Modifikasi Aspal Dengan Menggunakan Karet Alam Siklik (Cyclic Natural Rubber)
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Oleh
WINSYAHPUTRA RITONGA
117026014/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada
Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera
Utara
Oleh
WINSYAHPUTRA RITONGA
117026014/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul
: MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIK (CYCLIC NATURAL RUBBER)
Nama Mahasiswa : WINSYAHPUTRA RITONGA
NIM
: 117026014
Program Studi
: Magister Ilmu Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D
Ketua
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
NIP. 19550706 198102 1 002
Dr. Sutarman, M.Sc
NIP. 19631026 199103 1 001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya
tesis/disertasi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan
ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan,
Juli 2013
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Sebagai civitas akademika
tangan di bawah ini :
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
: Winsyahputra Ritonga
: 117026014
: Magister Ilmu Fisika
: Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas Tesis saya berjudul :
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan
Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 25 Juli 2013
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
:
Tanggal
: 25 Juli 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D
Anggota
: 1. Dr. Nasruddin, M.N M.Eng.Sc
2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
4. Dr. Kerista Tarigan, M.Sc
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap berikut gelar : Winsyahputra Ritonga
Tempat dan Tanggal Lahir
: Sigambal, 19 September 1981
Alamat Rumah
: Jln. Tanjung No. 224 Blok 03 Medan
HP
: 081376204129
e-mail
: winsyahputra@gmail.com
Instansi Tempat Bekerja
: FMIPA Universitas Negeri Medan
Alamat Kantor
: Jln. Willem Iskandar Pasar V Medan
Telepon/Faks/HP
:-
DATA PENDIDIKAN
SD
: Negeri 112150 Sigambal
Tamat : 1994
SMP
: SMP N 2 Rantau Selatan
Tamat : 1997
SMA
: SMA N 2 Rantau Selatan
Tamat : 2000
Strata-1
: Prodi Pendidikan Fisika, Universitas Negeri Medan
Tamat : 2005
Strata-2
: Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara
Tamat : 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas
segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul
“Modifikasi Aspal Dengan Menggunakan Karet Alam Siklik (Cyclic Natural
Rubber)” ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis
mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada :
1.
Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,
M.Sc (CTM), Sp. A(K), atas kesempatan yang diberikan kepada penulis
untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu
Fisika di Program Pasca Sarjana FMIPA USU
2.
Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc., atas
kesempatan
yang
diberikan
kepada
penulis
untuk
mengikuti
dan
menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu Fisika di Program Pasca
Sarjana FMIPA USU
3.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc dan
Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma
Sembiring, M.S beserta seluruh staf pengajar pada Program Studi Magister
Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Pembimbing Utama
dan Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc selaku Anggota Komisi
Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan
arahan dengan penuh kesabaran hingga selesainya penelitian ini.
5.
Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S, Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto,
M.Sc, dan Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc selaku dewan penguji yang
telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
6.
Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan beserta
staf, Kepala Laboratorium PTKI Medan beserta staf, dalam bantuannya
membuat dan menganalisa sampel penelitian.
7.
Ayahanda Mora Ritonga serta Ibunda Kulimah Margolang, dan Ayah Mertua
Kurniadi serta Ibu Mertua Henda Yulia dan adik-adik serta seluruh keluarga
Universitas Sumatera Utara
yang telah memberikan do’a restu serta dorongan moril maupun materil
sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
8.
Istri tercinta Tessa Simahate dan Ananda tersayang Hamizah Syazwani
Ritonga yang sangat spesial dihati penulis atas doa, dukungan dan bantuan
yang diberikan dalam menyelesaikan studi ini.
9.
Abanganda Eddyanto, Ph.D, Abil Mansyur, M.Si, Alkhafi Maas Siregar,
M.Si dan Adinda Septian Prawijaya, S.Pd yang telah memberikan perhatian,
dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran hingga selesainya
penelitian ini.
10. Rekan-rekan angkatan 2011 Prodi Magister Ilmu Fisika, Bang Zul, Witri,
Vicky, Ucok, Kak Evi, Puput, Fitri dan semuanya yang tak dapat disebutkan
atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun
selama penelitian.
