1.6. Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :
1. Tahapan Preparasi Agregat dan Bahan Polimer
2. Tahapan Pembuatan Aspal Polimer
Pada tahapan ini variasi aspal dengan variasi polistirena dicampurkan, dan ditambahkan dengan agregat. Campuran tersebut ditambahkan dengan inisiator
Dikumil Peroksida DCP dan crosslinker Divenil Benzena DVB, yang kemudian diblending menggunakan ekstruder, dan dicetak melalui Hot
Compressor.
3. Tahapan Karakterisasi Aspal Polimer
Untuk karakterisasi yaitu dengan uji kuat tekan Compressive Strengh Test dan uji penyerapan air Water Absorption Test.
Variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah : -
Variabel Bebas : Polistirena dan aspal dengan variasi perbandingan bb dalam 100 gram : 40:60; 35:65; 30:70; 25:75; 20:80; 15:85; 10:90;
5:95 dan 0:100 -
Variabel Tetap : Agregat pasir halus 300 g, DCP 1 phr, dan DVB 1 phr
- Variabel Terikat : Uji kuat tekan Compressive Strengh Test dan
Uji penyerapan air Water Absorption Test
1.7. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Pusat Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aspal
Aspal didefinisikan sebagai material perekat cementitious, berwarna hitam atau coklat tua dengan unsur utama bitumen. Aspal dapat diperoleh di alam ataupun juga
merupakan hasil residu dari pengilangan minyak bumi. Aspal merupakan material yang umum digunakan untuk bahan pengikat agregat, oleh karena itu seringkali
bitumen disebut pula sebagai aspal.
Aspal adalah material yang pada temperatur ruang berbentuk padat dan bersifat termoplastis. Jadi, aspal akan mencair jika dipanaskan sampai dengan
temperatur tertentu, dan kembali membeku jika temperatur turun. Bersama dengan agregat, aspal merupakan material pembentuk campuran perkerasan jalan Sukirman,
2003.
Aspal dikenal sebagai bahanmaterial yang bersifat viskos atau padat, berwarna hitam atau coklat, yang mempunyai daya lekat adhesif, mengandung
bagian-bagian utama yaitu hidokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi atau kejadian alami aspal alam dan terlarut dalam karbondisulfida.
Aspal dihasilkan dari minyak mentah yang dipilih melalui proses destilasi minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu
350
o
C dibawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi ringan, seperti gasoline bensin, kerosene minyak tanah, dan gas oil Wignall, 2003.
Universitas Sumatera Utara
Aspal adalah material yang termoplastik, berati akan menjadi keras atau lebih kental jika temperatur berkurang dan akan lunak atau lebih cair jika temperatur
bertambah. Sifat ini dinamakan kepekaan terhadap perubahan temperatur. Kepekaan terhadap temperatur dari setiap jenis aspal berbeda-beda, yang dipengaruhi oleh
komposisi kimiawi aspalnya, walaupun mungkin mempunyai nilai penetrasi atau viskositas yang sama pada temperatur tertentu. Pemeriksaan sifat kepekaan aspal
terhadap perubahan temperatur perlu dilakukan sehingga diperoleh informasi rentang temperatur yang baik untuk pelaksanaan pekerjaan.
Gambar 2.1 Kepekaan aspal terhadap temperatur
Gambar 2.1. memberikan ilustrasi tentang dua jenis aspal yang mempunyai nilai viskositas yang sama pada temperatur 60
o
C , tetapi berbeda pada temperatur lainnya. Aspal A lebih peka terhadap perubahan temperatur, jika dibandingkan dengan aspal B.
