuran, campuran percobaan dan uji beton basah

Untuk menghasilkan mutu beton dengan kuat Tipe IV: Beton Barit Import + Pasir Barit Import + tekan > 30 MPa dilakukan analisis berdasarkan SNI Pasir Besi

T-15 .03-91 dan dilakukan koreksi berdasarkan ACI Tipe V : Beton Normal terbuat dari barn pecah

-349 -90. Tangerang + pasir Cimangkok

Campuran percobaan terdiri atas 5 tipe yaitu : Dari basil perhitungan rancang campuran Tipe I : Beton Barit Lokal + Pasir Barit Lokal beton yang akan dibuat dilakukan percobaan Tipe II : Beton Barit Lokal + Pasir Merapi + Pasir pencampuran dengan alat pengaduk beton dan

Besi sebelum dicetak dilakukan uji slump dengan alat

Tipe III : Beton Barit Import +Pasir Merapi + Pasir kerucut slump dan nilai slump direncanakan antara

Besi 12 -18 cm agar beton mudah dicetak.

Tabel 2. Komposisi bahan dasar campuran beton

Tipe Slump

(cm) Proporsi campuran untuk 1 m3 beton (kg)

Air Super

Plasticizer

Silica

Fume Semen Agr. Halus Agr. Kasar

191 198 227 227 235

~

r498

_17.52 16.5 16.5 18 502 495 427 464 453 1434 978 -847 425 + 286 428 + 280 801 + 140 652 II III IV V

~3.7-,n

uji lentur dilakukan pada sampel balok yang dibebani di 2 titik terpusat sehingga menghasilkan momen lentur mum seperti yang terlihat pada Gambar 1.(b) sedangkan untuk uji tarik belah sampel silinder dibebani uniaxial pada sisi panjang silinder dengan posisi silinder horizontal seperti yang terlihat pada Gambar 1.( c). Pengukuran modulus elastisitas clan Poisson ratio dilakukan pada kondisi suhu normal untuk sampel beton umur 28 hari dengan melakukan pembebanan siklus naik -turun sebesar 40% dari kapasitas kekuatan tekan.

Uji radiasi sinar gamma dilakukan untuk mengetahui seberapa besar kemampuan penyerapan radiasi untuk semua tipe beton dengan melakukan cara penyinaran yang menggunakan sumber radiasi Co-50 dengan aktifitas 720 Curie selama 60 detik. Tes dilakukan pacta pelat dengan variasi pengurangan ketebalan (pelat) dari total 20 pelat ( 800 rnrn ) sampai 0 mill. Ukuran pelat beton yang digunakan untuk uji radiasi adalah 400mm x 400mm x 40mm sepetii pada Gambar 1.( d) dengan jumlah benda uji sebanyak 20 pelat untuk setiap tipe

campuran beton dan dibandingkan dengan beton normal. Uji radiasi dilakukan pada beton setelah berumur 28 hari. Pacta uji ini diukur nilai koefisien atenuasi linier dari 5 tipe beton yang dibuat.

Pembuatan contoh benda uji

Benda uji terdiri atas model silinder, model balok dan model pelat. Model silinder dibuat untuk uji kekuatan tekan , modulus elastisitas dan Poisson ratio. Ukuran benda uji adalah silinder diameter D = 15 mm clan panjang L = 300 mm. Model balok ukuran 135 mm x 135 mm x 451 mm digunakan untuk uji kuat tarik lentur clan model pelat ukuran 400 mm x 400 mm x 40 mm digunakan untuk uji radiasi sinar gamma.

Pekerjaan perawatan

Benda uji setelah dicor ditunggu sampai umur 24 jam clan setelah dikeluarkan dari cetakan direndam di dalam bak perawatan sampai waktu sehari sebelum pengetesan. Perawatan dimaksudkan untuk menanggulangi kejadian retak awal akibat susut pada waktu proses pengerasan dan untuk menurunkan temperatur panas hidrasi yang timbul akibat proses pengerasan beton.

Pengetesan atau pengujian sam pel

Uji kuat tekan pada penelitian ini dilakukan pada kondisi suhu normal untuk sampel beton umur 7 hari, 14 hari, clan 28 hari dengan suhu normal, 95 -100 °c Clan 185 -200 °c. Pembebanan uniaxial tekan diberikan pada c9ntoh cilinder yang dibebani uniaxial pada sisi atas dan bawah seperti yang terlihat pada Gambar 1.(a) d~ pembebanan untuk

Gambar 1. Cara pengujian sampel beton

mutu beton menunjukkan kurva asimptotis.

