pengaruh kecep a t an dan model pemanasan...

7
PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN TERHADAP DEGRADASI KEKUATAN BETON) )$b Amir Partowiyatmo2 ABSTRAK PENGARUH KECEPATAN DAN MODEL PEMANASAN TERHADAP DEGRADASI KEKUATAN BETON. Peneli- tian di laboratorium untuk mengkaji pengaruh suhu tinggi terhadap kekuatan beton, umumnya benda uji dipanaskan sampai suhunya homogen dan kecepatan pemanasannya dipilih lambat. misalnya I .C/menit, alasannya adalall untuk menghindari terjadinya thermal stres.~. Padallal dalam peristiwa kebakaran yang sebenamya, kecepatan pemanasannya relativ tinggi dan distribusi suhu pada masing- masing komponen struktur beton tidak merata, oleh karena itu untuk memallami terjadinya fenomena peruballan sifat mekanis beton ilkibat kebakaran perlu dilakukan percobaan simulasi dengan menggunakan parameter kecepatan dan model pemanasan. Untuk lebih memallami terjadinya mekanisme degradasi kekuatan beton, maka di dalam pemballasan akan disertai analisa struktur mikro beton dengan menggunakan peralatan mikroskop elektron, differential thermal analy,~is (DT A), dan dilatometer. ABSTRACT THE EFFECT OF HEATING RATE AND MODEL OF CONCRETE STRENGTH DEGRADATION. The laboratori- cal experiments studying the effect of high temperature on the concrete strength. the specimen is normally heated until its temperature homogen and to avoid the thermal stress the heating rate is slowly regulated, e.g I .C/min. Whereas in the real fire the heating rate is relative high and the temperature in the concrete structures is not homogen distributed. so that in order to know the phenomena of the mechanical properties changing in the concrete due to the fire, it is necessary to performance the experiments, in which the rate and mode of heating as parameters. For understanding of the mechanism of the concrete strength degradation, so in the discusion will be accompanied by microstructure analysis of the concrete using the apparatus of scanning electron microscope, differential thermal analy- sis, and dilatometer. KEY ~VORD Heating rate,Concrete Strength, Degradation PENDAHULUAN langkan pengaruh thermal stress terhadap kerusakan matrik beton. Sehingga fenomena degradasi kekua- tan beton semata-matahanya diakibatkan oleh pen- garuh panas secaralangsung. Oleh karena itu untuk memahami fenomena pen- garuh kebakaran terhadap struktur beton pada kon- disi yang sebenamya, perlu dilakukan percobaan simulasi dengan menggunakan paramater cara clan kecepatan pemanasan. TEORI Beton adalah tennasuk bahan komposit yang terdiri daTi agregat dan pasta semen yang berfungsi sebagai matrik. Pasta semen sebagai produk reaksi hidrasi antara semen dan air, berperan sebagai pen- gikat agregat sehingga menjadi suatu kesatuan yang solid dan kuat. Disamping senyawa hidrat lainnya, maka calcium silicate hydrate (CSH) dan Ca(OH)2, merupakan senyawa yang dominan dan berperan dalam menentukan kekuatan dan ketahanan beton terhadap pengaruh lingkungan. Dalam sistim struk- tur internal beton, dibandingkan dengan kekuatan agregat dan matriknya sendiri, maka bidang batas antara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat yang digunakan dalam pembuatan beton adalah daTi batuan jenis silikat yang mengandung senyawa inert SiO2 (quartzitic agregate). Dalam membuat campuran beton, jumlah air yang ditambahkan umumnya lebih besar daTi jumlah air yang dibutuhkan untuk tercapainya reaksi stochiometri. Kelebihan air Dalam peristiwa kebakaran pada bangunan bertingkat, struktur beton akan mengalami siklus pemanasan clan pendinginan dengan kondisi yang berbeda-beda. Pada siklus pemanasan, sebagian komponen dapat mengalami kenaikan suhu dengan sangat cepat clan sebagian komponen lagi kenaikan suhunya lambat. Semuanya itu tergantung pada jumlah clanjenis bahan yang mudah terbakar yang terdapat di tempat itu, ukuran clan geometri kompo- nen, ventilasi clan kondisi tata ruang. Suhu ruangan ketika terjadi kebakaran dapat mencapai 1000 °C, namun suhu pada masing-masing struktur beton akan lebih rendah. Sesuai dengan hukum perpinda- han panas clan termodinamika, maka suhu di permu- kaan struktur beton akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di bagian dalamnya. Karena siklus pemanasan clan pendinginan J:mda masing-masing struktur beton pada saat kebakaran berbeda-beda, maka tingkat kerusakan masing-masing struktur betonjuga akan berbeda-beda. Untuk mengetahui pengaruh suhu tinggi ter- hadap penurunan kekuatan beton, kebanyakan penelitian di laboratorium dilakukan dengan cara memanaskan benda uji sampai suhunya homogen clan diatur dengan kecepatan pemanasan relatif lam- bat. Dengan menggunakan dapur listrik yang dilengkapi kontrol yang andal clan memadai, ke- cepatan pemanasan bisa diatur konstan pada I °C/menit. Pertimbangannya adalah untuk menghi- I Dipresentasikan pacta Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 2 UPT -Laboratorium Uji Konstruksi-BPPT 384