Kepekaan terhadap lama waktu pelaksanaan perkerasan jalan dan perubahan temperatur sepanjang masa pelayanan jalan, jika menggunakan aspal A lebih tinggi
dari pada jika menggunakan aspal B. Aspal yang mengandung lilin wax lebih peka terhadap temperatur
dibandingkan dengan aspal yang tidak mengandung lilin. Hal ini terlihat pada aspal yang mempunyai viskositas yang sama pada temperatur tinggi, tetapi sangat berbeda
viskositas pada temperatur rendah. Kepekaan terhadap temperatur akan menjadi dasar perbedaan umur aspal untuk menjadi retakmengeras. Parameter pengukur kepekaan
Aspal A
Aspal B Aspal A B
mempunyai viskositas young
60
o
C V
is k
o si
ta s
Universitas Sumatera Utara
aspal terhadap temperatur adalah indeks penetrasi penetration index = PI Sukirman,S., 2003.
Gambar 2.2 Struktur Aspal
2.1.1. Jenis – Jenis Aspal
Secara umum, jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan asal dan proses pembentukannya adalah sebagai berikut :
a Aspal Alamiah Aspal alamiah ini berasal dari berbagai sumber, seperti pulau Trinidad dan
Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40 organik dan zat-zat anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda mengandung
kira-kira 6 zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak penting.
b Aspal Batuan Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang
diperpadat dengan bahan-bahan berbitumen. Aspal ini terjadi di berbagai bagian di
Universitas Sumatera Utara
Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan yang sangat tahan lama dan stabil, tetapi kebutuhan transportasi yang tinggi membuat aspal terbatas pada
daerah-daerah tertentu saja.
c Aspal Minyak Bumi Aspal minyak bumi perrtama kali digunakan di Amerika Serikat untuk
perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di Kentucky, Ohio,
Michigan, Illinois, Mid-Continent, Gulf-Coastal, Rocky Mountain, California, dan Alaska. Sumber-sumber asing termasuk Meksiko, Venezuela, Colombia, dan Timur
Tengah. Sebesar 32 juta ton telah digunakan pada tahun 1980 Oglesby, 1996.
Aspal pabrik, merupakan aspal yang terbentuk oleh proses yang terjadi dalam pabrik, sebagai hasil samping dari proses penyulingan minyak bumi. Aspal pabrik ini,
mempunyai kualitas standard. Aspal pabrik terbagi kedalam tiga jenis, yaitu :
1 Aspal emulsi, yaitu campuran aspal 55-65, air 35-45 dan bahan emulsi
1 sampai 2. Di pasaran ada dua macam aspal emulsi, yaitu jenis aspal emulsi anionik 15 dan jenis aspal emulsi kationik di pasaran lebih banyak, yaitu
sebesar 85. 2
Aspal cair, disebut juga aspal cut-back, yang dibagi-bagi menurut proses fraksinya. Misalnya Slow Curing SC, Medium Curing MC dan Rapid Curing
RC. 3
Aspal beton, disebut juga Asphalt Concrete AC yang dibagi-bagi menurut angka penetrasinya. Misal : AC 4060, AC 80100, dan seterusnya. Umumnya aspal
beton yang digunakan dalam proyek-proyek konstruksi jalan terbagi atas beberapa jenis yaitu jenis aspal beton campuran panas atau dikenal dengan Hot Mix Asphalt
Concrete HMAC merupakan aspal yang paling umum digunakan dalam jalan raya, sedangkan jenis lainya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton
campuran dingin, dan aspal mastis Asiyanto, 2008.
Aspal iran merupakan salah satu jenis aspal yang diimpor dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini direkomendasikan untuk negara-negara yang mempunyai iklim tropis
Universitas Sumatera Utara
termasuk Indonesia, karena di desain untuk bisa elastis menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal tipe grade 6070. Untuk data jenis pengujian dan
persyaratan aspal tersebut tercantum seperti pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Grade 6070 Sifat
Ukuran Spesifikasi
Standart Pengujian
Densitas pada T 25
o
C Km
3
1010 - 1060 ASTM-D713289
Penetrasi pada T 25
o
C 0,1 mm
6070 ASTM-D5
Titik leleh
o
C 4956
ASTM-D36 Daktilitas pada T 25
o
C Cm
Min. 100 ASTM-D113
Kerugian pemanasan wt
Max. 0,2 ASTM-D6
Penurunan pada penetrasi setelah pemanasan
Max. 20 ASTM-D6D5
Titik nyala
o
C Min. 250
ASTM-D92 Kelarutan dalam CS
2
wt Min. 99,5
ASTM-D4 Spot Test
Negatif AASHO T102
2.1.2. Sifat Kimiawi Aspal
Aspal dipandang sebagai sebuah sistem koloidal yang terdiri dari komponen molekul berat yang disebut aspaltene, dispersihamburan di dalam minyak perantara disebut
maltene. Bagian dari maltene terdiri dari molekul perantara disebut resin yang menjadi instrumen di dalam menjaga dispersi asphaltene Koninklijke, 1987.
