fly ash · 2013. 3. 11. · mix design dibuat 1 buah beton berbentuk silinder dengan ukuran 15x30...

20 Universitas Kristen Petra

3 METODOLOGI PENELITIAN

Pada penelitian ini akan di bagi menjadi dua topik, yang pertama adalah

beton yang dibuat untuk dites di lapangan dan di laboratorium selama 6 bulan, dan

akan di tes pada umum 3 bulan dan 6 bulan (Beton terekspos pada larutan sodium

klorida tanpa percepatan),beton ini sama dengan yang digunakan oleh peneliti

sebelumnya (Limantara, 2006, Widodo, 2006) dan (Megawati, 2006). Hal ini

dimaksudkan untuk membandingkan hasil penetrasi ion klorida yang dilakukan

oleh peneliti sebelumnya yaitu menggunakan percepatan arus DC dan tanpa

menggunakan percepatan arus DC yang akan kami lakukan, beton yang di

gunakan adalah beton konvensional yang dibedakan berdasarkan kadar semen dan

kadar air-semen. Topik yang kedua akan membahas tentang pengaruh penggunaan

fly ash dalam menghambat penetrasi ion klorida, beton dibuat dengan satu buah

faktor air-semen yaitu 0,5, yang membedakan beton yang satu dengan yang

lainnya adalah adanya kandungan fly ash sebagai pengganti semen dan

penggunaan NaOH untuk mengikat fly ash yang kemudian proses penetrasi ion

klorida akan dipercepat menggunakan arus DC.

3.1 Material

Pada penelitian kali ini material-material yang digunakan akan diuji

terlebih dahulu di Laboratorium Beton dan Konstruksi Universitas Kristen Petra.

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan sifat dari material

yang akan digunakan untuk perhitungan mix design.

3.1.1 Agregat kasar

Agregat kasar (kerikil) di beli dari toko bangunan biasa untuk pembuatan

beton pada topik pertama, sedangkan pada topik kedua diambil dari sisa proyek di

daerah Gempol, secara umum kerikil tersebut memiliki karakeristik ukuran

maksimum 25 mm, dan berbentuk irregular cubical,untuk pembuatan beton pada

bekisting silinder ukuran 10x20 cm3 digunakan agregat kasar yang berukuran

http://www.petra.ac.id

http://digilib.petra.ac.id/index.html

http://digilib.petra.ac.id/help.html

Universitas Kristen Petra

21

maksimum 10 mm, pengujian yang dilakukan adalah pengetesan spesific grafity,

berat volume, kadar air.

3.1.2 Agregat halus

Agregat halus (pasir) di beli dari toko bangunan biasa di Surabaya , dan

karateristik pasir secara umum berwarna hitam dan agak kasar, untuk pasir juga

dilakukan pengetesan ayakan, spesific grafity, dan kadar air.

3.1.3 Air

Air yang digunakan untuk penelitian ini adalh air PDAM biasa, air PDAM

memiliki karakteristik berwarna jernih, tidak berbau, dan tidak mengandung zat-

zat kimia yang berlebihan.

3.1.4 Semen

Untuk pembuatan beton ini kita menggunakan semen Portland tipe I

diproduksi oleh P.T. Semen Gresik. Spesifikasi semen Gresik type I dapat dilihat

pada tabel 2.3.

3.1.5 Fly ash

Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe F yang memilki kadar CaO>

10%. Fly ash ini di dapatkan dari P.T. Jayamix, fly ash ini memiliki karakteristik

berwarna coklat dan sangat halus.

3.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang dipergunakan :

• Alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan beton:

1. Cetakan kubus 15x15x15 cm3 .

2. Cetakan silinder 10x20 cm3 .

3. Material pembuat beton.

4. Fly ash.

5. Viscocrete.

6. NaOH.


22

• Alat dan bahan yang digunakan untuk pengetesan beton:

1. Migration set-up yang terdiri dari silicone rubber sleeve, clamp,

plastic support, katoda ,anoda (seperti yang terlihat pada gambar

2).

2. Lem Sealant.

3. Power Supply 30 V untuk mengalirkan arus DC.

4. Multimeter

5. Larutan perak nitrat 0.1 N

6. Termometer.

7. Stopwatch untuk mengukur lamanya waktu penetrasi.

8. Penggaris.

Gambar 3.1. Alat tes migrasi

3.3 Beton Terekspos pada Larutan Sodium Klorida tanpa Percepatan

3.3.1 Mix design

Untuk mix design yang pertama kita membagi menjadi dua bagian

berdasarkan kadar semennya yaitu 300 kg/m3 dan 400 kg/m3, kemudian dari

masing-masing kadar semen di bedakan lagi berdasarkan kadar air-semennya,

yaitu antara 0,5 sampai 0,6 ( Tabel 3.1)


23

Tabel 3.1. Variasi beton untuk mix design

Kadar Semen Kadar air-semen

350 kg/m3 0,30 0,40 0,45 0,50 0,60 400 kg/m3 0,30 0,40 0,45 0,50 0,60

Untuk perbandingan agregat kasar dan halus kita buat sama untuk tiap mix

design yaitu 55% : 45% untuk perbandingan agregat kasar dan halus. Untuk tiap

mix design dibuat 1 buah beton berbentuk silinder dengan ukuran 15x30 cm3

untuk tes kuat tekan beton, dan 6 buah beton berbentuk kubus ukuran 15x15x15

cm3 untuk tes penetrasi ion klorida. Untuk beton dengan kadar air semen 0,3 dan

0,4 proses mix design ditambahkan admixture berupa viscocrete sebesar 1,5%.

