Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017
MTR-131
TINJAUAN KAPASITAS AKSIAL BETON GEOPOLIMER TERKEKANG
Maulana Arifin
1, Fahrul Anam
2, Antonius
3 dan Danna Darmayadi
4
1 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang
email :[email protected] 2 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang
email :[email protected] 3 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang
email :[email protected] 4 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang
email :[email protected]
ABSTRAK
Limbah batu bara yang berupa fly ash secara global lebih dari ratusan juta ton per tahun dan
produksinya akan terus meningkat pada setiap tahunnya, n a m u n pemanfaatannya masih
terbatas. Salah satu upaya pemanfaatan fly ash adalah digunakan untuk membuat beton geopolimer.
Beton geopolimer merupakan jenis beton yang menggunakan fly ash sebagai bahan utamanya dan
larutan alkali aktivator untuk pengikatnya. Fly ash dengan larutan alkali aktivator bereaksi secara
kimiawi membentuk ikatan polimer yang berwujud gel geopolimer kemudian gel geopolimer akan
mengikat agregat kasar dan halus sehingga menjadi beton geopolimer yang kuat. Apabila beton
geopolimer akan diterapkan pada struktur kolom maka diperlukan karakteristik pengekangan.
Penelitian ini dilakukan secara eksperimental untuk meninjau perilaku beton geopolimer ditinjau
dari aspek kapasitas aksialnya apabila diberi tulangan pengekang. Parameter tulangan lateral
didesain berdasarkan SNI 03-2847-201. Benda uji berbentuk silinder berukuran 100 X 200 mm yang
didesain tanpa selimut dan tanpa tulangan longitudinal. Hasil-hasil eksperimen berupa kapasitas
aksial tanpa maupun dengan tulangan pengekang dievaluasi dan diverifikasi dengan ketentuan yang
biasa berlaku untuk beton normal. Hasil peneliitian menunjukkan bahwa kapasitas aksial beton yang
dianut dari SNI 03-2847-2013 cukup aman apabila digunakan untuk evaluasi kapasitas aksial beton
geopolimer.
Kata kunci : Beton Geopolimer, Kapasitas Aksial, Tulangan Pengekang.
1. PENDAHULUAN
Proses produksi semen mengeluarkan gas CO2 yang menimbulkan efek rumah kaca (karbon dioksida). Dilain
pihak, limbah batu bara yang berupa fly ash secara global lebih dari ratusan juta ton per tahun produksinya akan
terus meningkat pada setiap tahunnya, tetapi pemanfaatannya masih terbatas. Jumlah fly ash yang dihasilkan
dibuang ke tempat pembuangan sampah sehingga mengakibatkan pencemaran udara, air dan masalah ekologi.
Oleh karena itu untuk mengatasi jumlah fly ash yang sangat banyak maka perlu dilakukan pemanfaatan sly ash,
salah satu pemanfaatannya adalah sebagai bahan pembentuk beton geopolimer.
Beton geopolimer merupakan beton yang materialnya terdiri atas unsur silikat (SiO4) dan alumunium (AlO4)
yang direaksikan dengan larutan alkali aktivator sehingga membentuk ikatan secara tertrahedral. Salah satu material
yang mengandung unsur terbsebut adalah fly ash. Oksida silika pada bahan fly ash akan bereaksi secara kimia dan
membentuk ikatan polimer yang keras dan kuat. Ikatan polimer tersebut dapat mengikat agregrat kasar dan agregrat
halus untuk membentuk beton geopolimer yang memiliki kekuatan tekan tinggi, nilai (shrinkage) relatif kecil,
nilai rangkak (creep) yang rendah, serta resistensi atau ketahanan yang baik tehadap serangan asam sulfat
menjadikan beton geopolimer bahan yang cocok untuk aplikasi infrastruktur.
Kolom merupakan komponen struktur dengan rasio tinggi terhadap dimensi lateral terkecil. Apabila beton
geopolimer akan diterapkan pada struktur kolom, maka diperlukan pula karakteristik pengekangan, seperti rasio
volumentrik dan spasi tulangan pengekang. Untuk itu diperlukan pembahasan yang lebih mendalam tentang perilaku
kondisi batas pada beton geopolimer dan penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kapasitas aksial beton
geopolimer.