Upload: doantruc

Post on 30-Mar-2019

230 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASANTERHADAP DEGRADASI KEKUATAN BETON)

)$bAmir Partowiyatmo2

ABSTRAKPENGARUH KECEPATAN DAN MODEL PEMANASAN TERHADAP DEGRADASI KEKUATAN BETON. Peneli-

tian di laboratorium untuk mengkaji pengaruh suhu tinggi terhadap kekuatan beton, umumnya benda uji dipanaskan sampai suhunyahomogen dan kecepatan pemanasannya dipilih lambat. misalnya I .C/menit, alasannya adalall untuk menghindari terjadinya thermalstres.~. Padallal dalam peristiwa kebakaran yang sebenamya, kecepatan pemanasannya relativ tinggi dan distribusi suhu pada masing-masing komponen struktur beton tidak merata, oleh karena itu untuk memallami terjadinya fenomena peruballan sifat mekanis betonilkibat kebakaran perlu dilakukan percobaan simulasi dengan menggunakan parameter kecepatan dan model pemanasan. Untuk lebihmemallami terjadinya mekanisme degradasi kekuatan beton, maka di dalam pemballasan akan disertai analisa struktur mikro beton

dengan menggunakan peralatan mikroskop elektron, differential thermal analy,~is (DT A), dan dilatometer.

ABSTRACTTHE EFFECT OF HEATING RATE AND MODEL OF CONCRETE STRENGTH DEGRADATION. The laboratori-

cal experiments studying the effect of high temperature on the concrete strength. the specimen is normally heated until its temperaturehomogen and to avoid the thermal stress the heating rate is slowly regulated, e.g I .C/min. Whereas in the real fire the heating rate isrelative high and the temperature in the concrete structures is not homogen distributed. so that in order to know the phenomena of themechanical properties changing in the concrete due to the fire, it is necessary to performance the experiments, in which the rate andmode of heating as parameters. For understanding of the mechanism of the concrete strength degradation, so in the discusion will beaccompanied by microstructure analysis of the concrete using the apparatus of scanning electron microscope, differential thermal analy-sis, and dilatometer.

KEY ~VORDHeating rate, Concrete Strength, Degradation

PENDAHULUANlangkan pengaruh thermal stress terhadap kerusakanmatrik beton. Sehingga fenomena degradasi kekua-tan beton semata-mata hanya diakibatkan oleh pen-garuh panas secara langsung.Oleh karena itu untuk memahami fenomena pen-garuh kebakaran terhadap struktur beton pada kon-disi yang sebenamya, perlu dilakukan percobaansimulasi dengan menggunakan paramater cara clan

kecepatan pemanasan.

