Beton Ringan Beragregat Buatan dari Plastik dan Serbuk Mineral serta Penggunaannya pada Balok Multi Lapis

Wiswamitra, Ketut Aswatama and Prof. Dr. Ir. Sri Murni Dewi, MS and Prof. Dr. Eng., Moch. Agus Choiron, ST., MT. and Ari Wibowo, ST., MT., Ph.D (2023) Beton Ringan Beragregat Buatan dari Plastik dan Serbuk Mineral serta Penggunaannya pada Balok Multi Lapis. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Pemanfaatan sampah plastik sebagai bahan campuran pembentuk beton telah banyak dilakukan oleh para peneliti dari berbagai negara di dunia. Plastik dimanfaatkan dalam bentuk asli maupun daur ulang dan dapat digunakan sebagai agregat maupun sebagai serat. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penggunaan plastik sebagai agregat menghasilkan kemampuan menyerap air yang rendah sehingga mengakibatkan lemahnya ikatan agregat dengan pasta semen. Berbagai upaya dilakukan oleh para peneliti untuk meningkatkan daya ikat agregat-pasta semen seperti memberikan lapisan terak tanur tiup pada permukaan agregat; pengkasaran permukaan agregat; mencampurkan plastik dengan mineral seperti dengan fly ash atau mencampurkannya dengan pasir merah. Penelitian ini menggunakan ide yang sama dengan metode terakhir yang disebutkan di atas, namun dengan pilihan mineral berbeda. Mineral yang digunakan pada penelitian ini adalah pasir halus, fly ash, abu sekam padi, dan semen portland. Plastik yang digunakan adalah jenis PET tidak berwarna (polyethylene terephthalate) yang berasal dari botol air mineral bekas. Dengan sifat plastiknya yang ringan, agregat buatan dari plastik daur ulang digunakan sebagai agregat halus dan kasar untuk membuat beton ringan. Selanjutnya beton-beton yang dibuat dari agregat plastik ini diuji tekan dan dipilih beton yang mampu menghasilkan beton ringan struktural. Beton ringan struktural selanjutnya dicetak kembali untuk dilakukan pengujian karakteristik mekanik yang lengkap, termasuk karakteristik mekanik beton setelah mengalami pemanasan. Pada tahap selanjutnya, beton ringan struktural yang telah dihasilkan, diterapkan pada balok beton bertulang. Adapun jenis balok yang dibuat terdiri dari balok satu lapis (balok beton normal) yang merupakan balok beton bertulang yang menggunakan beton normal ataupun beton ringan struktural, dan juga balok beton bertulang berlapis, yaitu balok beton dengan lapis atas menggunakan beton normal (beton dengan agregat alami), sedangkan lapis-lapis di bawahnya menggunakan beton yang lebih rendah mutunya, yakni beton ringan struktural beragregat plastik. Selanjutnya balok beton bertulang yang ada, diuji terhadap perilaku lentur dan geser Hasil penelitian pada tahap awal menunjukkan bahwa penambahan mineral pada agregat PET dapat membuat permukaan agregat plastik menjadi lebih kasar dan berpori. Sementara itu kuat tekan beton yang menggunakan agregat PET yang dicampur mineral lebih tinggi dibandingkan beton dengan agregat PET murni (tanpa mineral). Dari empat jenis mineral yang dicoba, agregat plastik dengan campuran abu sekam padi (Agregat PAS) dan agregat dengan semen (Agregat PES) dapat menghasilkan beton ringan struktural. Namun demikian dibandingkan dengan beton acuan yaitu beton dengan agregat alam, penggunaan agregat plastik akan menurunkan sifat mekanik beton. Pengujian ketahanan terhadap panas menunjukkan bahwa sifat mekanis beton menurun; apakah itu beton dengan agregat plastis maupun beton acuan (beton dengan agregat alami); dimulai dari suhu pemanasan 100°C. Sementara itu retakan pada beton akibat pemanasan akan lebih sedikit jumlahnya dan dengan lebar retak yang lebih kecil jika beton menggunakan Agregat PAS dibandingkan jika menggunakan Agregat PES. Hal lain yang diamati yaitu penurunan kuat tekan dan kuat tarik akibat pemanasan pada beton dengan agregat plastik terlihat lebih drastis dibandingkan dengan beton acuan. ix Penelitian tahap akhir yaitu pengujian balok beton bertulang dengan 6 jenis konfigurasi susunan lapis balok beton bertulang menunjukkan bahwa pada pengujian lentur, nilai beban maksimum, P, hasil pengujian mempunyai nilai lebih tinggi dari hasil perhitungan teoritis. Hal ini berarti rumus teoritis yang digunakan untuk menentukan nilai P maksimum pada balok satu lapis (baik menggunakan agregat alami maupun agregat plastik) ataupun balok berlapis, cukup konservatif. Perilaku beban-lendutan pada pengujian lentur untuk balok beton ringan satu lapis dan balok multi lapis adalah sama dengan beton referensi (beton satu lapis dengan agregat alami) di daerah elastis. Perbedaan perilaku terlihat setelah beban melewati titik leleh, yang mana beton referensi mempunyai P tertinggi dan defleksi terbesar pada saat tercapai kapasitasnya. Hasil yang berbeda ditunjukkan pada pengujian geser balok, yaitu tentang perilaku beban-lendutan. Terlihat bahwa sejak awal pembebanan sampai mencapai kapasitas geser, kurva beban-lendutan menunjukkan bahwa balok beton bertulang dengan mutu lebih rendah (lebih ringan) akan memberikan lendutan yang lebih besar dibanding balok dengan mutu yang tinggi pada beban yang sama. Efisiensi struktural balok-balok yang ada menurut hasil pengujian lentur dan pengujian geser menunjukkan hasil yang saling berlawanan. Pada pengujian lentur semakin ringan balok, maka efisiensi sruktural akan semakin tinggi, sementara pada pengujian geser semakin ringan balok, maka efisiensi struktural akan semakin rendah. Oleh karena itu penggunaan balok berlapis yang disusun dengan cara beton mutu lebih rendah dilevel yang lebih rendah, perhitungan harus lebih cermat terutama pada kapasitas geser dari balok multi lapis. Penggunaan balok multi lapis yang ringan bisa digunakan untuk balok-balok yang dominan mengalami lentur, namun harus teliti dan cermat untuk penggunaan pada balok tinggi.