MTR-132
2. TINJAUAN PUSTAKA
Beton geopolimer
Beton geopolimer yang tidak menggunakan semen sebagai material utamananya namun menggunakan meterial
alami sebagai bahan utamanya dan larutan alkali aktivator untuk pengikatnya. Material tersebut mengalami reaksi
polimerisasi dalam proses pengerasannya. Material alami yang diutamakan sebagai pengganti semen ini
adalah material yang memiliki kandungan oksida silika dan alumina tinggi (Davidovits, 1994). fly ash dan slag
merupakan material yang paling potensial sebagai bahan dasar beton geopolimer (Hardjito et all,2005). Dalam
penelitian ini material utama yang diguanakan adalah fly ash tipe F.
Larutan akali aktivator merupakan zat atau unsur yang menyebabkan zat atau unsur lain bereaksi. Dalam
pembuatan beton geopolimer, larutan alkali aktifator yang digunakan adalah unsur alkali yang terhidrasi seperti
natrium hidroksida dan natrium silika. Penggunaan natrium hidroksida sebagai aktifator ini dikarenakan silika pada
fly ash merupakan basa kuat maka ia harus bereaksi dengan asam kuat seperti natrium hidroksida. Sehingga
penambahan n a t r i u m h i d r o k s i d a p a d a f l y a s h dapat mereaksikan silika dalam fly ash.
Selain natrium hidroksida dalam pembuatan beton geopolimer juga diperlukan sodium silikat sebagai katalisator.
Katalisator merupakan zat yang mempercepat terjadinya reaksi kimia. Untuk aktifator Sodium Hidroksida biasanya
digunakan katalis Sodium Silikat, hal ini sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh Hardjito (2005). Sehingga
dalam penelitian ini alkali aktivator yang digunakan adalah natrium hidroksida dan natrium silika.
Kapasitas aksial beton geopolimer
Kolom merupakan komponen struktur dengan rasio tinggi terhadap dimensi lateral terkecil melampaui 3 yang
digunakan terutama untuk menumpu beban tekan aksial (SNI Beton 03-2847-2013).
SNI Beton 03-2847-2013 pasal 10.3.6.2 menentukan besarnya kapasitas aksial beton kolom sebagai berikut:
P0 = 0,85f’c(Ag - Ast + fyAst ......................... (1)
Dimana:
P0 = Kapasitas Beban Aksial Kolom (kN
f’c = Kuat Tekan Beton
fy = Tegangan Leleh Tulangan Longitudinal (MPa
Ag = Luas Bruto Penampang Kolom (mm2
Ast = Luas Total Tulangan Longitudinal (mm2
Persamaan (1) diatas tidak memperhitungkan adanya tulangan pengekang dan persamaan tersebut berlaku untuk
beton normal. Untuk beton geopolimer, persamaan (1) tersebut perlu dievaluasi yang akan dilakukan dalam
penelitian ini.
Tulangan pengekang/lateral
Penggunaan kekangan (confinement) pada inti beton dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan dan daktilitas dari
kolom. Hasil studi penelitian triaksial beton diaplikasikan ke dalam persamaan dasar untuk desain kolom beton
dengan tulangan spiral. Berdasarkan SNI 03-2847-2013 Pasal 10.9.3 menentukan kebutuhan tulangan pada kolom
lingkaran, yaitu :
…………………… (2)
dimana : ρs = rasio tulangan spiral minimum yang dibutuhkan
Ag = Luas bruto penampang
Ac = Luas inti dari komponen struktur tekan dengan tulangan spiral yang diukur hingga diameter
terluar dari tulangan spiral.
fc’ = kuat tekan beton uniaksial
fy’ = tegangan leleh tulangan spiral
MTR-133
SNI menentukan nilai fy tidak lebih dari 700 MPa, sedangkan menurut ACI 318-11 harga fy tersebut tidak lebih dari
680 MPa. Persamaan (2) di atas digunakan untuk desain tulangan lateral kolom dengan beban statik.
Tulangan pengekang/lateral yang dipasang pada kolom berfungsi untuk menahan gaya geser dan menjaga inti beton
kolom. Hasil penelitian oleh Antonius & Imran (2012) mencatat bahwa ketika kekuatan beton dalam struktur
kolom lebih tinggi, peningkatan kekuatan beton terkekang (K) dan daktilitas cenderung menurun.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ni dilakukan dengan metode eksperimental di laboratorium bahan. Tulangan pengekang spesimen
penampang persegi dibagi menjadi 2 (dua) specimen yaitu A dan B. Semua spesimen tersebut dikontrol oleh
spesimen tanpa tulangan pengekang. Hal ini untuk mengetahui besarnya peningkatan kekuatan dan daktilitas beton
terkekang. Beton terkekang ini didesain tanpa selimut tulangan dipasang sacara lateral dan kawat secara
longitudinal. Tulangan pengekang yang digunakan adalah besi polos diameter 5,5 dan 6 mm, yang mempunyai
tegangan leleh 500 MPa dan 450 MPa.