11. Teman-teman sejawat di Unimed yang telah banyak membantu memberikan
dorongan moril selama menyelesaikan pendidikan.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan
tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu
pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIK (CYCLIC NATURAL RUBBER)
ABSTRAK
Telah diteliti pemanfaatan karet alam siklik (Cyclic Natural Rubber/CNR) sebagai
bahan pemodifikasi aspal. Selain penambahan CNR, asam akrilta dan BPO
ditambahkan untuk memperkuat ikatan aspal dan CNR. Modifikasi aspal
dirancang dengan cara mencampurkan aspal dengan CNR, asam akrilat dan BPO
kedalam aspal untuk selanjutnya dilakukan pengujian persyaratan fisik aspal
menurut SNI. Setelah memenuhi persyaratan fisik aspal, aspal modifikasi
dicampurkan dengan agregat dan dilakukan pengujian Marshall. Hasil pengujian
persyaratan fisik aspal-CNR menunjukkan bahwa komposisi optimum terjadi pada
penambahan CNR maksimal 6 phr memenuhi standar persyaratan fisik aspal.
Penambahan CNR-asam akrilat dan BPO maksimal CNR 6 phr, 0,5 phr asam
akrilat dan 0,05 mr BPO juga memenuhi standar persyaratan fisik aspal. Dari
pengujian Marshall menunjukkan bahwa penambahan CNR mengakibatkan
penurunan nilai densitas (kepadatan/berat isi) dan rongga yang terisi aspal (VFA),
serta meningkatkan nilai stabilitas, flow, dan rongga dalam campuran (VIM) jika
dibandingkan dengan aspal murni. Analisis sifat termal menghasilkan Tg 385 oC
dan Tm 510 oC. Dari pembahasan karakteristik fisik aspal, penambahan CNR
berakibat semakin baiknya nilai stabilitas, kelenturan, kekesatan atau ketahanan
geser, dan mudah untuk dilaksanakan serta semakin menurunnya keawetan,
ketahan terhadap kelelahan dan kedap air jika dibandingkan dengan aspal murni.
Hasil pengujian Marshall juga menunjukkan bahwa penambahan kadar aspalCNR 6 % efektif dalam meningkatkan karakteristik fisik aspal dimana dihasilkan
nilai stabilitas maksimum sebesar 1481 kg dan nilai flow maksimum sebesar 5,05
mm. Keadaan itu menyebabkan aspal menjadi tahan terhadap beban lebih berat,
bersifat kaku dan tidak mudah mengalami deformasi plastis sehingga baik
digunakan untuk jalan raya.
Kata Kunci: Aspal, CNR, Agregat, Pengujian Marshall
Universitas Sumatera Utara
MODIFICATION ASPHALT USING CYCLIC NATURAL RUBBER (CNR)
ABSTRACT
The research has been done about using of Cyclic Natural Rubber as asphalt
modifier material. Besides addition CNR, acrylate acid and BPO are added to
strengthen the forces of asphalt and CNR. Modified of asphalt designed by mixing
asphalt, CNR, acrylate acid and BPO for further testing physical regulation of
asphalt according to SNI. After met physical requlation of asphalt, modified
asphalt mixed with aggregate and than Marshall testing. The result of physical
regulation of asphal-CNR that the addition CNR maximum 6 phr meet the
physical regulation of asphalt standard. Addition CNR maximum 6 phr, 05 phr
acrylate acid and 0,05 mr BPO meet the physical regulation of asphalt standard
too. The Marshall testing that addition CNR resulted impairment of density and
Void Filled with Aspalt (VFA) and increasing stability, flow and Void In the mix
(VIM) when compared to pure asphalt. Analysis of thermal properties result Tg
385 oC and Tm 510 oC. Discussion of the physical characteristics asphalt,
additions CNR resulted improving value of Stability, fleksibilitas, skid resistance,
and workability and decreasing durabilitas, fatique resistence and
impermeabilitas when compared to pure asphalt. Marshall test results also
showed that addition of aspahalt-CNR 6 % effective improving the physical
characteristics of asphalt where the resulting maximum stability for 1481 kg and
maximum flow for 5,05 mm. The circumstances causing asphalt resistant to
heavier loads, are stiff and not easy to deform plastically so good for highway
use.