Tabel 3.2. Mix design beton tanpa fly ash

Mix w/c ( kg/m3 )

Semen ( kg/m3 )

Air ( kg/m3 )

Kerikil ( kg/m3 )

Pasir ( kg/m3 )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,3 0,4 0,45 0,5 0,6 0,3 0,4 0,45 0,5 0,6

350 350 350 350 350 400 400 400 400 400

105 140

157.5 175 210 120 160 180 200 240

1108.2 1078

1051.8 1020.2

990 1067 1012 984.5 968 918

906,75 882

860,62 834,75

810 873 828

805,5 792 747

3.3.2 Penempatan beton

Penelitian untuk beton tanpa percepatan arus DC dilakukan di lapangan

dan di laboratorium, beton dibuat dengan cetakan kubus 15x15x15 cm berjumlah

60 buah, 20 buah direndam di dalam lapangan, dan 40 buah lainnya direndam di

dalam air garam dengan kadar garam 3% dan 10% , masing-masing 20 buah dan

diletakkan di Laboratorium Beton dan Konstruksi Universitas Kristen Petra


24

Gambar 3.2. Beton di rendam dalam larutan NaCl

3.3.3 Tes penetrasi ion klorida

Pengetesan beton terhadap penetrasi ion klorida dilakukan setelah beton

direndam selama ± 3 bulan dan 6 bulan, Cara pengetesan adalah dengan

membelah kubus beton menjadi dua bagian, Cara membelah beton adalah dengan

menggunakan alat tes kuat tekan beton, di atas dan bawah beton di beri baja bulat

baru kemudian beton di tekan hingga pecah dan bagian permukaan dalam dari

beton di semprot dengan menggunakan larutan perak nitrat (Ag(NO)3) 0.1 N,

reaksi antara unsur klorida dan unsur perak akan menhasilkan senyawa AgCl yang

berwarna putih, dan bagian dari beton yang setelah disemprot dengan

menggunakan perak nitrat 0.1 N berubah menjadi warna putih berarti daerah

tersebut telah terpenetrasi oleh ion klorida, dan kemudian daerah tersebut akan

diukur per 1cm dengan menggunakan penggaris dan kemudian dirata-rata .


25

Gambar 3.3. Sampel beton yang ter-penetrasi ion klorida (warna putih)

koefisien Difusi akan di hitung dengan menggunakan Fick’s Second Law

C(x,t) =Co ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

Dnssdxerf

21

erf(z) = ∫ −z

t dte0

22π

Dimana :

Cx = konsentrasi chloride pada jarak x

Co = konsentrasi permukaan klorida

x = jarak

t = waktu

Dnssd = koefisien difusi efektif

erf = Gaussian error function

Co dan De diperoleh dari analisa non-linear regresi

Warna putih setelah di semprot larutan perak nitrat


26

3.4 Untuk Beton Dengan Percepatan Arus DC :

3.4.1 Mix design

Sampel beton dibuat dengan cetakan silinder ukuran 10x20 cm3 untuk

beton yang akan dipenetrasi ion klorida sesuai dengan metode NorthTest

(NTBuild 492 – Non-Steady State Chloride Migration Test), sedangkan untuk tes

kuat tekan beton digunakan cetakan kubus 15x15x15 cm3. Proses mix design

beton dibedakan berdasarkan kadar fly ash yang digunakan dan pemakaian larutan

NaOH sebagai pengikat fly ash. Untuk penelitian ini di buat 7 macam mix design,

variabel yang tetap adalah kadar semen 300 kg/m3, rasio air semen 0,45, dan

perbandingan antara agregat kasar dan agregat halus 55%:45%, sedangkan

variabel yang tidak tetap adalah kadar fly ash sebesar 15% dan 30% sebagai

pengganti semen (cement replacement) dan kadar NaOH yang mengikuti besarnya

jumlah fly ash(Tabel 3.3), dimana proses pamakaian NaOH dibedakan menjadi 2

yaitu dioles dan di campur dalam mix design. Proses pengolesan dilakukan setelah

umur beton 28 hari.