TEORI

Beton adalah tennasuk bahan komposit yangterdiri daTi agregat dan pasta semen yang berfungsisebagai matrik. Pasta semen sebagai produk reaksihidrasi antara semen dan air, berperan sebagai pen-gikat agregat sehingga menjadi suatu kesatuan yangsolid dan kuat. Disamping senyawa hidrat lainnya,maka calcium silicate hydrate (CSH) dan Ca(OH)2,merupakan senyawa yang dominan dan berperandalam menentukan kekuatan dan ketahanan betonterhadap pengaruh lingkungan. Dalam sistim struk-tur internal beton, dibandingkan dengan kekuatanagregat dan matriknya sendiri, maka bidang batasantara agregat dan matrik adalah komponcn yangpaling lemah. Umumnya agregat yang digunakandalam pembuatan beton adalah daTi batuan jenissilikat yang mengandung senyawa inert SiO2(quartzitic agregate). Dalam membuat campuranbeton, jumlah air yang ditambahkan umumnya lebihbesar daTi jumlah air yang dibutuhkan untuktercapainya reaksi stochiometri. Kelebihan air

Dalam peristiwa kebakaran pada bangunanbertingkat, struktur beton akan mengalami sikluspemanasan clan pendinginan dengan kondisi yangberbeda-beda. Pada siklus pemanasan, sebagiankomponen dapat mengalami kenaikan suhu dengansangat cepat clan sebagian komponen lagi kenaikansuhunya lambat. Semuanya itu tergantung padajumlah clan jenis bahan yang mudah terbakar yangterdapat di tempat itu, ukuran clan geometri kompo-nen, ventilasi clan kondisi tata ruang. Suhu ruanganketika terjadi kebakaran dapat mencapai 1000 °C,namun suhu pada masing-masing struktur betonakan lebih rendah. Sesuai dengan hukum perpinda-han panas clan termodinamika, maka suhu di permu-kaan struktur beton akan lebih tinggi dibandingkandengan suhu di bagian dalamnya. Karena sikluspemanasan clan pendinginan J:mda masing-masingstruktur beton pada saat kebakaran berbeda-beda,maka tingkat kerusakan masing-masing strukturbeton juga akan berbeda-beda.

Untuk mengetahui pengaruh suhu tinggi ter-hadap penurunan kekuatan beton, kebanyakanpenelitian di laboratorium dilakukan dengan caramemanaskan benda uji sampai suhunya homogenclan diatur dengan kecepatan pemanasan relatif lam-bat. Dengan menggunakan dapur listrik yangdilengkapi kontrol yang andal clan memadai, ke-cepatan pemanasan bisa diatur konstan pada I°C/menit. Pertimbangannya adalah untuk menghi-I Dipresentasikan pacta Pertemuan Ilmiah Sains Materi 19972 UPT -Laboratorium Uji Konstruksi-BPPT

384

Page 2: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

maka akan terjadi perbedaan suhu antara permukaandengan bagian dalam. Hila perbedaan suhu antardua lokasi cukup besar ( > 10 °C/cm), maka efekthermal stress terhadap struktur internal beton akanbersifat destruktif [5]. Adanya perbedaan sifatdilatasi antara agregat dan matrik dan terjadinyathermal stress akibat perbedaan suhu akan mem-berikan konstribusi terhadap disintegrasi strukturinternal beton, yang selanjutnya dapat menurunkankekuatan beton.

Dengan menggunakan peralatan DT A, makasuhu puncak (peak temperature) saat terjadinyareaksi fisis clan kimiawi dari senyawa-senyawa yangterkandung dalam beton secara kuantitatif dapatdiidentifikasi. Sebagai salah satu tujuan percobaandengan peralatan DTA disini adalah untuk menge-tahui pengaruh kecepatan pemanasan terhadap pe-rubahan/pergeseran suhu puncak.

Dengan merangkum uraian diatas, makagambar 1 dapat memberikan penjelasan singkattentang terjadinya reaksi fisis dan kimiawi dalambeton secara utuh akibat pengaruh panas. Sedangdalam gambar 2 memperlihatkan hasil percobaandari beberapa peneliti tentang penurunan kuat tekanbeton akibat pengaruh kenaikan suhu pemanasan.Karena pengaruh dari berbagai faktor, maka hasilpercobaan dari masing-masing peneJiti akan mem-

perlihatkan adanya perbedaan.

yang tidak bereaksi dengan semen akan berada didalam pori-pori kapiler, dimana dalam peristiwakebakaran akan memberikan konstribusi terhadapterjadinya degradasi beton.

