1
Pengaruh Penggunaan Moderate Volume Fly Ash Dan Abu Sekam Padi Terhadap Kuat Tarik Belah Fiber Reinforced Engineered Cementitious Composites
Harwin1, Muhammad Aswin2,*
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
1Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
2Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
E-mail: 1harwinharwinharwin@gmail.com, 218aswin69@gmail.com
Abstrak. Pada penelitian ini, akan dilakukan penelitian tentang efek penggunaan abu sekam padi (RHA) sebanyak 0 dan 10% serta fly ash (FA) 0%, 25% dan 35% dari berat semen terhadap kuat tarik belah Fibre Reinforced Engineered Cementitious Composite (FR-ECC). Tes sampel dibuat sebanyak 72 buah benda uji silinder ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20cm dengan 6 jenis variasi campuran abu sekam padi dan FA yaitu FA0-RHA0, FA0-RHA10, FA25-RHA0, FA25-RHA10, FA35-RHA0, dan FA35-RHA10 dimana tiap variasi tersebut terdapat 4 variasi fibre yaitu 0%,0.1%,0.2%, dan 0.3%. Jumlah sampel untuk tiap variasi tersebut adalah 3 buah sampel. Sampel yang sudah dicetak direndam di dalam bak rendam (curing) selama 22 hari kemudian diangkat dan dibiarkan kering sampai hari ke-28 kemudian diuji kuat tarik belah dengan menggunakan compression machine test.. Berdasarkan hasil pengujian dapat diketahui bahwa nilai kuat tarik belah optimum terdapat pada variasi FA35-RHA10 0,2% PP fiber. Adapun nilai kuat tarik belah MVFA FR- ECC FA35-RHA10 untuk PP fiber 0%,0,1%,0,2% dan 0,3% adalah 6,47 MPa, 7,14 MPa, 7,58 MPa, dan 5,13 MPa. Sedangkan kuat tarik belah untuk FA0-RHA0 untuk PP fiber 0%,0,1%,0,2% dan 0,3% adalah 4,78 MPa, 4,83 MPa, 5,10 MPa dan 4,30 MPa. Sehingga persentasi kenaikan kuat tarik belah MVFA FR- ECC FA35-RHA10 dibandingkan dengan untuk FA0-RHA0 adalah 35.3%,47.8%,48.6% dan 19,3%.
1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang
Penggunaan beton dibandingkan dengan kayu dan baja sebagai salah satu pilihan konstruksi bangunan sipil lebih di kenal luas. Pilihan penggunaan beton sebagai bahan konstruksi ini dikarenakan beton mempunyai beberapa kelebihan yang tidak dimiliki bahan lain seperti, harganya yang cenderung murah, mudah untuk di dapatkan, mudah dicetak dalam bentuk apapun sesuai kebutuhan yang ingin digunakan, tahan terhadap karat, dan juga lebih tahan terhadap api.
Peningkatan mutu atau kekuatan beton berbanding lurus dengan jumlah semen yang dipakai dalam pembuatan beton tersebut. Jika menginginkan beton dengan mutu yang tinggi, maka jumlah semen yang dipakai akan lebih banyak. Beberapa penelitian saat ini mencoba untuk menggurangi penggunaan semen Portland menggunakan bahan-bahan alternatif lainnya atau bahan-bahan yang sudah tidak terpakai dan dibuang oleh industry ataupun dari sector pertanian seperti fly ash, silica fume, terak tanur tinggi dll. Bahan-bahan ini jika akan digunakan sebagai material pengganti semen harus mempunyai sifat-sifat pozolan serta mempunyai kandungan Silika (Si) dan Alumunium (Al) yang tinggi.Material penganti semen yang digunakan dalam pembuatan beton jika tidak memerlukan proses tambahan dapat mengurangi emisi karobondioksida di atmosfer (Aprianti, et al., 2015).
Untuk menghindari efek negatif semen terhadap lingkungan, maka Li dan Kanda (1998) mengembangkan jenis beton terbaru yang dinamakan Engineered Cementitious Composites (ECC).