Keyword: Asphalt, CNR, Agregate, and Marshall Test
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal
i
iii
iv
v
viii
ix
x
xi
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR TERMINOLOGI
BAB I
PENDAHULUAN ………………………………………………. 1
1.1 Latar Belakang ……………………………………………… 1
1.2 Perumusan Masalah ………………………………………….. 3
1.3 Pembatasan Masalah ………………………………………… 4
1.4 Tujuan Penelitian …………………………………………
5
1.5 Manfaat Penelitian …………………………………………… 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA…………………………………………
2.1 Aspal………………………………………………………….
6
6
2.2 Jenis-Jenis Aspal ...…………..……………………….………
7
2.3 Beton Aspal……………………………………………..……
8
2.4 Sifat Fisika Aspal…………………………………………….
11
2.5 Karet ……………………………………………………..….
11
2.6 Karet Alam Siklik (Cyclik Natural Rubber)…………………. 13
2.7 Modifikasi Aspal……………………………………………... 14
2.8 Agregat ………………………………………………..……... 15
2.9 Pengujian Karakterisktik Aspal………………………………. 17
2.9.1 Uji Penetrasi ………………………………………..
17
2.9.2 Uji Titik Lembab....…………………………………
18
2.9.3 Uji Titik Nyala.……………………………………...
18
2.9.4 Uji Daktilitas…………………………………………
19
2.9.5 Uji Berat Jenis ……………………………………...
20
2.9.6 Uji Kelarutan..………………………………………
20
Universitas Sumatera Utara
2.9.7 Pengujian Kehilangan Berat ………………………… 20
2.10 Pengujian Sifat Termal dengan Differential Thermal Analysis
(DTA) ..……………………………………........
21
2.11 Pengujian Marshall Aspal ..………………………........…
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………………………………
22
27
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian …………………………..…… 27
3.2 Alat dan Bahan…… …………………………………………. 27
3.3 Prosedur Penelitian………………………………...........
28
3.3.1 Pembuatan Aspal Polimer………………………………
28
3.3.2 Pengujian Sifat Fisik Persyaratan Aspal………………… 29
3.3.2.1 Penetrasi ………………………………………….... 29
3.3.2.2 Uji Titik Lembek ………..…………………………. 29
3.3.2.3 Uji Daktilitas….……………………………………. 31
3.3.2.4 Uji Berat Jenis……………………………………… 32
3.3.2.5 Uji Penurunan/ Kehilangan Berat …………………. 32
3.3.3 Pengujian Sifat Termal Aspal ……………………………… 32
3.3.4 Pengujian Marshal …………………………………………. 33
3.3.4.1 Pembuatan Benda Uji…….............………………… 33
3.3.4.2 Pengukuran Berat Jenis ……………………………. 34
3.3.4.3 Pengujian Nilai Stabilitas dan Flow ……………….. 35
3.3.4.4 Perhitungan Sifat Volumetrik Benda Uji ………...... 35
3.4 Bagan Alir Penelitian ...............……………………………… 36
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ……………….
37
4.1 Hasil Penelitian …………………………………….………... 37
4.1.1 Hasil Penelitian Sifat Fisik Aspal……………………... 37
4.1.2 Hasil
Penelitian
Aspal-CNR
dan
Aspal-CNR-AA-
BPO........................................................................
38
4.1.2.1 Pengujian Penetrasi dan Penetrasi setelah TFOT (Thin
Film Oven Test) ...……………....
39
Universitas Sumatera Utara
4.1.2.2 Pengujian Berat Jenis dan Berat Jenis Setelah TFOT
(Thin Film Oven Test) ......…………….
41
4.1.2.3 Pengujian Daktilitas Aspal ......………….….... 42
4.1.2.4 Pengujian Kehilangan Berat ......……….…….
44
4.1.2.5 Pengujian Titik Lembek......……….........……. 45
4.1.3 Hasil Penelitian Sifat Fisik Agregrat ………………….. 47
4.1.4 Hasil Penelitian Pengujian Marshall …………………... 48
4.1.4.1 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Berat Isi (density) …………......
48
4.1.4.2 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Stabilitas ……………………....
50
4.1.4.3 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Flow ……………………….......
51
4.1.4.4 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap VIM (Void In the Mix) …….......
53
4.1.4.5 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap VFA (Void Filled with Aspalt)...
54
4.1.4.6 Hasil Penelitian Variasi Bahan Tambah Dalam
Menentukan Kadar Aspal Optimum ………….. 55
4.1.5 Hasil Pengujian dengan DTA ………...............
56
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian ……………….……..…………. 58
4.2.1 Pembahasan Sifat Fisik Persyaratan Aspal .................... 58
4.2.2 Pembahasan Hasil Pengujian Marshall ……………….. 61
4.2.3 Pengaruh Penambahan CNR terhadap Karekteristik Aspal
……..………........................................................
