Pengaruh diameter tulangan terhadap kuat lekat (Bond Strength) beton geopolimer - ITS Repository

TESIS (RC-142501)

  

PENGARUH DIAMETER TULANGAN TERHADAP KUAT

LEKAT (BOND STRENGTH) BETON GEOPOLIMER EVRIANTI SYNTIA DEWI 31 15 202 006 Dosen Pembimbing : Dr.Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST.,MT. Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. PROGRAM MAGISTER JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

THESIS (RC-142501)

  

PENGARUH DIAMETER TULANGAN TERHADAP KUAT

LEKAT (BOND STRENGTH) BETON GEOPOLIMER EVRIANTI SYNTIA DEWI 31 15 202 006 Dosen Pembimbing : Dr.Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST.,MT. Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. PROGRAM MAGISTER JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

THESIS (RC-142501) THE INFLUENCE OF REINFORCEMENT BAR

  

DIAMETER ON BOND STRENGTH OF GEOPOLIMER

CONCRETE EVRIANTI SYNTIA DEWI 31 15 202 006 Lecturer : Dr.Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST.,MT. Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. MAGISTER PROGRAM DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING FACULTY OF CIVIL ENGINEERING AND PLANNING SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

THESIS (RC-142501)

  

THE INFLUENCE OF REINFORCEMENT BAR DIAMETER

ON BOND STRENGTH OF GEOPOLIMER CONCRETE EVRIANTI SYNTIA DEWI 31 15 202 006 Lecturer : Dr.Eng. Januarti Jaya Ekaputri, ST.,MT. Prof. Dr. Ir. Triwulan, DEA. MAGISTER PROGRAM DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING FACULTY OF CIVIL ENGINEERING AND PLANNING SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

PENGARUH DIAMETER TULANGAN TERHADAP KUAT LEKAT (BOND STRENGTH) BETON GEOPOLIMER

  Name : Evrianti Syntia Dewi NRP : 3115202006 Consultation Lecturer : Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri ST., MT.

  Prof. Dr Ir. Triwulan DEA.

  ABSTRACT

  Penelitian ini menujukkan besarnya kuat lekat yang terjadi pada tulangan yang tertanam dalam beton geopolimer . Material dasar yang digunakan adalah Fly ash kelas F yang diaktifkan oleh alkali aktifator. Alkali aktifator yang digunakan merupakan kombinasi 8 Molar NaOH dan sodium silikat Na Si0 dengan rasio 2.5 dari beratnya. Spesiemen pull out

  2

  3

  yang digunakan dalam penelitian ini adalah kubus dengan ukuran 150 x 150 x 150 mm untuk menghitung besarnya kuat lekat dan displacement yang terjadi antara tulangan dan beton.

  Hasil penelitian menujukkan kuat lekat menurun seiring dengan peningkatan penggunaan diameter tulangan pada tulangan ulir (13 mm, 16 mm and 19 mm) and dan tulangan polos (16 mm and 19 mm). Kuat lekat meningkat seiring dengan peningkatan ketebalan cover terhadap diameter tulangan (c/d) sebesar 3.45 hingga 5.75 pada tulangan ulir dan sebesar 3.45 hingga 4.19 pada tulangan polos. Namun perbedaan terjadi pada hasil dengan menggunakan 12 mm tulangan polos dimana kuat lekat yang terjadi antara tulangan dan beton sangat rendah dikarenakan faktor dari luasan area dan besarnya ketebalan cover terhadap diameter tulangan. Kuat lekat antara tulangan dan beton Geopolimer lebih besar bila dibandingkan kuat lekat beton OPC.

  Bond Strength, Diameter, Geopolymer, Pull out.

  Keywords :

  v vi

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

THE INFLUENCE OF REINFORCEMENT DIAMETER ON BOND STRENGTH OF GEOPOLIMER CONCRETE

  Name : Evrianti Syntia Dewi NRP : 3115202006 Consultation Lecturer : Dr. Eng. Januarti Jaya Ekaputri ST., MT.

  Prof. Dr Ir. Triwulan DEA.

  ABSTRACT

  This study present some results of experimental study of bond strength of reinforcement bar embedded in geopolymer concrete. Fly ash class F was used as a raw material activated with alkali solutions. The combination of 8 Molar of sodium hydroxide (NaOH) with sodium silicate (Na SiO ) as

  2

  3

  alkali activators were used in the mixture in ratio of 2.5 by weight. Cube specimens pull out with a size of 150 x 150 x 150 mm were prepared to measure bond strength and slip between reinforcement and concrete. The influential factors studied for the experimental investigation were the diameter of reinforcement bar, bond area and concrete cover to diameter (c/d) of reinforcement.

  The result showed that the average bond strength decreases as the diameter of deformed bar (13 mm, 16 mm and 19 mm) and plain bar (16 mm and 19 mm). Bond strength increase as increases concrete cover to diameter (c/d) from 3.45 to 5.75 of deformed bar and 3.45 to 4.19 of plain bar. However, the 12 mm showed the different result is caused by the effect of bond area and the passive confined provide by the concrete. Geopolymer concrete has a higher of bond strength as compare as OPC concrete.