Dari segi material, ECC terbuat dari bahan yang menyerupai Fiber Reinforced Concrete (FRC) yaitu
2
air, semen, pasir, serat, dan zat aditif lainnya. ECC memiliki ciri khas w/c ratio dan sand/water ratio 0.5 atau lebih rendah. Tidak seperti FRC, ECC tidak menggunakan serat dengan jumlah yang besar yaitu 2% atau lebih rendah. Kerikil tidak digunakan dalam ECC karena kerikil berdampak buruk terhadap sifat unik dari daktilitas komposit.1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
Mengkaji kuat tarik belah Moderate Volume Fy Ash (MVFA) FR-ECC dengan variasi 0%, 25%, dan 35% dengan variasi abu sekam padi 0% dan 10% untuk setiap variasi serat
polypropylene 0%, 0.1%, 0.2%, dan 0.3%2.Tinjauan Pustaka
2.1.Teori Engineered Cementitious Composite (ECC)
Engineered Cementitious Composite (ECC), yang biasa juga disebut sebagai Strain Hardening Cement-based Composites (SHCC) atau lebih populer sebagai beton yang dapat ditekuk, adalah komposit berbasis mortar yang mudah dibentuk yang diperkuat dengan serat acak pendek yang dipilih secara khusus, biasanya serat polimer. Tidak seperti beton biasa, ECC memiliki kapasitas regangan dalam kisaran 3 - 7%, dibandingkan dengan 0,01% untuk pasta semen portland (OPC) biasa, mortar atau beton .
Engineered Cementitious Composite (ECC) adalah jenis campuran semen eksklusif dengan komposisi unik dari serat volume rendah dan komposit yang berbeda sehingga memberikan keuletan tinggi, dan juga kekuatan tarik tinggi disamping kemampuan untuk memperbaiki. Beton konvensional dan beton bertulang serat memiliki sifat rapuh dan karenanya mudah retak di bawah beban lingkungan dan mekanik yang mempengaruhi ketahanan struktur (A. Kewalramani dkk, 2017).
ECC, tidak seperti beton yang diperkuat serat biasa, adalah sekumpulan material yang dirancang secara mikromekanis. Selama material semen dirancang / dikembangkan berdasarkan pada teori mekanis mikromekanik dan fraktur untuk menampilkan daktilitas tarik yang besar, dapat disebut ECC.
Oleh karena itu, ECC bukanlah desain bahan baku, tetapi beragam topik dalam berbagai tahap penelitian, pengembangan, dan implementasi. Keluarga materi ECC terus berkembang.
Pengembangan desain campuran individu ECC membutuhkan upaya khusus dengan secara sistematis merekayasa material pada skala nano, mikro, makro dan komposit (Li dkk, 2012).
2.2. Material Penyusun ECC
Secara umum, material penyusun Engineered Cementitious Composite (ECC) serupa dengan Self- Compacting Composite (SCC) yaitu menggunakan semen portland, agregat halus , air (dengan w/c yang rendah), dan superplastisizer. Agregat halus yang digunakan memiliki ukuran tidak lebih dari 0,25 mm dalam campuran materialnya, ECC tidak menggunakan agregat kasar karena dapat merusak sifat daktilitasnya. ECC juga menggunakan tambahan material cementitous dan fiber dimana Fiber yang digunakan dalam penelitian ini adalah polypropylene fiber.
3. Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bahan dan Rekayasa Beton Fakultas Teknik USU. Dalam penelitian ini dilakukan kajian yang bersifat eksperimental. Adapun tahapan-tahapan atau prosedur kegiatan penelitian secara umum meliputi: a. Penyediaan mateiral yang digunakan, b. Penyediaan dan
3
pemeriksaan alat-alat yang akan digunakan, c. Trial Mix, d. Pembuatan benda uji silinder berukuran 10x20 cm, e. Curing, f. Melakukan uji kuat tarik belah pada umur 28 hari, g. Analisis data3.1. Perencanaan Campuran (Mix Design)