Aspal merupakan senyawa hidrogen H dan karbon C yang terdiri dari paraffin, naften dan aromatis. Fungsi kandungan aspal dalam campuran juga berperan
sebagai selimut agregat dalam bentuk film aspal yang berperan menahan gaya gesek permukaan dan mengurangi kandungan pori udara yang juga berarti mengurangi
penetrasi air ke dalam campuran Rianung, 2007. Aspal merupakan senyawa yang kompleks, bahan utamanya disusun oleh
hidrokarbon dan atom-atom N, S, dan O dalam jumlah yang kecil. Dimana unsur- unsur yang terkandung dalam bitumen adalah Karbon 82-88, Hidrogen 8-11,
Sulfur 0-6, Oksigen 0-1,5, dan Nitrogen 0-1. Berikut sifat-sifat dari senyawa penyusun dari aspal :
Universitas Sumatera Utara
a. Asphaltene Asphaltene merupakan senyawa komplek aromatis yang berwarna hitam atau
coklat amorf, bersifat termoplatis dan sangat polar, merupakan komplek aromatis, HC ratio 1 :1, memiliki berat molekul besar antara 1000 – 100000, dan tidak larut dalam
n-heptan. Asphaltene juga sangat berpengaruh dalam menentukan sifat reologi bitumen, dimana semakin tinggi asphaltene, maka bitumen akan semakin keras dan
makin kental, sehingga titik lembeknya akan semakin tinggi, dan menyebabkan harga penetrasinya semakin rendah.
b. Maltene Di dalam maltene terdapat tiga komponen penyusun yaitu saturate, aromatis,
dan resin. Dimana masing-masing komponen memiliki struktur dan komposisi kimia yang berbeda, dan sangat menentukan dalam sifat rheologi bitumen.
Resin. Resin merupakan senyawa yang berwarna coklat tua, dan berbentuk solid atau semi solid dan sangat polar, dimana tersusun oleh atom C dan H, dan sedikit
atom O, S, dan N, untuk perbandingan HC yaitu 1,3 - 1,4, memiliki berat molekul antara 500 – 50000, dan larut dalam n-heptan.
Aromatis. Senyawa ini berwarna coklat tua, berbentuk cairan kental, bersifat non polar, dan di dominasi oleh cincin tidak jenuh, berat molekul 300 – 2000, terdiri
dari senyawa naften aromatis, komposisi 40-65 dari total bitumen.
Saturate. Senyawa ini berbentuk cairan kental non polar, berat molekul hampir sama dengan aromatis. tersususn dari campuran hidrokarbon lurus, bercabang, alkil
napthene, dan aromatis, komposisi 5-20 dari total bitumen.
Dengan demikian maka aspal atau bitumen adalah suatu campuran cairan kental senyawa organik, berwarna hitam, lengket, larut dalam karbon disulfida, dan
disusun utamanya oleh ”polisiklik aromatis hidrokarbon” yang sangat kompak Nuryanto, A. 2008.
Universitas Sumatera Utara
2.1.3. Aspal Polimer
Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer atau biasa
disingkat dengan PMA telah dikembangkan selama beberapa dekade terakhir. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer biasanya sekitar 2-6 sudah
dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang dari kerusakan akibat umur
sehingga dihasilkan pembangunan jalan lebih tahan lama serta juga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan jalan Polacco, 2005.