Ketentuan rasio tulangan lateral minimum berdasarkan SNI 03-2847-2013 digunakan sebagai pedoman dalam
mendesain tulangan lateral. Masing-masing bentuk specimen dengan konfigurasinya diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 1. Konfigurasi tulangan lateral
Tabel 1. Penulangan Spesimen Beton Terkekang
No Kode Benda
Uji
f’c
(MPa)
Tulangan lateral
Diameter
(mm)
Spasi
(mm)
Rasio
(ρs) fy (MPa)
1
2
UGC 1
UGC 2
32
32
5.5
6.0
200
200
0,022
0,024
500
450
3
4
5
6
GC 1
GC 2
GC 3
GC 4
32
32
32
32
5.5
5.5
6.0
6.0
60
100
60
100
0,022
0,022
0,024
0,024
500
500
450
450
7
8
UNC 1
UNC 2
20
20
5.5
6.0
200
200
0,014
0,015
500
450
9
10
11
12
NC 1
NC 2
NC 3
NC 4
20
20
20
20
5.5
5.5
6.0
6.0
60
100
60
100
0,014
0,014
0,015
0,015
500
500
450
450
MTR-134
Pembuatan benda uji
Proses pembuatan beton geopolimer dengan kekangan adalah sebagai berikut: Masukkan agregat kasar dan abu batu
bara kedalam molen, kemudian putar molen hingga campuran tercampur merata, selanjutnya masukkan larutan
alkali aktivator (campuran NaOH 8M + Na2SiO3) ke dalam campuran, kemudian putar molen hingga campuran
tercampur merata dan terlihat mengkilap, tahap selanjutnya masukkan agregat halus kedalam campuran dan tunggu
sampai tercampur homogen dan terlihat mengkilap, setelah itu tuang sedikit demi sedikit adukan ke dalam cetakan
diatas meja penggetar, selanjutnya diamkan benda uji dalam suhu ruangan selama sehari sampai kering permukaan,
ratakan permukaan dengan pasta geopolimer hingga permukaan rata dan halus, benda uji dirawat dengan ditutup
karung goni basah selama tujuh hari.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2. (a) Campuran Beton Geopolimer; (b) Mencetak Beton Geopolimer dan;
(c) Perawatan dengan Karung Basah.
Pengujian benda uji
Setelah benda uji dibuat dan benda uji telah berumur 28 hari selanjutnya dilakukan pengujian benda uji dengan alat
tekan tekan beton. Pengujian kuat tekan dilakukan sesuai dengan prosedur ASTM C39-94 dan diperoleh data hasil
pengujian berupa beban aksial.
Gambar 3. Setup Pengujian
MTR-135
4. HASIL PENELITIAN
Tabel 2 dibawah menyajikan hasil-hasil pengujian yang telah diolah berupa kuat tekan beton silinder 100/200 mm
umur 28 hari (f’c), kapasitas aksial beton analitis (Po), kapasitas aksial beton eksperimen (Peksperimen) dan
peningkatan kapasitas beton terkekang .