Agregat dan matrik mempunyai sifat dilatasiyang kontradiktif. Pada suhu yang semakin tinggi,agregat akan cenderung memuai terns. Saat suhutransformasinya (573 °C) tercapai akan terjadi pe-muaian yang melonjak, namun setelah itu akan ter-jadi kondisi yang stagnasi, dimana suhu semakintinggi tetapi agregat tidak bertambah panjang. Padaproses pendinginan sampai suhu ruang agregat akankembali pad a kondisi (panjang) semula. Sebaliknya,matrik beton hanya akan memuai sampai batas pad asuhu penguapan air bebas (:1: 180 °C), namun setelahair bebasnya habis menguap, maka akibat adanyareaksi dekomposisi matrik beton akan cenderungmengalami penyusutan terus. Sehingga akhimya,setelah kembali pada suhu ruang dimensi matrikakan lebih kecil dari dimensi semula. Denganadanya perbedaan sifat dilatasi tersebut dapat men-gakibatkan terjadinya tegangan lokal. Bila teganganlokal yang terjadi melebihi kuat lekat antara agregatdan matrik, maka pada bidang batasnya akan terjadiretak-retak mikro. Untuk memahami fenomena ter-sebut dapat dilakukan percobaan dengan menggu-nakan peralatan dilatometer.

Selama proses pemanasan, maka akan terjadiperambatan panas dari permukaan menuju kebagian dalam struktur beton. Dengan demikian

~~

PH~'SI('.-\l LSD (HE\IIC-\l RE.:,(,IO'S I~ I.-O~CRETE:. Ol RI'(; flRl

'f'

-O.tlerel)cI:: "r tlenn:!1 e"pansion be1""e!1 al,:greFate and "em,'nt stooc-Thel11)al slrt."S~ duc 10 tI,e Iclnp,'r~ture di,rrihlltlOl1

tI Decarh"'l.ttiun of LimeSlon-' I30 De;:...mp',s;tiC'" of CS11-Phase and Funnari,," of 6-(" ~ 900

Tral.sfom'"tion ,of Lowqual'tZ~ l"ghquartz

Ol:cornp(siti('n of La(m!) ,

-E v8)K)r8!ion of (reo: "ate.., 30 -18Q °C)-BrelakdowfJ ,-,f g.:1 c 3') -30(; 'f: l-Rclea"I:: "i ~ct:olil"ical hou"d":lll:r or ":lll:r h~ld b\; cherni-sorplic41 (120 -6()O "(~)

-p~"sur~ of "'al~, vapour(up lo2f,o CC)

~ t 1. I

57.'

E3(1

""

385

Page 3: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

PERCOBAAN

Oalam penelitian ini digunakan benda ujibeton berbentuk kubus dengan sisi 10 cm. Campu-ran beton dibuat dengan menggunakan agregat be-rukuran maksimum 16 cm clan rasio air-semennya0,5. Perawatan beton dilaksanakan dengan meren-dam benda uji didalam air sampai berumur 28 hari,setelah itu dipindahkan di dalam ruang terkontrol(20 °C/65%) sampai 90 hari. Untuk menghindariterjadinya kerusakan benda uji selama percobaanakibat tekanan uap air yang ekplosif, maka bendauji sebelum dipanaskan perlu perlakuan pengerin-gan awal pada suhu 40 °C clan atau 105 °C selama 7hari.

Suhu pemanasan yang dipilih dalam perco-baan adalah 400, 500, dan 700 °C, karena padaketiga suhu tersebut diharapkan akan memberikanperbedaan basil yang komparatif dan karakteristik.Sesuai dengan target yang ingin dicapai, model pe-manasan benda uji dibedakan m'enjadi dua, yaitumodel pemanasan model I (homogeneous heating),benda uji dipanaskan sampai suhu yang diinginkantercapai, kemudian ditunggu sampai terdistribusimerata, setelah suhu homogen tungku dimatikanclan benda uji didinginkan di dalamnya sampai suhuruang. Oalam model pemanasan model II (surface-layer heating), benda uji dipanaskan hanya sampaisuhu yang diinginkan di permukaan tercapai, kemu-dian tungku dimatikan. Benda uji didinginkan didalam tungku dan kemudian dikeluarkan setelahsuhu ruang tercapai. Oalam kondisi pemanasanyang kedua ini, distribusi suhu di dalam benda ujitidak akan merata. Oalam rangkaian percobaan,dengan kedua model pemanasan yang berbeda ter-

sebut, kecepatan pemanasannya diatur bervariasidari 30 sampai dengan 1250 °C/jam.