62
4.2.3 Pembahasan Pengujian DTA ....……………………….. 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………
68
5.1 Kesimpulan …………………………………………………... 68
5.2 Saran …………………………………………………………. 69
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………….
70
LAMPIRAN …………………………………………………….………… 73
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Tabel 2.1
Spesifikasi persyaratan aspal pen 80-100……………….
8
Tabel 3.1
Perkiraan Sampel Penelitian…………………..................
28
Tabel 4.1
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Murni…….......
37
Tabel 4.2
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Setelah
Dicampurkan Dengan CNR (Aspal-CNR) ………….......
38
38
Tabel 4.4
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Setelah
Dicampurkan Dengan CNR (CNR), Asam Akrilat (AA)
dan BPO …………............................................................
Hasil Pengujian Agregat…………………...…...…...…...
Tabel 4.5
Hasil Penelitian Pengujian Marshall Aspal Murni ….......
48
Tabel 4.6
Hasil Penelitian Pengujian Marshall campuran Aspal
dan CNR…………………................................................
48
Hasil Penelitian Pengujian Marshall campuran Aspal,
CNR, Asam Akrilat dan BPO…………………................
48
Hasil Pengujian DTA Aspal…………………..................
56
Tabel 4.3
Tabel 4.7
Tabel 4.8
47
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
Judul
Halaman
Bentuk fisik karet alam siklik.........................................
Pengujian penetrasi aspal.................................................
Ilustrasi Pengujian Titik Lembek Aspal ………..............
Ilustrasi Pengujian Titik Nyala Aspal ……….................
Ilustrasi Pengujian Duktilitas Aspal……….....................
Ilustrasi pengujian kehilangan berat aspal………...........
Alat Pengujian Marshall ……….....................................
Diagram Alir Penelitian……….......................................
Nilai Penetrasi Aspal setelah ditambahkan CNR…….....
Nilai Penetrasi Aspal setelah ditambahkan CNR, Asam
Akrilat dan BPO………...................................................
Nilai Berat Jenis campuran Aspal dengan CNR….........
Nilai Berat Jenis campuran Aspal, CNR, Asam Akrilat
dan BPO………...............................................................
Nilai
daktilitas
campuran
aspal
dengan
CNR……….....................................................................
Nilai daktilitas campuran aspal dengan CNR, asam
akrilat dan BPO………....................................................
Nilai Kehilangan Berat Jenis campuran Aspal dan
CNR.................................................................................
Nilai kehilangan berat campuran Aspal, CNR, Asam
Akrilat dan BPO………...................................................
Nilai Titik Lembek campuran Aspal dan CNR………...
Nilai
Titik Lembek campuran Aspal-CNR-Asam
Akrilat-BPO……….........................................................
Nilai densitas campuran aspal………..............................
Nilai stabilitas campuran aspal………............................
Nilai flow campuran aspal………...................................
Nilai VIM campuran aspal...............................................
Nilai VFA campuran aspal………...................................
Pengaruh Variasi Tambahan CNR terhadap Nilai kadar
Aspal Optimum………....................................................
Grafik Hasil Pengujian DTA Terhadap Aspal Murni......
Grafik Hasil Pengujian DTA Campuran Aspal Murni
dan CNR...........................................................................
Grafik Hasil Pengujian DTA Campuran Aspal, CNR,
Asam Akrilat dan BPO………........................................
13
17
18
18
19
20
22
37
39
40
41
42
43
44
44
45
46
47
49
50
52
53
55
55
57
57
58
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
Judul
Halaman
A
Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian……...
L-1
B
Data Hasil Penelitian...........………………….................
L-2
C
Sertifikat Kalibrasi alat.......................................……......
L-3
D
Dokumentasi Penelitian..............................…………......