  Keywords : Bond Strength, Diameter, Geopolymer, Pull out.

  vii viii

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  DAFTAR ISI

  ........................................................................................ i

  HALAMAN JUDUL

  ......................................................................................................... v

  ABSTRAK

  ...................................................................................................... vii

  ABSTRACT

DAFTAR ISI ..................................................................................................... xi

xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................

  DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvii

  ................................................................................. 1

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1

  1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 4

  1.3 Tujuan ..................................................................................................... 4

  1.4 Manfaat ................................................................................................... 4

  1.5 Batasan Masalah ..................................................................................... 5

  

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 7

  2.1 Beton Geopolimer .................................................................................. 7

  2.2 Komponen Beton Geopolimer ............................................................... 7

  2.2.1 Fly Ash .............................................................................. .................... 8

  2.2.2 Alkali Aktifator ........................................................................... .......... 9

  2.2.3 Admixture .............................................................................. ................ 10

  2.3 Kuat Lekat ............................................................................................... 10

  2.2.1 Kuat lekat pada beton geopolimer .............................................. .......... 13

  2.4 Program Bantu Finite Element (ANSYS) ............................................... 15 ....................................................... 19

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Umum ..................................................................................................... 19

  3.2 Studi Literatur ........................................................................................ 22

  3.3 Persiapan Material .................................................................................. 22

  3.3.1 Fly Ash ................................................................................................... 22

  3.3.2 Semen ..................................................................................................... 23

  3.3.3 Agregat .................................................................................................... 24

  3.3.4 Alkali Aktifator ...................................................................................... 24

  3.3.5 Bahan Admixture .................................................................................... 27

  3.3.6 Baja Tulangan ........................................................................................ 28

  3.3.7 Strain Gauges ......................................................................................... 28

  3.4 Pengujian Material ................................................................................. 28

  3.4.1 Agregat Halus .......................................................................................... 28

  3.4.2 Agregat kasar ........................................................................................... 32

  3.4 Pengujian Tarik Baja Tulangan ............................................................. 36

  xi

  3.5 Persiapan Pembuatan Cetakan ................................................................ 36

  3.6 Membuat Mix Design Beton .................................................................. 36

  3.7 Proses Pembuatan Beton Geopolimer ................................................... 40

  3.8 Curing Benda Uji ..................................................................................... 41

  3.9 Pengujian Beton Geopolimer dan Beton OPC ......................................... 41

  3.9.1 Cek Standar Deviasi ................................................................................. 41

  3.9.2 Pengujian Kuat Tekan .............................................................................. 42

  3.9.3 Pengujian Modulus Elastisitas .................................................................. 43

  3.9.4 Perhitungan Poisson Ratio ........................................................................ 45

  3.9.5 Pengujian Tarik langsung ......................................................................... 46

  3.9.6 Pengujian Pull out ..................................................................................... 47

  3.10 Perbandingan Hasil Pengujian dengan Persamaan Empiris ..................... 50

  3.11 Pemodelan Finite Elemen dengan mengunakan ANSYS ......................... 51

  3.11.1 Model Spesimen Pull-Out ........................................................................ 51

  3.11.2 Pemberian Contact antara Tulangan dan Beton ...................................... 52

  3.10.3 Pembebanan dan Boundary condition ...................................................... 52

  3.11.4 Pemberian meshing pada spesimen pull out ............................................. 53

  3.11.5 Material Properties ................................................................................... 54

  

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA DATA ................................. 55

  4.1 Umum ...................................................................................................... 55

  4.2 Hasil Analisis Material ............................................................................ 55

  4.2.1 Hasil Analisa X-Ray Fluorence (XRF) Fly Ash ...................................... 56

  4.2.2 Hasil Analisa X-Ray Differaction (XRD) Fly Ash .................................. 56

  4.2.1 Berat Jenis Fly ash ................................................................................... 57

  4.2.4 Pengujian Karakteristik Agregat Kasar ................................................... 57

  4.3.2.1 Percobaan Berat Jenis Batu Pecah (ASTM C 127-88 Reapp.01) ............ 58

  4.3.2.2 Percobaan Kelembaban Batu Pecah (ASTM C 566-97 Reapp.04) ....... 59

  4.3.2.3 Percobaan Air Resapan pada Batu Pecah (ASTM C 127- 88 Reapp.01) 60

  4.3.2.4 Percobaan Berat Volume Batu Pecah (ASTM C 29 / C 29 M-97 ........... 60

  4.3.2.5 Tes Kebersihan Batu Pecah Terhadap Lumpur/Pencucian (ASTM C 117-03) .................................................................................................... 60

  4.3.2.6 Tes Keausan Agregat Kasar (ASTM C 131-03) ...................................... 61

  4.3.2.7 Analisa Saringan Batu Pecah (ASTM C 136-95A) ................................. 61

  4.3.3 Pengujian karakteristik agregat kasar ...................................................... 62

  4.3.3.1 Percobaan Berat Jenis Pasir (ASTM C 128-01) ...................................... 62

  4.3.3.2 Percobaan Kelembaban Jenis Pasir (ASTM C 566-97 Reapp.04) ......... 63

  4.3.3.3 Percobaan Air Resapan Pada Pasir (ASTM C 128-01) ........................... 63

  4.3.3.4 Percobaan Berat Volume Pasir (ASTM C 29/C 29m-97) ....................... 63

  4.3.3.5 Tes Kebersihan Pasir Terhadap Bahan Organik (ASTM C 4004) ......... 64

  4.3.3.6 Tes Kebersihan Pasir Terhadap Bahan Lumpur (Pengendapan) ........... 64

  

xii

  4.3.3.7 Tes Kebersihan Pasir Terhadap Bahan Lumpur (Pencucian) (ASTM C 117-03) .............................................................................................. 64