Hingga saat ini belum ada peraturan dalam menentukan komposisi atau mix design dari komposit Engineered Cementitious Composite (ECC). Sehingga, perencanaan mix design ECC dalam penelitian ini mengacu terhadap hasil penelitian atau riset dari Victor Li dan peneliti lainnya dan percobaan ―trial and error”. Setelah melakukan trial mix didapatkan mix design beton normal dan ECC per 1 m3 sebagai berikut:
Tabel 1. Perencanaan Campuran (Mix Design ) ECC
Material Berat (kg/m3)
Semen 490.00
Fly Ash 122.50
Abu Sekam Padi 49.00
Air 171.50
Pasir Silika 294.00
Super Plasticizer 12.71
Micro PP Fiber (Vf = 0%) 0.92 Berat volume ECC 1,140.63 Sumber : Data Primer
3.2. Matrix Benda Uji
Benda uji yang digunakan berbentuk silinder dengan ukuran yaitu 100 x 200 mm Jumlah keseluruhan benda uji adalah 72 buah dengan jumlah setiap variasi sebanyak 3 buah, yang masing- masing ditunjukkan untuk uji lentur pada umur 28 hari. Tabel matriks benda uji adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Matrix Benda Uji MVFA FR-ECC
No Tambahan MVFA Variasi PP Fibre Variasi RHA
Jumlah sampel benda
uji
1 0%
0%
0%
3
0.1% 3
0.2% 3
0.3% 3
2 0%
0%
10%
3
0.1% 3
0.2% 3
0.3% 3
3 25%
0%
0%
3
0.1% 3
0.2% 3
4
0.3% 3
4 25%
0%
10%
3
0.1% 3
0.2% 3
0.3% 3
5 35%
0%
0%
3
0.1% 3
0.2% 3
0.3% 3
6 35%
0%
10%
3
0.1% 3
0.2% 3
0.3% 3
Jumlah benda uji 72
Sumber : Data Primer 3.3. Uji Berat Volume
Berat volume (BV) merupakan rasio antara berat dan volume total, termasuk volume ruang pori yang ada didalamnya. Berat volume balok beton berlapis MVFA FR-ECC dihitung menurut persamaan berikut:
... (1) Keterangan:
BV = Berat Volume (kg/m3) M = Massa (kg)
V = Volume (m3)
3.4.Uji Kuat Tarik Belah
Kuat tarik belah adalah salah satu parameter penting kekuatan beton. Nilai kuat tarik belah diperoleh melalui pengujian tekan di laboratorium dengan membebani setiap benda uji silinder secara lateral sampai pada kekuatan maksimumnya. Pengujian dapat dilakukan pada skala tertentu dengan berbagai kondisi, jenis, beban maupun ukuran benda uji. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin uji Compression Machine Test [6].Kuat tarik belah dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
………...……….………(2)
Keterangan :
fst = kuat tarik belah (MPa) P = beban pada waktu belah (N) π = Phi
d = diameter benda uji silinder (mm) L = panjang benda uji silinder (mm)
5
4. Hasil dan Pembahasan4.1.Berat Volume
Berat volume FR-ECC pada penelitian ini dilakukan untuk mengetahui perbandingan berat volume Antara MVFA FR-ECC dengan FR-ECC tanpa campuran bahan cementitious. Pada penelitian ini, berat volume FR-ECC diuji untuk variasi umur 28 hari. Hasil dari pengujian berat volume FR-ECC pada penelitian iniadalah sebagai berikut:
Tabel 3. Berat Volume MVFA FR-ECC Umur 28 Hari
No Variasi PP Fiber
0% 0.1% 0.2% 0.3%
1 0-0 2062.60 2032.64 2011.21 1994.17 2 25-0 2186.19 2145.89 2107.89 2066.79 3 35-0 2277.69 2241.69 2201.39 2151.39 4 0-10 2039.20 2014.49 1992.18 1962.68 5 25-10 2152.61 2112.31 2072.01 2031.71 6 35-10 2216.17 2176.17 2135.87 2095.57 Sumber : Data Primer
Sumber : Data Primer
Gambar 1.
Berat Volume MVFA FR-ECC Umur 28 Hari
Berdasarkan hasil yang diperoleh maka dapat diketahui bahwa semakin bertambahnya jumlah FA yang digunakan, maka semakin besar juga nilai berat volume yang diperoleh, tetapi sebaliknya jika semakin bertambahnya jumlah RHA yang digunakan, maka nilai berat volume yang didapatkan juga semakin menurun.