L-4
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TERMINOLOGI
AA
= Asam Akrilat
BPO
= Benzoil Peroksida
CNR
= Cyclic Natural Rubber
DTA
= Differential Thermal Analysis
KAO
= Kadar Aspal Optimum
mr
= Mol Rasio
phr
= Per hundred rasio
SNI
= Standar Nasional Indonesia
TFOT
= Thin Film Oven Test
VFA
= Void Filled with Aspalt
VIM
= Void In the mix
VMA
= Void in the Mineral Agregate
Universitas Sumatera Utara
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Oleh
WINSYAHPUTRA RITONGA
117026014/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada
Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera
Utara
Oleh
WINSYAHPUTRA RITONGA
117026014/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS
Judul
: MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIK (CYCLIC NATURAL RUBBER)
Nama Mahasiswa : WINSYAHPUTRA RITONGA
NIM
: 117026014
Program Studi
: Magister Ilmu Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D
Ketua
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
NIP. 19550706 198102 1 002
Dr. Sutarman, M.Sc
NIP. 19631026 199103 1 001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya
tesis/disertasi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan
ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan,
Juli 2013
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Sebagai civitas akademika
tangan di bawah ini :
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
: Winsyahputra Ritonga
: 117026014
: Magister Ilmu Fisika
: Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas Tesis saya berjudul :
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIT (CYCLIC NATURAL RUBBER)
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan
Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 25 Juli 2013
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
:
Tanggal
: 25 Juli 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D
Anggota
: 1. Dr. Nasruddin, M.N M.Eng.Sc
2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
4. Dr. Kerista Tarigan, M.Sc
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap berikut gelar : Winsyahputra Ritonga
Tempat dan Tanggal Lahir
: Sigambal, 19 September 1981
Alamat Rumah
: Jln. Tanjung No. 224 Blok 03 Medan
HP
: 081376204129
: winsyahputra@gmail.com
Instansi Tempat Bekerja
: FMIPA Universitas Negeri Medan
Alamat Kantor
: Jln. Willem Iskandar Pasar V Medan
Telepon/Faks/HP
:-
DATA PENDIDIKAN
SD
: Negeri 112150 Sigambal
Tamat : 1994
SMP
: SMP N 2 Rantau Selatan
Tamat : 1997
SMA
: SMA N 2 Rantau Selatan
Tamat : 2000
Strata-1
: Prodi Pendidikan Fisika, Universitas Negeri Medan
Tamat : 2005
Strata-2
: Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara
Tamat : 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas
segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul
“Modifikasi Aspal Dengan Menggunakan Karet Alam Siklik (Cyclic Natural
Rubber)” ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis
mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada :
1.
Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,
M.Sc (CTM), Sp. A(K), atas kesempatan yang diberikan kepada penulis
untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu
Fisika di Program Pasca Sarjana FMIPA USU
2.
Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc., atas
kesempatan
yang
diberikan
kepada
penulis
untuk
mengikuti
dan
menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu Fisika di Program Pasca
Sarjana FMIPA USU
3.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc dan
Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma
Sembiring, M.S beserta seluruh staf pengajar pada Program Studi Magister
Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Prof. Drs. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Pembimbing Utama
dan Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc selaku Anggota Komisi
Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan
arahan dengan penuh kesabaran hingga selesainya penelitian ini.
5.
Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S, Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto,
M.Sc, dan Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc selaku dewan penguji yang
telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
6.
Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan beserta
staf, Kepala Laboratorium PTKI Medan beserta staf, dalam bantuannya
membuat dan menganalisa sampel penelitian.
7.
Ayahanda Mora Ritonga serta Ibunda Kulimah Margolang, dan Ayah Mertua
Kurniadi serta Ibu Mertua Henda Yulia dan adik-adik serta seluruh keluarga
Universitas Sumatera Utara
yang telah memberikan do’a restu serta dorongan moril maupun materil
sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
8.
Istri tercinta Tessa Simahate dan Ananda tersayang Hamizah Syazwani
Ritonga yang sangat spesial dihati penulis atas doa, dukungan dan bantuan
yang diberikan dalam menyelesaikan studi ini.
9.
Abanganda Eddyanto, Ph.D, Abil Mansyur, M.Si, Alkhafi Maas Siregar,
M.Si dan Adinda Septian Prawijaya, S.Pd yang telah memberikan perhatian,
dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran hingga selesainya
penelitian ini.
10. Rekan-rekan angkatan 2011 Prodi Magister Ilmu Fisika, Bang Zul, Witri,
Vicky, Ucok, Kak Evi, Puput, Fitri dan semuanya yang tak dapat disebutkan
atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun
selama penelitian.