  4.3.3.8 Analisa Saringan Pasir (ASTM C 136-01) ............................................. 64

  4.3 Pengujian Tarik tulangan ....................................................................... 67

  4.4 Pengujian Beton Geopolimer dan Beton OPC ....................................... 68

  4.4.1 Mix Design Beton Geopolimer ............................................................... 68

  4.4.2 Kuat tekan Beton Geopolimer ................................................................. 69

  4.4.3 Mix Desain Beton OPC ........................................................................... 70

  4.4.4 Kuat Tekan Beton OPC ........................................................................... 72

  4.5 Hasil Pengujian pull out ......................................................................... 72

  4.5.1 Pola Keruntuhan ...................................................................................... 72

  4.5.2 Kurva Bond

• – Displacement .................................................................. 75

  4.5.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kuat Lekat (Bond Strength) .......... 81

  4.5.3.1 Perbandingan Kuat Lekat Beton OPC dan Beton Geopolimer .............. 88

  4.6 Perbandingan Hasil Pengujian dengan Persaman Emipiris dan Menghitung Kuat Lekat ( Bond Strength) .............................................. 89

  4.7 Finite Element Modeling ....................................................................... 95

  4.7.1 Menentukan material .............................................................................. 95

  4.7.2 Memodelkan Spesimen Pull Out ........................................................... 95

  4.6.3 Contact Antara Beton dan Tulangan ...................................................... 97

  4.6.4 Meshing Pada Spesimen Pull Out .......................................................... 98

  4.6.5 Pembebanan Pada Spesimen Pull Out .................................................... 98

  4.6.6 Hasil Analisis Spesimen Pull Out .......................................................... 100 ............................................................................................. 105

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 105

  5.2 Saran ........................................................................................................ 106

  

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... . 108

LAMPIRAN

xiii

  

xiv

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.21 Hasil uji kuat tekan beton geopolimer ...................................... 69Tabel 4.16 Kebersihan pasir terhadap lumpur (pengendapan) .................... 64Tabel 4.17 Kebersihan pasir terhadap lumpur (pencucian)......................... 65Tabel 4.18 Hasil analisa saringan pasir ....................................................... 66Tabel 4.19 Hasil pengujian Tarik tulangan polos dan tulangan ulir ........... 68Tabel 4.20 Komposisi material beton geopolimer tiap 1 m

  3

  ....................... 69

Tabel 4.22 Mix design beton OPC .............................................................. 70Tabel 4.14 Berat volume pasir .................................................................... 63Tabel 4.23 Mix design beton OPC (lanjutan) ............................................. 71Tabel 4.24 Tabel kebutuhan material beton OPC untuk 1 m

  3

  ..................... 72

Tabel 4.25 Hasil pengujian kuat tekan beton OPC ..................................... 73Tabel 4.26 Kuat lekat rata-rata beton geopolimer dengan tulangan polos .. 82Tabel 4.27 Kuat lekat rata-rata beton geopolimer dengan tulangan ulir ..... 82Tabel 4.28 Perbandingan besarnya kuat lekat dengan pendekatan persamaan pada tulangan polos ................................................ 90Tabel 4.15 Kebersihan pasir terhadap bahan organik ................................. 64Tabel 4.13 Air resapan pasir ....................................................................... 63Tabel 2.1 Perbandingan variabel pada penelitian sebelumnya ................. 16Tabel 4.2 Hasil komposisi fly ash ............................................................. 56Tabel 3.1 Ukuran lubang ayakan............................................................... 32Tabel 3.2 Proporsi kebutuhan material beton geopolimer ....................... 37Tabel 3.3 Kebutuhan benda uji pada pengujian kuat tekan ...................... 38Tabel 3.4 Kebutuhan benda uji OPC dan GPC pada pengujian pull out .. 39Tabel 3.5 Kebutuhan benda uji GPC pada pengujian pull out .................. 37Tabel 3.6 Klasifikasi standar deviasi menurut SNI 03-06815-2002 ......... 42Tabel 3.5 Material properties pada analisis finite element ........................ 54Tabel 4.1 Hasil analisa X-Ray Fluorence (XRF) Fly Ash ........................ 55Tabel 4.3 Berat jenis Fly Ash PT. Petrokimia kelas F .............................. 57Tabel 4.12 Kelembaban pasir ...................................................................... 62Tabel 4.4 Berat jenis batu pecah ............................................................... 58Tabel 4.5 Kelembaban batu pecah ............................................................ 58Tabel 4.6 Air resapan batu pecah .............................................................. 59Tabel 4.7 Berat volume batu pecah ........................................................... 59Tabel 4.8 Kebersihan batu pecah terhadap lumpur (pencucian) ............... 60Tabel 4.9 Keausan agregat kasar ............................................................... 60Tabel 4.10 Hasil analisa saringan agregat kasar ......................................... 61Tabel 4.11 Berat jenis pasir ......................................................................... 62Tabel 4.29 Perbandingan besarnya kuat lekat dengan pendekatan persamaan pada tulangan ulir .................................................... 92Tabel 4.31 Material properties analisis finite element................................. 95Tabel 4.32 Perbadingan hasil eksperimental dan hasil analis finite element pada beton geopolimer dan beton OPC .................................. 101

