Efek Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Karakteristik Beton Segar

## EFEK PENAMBAHAN SERAT POLYPROPYLENE TERHADAP KARAKTERISTIK BETON SEGAR JENIS SELF-COMPACTING CONCRETE

## Slamet Widodo 1
Diterima 06 April 2009

## ABSTRACT
The Self-Compacting Concrete (SCC) can be defined as a type of concrete that able to flow and consolidate under its own weight, completely fill the  formwork even in the presence of dense reinforcement, maintaining its homogeneity and without the need for  any  additional  compaction.  Similar  with  other  types  of  cement-based  materials, SCC also has a brittle characteristic. This problem can be encountered by adding fibers in to the concrete mix. Unlike its effects to hardened concrete, the presence of fibers in concrete mixes can cause significant deterioration to the concrete workability. This research was conducted to investigate effects of polypropylene fiber addition on four key  characteristics  of  SCC  in  the  fresh  state.  In  this  research,  concrete  mixes  were prepared containing 0, 0.05, 0.10, and 0.15 percent volume fraction of polypropylene fibers.  Fresh  properties  were  evaluated  based  on  its  passing  ability,  flowability, viscosity, and segregation resistance using J-ring, Slump flow, and Sieve Segregation Resistance  tests.  Test  results  indicate  polypropylene  fibers  reduce  flowability  and passing ability but will increase viscosity and segregation ratio of SCC. Furthermore, it can  be  concluded  that  polypropylene  fiber  reduce  deformability  of  SCC  in  the  fresh state.  It  can  be  suggested  that  polypropylene  fibers  allowed  to  be  added  into  SCC mixes up to 0.10 percent by volume of concrete.
Keywords  : Self-Compacting Concrete, Polypropylene fiber, Fresh characteristics

## ABSTRAK
Self-Compacting Concrete (SCC) adalah jenis beton dengan daya alir yang sangat baik dan  mampu  memadat  secara  mandiri.  Penambahan  serat  dalam  beton  segar  dapat menyebabkan perubahan karakteristik beton segar. Dengan demikian, perlu dilakukan
1 S3 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Kampus Peleburan Jl. Hayam Wuruk Semarang Email : swidodo@live.com ; Telp: 081567966990

## MEDIA KOMUNIKASI TEKNIK SIPIL
BMPTTSSI
penelitian  untuk  memperoleh  campuran  adukan  beton  segar  yang  memenuhi persyaratan  deformability  dan  ketahanan  segregasi  SCC.  Penambahan  serat polypropylene diberikan sebesar 0%, 0,05%, 0,1%, dan 0,15%, berdasarkan volume beton. Evaluasi dilakukan terhadap empat karakteristik utama beton segar SCC, yaitu: flowability (slump-flow), viscosity (T 500 ), passing ability (J-Ring Test), dan ketahanan segregasi (GTM screen stability test). Penambahan serat polypropylene menyebabkan berkurangnya  flowability  SCC.  Kondisi  SCC  masih  dapat  dicapai  saat  serat polypropylene ditambahkan sebesar 0,10% dari volume beton dengan slump-flow 556 mm. Pada penambahan 0,15% beton segar tidak dapat memenuhi syarat  flowability SCC  dengan  slump-flow  428  mm.  Penambahan  serat  polypropylene  menambah viskositas SCC. Kondisi SCC masih dapat dicapai saat serat polypropylene ditambahkan sampai dengan 0,10% dari volume beton dengan  T 500 1,40 detik. Pada penambahan 0,15% beton segar melampaui batas maksimal viskositas SCC, dimana nilai T 500 sudah tidak  terukur.  Penambahan  serat  polypropylene  menurunkan  passing  ability  SCC. Kondisi  SCC  masih  dapat  dicapai  saat  serat  polypropylene  ditambahkan  sampai dengan  0,10%  dari  volume  beton  dengan  beda  elevasi  7,9  mm.  Pada  penambahan 0,15%, beton segar tidak dapat memenuhi syarat minimal passing ability SCC dimana beda elevasi mencapai 10,6 mm. Penambahan serat polypropylene mengurangi rasio segregasi  SCC.  Semua  varian  dalam  penelitian  ini  dapat  memenuhi  syarat  rasio segregasi beton segar SCC.
Kata Kunci  : Self  Compacting  Concrete,  Serat  Polypropylene,  Karakteristik  Beton Segar