Untuk mengontrol dan memonitor kenaikansuhu, serta sekaligus untuk mengetahui batas waktupemanasan dan verifikasi kecepatan pemanasan,maka di dalam salah satu benda uji dipasang empatbuah termokopel chromel-alumel dengan perbedaankedalaman 0; 1,5; 3,5; dan 5 cm. Setiap parameterpercobaan digunakan empat buah benda uji.Keseluruhan benda uji yang telah mengalami prosespemanasan kemudian dilakukan uji tekan untukmengevaluasi tingkat degradasi kekuatan beton.

Guna menjelaskan mekanisme terjadinyadegradasi kekuatan beton akibat pengaruh suhutinggi, maka perlu ditunjang dengan pemeriksaanstruktur mikro beton. Untuk mengetahui pengaruhkecepatan terhadap perubahaan suhu saat terjadinyareaksi fisis dan kimiawi dari senyawa yang terkan-dung di dalam beton digunakan peralatan DTA.Sedang untuk mengkaji mekanisme disintegrasistruktur mikro akibat perbedaan sifat dilatasi an taraagregat dan matrik (pasta semen) dipergunakan per-alatan dilatometer, dan terakhir untuk visualisasidisintegrasi atau keretakan matrik beton digunakanmikroskop elektron (SEM).

Dengan menggunakan peralatan DT A, makasecara kualitatif, suhu saat terjadinya reaksi endo-thermis dan eksothermis akibat pemanasan dapatdiamati dan diregistrasi. Dalam percobaan ini hanyadigunakan sampel pasta semen. Sampel yang sudahdihaluskan seberat :t12 mg, kemudian dipanaskansecara simultan dengan senyawa inert (AI2O)ditempat cawan keramik yang berbeda, dengan ke-cepatan 2,5 °C/jam dan 16 °C/jam dengan dialiridengan gas nitrogen. Senyawa inert berperan seba-gai referensi.

Untuk mengetahui perbedaan sifat dilatasidipersiapkan sampel dari pasta semen dan batu pasir(sandstone) dengan ukuran 6 x 6 x 20 rom. Karenaalasan kesulitan dalam preparasi, maka batu pasirdipilih sebagai pengganti agregat, sebab keduanyamemliki kandungan SiO2 dan sifat mineralogis yangsarna.Dengan bantuan peralatan dilatometer, maka elon-gasi dan penyusutan sampel selama siklus pemana-san dan pendinginall c.lapat diregristrasi. Dengandemikian terjadinya degradasi struktur internal be-ton akibat kenaikan suhu memungkinkan untuk die-valuasi. Hasil pengamatan yang didapat dari DT Aclan dilatometer saling terkait dan saling menunjang.

Untuk keperluan pemeriksaan denganmikroskop elektron, potongan sam pel yang dipilihharus dicetak (mounting) terlebih dahulu denganepuAY, lalu dipotong kemudian dipoles dan yangterakhir agar bersifat konduktor, permukaannya

perlu dilapisi dengan platina.

386

Page 4: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan untuk mengetahui pengaruhkecepatan clan model pemanasan pada suhu 400 °Cclan 500 °C dituangkan dalam gambar 3 clan 4.Nampak dalam kedua gambar bahwa pada modelpemanasan I, dimana suhu dalam benda uji ho-mogen, maka kekuatan sisa beton cenderung se-makin turun, sebagai akibat pengaruh dari kenaikankecepatan pemanasan. Namun sebaliknya untukmode! pemanasan II, kekuatan sisa beton cenderunglebih tinggi bi!a kecepatan pemanasan naik. Se-hingga dapat dikatakan bahwa bentuk kedua kurveperubahan kekuatan sisa beton adalah divergen.