  

xvi

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.23 Pemodelan pembebanan pada spesimen ................................. 52Gambar 3.15 Model spesiemen pengujian pull out pada tulangan ulir ......... 39Gambar 3.16 Model spesiemen pengujian kuat tekan .................................. 43Gambar 3.17 Model spesiemen pengujian modulus elastisitas .................... 45Gambar 3.18 Model spesiemen pengujian kuat tarik langsung .................... 46Gambar 3.19 Skema pengujian pull out ........................................................ 48Gambar 3.20 Tampak atas skema pengujian pull out ................................... 49Gambar 3.21 Pemodelan spesimen pengujian pul out .................................. 51Gambar 3.22 Pemodelan Boundary condition pada spesimen ...................... 53Gambar 3.13 Diagram alir mix design beton geopolimer ............................ 36Gambar 3.23 Pemodelan pembebanan pada spesimen ................................. 53Gambar 3.24 Pemodelan meshing pada spesimen. ....................................... 54Gambar 4.1 Grafik analisis uji X-Ray Diffraction (XRD) fly ash ............. 56Gambar 4.2 Lengkung ayakan batu pecah ................................................. 61Gambar 4.3 Lengkung ayakan pasir ........................................................... 66Gambar 4.4 Pola keruntuhan beton geopolimer ......................................... 73Gambar 4.5 Pola keruntuhan beton OPC dengan penggunaan tulangan polos ....................................................................................... 76Gambar 3.14 Model spesiemen pengujian pull out pada tulangan polos ..... 39Gambar 3.12 Satu set ayakan batu pecah ...................................................... 35Gambar 2.1 Struktur kimia Polysialate (Davidovits, 1998) ......................... 7Gambar 3.6 NaOH berbentuk padatan kristal ............................................. 25Gambar 2.2 Hasil Analis XRD material fly ash yang mengandung banyak silica dan alumina (Ekaputri dan Triwulan, 2013) ....... 9Gambar 2.3 Pola keruntuhan pada beam end spesimens (Sofi et al, 2007) 12Gambar 3.1 Diagram Alir ........................................................................... 21Gambar 3.2 Fly Ash kelas F ....................................................................... 23Gambar 3.3 Ordinary Portland Cement ...................................................... 23Gambar 3.4 Material agregat kasar dari PT. Surya Beton Indonesia .......... 24Gambar 3.5 Material agregat halus dari PT. Surya Beton Indonesia .......... 24Gambar 3.7 NaGambar 3.11 Satu set ayakan berdasarkan ASTM C-33 .............................. 32

  2 Si0

  3

  yang didpatkan dari PTKIU ...................................... 26

Gambar 3.8 Plastimen V-Z yang berasal dari PT sika Indonesia .............. 27Gambar 3.9 Tulangan Ulir dan Polos.......................................................... 28Gambar 3.10 Strain Gauges yang dipasang pada beton (TML Product

  Guide ,2014) ........................................................................... 28

Gambar 4.6 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer dengan tulagan polos............................................ 76Gambar 4.7 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer dengan tulagan ulir .............................................. 77Gambar 4.19 Perbandingan besarnya kuat lekat dengan pendekatan persamaan pada tulangan polos dan beton geopolimer .......... 90Gambar 4.30 Grafik perbandingan hasil pengujian eksperimental dan analisis finite element pada beton OPC ............................... 102Gambar 4.29 Deformasi yang terjadi antara beton dan tulangan .............. 100Gambar 4.28 Shear stress pada lekatan antara tulangan dan beton ............ 100Gambar 4.27 Pemberian fixed support pada spesimen pull out .................. 99Gambar 4.26 Pembebanan increment pada spesiemen pull out ................... 99Gambar 4.25 Meshing pada contact antara tulangan dan beton ................... 98Gambar 4.24 Meshing pada spesimen pull out ............................................ 97Gambar 4.22 Pemeberian contact pada spesimen pull out ........................... 96Gambar 4.21 Model spesimen pull out ........................................................ 96Gambar 4.20 Perbandingan besarnya kuat lekat dengan pendekatan persamaan pada tulangan ulir dan beton geopolimer ............. 93Gambar 4.18 Hubungan kuat lekat beton geopolimer dan beton OPC terhadap variasi c/d tulangan polos ........................................ 89Gambar 4.8 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer pada 12 mm tulangan polos dan 13 mm tulangan ulir ........... 78Gambar 4.17 Hubungan kuat lekat beton geopolimer dan beton OPC terhadap variasi diameter tulangan polos ............................... 89Gambar 4.16 Hubungan kuat lekat terhadap variasi c/d tulangan polos dan tulangan ulir ........................................................................... 86Gambar 4.15 Hubungan kuat lekat terhadap variasi diameter tulangan polos dan ulir .......................................................................... 81Gambar 4.14 Area lekatan antara beton dan tulangan ................................. 85Gambar 4.13 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer dan OPC pada 19 mm tulangan polos ................................... 82Gambar 4.12 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer dan OPC pada 16 mm tulangan polos ................................... 81Gambar 4.11 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton OPC dengan tulangan polos ............................................................ 80

  polos dan tulangan ulir ........................................................... 80