## PENDAHULUAN
Teknologi  dalam  bidang  konstruksi berkembang  dengan  pesat,  baik  dari segi  desain  maupun  metode-metode konstruksi  yang  dilakukan.  Dalam pekerjaan konstruksi beton, pemadatan atau  vibrasi  beton  adalah  pekerjaan yang  mutlak  harus  dilakukan  untuk suatu pekerjaan struktur beton bertulang  konvensional.  Tujuan  dari pemadatan  itu  sendiri  adalah  memi- nimalkan  udara  yang  terjebak  dalam beton  segar  sehingga  diperoleh  beton yang  homogen  dan  tidak  terjadi rongga-rongga  di  dalam  beton  ( honey- comb ). Pengecoran beton  konvensional pada beam  column  joint yang  padat tulangan  dengan  alat  vibrator  belum menjamin tercapainya kepadatan secara  optimal.  Selain  itu,  penggunaan vibrator  pada  daerah  yang  padat
bangunan  dapat  menimbulkan  polusi berupa  suara,  yang  mengganggu lingkungan  sekitarnya.  Pengecoran beton  pada  pelaksanaan  konstruksi  di bawah  air  juga  tidak  memungkinkan penggunaan  alat  vibrator  pada  tahap pemadatan,  sehingga  hanya  mengan- dalkan  sifat self-compactibility beton segar yang digunakan.
Penemuan superplasticizer yang  berba- sis polycarboxylate telah  memungkin- kan  untuk  mendapatkan  beton  segar yang  bersifat high-flowable dan self- compactable ,  di  mana  beton  segar mampu mengalir dan memadat dengan memanfaatkan  berat  sendiri  sehingga menghasilkan  beton  keras  yang  benar- benar  padat  atau  kompak  tanpa dilakukan  proses  pemadatan  atau vibrasi.  Beton  segar  yang  termasuk golongan self-compacting  concrete
Efek Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Karakteristik Beton Segar
( SCC )  memiliki nilai slump yang  sangat tinggi  (lebih  dari  20  cm),  sehingga pengukuran  dengan  kerucut  abrams tidak  efektif  lagi.  Pengukuran  sifat beton  segar  jenis self-compacting concrete harus  dilakukan  secara menyeluruh  terhadap  empat  karak- teristik  utamanya,  yang  meliputi: flowability,  viscosity,  passing  ability, dan  segregation  resistance ,  dengan menggunakan  beberapa  alat  ukur standar  seperti: Slump-Flow  Test , J-Ring  Test ,  dan GTM  screen  stability test.
Hubungan  antara  bahan  penyusun beton  dengan  sifat  beton  segar  yang
dihasilkan  harus  diperhatikan  dalam proses  produksi SCC .  Konsep  tersebut secara  skematis  dapat  digambarkan seperti pada Gambar 1.
SCC yang  telah  mengeras  tetap merupakan  beton  yang  bersifat  getas. Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan modifikasi  dengan  penambahan  serat ( fibers )  dengan  tujuan  meningkatkan kekuatan tarik, daktilitas, dan ketahanan  matrik  beton  terhadap beban  kejut.  Serat  juga  dapat difungsikan sebagai media penghubung antar  retakan  ( cracks ),  yang  sekaligus dapat  menghambat  penjalaran  retak- retak dalam beton.
Gambar 1.  Prinsip Dasar Proses Produksi Self-Compacting Concrete
Deformability Self-Compacting Concrete Segregation Resistance Flowability Pembatasan Fraksi Agregat Kasar Hyperplasticizer Pengendalian Water-Binder Ratio Mineral Admixtures Viscosity Passing Ability Volume Binder
Efek  samping  dari  penambahan  serat ke  dalam  adukan  beton  adalah terjadinya  perubahan  sifat  beton  segar menjadi  beton  yang  lebih  sulit  untuk dikerjakan  (Mindess  dkk.,  2003). Perubahan  sifat  beton  segar  ini  dapat menyebabkan  hilangnya  kestabilan ( robustness ) self-compacting  concrete . Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan  kajian secara komprehensif terhadap keempat karakteristik  utama  beton  segar SCC, agar penambahan serat yang ditujukan untuk  memperbaiki  karakteristik  beton yang  telah  mengeras  tidak  merusak kestabilan  beton  segar SCC .  Penelitian ini  dilaksanakan  untuk  mengetahui pengaruh  penambahan  serat polypro- pylene terhadap flowability , viscosity , passing ability dan ketahanan segregasi self-compacting concrete .