gen, melainkan paralel dan saling berdekatan

(gambar 5).100 I R~R~U.S~~:.~l__- ---

I '_of_"oo-c Ago -87-..-""'C "" -O,s..70

eo --,50 .,(

40 ,;:-~-.!=::i:=:::::::~~==;~30 _-11---,20

10

0 -~-T~-,-~--0 100 200 300 400 600 eoo 700 --1.-

~ R.. 01 F~; rGnlJGambar 5. Kekuatan sisa beton sebagai fungsi dari kece-

patan dan mode! pemanasan pada suhu 700oC-~ S~~T~

T__~ 'OO'C'00 ...'0'--.,,"'C

wo -.5.. .""--~ ,~~~'..80

:i.~

..-~_.-10

60

50 1- -m ,- ~ ~---~ ~

0 -400 000 000 1,000 ,- 1,400Healilg Rote 01 Fumace .rcn.)

Gambar 3. Kekuatan sisa beton sebagai fungsi dari kece-patan dan model pemanasan pada suhu 400oC

Hal ini dapat memberikan kesimpulan bahwa pe-manasan pada suhu 700 °C, kecepatan dan modelpemanasan tidak memberikan pengaruh terhadapperubahan kekuatan sisa beton. Sehingga bisamemberikan arti bahwa disintegrasi struktur internalbeton sudah merata sampai ke bagian dalam.

Dengan data-data pengukuran berikut, makadiharapkan mekanisme degradasi kekuatan betonakibat pengaruh kecepatan dan model pemanasandapat dijelaskan. Dari pengukuran kenaikan suhu didalam benda uji, baik untuk model pemanasan Imaupun II, secara umum dapat dikatakan bahwasuhu maupun kecepatan pemanasan di tengah bendauji lebih rendah bila dibandingkan dengan kondisidi permukaan. Semakin tinggi pengaturan kecepatanpemanasan tungku, maka perbedaan suhu dan kece-patan pemanasan antara dipermukaan dan bagiandalam benda uji akan semakin bertambah besar(gambar 6 -9).Untuk model pemanasan II, kenyataan menunjuk-kan bahwa suhu yang dicapai di bagian tengah tetapakan selalu lebih rendah bila dibandingkan dengansuhu di permukaan (tabel I).

-~

--+~,-;-t---~I-:-::-;j:;;--;?~- .l---L-- ---1 --i;;;;.~-,-'::;:.. ;~4-':;;-:;

--1--"'" --1---;-----+; ---Ioc---,-'~~.;c.~8- __L___I 1---

I I I1[»- ti~--r r---I--T11»- ---'-+,.,---""'--~I---""---

oj I I,.,~ -~

Gambar 6, Kurve kenaikan suhu sebagai fungsi dariwaktu untuk pemanasan beton dengan penge-ringan awal 105 °C dan kecepatan pemanas-an 100 °C/jam.

Untuk pemanasan pada suhu 400 °c,pada daerah kecepatan pemanasan antara300-800 °C/jam, hasil pengukuran kekuatan sisabeton menunjukkan harga diatas garis regresi. Se-dangkan fenomena yang serupa untuk pemanasanpada suhu 500 °C terjadi pada daerah 100 -200°C/jam. Pada suhu 500 °C, dengan menggunakanbenda uji yang dikeringkan pada 40 °C clan bendauji yang berumur 2 tahun, hasilnya menunjukkanbahwa fenomena tersebut temyata muncul kembali.

Pemanasan pada suhu 700 °C bentuk keduakurve untuk model pemanasan I clan II tidak diver-

+ !"'-

IM- Il

387

Page 5: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi /997 /SSN /4/0-2897

Tabel Data pengukuran suhu di bagian dalam bendauji sebagai fungsi dari kecepatan pemanasandengan model pemanasan II

71»..-..3»

00 ~ ,.. ,~ D

1N~

Gambar 7. Kurve kenaikan suhu sebagai fungsi dariwaktu untuk pemanasan beton dengan penge-ringan awal 105 °C dan kecepatan pemanas-an 650 DC/jam.