Gambar 4.10 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer pada 19 mm tulangan

  polos dan tulangan ulir ........................................................... 78

Gambar 4.9 Hubungan bond-displacement atas LVDT beton geopolimer pada 16 mm tulanganGambar 4.31 Grafik perbandingan hasil pengujian eksperimental dan analisis finite element pada beton geopolimer .................... 102

  

KATA

PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan berkat- Nya sehingga dapat terselesaikan Tesis yang berjudul

  “Pengaruh Penetrasi Khlorida Pada Laju Korosi Beton Geopolim er” tepat pada waktunya.

  Tesis ini merupakan prasyarat akademik untuk menyelesaikan studi

pascasarjana strata 2 (program magister) teknik sipil bidang keahlian struktur

di Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Dalam penyusunannya

penulis banyak memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak, karena itu penulis

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Kedua orang tua (Mama dyah dan Papa Sugeng) dan saudara-saudara (Ina dan Vina) penulis yang telah memberikan dukungan, doa yang tiada putusnya, dan kepercayaan yang begitu besar kepada penulis.

  2. Dosen konsultasi Ibu Januarti Jaya Ekaputri dan Ibu Triwulan yang telah membimbing dan memberikan solusi ketika penulis mengalami kesulitan pada saat penelitian, proses penulisan hingga terselesainya penelitian ini.

  3. LPDP (Lembaga Pengelola Dana Keuangan) yang memberikan bantuan pembiayaan penelitian Tesis Batch 2-2016 ini sejak awal hingga akhir penelitian.

  4. Fakihi, ST yang selalu memberi motifasi, dukungan dan doa yang menjadi semangat penulis untuk menyelesaikan penelitian ini.

  5. Teman-teman LBE green concrete yang senantiasa membantu dan memberi arahan pada saat penelitian di laboratorium

  6. Teman-teman terkasih seperjuangan kelas Struktur-15 (Cintantya, Mas Wilson, Ikom, Kefy, Fahrudin, Julio, Mas Hilfi, Mas Rohim dan teman- teman lainnya) yang selalu membantu saat melakukan penelitian hingga penyelesaian laporan ini.

  7. Temen-teman tersayang (Nila, Mb Fitria, Mb Fitri, Novi, Mb Mida) yang selalu memberi semangat kepada penulis hingga penyelesaian penelitian ini.

  8. Karyawan Jurusan Teknik Sipil ITS yang telah membantu penulis untuk proses pengurusan surat ijin.

  Pada pengerjaan Tesis ini tentunya tak luput dari kesalahan dan masih

jauh dari kesempurnaan, namun penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk

dapat menyelesaikan Tesis ini dengan sebaik-baiknya. Untuk itu kritik dan saran

sangat diharapkan demi perkembangan penelitian selanjutnya.

  Akhir kata, semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa dan masyarakat di bidang teknologi material.

  Surabaya, Januari 2017

  “Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Beton merupakan material konstruksi yang paling banyak digunakan di dunia baik sebagai kebutuhan utama maupun sebagai unsur penunjang. Seiring dengan perkembangan dunia teknologi beton saat ini, para peneliti serta pelaksan teknis mengarah pada penggunaan beton geopolimer dimana memanfaatkan bahan sisa untuk menggantikan fungsi semen sebagai bahan pengikatnya. Beton geopolimer merupanakan suatu material inorganik yang tesusun atas Silikat (Si) dan Aluminium (Al) sebagai material utama serta reaktan alkalin sebagai pengikat. Beton geopolimer pertama kali dikembangkan oleh Joseph Davidovits tahun 1970. Dimana Davidovits menemukan bahwa beton yang digunakan dalam struktur kuno mengandung alkali dengan alumino silikat sebagai pengikatnya dan menamakannya beton geopolimer (Singh,dkk, 2013) Beton geopolimer berasal dari geopolimerisasi yaitu geosintesis alumino silikat polimerik dan alkali-silikat menjadi kerangka polimer SiO dan AlO yang terikat secara tetrahedral

  4

  4 (Davidovits, 2008).

  Dalam proses pembuatannya bahan dasar untuk beton geopolimer menggunakan bahan-bahan buangan industri dimana tidak memerlukan energi terlalu besar sehingga sangat ramah lingkungan. Dalam penelitian ini bahan dasar yang yang digunakan adalah fly ash. Abu terbang (fly ash) berasal dari abu sisa pembakaran batu bara (ASTM C 618), abu terbang yang diproduksi dari batubara bitomious atau antrasit disebut abu terbang ASTM jenis F yang mengandung pozzolan. Fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan untuk mengikat seperti semen. Tetapi dengan menambahkan air dan karena ukuran partikelnya yang halus,

  

oksida silika yang terkandung dalam fly ash secara kimiawi akan bereaksi dan

  menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat (Hardjito dan Rangan, 2005).