Untuk kuat tekan beton yang dipanaskan pacta suhu 95 °C daD 185 °C terdapat ketidak sempurnaan perubahan kuat tekan beton jika dibandingkan dengan beton pacta suhu normal. Terdapat beberapa pendapat tentang phenomena

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil uji kekuatan tekan dapat dilihat pada Tabel 3. Kuat tekan beton didasarkan pada basil uji tekan umur beton 28 bari karena pada umur tersebut beton telah dianggap mencapai 98 % kekuatan optimumnya clan setelah umur 28 bari kenaikan

ProsidingPertemuan don Presentasi llmiah

P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I ₁₉

kecenderungan sebaliknya. Hal tersebut sangat dipengaruhi oleh sifat material pembuat beton itu sendiri.

perubahan kuat tekan dari basil penelitian terdahulu bahwa beton akan mengalami kenaikan kuat tekan jika terjadi perubahan panas pacta suhu sekitar 100 DC dan 200 DC. Namun acta juga yang menunjukkan Tabel 3. Hasil uji kuat tekan dan kerapatan beton

npe

Beton

Kuat tekan fc (MPa) _Kerapatan

( kgim3) 7 hari 26.74 32.44 14 hari 95°C

~

4015

~

25.04

~

18S-"r 42.07 42.58 38.10 29.66 32.06 -32.8 37.35 35.04 32.59 33.25 3081 2798

~~~

28 hari 36.34

42.94

39.80 36.57 37.77

~

r---2523 ~ I II III IV V

Perbandingan relatif kuat tekan dan penurunan kerapatan akibat pemanasan 95 °C daD 185 °C tehadap kuat tekan daD kerapatan (berat) pacta suhu normal umur 28 hari dapat dilihat pacta Tabel 4.

Hasil uji kekuatan taruk belah, kekuatan tarik lentur, modulus elastisitas dan Poisson rasio dapat dilihat pada Tabel 5. Dari literatur disebutkan bahwa kekuatan tarik bervariasi dan nilainya berkisar antara 10 % sampai 15 % daTi kuat tekan umur 28 hari atau dirumuskan -sebagai :

fct= 0.5 ..J fc' sampai fct= 0.6 ..J ro' (MPa)

beton nonnal nilai E = 4700V!c

Hasil uji penyerapan terhadap radiasi terlihat pacta Graflk 2. Pacta uji ini ditentukan nilai koefisien atenuasi linier dengan menggunakan metode regresi linier. Sebagai variabel bebas adalah ketebalan beton, sedang variabei tak bebas adalah perbandingan intensitas paparan pacta ketebalan tertentu dengan intensitaS paparan awal (1/10) = e-lil sehingga -Ln ( I / 10 ) = J.1t

Tabel 4. Perbandingan relatif kuat tekan daD penurunan kerapatan

Beton Tipe 'III ! Pengujian

II IV

v

Analisis kuat tarik belah yang diperoleh dari pengamatan hasil uji pembebanan adalah fct = 2P / (nDL) dimana P = beban hancur percobaan , D = diameterbenda uji silinder, L = panjang benda uji silinder. Kuat Tekan 95 uc 105 94 101 68 78 185aC Ills "81 85 99 96 95UC 98 97 95 98 95 Berat 185 °c I 94 I 94 I 94 95 90 Sedangkan untuk kuat tarik lentur basil

percobaan adalah ft = M/W dirnana M = momen lentur di tengah bentang benda uji balok, W = momen kelembaman penam-pang balok lentur dan perhitungan berdasarkan permusan standar fr = 0.62 flc'

Harga modulus elastisitas diperoleh daTi basil regresi linier pacta graftk hubungan antara tegangan dan regangan dan E = fc'/E dan berdasarkan standar Tabel5. Hasil uji sifat mekanik beton.

Type Tarik Belah Tarik Lentur Modulus Poisson

(MPa) (MPa) Elastisitas Ratio

(x IO4MPa)

3.63

Grafik Hubungan Antara Kuat

Tekan dan Umur Beton

50 -() c co ~ Q) l-+-' co :J

~

--+-- Tipe I -.Tipell -*-Tipe III ~ Tipe IV -TipeV -0 5 10 15

20

25 30

Umur Beton (hari)

Gambar 1. GrafIk Kuat Tekan terhadap Umur Beton

Gamb!if 2. Graflk Hubungan Tebal Beton dengan Rasio Paparan

*

rapuh narnun dapat digunakan sebagai carnpuran bahan pembuat beton non struktural dengan kuat tekan yang telah memenuhi syarat beton struktural

Kelakuan sifat mekanik beton barit menunjukkan pola yang sarna dengan beton normal struktural

Dianjurkan untuk mengkombinasi dengan bahan lain yang dapat menyerap radiasi sehingga kebutuhan untuk pemakaian barit ~an lebih sedikit.

Perlu dilakukan penelitian. berkelanjutan untuk pemakaian bahan kombinasi dan pemakaian

*

KESIMPULAN