Tabel 3.3. Variasi mix design beton menggunakan percepatan

Mix Faktor w/c

Semen kg/m3

Air kg/m3

Kerikil kg/m3

Pasir kg/m3

Fly ash kg/m3

NaOH kg/m3

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

350 297,5 245

297,5 245

297,5 245

175 175 175 175 175 175 175

1020,251020,251020,251020,251020,251020,251020,25

834,75 834,75 834,75 834,75 834,75 834,75 834,75

- 52,5 105 52,5 105 52,5 105

- - -

10,08 20,16 dioles dioles


27

Gambar 3.4. Proses pengecoran beton dengan fly ash

3.4.2 Persiapan penetrasi ion klorida dengan percepatan

Proses curing di lakukan selama 52 hari. Setelah 28 hari sampel beton

ukuran 10x20 cm3 dipotong menjadi 3 bagian masing-masing dengan ukuran 10x5

cm3 dan kelebihan potongan di bagian bawah dan atas sampel di buang (Gambar

3.4) dan untuk beton no 4 dan 5 akan di oles bagian bawahnya dengan larutan

NaOH, baru kemudian di masukkan ke dalam oven selama 4 jam dalam suhu

50°C.

Gambar 3.5. Cara pemotongan beton

10

20 cmdipotong

Sepecimen 1

Sepecimen 2

Sepecimen 3

dibuang

dibuang

5cm

10

5cm

5cm

1 cm

1 cm


28

Kemudian sampel beton yang telah di potong di bungkus dengan karet

pembungkus (rubber sleeve) dan dikunci dengan clamp pada bagian atas dan

bawahnya. Dan untuk mencegah terjadinya kebocoran yang menyebabkan

tercampurnya larutan pada bagian atas (NaOH) dan bawah (NaCl) sampel akibat

permukaan sisi beton yang tidak rata yang dapat menyebabkan merembesnya

larutan ke dalam sampel, maka pada keliling sisi permukaan beton dilapisi dengan

menggunakan lem silikon. Setelah itu sampel diletakkan diatas plastic support

yang telah disiapkan dengan kemiringan 32° dan di bawah sampel diletakkan plat

stainless steel yang berfungsi sebagai katoda dan diatas spesimen diletakkan

wiremesh stainless steel sebagai anoda. Plat dan wiremesh tidak menempel

langsung pada spesimen, tapi diberi jarak dengan menggunakan plastik selebar 1

cm.

Gambar 3.6. Sampel beton yang sudah dibungkus dengan rubber slave dan

dikunci dengan clamp

Clamp untuk mengunci beton

Rubber Sleve

Sampel beton


29

Gambar 3.7. Sampel beton yang diletakkan pada plastic support

3.4.3 Proses penetrasi ion klorida dengan menggunakan percepatan

• Kotak plastik diisi dengan menggunakan larutan natrium klorida

(NaCl) 10% sebanyak 12 liter sebagai larutan anolit.

• Pada bagian atas spesimen yang dibungkus dengan selang diisi dengan

larutan larutan natrium hidroksida (NaOH) 0,3 N sebanyak 300 ml

sebagai larutan katolit.

• Anoda dan katoda di pasang pada masing-masing larutan anolit dan

katolit.

Gambar 3.8. Alat Tes Migrasi

NaCl 10%

NaOH 0.3 N

Anoda

Katoda


30

• Katoda di hubungkan ke kutub negatif dan anoda ke kutub positif dari

power supply.

• Pada kondisi awal power supply dinyalakan pada voltase 30V lalu

dicatat arusnya, baru kemudian voltase diatur sesuai dengan arus yang

terjadi (Tabel 3.4) lalu besarnya arus yang terjadi di catat lagi

Gambar 3.9. Power supply dengan kapasitas 30 V dan 3A

Gambar 3.10. Multimeter untuk mengukur voltase dan arus yang terjadi


31

Tabel 3.4. Voltase tes dan durasi untuk spesimen beton dengan kandungan semen


32

Gambar 3.11. Sampel Beton yang sudah di belah

Koefisien migrasi dari percobaan ini dapt dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Dnssm = t

XdXd α−.FE z

RT 3.1

Dimana :

E = L

2-U 3.2

.2zFERT

=α erf-1⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

CoCd21 3.3

Dnssm : non-steady state migration coefficient (m2/s)

Z : Faraday constant, F = 9.648 x 104 J/(V-mol)

U : nilai absolut dari voltase yang diberikan (V)

R : gas constant, 8.314 J/(K-mol)

T : nilai rata-rata dari temperatur awal dan akhir pada larutan anolit (K)

L : tebal spesimen (m)

Xd : nilai rata-rata dari kedalaman penetrasi (m)

t : durasi tes (detik)

erf-1: invers dari error function

Cd : konsentrasi ion klorida pada saat warnanya berubah, Cd ≈ 0.07 N


33

Co : konsentrasi ion klorida pada larutan katolit, Co ≈ 2 N

Apabila nilai erf-1 dihitung, maka rumus Dnssm menjadi :

Dnssm = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−+

−+

2.)273(0238.0

2)t-(UT)0.0239(273

UXdLTXd 3.4

Dimana :

Dnssm : non-steady state migration coefficient (m2/s), x 10-12 m2/s

U : nilai absolut dari voltase yang diberikan (V)

T : nilai rata-rata dari temperatur awal dan akhir pada larutan anolit (oC)

L : tebal spesimen (mm)

Xd : nilai rata-rata dari kedalaman penetrasi (mm)

t : durasi tes (jam)

fly ash · 2013. 3. 11. · mix design dibuat 1 buah beton berbentuk silinder dengan ukuran 15x30...

Documents