  Untuk melakukan reaksi polimerisasi fly ash memerlukan aktifator sebagai pengikat. Aktifator yang umumnya digunakan adalah Sodium Hidroksida (NaOH)

  8 M sampai dengan 16 M dan Sodium Silikat (Na SiO ) dengan perbandingan 0,4

  2

  3

  sampai 2,5 (Harjito et al. 2007). Perbandingan Sodium Hidroksida (NaOH) dengan Sodium Silikat (Na SiO ) yang sangat tinggi tidak selalu menghasilkan kuat tekan

  2

  3

  dan kuat belah yang tinggi. Namun jika semakin tinggi molaritas yang digunakan, maka semakin tinggi pula kuat tekan dan kuat belah pada beton geopolimer (Ekaputri dan Triwulan, 2013) Sehingga dalam penelitian ini digunakan NaOH 8M dengan perbandingan NA SiO :NaOH sebesar 2,5

  2

3 Dalam aplikasinya beton geopolimer memiliki kelemahan struktural dalam

  menahan gaya tarik yang sama hal nya dengan beton OPC. Sehingga untuk menahan gaya tarik diperlukan penambahan tulangan baja yang menjadikan struktur beton merupakan kombinasi beton dan baja atau disebut beton bertulang. Salah satu persyaratan dalam struktur beton bertulang adalah adanya lekatan yang baik antara baja tulangan dan beton, sehingga apabila diberi beban tidak akan terjadi antara baja tulangan dan beton.

  slip

  Menurut Nawy (2009) ada tiga jenis percobaan yang dapat menentukan kualitas elemen tulangan yaitu pull out test, embedded-rod test dan beam test. Percobaan pull out test dapat memberikan perbandingan lekatan yang efisien terhadap berbagai variasi permukaan dan panjang tulangan yang tertanam di dalam beton. Ada empat tahapan dalam proses lekatan tulangan terhadap beton. Tahap pertama, lekatan yang terjadi adalah lekatan adhesive yaitu kemampuan awal tulangan melawan beton. Tahapan kedua, terjadi displacement pada tulangan di dalam beton (slip) dimana terjadi interlocking dan menghasilkan retak radial pada beton. Tahapan ketiga, tegangan lekat dan kekakuannya ditahan oleh tulangan di sepanjang penyaluran di dalam matrix beton. Tahapan keempat, terjadi dua betuk kegagalan yaitu splitting bond failure dan pull-out bond failure.

  Sejumlah penelitian mengenai pengaruh tulangan terhadap kuat lekat beton telah banyak dilakukan. Namun, hanya sedikit literatur yang membahas pengaruh tulangan berdasarkan bentuk dan ukuran dimeter beton geopolimer. Kim dan Park

  

2

  (2015) melakukan studi mengenai pengaruh kuat lekat terhadap beton geopolimer dengan variasi diameter tulangan 10 mm,16 mm,25 mm dan variasi kuat tekan beton 20 MPa,30 MPa dan 40 MPa. Tulangan yang digunakan adalah tulangan ulir. Hasil penelitian menujukkan bahwa terjadi penurunan kekuatan lekat dari 23,06 MPa hingga 17.26 MPa seiring dengan peningkatan penggunaan diameter sebesar 10 mm hingga 25 mm.

  Selby (2011) melakukan studi mengenai kuat lekat beton geopolimer yang dibandingkan dengan beton OPC dengan menggunakan tulangan polos dan tulangan ulir. Diameter tulangan yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 12 mm dengan kuat tekan rata-rata beton geopolimer sebesar 25.65 MPa dan beton OPC sebesar 27.35 MPa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat lekat beton geopolimer relatif lebih besar dibandingkan beton OPC. Lekatan kimiawi beton geopolimer lebih baik bila dibandingkan dengan beton OPC, namun untuk pengaruh bentuk dari tulangan pada tulangan ulir tidak menunjukkan hasil yang jauh berbeda antara beton OPC dengan beton geopolimer. Untuk beton geopolimer dengan tulangan polos memiliki lekatan yang lebih kuat dibandingkan beton OPC.

  Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan belum ada studi mengenai pengaruh dari bentuk serta variasi diameter tulangan yang digunakan terhadap kuat lekat beton geopolimer. Dikarenakan lekatan merupakan faktor yang penting dalam perencanaan beton, hal ini menjadi alasan untuk mengembangkan penelitian mengenai pengaruh dari variasi diameter tulangan polos 12 mm, 16 mm dan 19 mm dan tulangan ulir 13 mm, 16 mm dan 19 mm. Pada penelitian ini beton OPC digunakan sebagai pembanding.

  Dalam penelilitian ini akan dilakukan pengujian pull out test untuk mengetahui pengaruh bentuk dan variasi tulangan terhadap kuat lekat beton geopolimer. Adapun yang akan dibandingkan berdasarkan hasil pengujian yaitu besarnya beban maksimum pada tiap-tiap variasi diameter tulangan yang mempengaruhi lekatan antara tulangan dengan beton geopolimer kemudian digambarkan dalam grafik kuat lekat (bond strength ) dan slip. Analisis dengan simulasi menggunakan program bantu berbasis finite element 3D ANSYS dilakukan sebagai model pembanding.