2062.60 2186.19 2277.69 2039.20 2152.61 2216.17
2032.64 2145.89 2241.69 2014.49 2112.31 2176.17
2011.21 2107.89 2201.39 1992.18 2072.01 2135.87
1994.17 2066.79 2151.39 1962.68 2031.71 2095.57
1800.00 1850.00 1900.00 1950.00 2000.00 2050.00 2100.00 2150.00 2200.00 2250.00 2300.00 2350.00
0-0 25-0 35-0 0-10 25-10 35-10
Berat Volume
Variasi
Berat Volume Rata-rata MVFA FR-ECC Umur 28 hari
0% 0.10% 0.20% 0.30%
6
4.3.Uji Kuat Tarik BelahKekuatan tarik belah MVFA FR-ECC diperoleh melalui perhitungan dengan menggunakan rumus kuat tarik belah pada Persamaan 2, berdasarkan data beban hasil pengujian di Laboratorium Beton Teknik Sipil USU. Adapun kuat tarik belah rata-rata yang terjadi pada setiap variasi MVFA FR-ECC adalah sebagai berikut:
Tabel 4. Hasil Uji Kuat Tarik Belah untuk setiap variasi
Sumber : Data Primer
Sumber : Data Primer
Gambar 2. Hasil Uji Kuat Tarik Belah untuk setiap variasi
Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat diketahui bahwa semakin meningkatnya penambahan bahan cementitious maka kuat tarik belah FR-ECC akan meningkat juga. Penggunaan PP fiber juga meningkat untuk persentase 0%, 0.1% dan 0.2% sedangkan untuk persentase 0.3% nilai kuat tarik belah FR-ECC mengalami penurunan. Hasil nilai kuat tarik belah optimum terdapat pada variasi
4.78 4.97 5.11 5.33 6.41 6.47
4.83 5.20 5.93 6.82 6.89 7.14
5.10 5.85 6.21 6.95 7.43 7.58
4.30 4.70 4.75 4.81 4.95 5.13
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
FA0-RHA0 FA0-RHA10 FA25-RHA0 FA25-RHA10 FA35-RHA0 FA35-RHA10
Kuat Tarik Belah (MPa)
Variasi
Kuat Tarik Belah MVFA FR-ECC Umur 28 Hari
0% 0.10% 0.20% 0.30%
No Variasi PP Fiber
0% 0.10% 0.20% 0.30%
1 FA0-RHA0 (kontrol) 4.78 4.83 5.10 4.30
2 FA0-RHA10 4.97 5.20 5.85 4.70
3 FA25-RHA0 5.11 5.93 6.21 4.75
4 FA25-RHA10 5.33 6.82 6.95 4.81
5 FA35-RHA0 6.41 6.89 7.43 4.95
6 FA35-RHA10 6.47 7.14 7.58 5.13
7
FA35-RHA10 dengan persentase fiber 0.2% yaitu sebesar 7.58 MPa. Parameter yang paling berpengaruh terhadap kuat tarik belah tidak dapat ditentukan karena semua material memiliki efek masing-masing tetapi berdasarkan hasil yang didapat yaitu fly ash karena paling memberikan peningkatan mutu yang signifikan.
Berdasarkan hasil pengujian chemical content, kandungan silika oksida (SiO2) dari fly ash (FA) mencapai 34,88% dan abu sekam padi (RHA) mencapai 81,28%. Kandungan senyawa silika tersebut pada dasarnya dapat mempengaruhi terbentuknya senyawa CSH dan fase pengikatan pada proses hidrasi semen, tetapi tidak semua silika oksida tersebut dapat bereaksi dengan Ca(OH)2 saat rekasi hidrasi semen. Sehingga tidak dapat menjamin bahwa material yang memiliki kandungan SiO2 yang tinggi akan menghasilkan senyawa CSH yang banyak. Biasanya jumlah kandungan senyawa CSH akan linier terhadap kekuatan beton atau komposit yang dihasilkan..
4.4.Pola Retak
Pola retakan setiap variasi setelah dilakukan pengujian lentur ditunjukkan oleh gambar berikut ini:
(a)
(c)
(b)
(d)
Gambar 83 Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA0-RHA0) : a) FA0-RHA0-0%; b) FA0-RHA0-0.1%; c) FA0-RHA0-0.2%; d) FA0-RHA0-0.3%
(a) (c)
8
(b)(d)
Gambar 4. Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA0-RHA10) : a) FA0-RHA10-0%; b) FA0-RHA10-0.1%;
c) FA0-RHA10-0.2%; d) FA0-RHA10-0.3%
(a)
(c)
(b)
(d)
Gambar 5.Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA25-RHA0) : a) FA25-RHA0-0%; b) FA25-RHA0-0.1%;
c) FA25-RHA0-0.2%; d) FA25-RHA0-0.3%
(a)
9
(c)(b)
(d)
Gambar 6. Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA25-RHA10) : a) FA25-RHA10-0%; b) FA25-RHA10- 0.1%; c) FA25-RHA10-0.2%; d) FA25-RHA10-0.3%
(a)
(c)
(b)
(d)
Gambar 7 : Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA35-RHA0) : a) FA35-RHA0-0%; b) FA35-RHA0- 0.1%; c) FA35-RHA0-0.2%; d) FA35-RHA0-0.3%
10
(a)(c)
(b)
(d)
Gambar 8.Kondisi Keruntuhan FR-ECC (FA35-RHA10) : a) FA35-RHA10-0%; b) FA35-RHA10- 0.1%; c) FA35-RHA10-0.2%; d) FA35-RHA10-0.3%
Berdasarkan hasil yg dipaparkan pada Gambar 4.11 sampai 4.15 dapat dilihat bahwa benda uji dengan variasi fiber 0% dan 0.1% cenderung terbelah setelah diuji kuat tarik belah, untuk variasi fiber 0.2% dimulai dari variasi FA25-RHA0 tidak terbelah setelah dilakukan pengujian, dan untuk variasi fiber 0.3% tidak ada yang terbelah setelah dilakukan pengujian.