11. Teman-teman sejawat di Unimed yang telah banyak membantu memberikan
dorongan moril selama menyelesaikan pendidikan.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan
tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu
pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
Winsyahputra Ritonga
NIM. 117026014
Universitas Sumatera Utara
MODIFIKASI ASPAL DENGAN MENGGUNAKAN
KARET ALAM SIKLIK (CYCLIC NATURAL RUBBER)
ABSTRAK
Telah diteliti pemanfaatan karet alam siklik (Cyclic Natural Rubber/CNR) sebagai
bahan pemodifikasi aspal. Selain penambahan CNR, asam akrilta dan BPO
ditambahkan untuk memperkuat ikatan aspal dan CNR. Modifikasi aspal
dirancang dengan cara mencampurkan aspal dengan CNR, asam akrilat dan BPO
kedalam aspal untuk selanjutnya dilakukan pengujian persyaratan fisik aspal
menurut SNI. Setelah memenuhi persyaratan fisik aspal, aspal modifikasi
dicampurkan dengan agregat dan dilakukan pengujian Marshall. Hasil pengujian
persyaratan fisik aspal-CNR menunjukkan bahwa komposisi optimum terjadi pada
penambahan CNR maksimal 6 phr memenuhi standar persyaratan fisik aspal.
Penambahan CNR-asam akrilat dan BPO maksimal CNR 6 phr, 0,5 phr asam
akrilat dan 0,05 mr BPO juga memenuhi standar persyaratan fisik aspal. Dari
pengujian Marshall menunjukkan bahwa penambahan CNR mengakibatkan
penurunan nilai densitas (kepadatan/berat isi) dan rongga yang terisi aspal (VFA),
serta meningkatkan nilai stabilitas, flow, dan rongga dalam campuran (VIM) jika
dibandingkan dengan aspal murni. Analisis sifat termal menghasilkan Tg 385 oC
dan Tm 510 oC. Dari pembahasan karakteristik fisik aspal, penambahan CNR
berakibat semakin baiknya nilai stabilitas, kelenturan, kekesatan atau ketahanan
geser, dan mudah untuk dilaksanakan serta semakin menurunnya keawetan,
ketahan terhadap kelelahan dan kedap air jika dibandingkan dengan aspal murni.
Hasil pengujian Marshall juga menunjukkan bahwa penambahan kadar aspalCNR 6 % efektif dalam meningkatkan karakteristik fisik aspal dimana dihasilkan
nilai stabilitas maksimum sebesar 1481 kg dan nilai flow maksimum sebesar 5,05
mm. Keadaan itu menyebabkan aspal menjadi tahan terhadap beban lebih berat,
bersifat kaku dan tidak mudah mengalami deformasi plastis sehingga baik
digunakan untuk jalan raya.
Kata Kunci: Aspal, CNR, Agregat, Pengujian Marshall
Universitas Sumatera Utara
MODIFICATION ASPHALT USING CYCLIC NATURAL RUBBER (CNR)
ABSTRACT
The research has been done about using of Cyclic Natural Rubber as asphalt
modifier material. Besides addition CNR, acrylate acid and BPO are added to
strengthen the forces of asphalt and CNR. Modified of asphalt designed by mixing
asphalt, CNR, acrylate acid and BPO for further testing physical regulation of
asphalt according to SNI. After met physical requlation of asphalt, modified
asphalt mixed with aggregate and than Marshall testing. The result of physical
regulation of asphal-CNR that the addition CNR maximum 6 phr meet the
physical regulation of asphalt standard. Addition CNR maximum 6 phr, 05 phr
acrylate acid and 0,05 mr BPO meet the physical regulation of asphalt standard
too. The Marshall testing that addition CNR resulted impairment of density and
Void Filled with Aspalt (VFA) and increasing stability, flow and Void In the mix
(VIM) when compared to pure asphalt. Analysis of thermal properties result Tg
385 oC and Tm 510 oC. Discussion of the physical characteristics asphalt,
additions CNR resulted improving value of Stability, fleksibilitas, skid resistance,
and workability and decreasing durabilitas, fatique resistence and
impermeabilitas when compared to pure asphalt. Marshall test results also
showed that addition of aspahalt-CNR 6 % effective improving the physical
characteristics of asphalt where the resulting maximum stability for 1481 kg and
maximum flow for 5,05 mm. The circumstances causing asphalt resistant to
heavier loads, are stiff and not easy to deform plastically so good for highway
use.