  1.2 Perumusan Masalah

  Perumusan masalah dalam penelitian ini antara lain:

  1. Bagaimana pengaruh bentuk tulangan polos dan ulir terhadap kuat lekat (bond

  strength ) beton geopolimer?

  2. Bagaimana pengaruh variasi diameter tulangan polos (12 mm, 16 mm dan 19 mm) dan tulangan ulir (13 mm,16 mm dan 19mm) terhadap kuat lekat beton geopolimer?

  1.3 Tujuan Penelitian

  1. Mengetahui seberapa besar pengaruh bentuk tulangan polos dan ulir terhadap kuat lekat (bond strength) beton geopolimer.

  2. Mengetahui seberapa besar pengaruh variasi diameter tulangan polos (12 mm, 16 mm dan 19 mm) dan tulangan ulir (13 mm,16 mm dan 19mm) terhadap kuat lekat beton geopolimer.

  1.4 Manfaat

  Dengan adanya penelitian ini diharapkan diperoleh manfaat sebagai berikut:

  1. Dengan pemanfaatan fly ash sebagai materil pengganti semen diharapkan dapat mengurangi kadar CO yang dihasilkan dari produksi semen.

  2

  2. Dapat memberikan refrensi baik kepada masyarakat maupun perencana pelaksa teknis mengenai pemanfaatan limbah yang dapat diaplikasikan sebagai material konstruksi.

  

4

1.5 Batasan Masalah 1. Agregat yang digunakan berasal dari PT. Surya Beton Indonesia.

  2. Fly ash yang digunakan berasal dari PT. Petrokimia Gresik.

  3. Menggunakan air PDAM dari Surabaya.

  4. Sodium silikat (Na SiO ) yang digunakan berasal dari PT. Kasmaji Inti Utama.

  2

  3 5. Semen yang digunakan berasal dari PT. Varia Usaha Beton.

  6. Tulangan polos (12 mm, 16 mm dan 19 mm ) dan tulangan ulir (13 mm, 16 mm dan 19 mm) berasal dari PT Bhirawa Steel.

  7. Superplasticizer yang digunakan berbahan dasar Plastimen-VZ dari PT. Sika Indonesia.

  8. Benda uji berupa silinder yang berukuran 100 x 200 mm, dogbone 76.2 x 25.4 mm dan kubus berukuran 150 x 150 x 150 mm.

  9. Proses curing dilakukan selama 28 hari.

  

6

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Beton Geopolimer

  Istilah geopolimer diperkenalkan oleh Davidovits tahun 1976 yang mengacu pada rantai 3D polisialat. Proses polimerisasi yang terjadi pada geopolimer meliputi reaksi kimia yang terjadi antara alkalin dengan mineral Si-Al sehingga menghasilkan Si-O-Al-O yang konsisten (Davidovits,1994). Davidovits (1994) menyarankan penggunaan istilah

  “poli(siliate)” sebagai nama kimia dari

  geopolimer yang berbahan dasar silico-aluminate. Davidovits (1998) menggolongkan polisialate menjadi 3 jenis tipe yaitu Poly(sialate) type(-Si-O-Al- O), Poly(sialate-siloxo) tipe (-Si-O-Al-O-Si-O) dan Poly(sialate-disiloxo) tipe (-Si- O-Al-O-Si-O-Si-O). Struktur kimia polysialate tersebut dapat diuraikan pada 2

Gambar 2.1 Struktur kimia Polysialate (Davidovits, 1998)

  Tidak seperti reaksi hidrasi yang biasanya terjadi pada semen poozoland, geopolimer tidak membentuk calcium silicate-hydrate (CSHs) untuk membentuk matrix kekuatan, tetapi menggunakan polikondensasi dari silica dan alumina sebagai proses kimia dengan menggunakan kandungan alkali yang tinggi untuk bisa mencapai kekuatan struktur. Oleh karena itu gepolimer dapat dikatakan sebagai binder alkali (pengikat) yang diaktifkan dengan alumino silicate (Davidovits, 2008)

  Van Deventer, dkk (2010) mengklasifikasikan definisi bahan alkali aktif, polimer anorganik dan geopolimer berdasarkan sumber bahan, alkali aktivator dan hasil akhir. Sumber bahan berasal dari abu terbang dengan kalsium rendah dan tanah liat dikalsinasi dengan alkali aktivator dari logam alkali hidroksida atau silikat. Polimer anorganik merupakan bagian dari bahan alkali-aktif yang mempunyai jaringan silikat tidak teratur sebagai produk akhir. Alkali yang diaktifkan oleh slag menghasilkan calcium silicate-hydrate (CSHs).