English Abstract

The use of plastic waste as a concrete mixture has been widely used by researchers from various countries in the world. Plastic is used in original or recycled form and can be used as aggregate or as fiber. Previous research shows that the use of plastic as aggregate results in low water absorption capacity, resulting in weak bonds between the aggregate and cement paste. Various efforts have been made by researchers to increase the binding capacity of aggregate-cement paste, such as providing a layer of blast furnace slag on the surface of the aggregate; aggregate surface roughening; mixing plastic with minerals such as fly ash, or mixing it with red sand. This research uses the same idea as the last method mentioned above but with a different choice of minerals. The minerals used in this research were fine sand, fly ash, rice husk ash, and Portland cement. The plastic used is colorless PET (polyethylene terephthalate) which comes from used mineral water bottles. With its light plastic properties, artificial aggregate from recycled plastic is used as fine and coarse aggregate to make lightweight concrete. Next, the concrete made from plastic aggregate is compression tested and concrete is selected which is capable of producing structurally lightweight concrete. The structural lightweight concrete is then molded again for complete mechanical characteristic testing, including the mechanical characteristics of the concrete after heating. In the next stage, the structural lightweight concrete that has been produced is applied to the reinforced concrete beam. The types of beams made consist of single-layer beams (normal concrete beams) which are reinforced concrete beams that use normal concrete or structural lightweight concrete and also multi-layered reinforced concrete beams, namely concrete beams with a top layer using normal concrete (concrete with natural aggregates). while the layers below use lower-quality concrete, namely lightweight structural concrete with plastic aggregate. Next, the existing reinforced concrete beams were tested for bending and shear behavior The results of research at the initial stage show that the addition of minerals to PET aggregates can make the surface of the plastic aggregates rougher and more porous. Meanwhile, the compressive strength of concrete using PET aggregate mixed with minerals is higher than concrete with pure PET aggregate (without minerals). Of the four types of minerals tested, plastic aggregate mixed with rice husk ash (PAS Aggregate) and aggregate with cement (PES Aggregate) can produce structural lightweight concrete. However, compared to reference concrete, namely concrete with natural aggregates, the use of plastic aggregates will reduce the mechanical properties of concrete. Heat resistance testing shows that the mechanical properties of concrete decrease; whether it is concrete with plastic aggregate or reference concrete (concrete with natural aggregate); starting from a heating temperature of 100°C. Meanwhile, cracks in concrete due to heating will be fewer in number and with smaller crack widths if the concrete uses PAS Aggregate than if it uses PES Aggregate. Another thing that was observed was that the decrease in compressive strength and tensile strength due to heating in concrete with plastic aggregate appeared to be more drastic compared to reference concrete. The final stage of research, namely testing reinforced concrete beams with 6 types of configurations of layers of reinforced concrete beams, shows that in flexural testing, the maximum load value, P, the test results have a higher value than the theoretical calculation xi results. This means that the theoretical formula used to determine the maximum P value for single-layer beams (using either natural aggregate or plastic aggregate) or layered beams is quite conservative. The load-deflection behavior in flexural tests for single-layer lightweight concrete beams and multi-layered beams is the same as reference concrete (single-layer concrete with natural aggregate) in the elastic region. The difference in behavior is visible after the load passes the yield point, where the reference concrete has the highest P and the largest deflection when its capacity is reached. Different results were shown in the beam shear tests, namely regarding loaddeflection behavior. It can be seen that from the beginning of the load until the shear capacity is reached, the load-deflection curve shows that a reinforced concrete beam with a lower quality (lighter) will provide a greater deflection than a beam with high quality at the same load The structural efficiency of existing beams according to the results of bending tests and shear tests shows conflicting results. In flexural testing, the lighter the beam, the higher the structural efficiency, while in shear testing, the lighter the beam, the lower the structural efficiency. Therefore, when using layered blocks arranged using lower quality concrete at lower levels, calculations must be more careful, especially regarding the shear capacity of the layered blocks. The use of lightweight layered beams can be used for beams that predominantly experience bending but must be careful when used on deep beams.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	0623070007
Uncontrolled Keywords:	agregat buatan, agregat plastik, beton ringan struktural, balok beton bertulang multi lapis
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Depositing User:	Endang Susworini
Date Deposited:	06 Feb 2024 02:32
Last Modified:	06 Feb 2024 02:32
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/215535

Text (DALAM MASA EMBARGO) Ketut A Wiswamitra.pdf Restricted to Registered users only Download (27MB)

Actions (login required)

View Item