Tabel 2. Hasil Eksperimen Kapasitas Beton Terkekang
No Kode Benda
Uji
f’c
(MPa)
PoAnalisis
(kN)
PEksperimen
(kN)
Parameter Kekangan
1
2
UGC 1
UGC 2
36,63
46,35
213,52
213,52
244,38
309,27
1,14
1,45
0,300
0,233
3
4
5
6
GC 1
GC 2
GC 3
GC 4
59,05
47,11
61,27
52,41
213,52
213,52
213,52
213,52
394,01
314,34
411,20
349,68
1,85
1,47
1,93
1,64
0,186
0,233
0,175
0,206
7
8
UNC 1
UNC 2
21,19
23,00
133,45
133,45
146,13
153,43
1,06
1,15
0,330
0,293
9
10
11
12
NC 1
NC 2
NC 3
NC 4
37,12
28,40
35,44
29,48
133,45
133,45
133,45
133,45
247,71
189,50
236,50
196,71
1,86
1,42
1,77
1,47
0,189
0,246
0,190
0,229
Hasil diatas menunjukkan bahwaBeton geopolimer mengalami peningkatan rata-rata sebesar 30% pada jarak 200
mm, 56% pada jarak 100 mm, 89% pada jarak 66 mm. sedangkan beton normal sebesar 11% pada jarak 200 mm,
45% pada jarak 100mm dan 82% pada jarak 66 mm.
Prosentase peningkatan kapasitas ultimit beton geopolimer antara besi pengekang diameter 5,5 dan 6,0 pada jarak
200 mm sebesar 31%, pada jarak 100 mm sebesar 17% dan pada jarak 66mm sebesar 8%. sedangkan Prosentase
peningkatan kapasitas ultimit beton normal antara besi pengekang diameter 5,5 dan 6,0 pada jarak 200 mm 9%, pada
jarak 100 mm sebesar 5% dan pada jarak 66 mm sebesar 9%.
Sehingga Secara umum hasil tersebut menunjukkan besi kekangan dapat meningkatkan kapasitas beton geopolimer
namun besar peningkatannya berbeda dengan beton normal.
Tabel 2 diatas selanjutnya diolah nilai hubungan antara peningkatan kapasitas dan dengan parameter
kekangan . Sehingga diperoleh grafik seperti gambar 4 dibawah.
Gambar 4. Grafik Hubungan Peningkatan Kapasitas Aksial dengan Parameter Kekangan
MTR-136
Berdasarkan gambar 4 diatas, besaran semua benda uji / specimen mempunyai nilai diatas 1. Hasil
tersebut menunjukkan bahwa kapasitas aksial beton yang dianut dari SNI 03-2847-2013 cukup aman apabila
digunakan untuk evaluasi kapasitas aksial beton geopolimer.
Tanpa Kekangan Spasi 200 mm Spasi 100 mm Spasi 66
Gambar 5. Modus keruntuhan beton terkekang
gambar 5 diatas menunjukkan bahwa besi pengekang dapat menahan regangan lateral beton, sehingga kuat tekan
beton meningkat.
5. KESIMPULAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian ini maka penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
Kekangan pada beton geopolimer dapat meningkatkan kapasitas aksial.
Semakin dekat jarak tulangan yang dipasang semakin besar kapasitas yang diperoleh.
Semakin besar rasio volumetrik yang digunakan semakin besar kapasitas yang diperoleh.
kapasitas aksial beton yang dianut dari SNI 03-2847-2013 cukup aman apabila digunakan untuk
evaluasi kapasitas aksial beton geopolimer.
Saran
Perlu penelitian lebih lanjut terhadap perilaku struktur beton geopolimer terutama aplikasinya pada struktur tahan
gempa.
DAFTAR PUSTAKA
Antonius, Imran, I., 2012. Experimental Study of Confined Low, Medium and High-Strength Concrete Subjected to
Concretric Compression, ITB Journal of Engineering Science, Volume 44(3), 252-269.
Antonius, 2014, Performance of High-Strength Concrete by Medium Strength of Spiral and Hoops, Asian Journal of
Civil Engineering, Vol.15 No.2, 245-258.
ASTM-C39-94, 1996, Test Methode for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Spesimens, Annual Books of
ASTM standards, USA.
Davidovits, 1994, Properties of Geopolymer Cements, Alkaline Cements and Concrete, Scientific Research
Institute on Binder and Materials,131-149.
Badan Standar Nasional, 2013, Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung, SNI-03-2847-2013,
Bandung.
Hardjito, D., Wallah, S. E. and Rangan, B. V., 2005, “Factors Influencing The Compressive Strength of Fly ash-
Based Geopolymer Concrete”, Dimensi Teknik Sipil
Triwulan, Ekaputri dan Adiningtyas, 2007, Analisa Sifat Mekanik Beton Geopolimer Berbahan Dasar Fly Ash dan
Lumpur Porong Kering Sebagai Pengisi, Jurnal Teknologi Dan Rekayasa Sipil No.3, 33-45.