Tp : Suhu di permukaan yang diinginkan; HR:

Kecepatan pemanasanT d : Suhu maksimum bagian dalam benda uji yang dapat

dicapai

Seharusnya dengan memperhatikan fenom-ena ini, reaksi dekomposisi di bagian tengah bendauji akan terjadi pada suhu yang lebih rendah. Na-mull dari literatur menyebutkan, karena di bagiantengah benda uji ada kecenderungan mempunyaitekanan lebih tinggi dari tekanan normal, yaituakibat uap air yang sulit keluar, maka reaksidekomposisi akan terjadi pada suhu yang lebihtinggi dari yang semestinya (7). Contohnya, untuksampel beton yang kandungan aimya masih tinggi(gb. 8) nampak adanya isotermis pada suhu :t180 °cuntuk penguapan air, daD isotermis pada suhu :t 550°c untuk dekomposisi Ca(OH)2 (gb. 6-7).

P

700 --.,---t--~t +-~ -~-__I___L__J._-

I I [ I-'f- --1---+---+--I'" .'- I Iat ---1---

~

28

,.-

,..,..Gambar 9. Kurve kenaikan suhu sebagai fungsi dari

waktu untuk pemanasan beton umur 2 tahuntanpa pengeringan awal dan kecepatan pe-manasan 530 OC/jam.

cu',,.

Hasil pengamatan dengan peralatan DT A(gb.IOa) memperlihatkan adanya 3 suhu puncak,secara berturut-turut adalah penguapan air (40,2 -

76,5 °C), ditengah dekomposisi Ca(OH)2 -[433,9°C] dan terakhir untuk CSH (591,8 °C). Bila kece-palau pemanasan dinaikkan dari 2,5 °C/min. men-jadi 16 °C/min; suhu puncak akan bergeser kekanan,atau dengan kala lain suhu puncaknya akan menjadilebih tinggi. Disamping itu nampak bahwa julat-suhunya bertambah lebar (gambar 10.).

..,~",-,.,..Gambar lOa. 2,5 °C/menit

~RR

Page 6: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

terjadinya fenomena perubahan degradasikekuatan beton akibat pengaruh kecepatan clanmodel pemanasannya. Ilustrasinya sepertidirangkum dalam gambar I.

Gambar l2a-d memperlihatkan strukturmikro beton dalam kondisi normal clan setelahmengalami perlakuan panas pada suhu 400, 500,clan 700 °c. Semakin tinggi suhu pemanasannya,disintegrasi struktur mikro beton semakin parah.Retak yang terjadi tidak hanya pada matrik saja,tapi juga pada bidang batas antara pasta semen clanagregat. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwabeton setelah mengalami pemanasan pada suhu700 °c kekuatan sisanya hanya ditentukan olehadanya friksi antara fragmen-fragmennya saja,ikatan antara agregat clan matrik sudah tidak ada.

-,~ *

Gambar IOb.16°C/menit

Gambar IO.a-b.perbe-

Hasil pengamatan DT A dengan

daRn kecepatan untukpemanasansampel

pasta semen.

Hasil pengukuran sifat dilatasi pasta semendan agregat dengan peralatan dilatometer sampaipada suhu 700 DC dengan parameter kecepatanpemanasan terlihat dalam gambar 11. Untukagregatnya sendiri ternyata kecepatan pemanasantidak memberikan pengaruh terhadap perubahansifat dilatasi. Artinya kondisi agregat setelahdipanaskan akan selalu kembali kepada kondisiawalnya, walaupun telah mengalami perlakuanpemanasan yang berbeda. Sedang untuk pastasemen menunjukkan bahwa semakin lambatpemanasannya penyusutan benda uji akibatpengaruh siklus pemanasan dan pendinginanmenjadi semakin besar. Terjadinya perubahan sifatdilatasi pasta semen akibat pengaruh kecepatanpemanasan dapat dijelaskan dari basil pengukurandengan peralatan DT A. Dan perubahan tersebutakan mempengaruhi terhadap perubahan tingkatdegradasi struktur internal beton.