Dari basil yang diperoleh dalam penelitian ini , dapat disirnpulkan bahwa :

* Semakin tinggi kerapatan beton, akan semakin tinggi daya serap terhadap radiasi sehingga dapat mereduksi ketebalan struktur penahan radiasi yang akan dipakai,

* Dengan ketebalan 30 cm beton barit lebih aman terhadap lingkungan, dalam hal penyerapan terhadap radiasi jika dibandingkan dengan beton normal..

* Bahan barit walaupun secara mekanik dinilai

EssyAriyuni, ill. .iSSN 0216-3128.

ro

0-~

beton barit sebagaikomponen struktur. 10. NEVILLE, A.M. , Properties of Concrete, 4th edition, Longman Scientific and Technical Publisher, London 1995

II. NEVILLE, A.M. , Concrete Technology, Longman Scientific and Technical Publisher, London 1988

UCAP AN TERIMA KASIH

Team peneliti menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besamya kepada Laboratoriurn Bahan Beton Jurusan Sipil FTUI daD PSPKR-KL BA TAN atas semua fasilitas penggunaan alat, bahan daD dana kerja sarna penelitian, sehingga terlaksananya penelitian ini.

Sangat diharapkan bahwa dengan adanya kerjasama penelitian ini dapat memperbanyak khasanah sumber pengetahuan tentang beton khususnya beton sebagai penahan terhadap bahaya radiasi sehingga dapat diterapkan untuk perkembangan teknologibidang keselamatan radiasi daD keselamatan lingkungan.

TANYAJAWAB

Ma'sum I.

* Beton barit ini adalah untuk penahanan radiasi, bagaimana pengujiannya terhadap radiasi dibandingkan dengan beton lain?

DAFTARPUSTAKA

I. Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, C638 -92, 1992

2. Building Code Requirement for Reinforced Concrete, ACI 318-89 (Revised 1992)

-.Code Requirement for Nuclear Safety Related Concrete Structures, ACI 349 -90

...Engineering Compendium on Radiation Shielding Volume II: Shielding Materials, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1975

5. GRANTHAM, W.J. Jr. Barytes Concrete for Radiation Shielding: Mix criteria and Attenuation Characteristics, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, ORNL -3130

-'. KAPLAN, M.F., Concrete Radiation shielding Nuclear Physics, Concrete Properties, Design and Construction, Longman Scientific and Technical, England, 1989

.Laporan Hasil Penelitian kerja sarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN , Studi Rancang Campuran Beton dengan Agregat Kasar Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta ,

1995

Laporan Hasil Penelitian kerjasarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BA TAN, Beton Barit dengan Pasir Besi Sebagai Campuran Aggregat Halus, Jakarta, 1996

Laporan Hasil Penelitian kerjasarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN , Pemakaian Bahan Tambahan Fly Ash untuk Beton Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta, 1997

1

4

* Hasil pengujian radiasi terlihat pada kurva/grajik hubungan antara tebal beton vs rasio paparan (gambar 2). Terlihat bahwa semua beton barit memberikan tahanan 2x lipat daripada beton biasa untuk ketebalan 20 cm. Namun pada ketebalan 80 cm beton barit mendekati beton normal dalam kemampuan daya serap terhadap radiasi.

Zaenal A.

* Apa perbedaan makalah ini, dengan makalah yang pemah dipresentasikan di PPNY pada waktu yang lalu (disampaikan T. Binowo) * Apakah model yang saudara pilih adalah yang

paling baik.

()

7

8

* Mohon maaj saya tidak membaca makalah yang disampaikan oleh bapak 7: Binowo. * Menurut saya (disesuaikan denganfasilitasalat

pada waktu itu), model ini yang paling baik karena disesuaikan dengan ukuran yang ditemui di Struktur Teknik Sipil. Ketebalan dinding biasanya 15 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm Nor Rahmah

* Berapa tebal beton optimal sebagai penahan radiasi ?

* Mohon dijelaskan berapa nisbi komposisi agregat kosorbird ?

Essy

9 Biasanya jika tidak ada persyaratan

ruanganisegi arsitektur/tidak ada kendala batas area yang akan digunakan maka tebal dinding beton penahan radiasi = 1 m.