5. Kesimpulan dan Saran 5.1.Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan hasil pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan hasil pengujian komposisi kimia fly ash dan Abu Sekam Padi (RHA) di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) diketahui bahwa senyawa yang paling dominan adalah silika oksida ( ) berturut-turut sebesar 34,88% dan 81,28%, sehingga abu sekam padi dapat dijadikan sebagai bahan substitusi parsial semen.
2. Penggunaan RHA dan FA sebagai material tambahan dalam campuran FR-ECC berdampak pada berat volume FR-ECC. Penambahan FA membuat nilai berat volume semakin meningkat, sedangkan penambahan RHA mengakibatkan penurunan nilai volume
3. Nilai kuat tarik belah optimum FR-ECC terdapat pada variasi FA35-RHA10 pada umur 28 hari untuk variasi fiber 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3% berturut-turut yaitu 6.47 MPa, 7.14 MPa, 7.58 MPa, dan 5.13 MPa. Nilai yang paling optimum terdapat pada persentase fiber 0.2% yaitu 7.58 MPa. Semakin banyak RHA dan FA yang digunakan maka nilai kuat tarik belah akan semakin naik pada persentase fiber yang digunakan dibawah 0.3%, sedangkan FR-ECC dengan persentase fiber 0.3% mengakibatkan nilai kuat tarik belah menurun.
4. Penggunaan fly ash memberikan efek peningkatan kuat tarik belah yang paling signifikan.
5. Fly ash dan Abu Sekam padi dapat diajukan sebagai bahan material tambahan meningkatkan kuat tarik belah FR-ECC.
11
5.2.SaranDari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka saran yang dapat dikemukakan oleh peneliti untuk penelitian lebih lanjut antara lain:
1. Membuat variasi faktor air semen terhadap MVFA FR-ECC agar diperoleh faktor air yang paling optimum, dikarenakan FA dan RHA dalam campuran FR-ECC memberikan pengaruh terhadap nilai flowability pada FR-ECC.
2. Melakukan pengayakan ataupun treatment RHA pada penelitian selanjutnya yang menghasilkan abu yang lebih halus agar memberikan perbandingan hasil nilai kuat tarik belah beton.
3. Melakukan variasi umur benda uji untuk pengujian kuat tarik belah MVFA FR—ECC diatas umur 28 hari.
6. Daftar Pustaka
Aprianti, Evi, Payam, Shafigh., Syamsul, Bahri., and Javad, Nodeh Farahani, 2015, Supplementary Cementitious Materials Origin from Agricultural Wastes - A Review, Construction and Building Materials 74(April):176–87.
Li, V. C. (1983). Engineered Cementitious Composites for Structural What is ECC ? 10(2) https://www.engineeredcomposites.com/2007-11-03.
Kewalramani, M. A., Mohamed, O. A., & Syed, Z. I. (2017). Engineered Cementitious Composites for Modern Civil Engineering Structures in Hot Arid Coastal Climatic Conditions. Procedia Engineering, 180, 767–774. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.237
Li, M., and Li, V. C., ―Rheology, Fiber Dispersion, and Robust Properties of Engineered Cementitious Composites, ― Materials and Structures, 46 (3): 405-420, 2012.
Li, V. C. (2007) ―Engineered Cementitious Composites (ECC) – Material, Structural, and Durability Performance‖, in Concrete Construction Engineering Handbook. CRC Press, pp. 2–39.
Li, V. C. (2003). On engineered cementitious composites (ECC). A review of the material and its applications. Journal of Advanced Concrete Technology,