Gambar iz a-d. Perubahan struktur mikro beton akibatpengaruh pemanasan.a. kondisi normal b. T = 400 oCc. T = 500 oC d. T = 700 oC

KESIMPULAN

Dalam peristiwa kebakaran yang riil,kenaikan suhu pada masing-masing struktur betonrelatif cepat daD distribusi suhunya tidak merata.Dengan mensimulasikan kondisi kebakaran sepertidi lapangan, maka basil penelitian denganparameter cara dan kecepatan pemanasan dapatdisimpulkansebagai berikut :

Melaluimodel pemanasan I (homogeneousheating) dan model pemanasan II (surface-layer heating) pacta suhu 400 dan 500 "c,semakin tinggi kecepatan pemanasannya, makakecenderungan kedua kurve kekuatan sisabeton adalah divergen. Disatu sisi kurve untukmodel pemanasan I semakin menurun, disisilain kurve untuk model pemanasan II semakinnaik. Divergensi kurve untuk suhu pemanasan400 DC lebih lebar dibandingkan kurve pactasuh..~ pemanasan 500 DC. Faktor penyebabnyaadalah akibat adanya perbedaan tingkatdegradasi kekuatanbeton dibagian tefigah.

0 100 3XI )00 400 500 MX! ~ ~

T"'I1""""n. "C

Gambar ll. Siklus pemuaian dan penyusutan dari

agregatsebagai(sandstone) daD pasta semen

fungsidaTi kecepatan pemanasan.

Bila ketiga hasil pengukuran, yaitu suhupuncak saat terjadinya reaksi kimia, perkembangansuhu, dan sifat dilatasi dari komponen pembentukbeton dikemas , maka akan dapat menjelaskan

389

Page 7: PENGARUH KECEP A T AN DAN MODEL PEMANASAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-384.pdfantara agregat dan matrik adalah komponcn yang paling lemah. Umumnya agregat

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410-2897

2. Kecenderungan divergensi kedua kurve sisakekuatan beton pada suhu pemanasan 700 °C ti-dak nampak. Yang terjadi adalah kedua kurveparalel dan saling berdekatan. Sehingga dapatdikatakan, bahwa pada suhu pemanasan yangtinggi (700 °C), cara daD kecepatan pemanasantidak mempunyai pengaruh terhadap perubahankekuatan sisa beton. Oleh karena pada suhu,reaksi dekomposisi dari senyawa pembentukkekuatan beton (CSH) baik di permukaan mau-pun dibagian tengah benda uji sudah tecapai.

3. Pemanasan dengan kecepatan yang tinggi akanmenggeser suhu puncak reaksi dekomposisi kesuhu yang lebih tinggi.4. Pada suhu pemanasan 400 daD 500 °C dengankecepatan pemanasan yang moderat memperli-hatkan adanya gejala penguatan sifat beton. Ge-jala ini tidak terjadi pada suhu pemanasan 700°C. Untuk membuktikan kebenaran dan men-jelaskan terjadinya fenomena penguatan tersebut

perlu penelitian lanjutan.

nach Warmeeinwirkung. Dissertation UniversitatBremen (1996).

2. HINRICHSMEYER : Strukturorientierte Analyseund Modelbeschreibung der ThennischenSchadigung von Beton. Dissertation TU-Braunschweig (1987).

3. ZURZ : Untersuchungen fiber die thennischeZersetzung hydratisierte Zementpasten und Be-tone unter Brandbedingungen. Dissertation TU-Clausthal, (1988)

4. HERTZ: Residual Properties of Concrete HeatedRapidly. Evaluation and Repair of Fire Damageto Concrete, American Concrete Institute SP-92,(1986)

5. SCHNEIDER: Behaviour of Concrete at HighTemperatures.. Deutscher Ausschuss filr Stahl-beton, Heft 357, (1982)

6. DIEDERICHS; SCHNEIDER;U., WEIf3,R., :Ursachen und Auswirkungen der Entfestigungvon Beton bei hoher Temperatur. Bauphysik 3,(1980).

7. SCHULTZE: Differentialthennoanalyse VerlagChemie, GmbH (1969).DAFfARPUSTAKA

PARTOW1V ATMO, A.

Schadigungsgrades yonEnnittlung des

Verbundwerkstoffen

390