2.2 Komponen Beton Geopolimer

2.2.1 Fly Ash

  memiliki peranan seperti pozzoland dengan kandungan didalamnya

  Fly ash

  antara lain silica (SiO ), alumina (Al O ), fero oksida (Fe O ) dan kalsium oksida

  2

  2

  3

  2

  3

  (CaO), juga unsur tambahan lain yaitu magnesium oksida (MgO), titanium oksida (TiO ), alkalin (Na O dan K O), sulfur trioksida (SO ), Pospor oksida (P O ) dan

  2

  2

  2

  3

  2

  5

  carbon (Wardani, 2008). Fly ash kaya silika dan alumina yang merupakan sumber utama dari proses geopolimerisasi dan agar fly ash dapat digunakan sebagai pengikat maka diperlukan alkali. Keuntungan dari penggunaan fly ash adalah material ini tersedia dalam jumlah yang banyak (Bakri, dkk , 2012).

  Suatu hasil pencapaian yang penting dalam perkembangan fly ash untuk pembuatan beton adalah pemakaian fly ash hingga 60% dalam menggantikan penggunaan semen dalam beton. Hasil penelitian menujukkan bahwa pemakaian fly

  

ash dalam beton dapat membuat beton lebih tahan lama dibandingkan dengan beton

  yang hanya menggunakan PC (Malhotra et al. 2002) Karakteristik fisik fly ash tergantung dari kerapatan, kehalusan, area permukaan, dan distribusi partikel untuk mengidentifikasi reaktivitas fly ash dengan semen sedangkan karakteristik kimia fly ash tergantung dari komposisi kimia, jenis mineral, dan fasa amorf di dalam fly ash (Ekaputri, dkk, 2013). Sifat fisik fly ash berbeda dari segi penampilan dan ukuran partikel. Beberapa partikel memiliki

  3

  kerapatan rendah (berongga) kurang dari 1000 kg/m , sedangkan partikel lain

  3

  mungkin memiliki kepadatan lebih dari 2600 kg/m . Partikel fly ash berbentuk butiran dan lebih halus d ari semen Portland dengan ukuran 1μm sampai tidak lebih dari 150

  μm (Hardjito dan Rangan, 2005). Gambar 2.2 menunjukkan hasil analisa

  8 XRD yang menujukkan material fly ash bersifar amorf yang banyak mengandung silica dan alumina.

Gambar 2.2 Hasil analisa XRD material fly ash yang banyak mengandung silica dan alumina (Ekaputri dan Triwulan 2013)

  Berdasarkan ASTM C 618, fly ash digolongkan menjadi dua kelas, yaitu:

  a. Fly Ash Kelas C

  kelas C memiliki minimal 50% dari total unsur-unsur utama (SiO

  Fly ash

  2

• Al

  2 O 3 + Fe

  2 O 3 ), sulfur trioksida (SO 3 ) kurang dari 5%, measure content

  maksimum 3 % dan loss on ignition maksimum 6%

  b. Fly Ash Kelas F Fly ash kelas F memiliki minimal 70 % dari total silikon dioksida,

  aluminium dioksida dan oksida besi (SiO + Al O + Fe O ). Kandungan

  2

  2

  3

  2

  3 Kalsium oksida kurang dari 10%.

2.2.2 Alkali Aktivator

  Alkali sebagai aktifator yang biasanya digunakan untuk membuat geopolimer diantaranya adalah kombinasi antara sodium hidroksida (NaOH) dengan sodium silikat (Na

2 SiO 3 ) atau potassium hidroksida (KOH) dengan potassium silikat (K SiO ) (Davidovits, 1999).

  2

  3

  9 Alkali aktivator memiliki fungsi dalam menghasilkan geopolimerisasi dan meningkatkan laju reaksi. NaOH biasa digunakan sebagai alkali aktivator karena murah, memiliki viskositas rendah, dan tersedia dalam jumlah banyak. Selain itu,

• ion OH di dalam NaOH merupakan elemen penting dalam proses geopolimerisasi. Ion ini sangat penting dalam meningkatkan laju reaksi dari penguraian ikatan alumina dan silika ( Arjunan P, dkk, 2001).

  Natrium silikat (Na

2 SiO 3 ) tersedia dalam bentuk cair dan bubuk. Materi ini memiliki viskositas tinggi yang mempengaruhi pengerjaan campuran geopolimer.

  Sodium silikat dalam sistem geopolimer tidak hanya berguna untuk meningkatkan kekuatan pasta tetapi juga digunakan untuk mengikat material sampai terbentuk pasta padat (Jo, dkk, 2007).

  Molaritas aktifator NaOH sangat berpengaruh pada kuat mekanik binder maupun beton geopolimer, dimana semakin tinggi molaritas NaOH semakin tinggi kuat mekanik beton maupun binder geopolimer. Selain itu perbandingan rasio aktifator Na SiO /NaOH juga memberi pengaruh terhadap beton maupun binder

  2

  3

  geopolimer. Namun semakin tinggi perbandingan rasio Na SiO /NaOH tidak selalu

  2

  3

  menghasilkan kuat tekan yang tinggi. (Ekaputri dan Triwulan 2014)

2.2.3 Admixture

  Superplasticizer digunakan dalam campuran untuk memudahkan

  pengerjaan dalam pembuatan beton geopolimer. Ekaputri, dkk (2014) melakukan eksperimen dimana dosis maksimum superplasticizer yang digunakan adalah 2.5%.

2.3 Kuat Lekat

  Kuat lekat merupakan kekuatan lekatan antara tulangan dan beton di

  

sekitarnya. Lekatan antar beton dan tulangan merupakan salah satu faktor yang