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 :maulanaarifin100@gmail.com 2 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang

email :fahrulanam02@gmail.com 3 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang

email :antonius67a@gmail.com 4 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Islam Sultan Agung,Jl. Raya Kaligawe Km.4 Semarang

email :darmayadi@yahoo.com

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.