Penggunaan campuran polimer aspal merupakan trend yang semakin meningkat tidak hanya karena faktor ekonomi, tetapi juga demi mendapatkan kualitas
aspal yang lebih baik dan tahan lama. Modifikasi polimer aspal yang diperoleh dari interaksi antara komponen aspal dengan bahan aditif polimer dapat meningkatkan
sifat-sifat dari aspal tersebut. Dalam hal ini terlihat bahwa keterpaduan aditif polimer yang sesuai dengan campuran aspal. Penggunaan polimer sebagai bahan untuk
memodifikasi aspal terus berkembang di dalam dekade terakhir Fei-Hung, 2000.
Untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan permukaan aspal, peneliti telah memusatkan perhatian pada aditif yang diperoleh dengan memanfaatkan bahan bekas,
seperti polistirena bekas. Untuk bahan-bahan polimer yang efektif digunakan jalan raya, haruslah yang dapat meningkatkan resistensi terhadap keretakan letih,
mengurangi cakupan deformasi permanen dan mengurangi pengerasan pada suhu tinggi King, 1986.
2.2. Polistirena
Polistirena pertama kali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan,
Universitas Sumatera Utara
polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, tidak mudah patah dan tidak beracun serta dapat mencair pada suhu yang lebih tinggi.
Stirena tergolong senyawa aromatik. Polistirena berbentuk padatan murni yang tidak berwarna, bersifat ringan, keras, tahan panas, agak kaku, tidak mudah patah dan
tidak beracun, memiliki kestabilan dimensi yang tinggi dan shrinkage yang rendah, tahan terhadap air atau bahan kimia non-organik atau alkohol, dan sangat mudah
terbakar. Berikut ini tabel sifat-sifat fisik dari polistirena.
Tabel 2.2 Sifat-Sifat Fisik Polistirena Sifat Fisis
Ukuran
Densitas 1050 kgm³
Densitas EPS 25 - 200 kgm³
Spesifik Gravitasi 1,05
Konduktivitas Listrik s 10
-16
Sm Konduktivitas Panas k
0.08 Wm·K Modulus YoungE
3000-3600 MPa Kekuatan Tarik s
t
46–60 MPa Perpanjangan
3–4 Notch test
2–5 kJm² Temperatur Transisi gelas Tg
95 °C Polistirena adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk dari
monomer stirena yang berbau harum. Polistirena merupakan polimer hidrokarbon parafin yang terbentuk dengan cara reaksi polimerisasi, dimana reaksi pembentukan
polistirena adalah sebagai berikut :
Gambar 2.3 Struktur Stirena dan Polistirena
Universitas Sumatera Utara
Salah satu jenis polistirena yang cukup popular dikalangan masyarakat produsen maupun konsumen adalah polistirena foam. Polistirena foam dikenal luas
dengan istilah Styrofoam yang seringkali digunakan secara tidak tepat oleh publik karena sebenarnya Styrofoam merupakan nama dagang yang telah dipatenkan oleh
perusahaan Dow Chemical. Oleh pembuatanya Styrofoam dimaksudkan untuk digunakan sebagai insulator pada bahan konstuksi bangunan.
Polistirena foam dihasilkan dari campuran 90-95 polistirena dan 5-10 gas seperti n-butana atau n-pentana. Polistirena foam dibuat dari monomer stirena melalui
polimerisasi suspense pada tekanan dan suhu tertentu, selanjutnya dilakukan pemanasan untuk melunakkan resin dan menguapkan sisa blowing agent. Polistirena
foam merupakan bahan plastik yang memiliki sifat khusus dengan struktur yang tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah, mempunyai bobot ringan, dan terdapat
ruang antar butiran yang berisi udara yang tidak dapat menghantar panas sehingga hal ini membuatnya menjadi insulator panas yang sangat baik Badan POM, 2008.
Polistirena foam begitu banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, tetapi tidak dapat dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbahnya harus dilakukan secara
benar agar tidak merugikan lingkungan. Pemanfaatan polistirena bekas untuk bahan aditif dalam pembuatan aspal polimer merupakan salah satu cara meminimalisir
limbah tersebut Damayanthi, 2004.
2.3. Agregat