Keyword: Asphalt, CNR, Agregate, and Marshall Test
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal
i
iii
iv
v
viii
ix
x
xi
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR TERMINOLOGI
BAB I
PENDAHULUAN ………………………………………………. 1
1.1 Latar Belakang ……………………………………………… 1
1.2 Perumusan Masalah ………………………………………….. 3
1.3 Pembatasan Masalah ………………………………………… 4
1.4 Tujuan Penelitian …………………………………………
5
1.5 Manfaat Penelitian …………………………………………… 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA…………………………………………
2.1 Aspal………………………………………………………….
6
6
2.2 Jenis-Jenis Aspal ...…………..……………………….………
7
2.3 Beton Aspal……………………………………………..……
8
2.4 Sifat Fisika Aspal…………………………………………….
11
2.5 Karet ……………………………………………………..….
11
2.6 Karet Alam Siklik (Cyclik Natural Rubber)…………………. 13
2.7 Modifikasi Aspal……………………………………………... 14
2.8 Agregat ………………………………………………..……... 15
2.9 Pengujian Karakterisktik Aspal………………………………. 17
2.9.1 Uji Penetrasi ………………………………………..
17
2.9.2 Uji Titik Lembab....…………………………………
18
2.9.3 Uji Titik Nyala.……………………………………...
18
2.9.4 Uji Daktilitas…………………………………………
19
2.9.5 Uji Berat Jenis ……………………………………...
20
2.9.6 Uji Kelarutan..………………………………………
20
Universitas Sumatera Utara
2.9.7 Pengujian Kehilangan Berat ………………………… 20
2.10 Pengujian Sifat Termal dengan Differential Thermal Analysis
(DTA) ..……………………………………........
21
2.11 Pengujian Marshall Aspal ..………………………........…
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………………………………
22
27
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian …………………………..…… 27
3.2 Alat dan Bahan…… …………………………………………. 27
3.3 Prosedur Penelitian………………………………...........
28
3.3.1 Pembuatan Aspal Polimer………………………………
28
3.3.2 Pengujian Sifat Fisik Persyaratan Aspal………………… 29
3.3.2.1 Penetrasi ………………………………………….... 29
3.3.2.2 Uji Titik Lembek ………..…………………………. 29
3.3.2.3 Uji Daktilitas….……………………………………. 31
3.3.2.4 Uji Berat Jenis……………………………………… 32
3.3.2.5 Uji Penurunan/ Kehilangan Berat …………………. 32
3.3.3 Pengujian Sifat Termal Aspal ……………………………… 32
3.3.4 Pengujian Marshal …………………………………………. 33
3.3.4.1 Pembuatan Benda Uji…….............………………… 33
3.3.4.2 Pengukuran Berat Jenis ……………………………. 34
3.3.4.3 Pengujian Nilai Stabilitas dan Flow ……………….. 35
3.3.4.4 Perhitungan Sifat Volumetrik Benda Uji ………...... 35
3.4 Bagan Alir Penelitian ...............……………………………… 36
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ……………….
37
4.1 Hasil Penelitian …………………………………….………... 37
4.1.1 Hasil Penelitian Sifat Fisik Aspal……………………... 37
4.1.2 Hasil
Penelitian
Aspal-CNR
dan
Aspal-CNR-AA-
BPO........................................................................
38
4.1.2.1 Pengujian Penetrasi dan Penetrasi setelah TFOT (Thin
Film Oven Test) ...……………....
39
Universitas Sumatera Utara
4.1.2.2 Pengujian Berat Jenis dan Berat Jenis Setelah TFOT
(Thin Film Oven Test) ......…………….
41
4.1.2.3 Pengujian Daktilitas Aspal ......………….….... 42
4.1.2.4 Pengujian Kehilangan Berat ......……….…….
44
4.1.2.5 Pengujian Titik Lembek......……….........……. 45
4.1.3 Hasil Penelitian Sifat Fisik Agregrat ………………….. 47
4.1.4 Hasil Penelitian Pengujian Marshall …………………... 48
4.1.4.1 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Berat Isi (density) …………......
48
4.1.4.2 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Stabilitas ……………………....
50
4.1.4.3 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap Flow ……………………….......
51
4.1.4.4 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap VIM (Void In the Mix) …….......
53
4.1.4.5 Pengaruh Penambahan CNR, Asam Akrilat dan BPO
Terhadap VFA (Void Filled with Aspalt)...
54
4.1.4.6 Hasil Penelitian Variasi Bahan Tambah Dalam
Menentukan Kadar Aspal Optimum ………….. 55
4.1.5 Hasil Pengujian dengan DTA ………...............
56
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian ……………….……..…………. 58
4.2.1 Pembahasan Sifat Fisik Persyaratan Aspal .................... 58
4.2.2 Pembahasan Hasil Pengujian Marshall ……………….. 61
4.2.3 Pengaruh Penambahan CNR terhadap Karekteristik Aspal
……..………........................................................
62
4.2.3 Pembahasan Pengujian DTA ....……………………….. 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………
68
5.1 Kesimpulan …………………………………………………... 68
5.2 Saran …………………………………………………………. 69
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………….
70
LAMPIRAN …………………………………………………….………… 73
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Tabel 2.1
Spesifikasi persyaratan aspal pen 80-100……………….
8
Tabel 3.1
Perkiraan Sampel Penelitian…………………..................
28
Tabel 4.1
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Murni…….......
37
Tabel 4.2
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Setelah
Dicampurkan Dengan CNR (Aspal-CNR) ………….......
38
38
Tabel 4.4
Tabel Hasil Pengujian Sifat Fisika Aspal Setelah
Dicampurkan Dengan CNR (CNR), Asam Akrilat (AA)
dan BPO …………............................................................
Hasil Pengujian Agregat…………………...…...…...…...
Tabel 4.5
Hasil Penelitian Pengujian Marshall Aspal Murni ….......
48
Tabel 4.6
Hasil Penelitian Pengujian Marshall campuran Aspal
dan CNR…………………................................................
48
Hasil Penelitian Pengujian Marshall campuran Aspal,
CNR, Asam Akrilat dan BPO…………………................
48
Hasil Pengujian DTA Aspal…………………..................
56
Tabel 4.3
Tabel 4.7
Tabel 4.8
47
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
Judul
Halaman
Bentuk fisik karet alam siklik.........................................
Pengujian penetrasi aspal.................................................
Ilustrasi Pengujian Titik Lembek Aspal ………..............
Ilustrasi Pengujian Titik Nyala Aspal ……….................
Ilustrasi Pengujian Duktilitas Aspal……….....................
Ilustrasi pengujian kehilangan berat aspal………...........
Alat Pengujian Marshall ……….....................................
Diagram Alir Penelitian……….......................................
Nilai Penetrasi Aspal setelah ditambahkan CNR…….....
Nilai Penetrasi Aspal setelah ditambahkan CNR, Asam
Akrilat dan BPO………...................................................
Nilai Berat Jenis campuran Aspal dengan CNR….........
Nilai Berat Jenis campuran Aspal, CNR, Asam Akrilat
dan BPO………...............................................................
Nilai
daktilitas
campuran
aspal
dengan
CNR……….....................................................................
Nilai daktilitas campuran aspal dengan CNR, asam
akrilat dan BPO………....................................................
Nilai Kehilangan Berat Jenis campuran Aspal dan
CNR.................................................................................
Nilai kehilangan berat campuran Aspal, CNR, Asam
Akrilat dan BPO………...................................................
Nilai Titik Lembek campuran Aspal dan CNR………...
Nilai
Titik Lembek campuran Aspal-CNR-Asam
Akrilat-BPO……….........................................................
Nilai densitas campuran aspal………..............................
Nilai stabilitas campuran aspal………............................
Nilai flow campuran aspal………...................................
Nilai VIM campuran aspal...............................................
Nilai VFA campuran aspal………...................................
Pengaruh Variasi Tambahan CNR terhadap Nilai kadar
Aspal Optimum………....................................................
Grafik Hasil Pengujian DTA Terhadap Aspal Murni......
Grafik Hasil Pengujian DTA Campuran Aspal Murni
dan CNR...........................................................................
Grafik Hasil Pengujian DTA Campuran Aspal, CNR,
Asam Akrilat dan BPO………........................................
13
17
18
18
19
20
22
37
39
40
41
42
43
44
44
45
46
47
49
50
52
53
55
55
57
57
58
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
Judul
Halaman
A
Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian……...
L-1
B
Data Hasil Penelitian...........………………….................
L-2
C
Sertifikat Kalibrasi alat.......................................……......
L-3
D
Dokumentasi Penelitian..............................…………......
L-4
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TERMINOLOGI
AA
= Asam Akrilat
BPO
= Benzoil Peroksida
CNR
= Cyclic Natural Rubber
DTA
= Differential Thermal Analysis
KAO
= Kadar Aspal Optimum
mr
= Mol Rasio
phr
= Per hundred rasio
SNI
= Standar Nasional Indonesia
TFOT
= Thin Film Oven Test
VFA
= Void Filled with Aspalt
VIM
= Void In the mix
VMA
= Void in the Mineral Agregate
Universitas Sumatera Utara