## BAHAN DAN METODE PENELITIAN
Campuran adukan beton dalam penelitian  ini  menggunakan  semen portland  tipe  I  merk  Semen  Gresik, silica  fume dengan  merk  dagang  Sika fume, hyperplasticizer berbasis polycar-
boxylate merk  Sika  Viscocrete-10,  dan serat polypropylene monofilament berdiameter  18  µm,  panjang  12  mm dengan  merk  Sika  Crackstop.  Agregat kasar  yang  digunakan  berupa  batu pecah well-graded dengan  ukuran maksimum  19  mm,  modulus  halus butiran 7,65, berat jenis 2,48, dan berat volume  1,30  kg/lt.  Agregat  halus digunakan  pasir  alami  bergradasi  agak kasar  dengan  modulus  halus  butiran 4,86 berat jenis 2,65, dan berat volume 1,40  kg/lt.  Instrumen  yang  digunakan untuk  mengukur  karakteristik  beton segar  meliputi; seperangkat slump-flow test ,  seperangkat J-Ring  Test ,  dan seperangkat GTM Screen Stability Test .
Penelitian dilakukan pada beton dengan variasi  penambahan  serat polypro- pylene sebesar  0,00%,  0,05%,  0,10%, dan  0,15%  berdasarkan  volume  beton. Rancangan  campuran  adukan  beton direncanakan
berdasarkan
usulan EFNARC  (2005),  dan  Nan  Su,  et  al
(2001),  yang  hasilnya  disajikan  pada
Tabel 1.
Tabel 1. Rancangan Campuran Adukan Beton
Material Persentase Penambahan Serat Polypropylene 0,0% 0,05% 0,1% 0,15% Polycarboxylate (lt/m 3 ) 4,80 4,80 4,80 4,80 Air (lt/m 3 ) 212,00 212,00 212,00 212,00 Semen (kg/m 3 ) 435,00 435,00 435,00 435,00 Silica fume (kg/m 3 ) 48,00 48,00 48,00 48,00 Agregat Kasar (kg/m 3 ) 648,00 648,00 648,00 648,00 Agregat Halus (kg/m 3 ) 926,00 926,00 926,00 926,00 Serat Polypropylene (kg/m 3 ) 0,00 0,45 0,90 1,35 Berat total (kg/m 3 ) 2273,4 2273,85 2274,30 2274,75
Efek Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Karakteristik Beton Segar
Pengujian  terhadap  karakteristik  beton segar  yang  dilakukan  dalam  penelitian ini  meliputi:  pengukuran flowability dengan  metode slump-flow  test , pengukuran viscosity dengan  metode T 500 slump-flow ,  pengukuran passing ability dengan  metode J-Ring  test ,  dan pengukuran ketahanan segregasi dengan  metode GTM  screen  stability test .  Alat  dan  pelaksanaan  pengujian karakteristik  beton  segar  yang  telah dilaksanakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar berikut :
Gambar 2. Pengujian Slum-Flow
Gambar 3. J-Ring Test
Gambar 4. GTM Screen Stability Test

## HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian  beton  segar  dilakukan  untuk mengukur  empat  karakteristik  utama yang  harus  dipenuhi  dalam  mempro- duksi self-compacting  concrete ,  yang meliputi: flowability,  viscosity,  passing ability dan ketahanan segregasi.
Untuk  mengetahui  keempat  karak- teristik SCC tersebut,  dapat  digunakan beberapa  alat  uji,  yaitu: Slump-flow Test untuk  mengukur flowability,  T 500 Slump-flow untuk  mengukur  viskositas, J-Ring  Test untuk  mengukur passing ability, dan GTM  Screen  Stability  test untuk  mengukur  ketahanan  segregasi SCC.
Hasil pengujian Slump-flow pada beton segar SCC yang ditunjukkan pada Tabel 3 dan Gambar 5 menunjukkan semakin bertambahnya  persentase  serat poly- propylene di  dalam  campuran  beton, maka besarnya nilai slump-flow menjadi semakin kecil. Nilai slump-flow beton  segar SCC tanpa  penambahan serat  dapat  mencapai  74,8  cm, sedangkan  pada  penambahan  serat polypropylene sebesar  0,15%  nilai slump-flow hanya  mencapai  42,8  cm, lebih  kecil  dari  syarat  minimal slump- flow SCC sebesar 55 cm.
Tabel 3. Pengaruh Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Sifat Beton Segar SCC
Volume fraction serat polypropylene (%) Flowability / Slump flow (mm) Viskositas/ T 500 time (sec) Passing ability/ J-Ring Test (mm) Ketahanan Segregasi/ GTM Screen Stability (%) 0,00 748,33 1,03 4,00 4,24 0,05 686,67 1,13 7,00 1,16 0,10 556,67 1,40 7,92 0,82 0,15 428,33 Tak terukur 10,58 0,76
Gambar 5. Pengaruh Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Flowability ( Slump-Flow )
Gambar 6. Pengaruh Penambahan Polypropylene Terhadap Viscosity ( T 500 Slump-Flow )
Efek Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Karakteristik Beton Segar
Nilai T 500 slump-flow yang  ditunjukkan pada  Tabel  3  dan  Gambar  6, menunjukkan  bahwa  nilai T 500 slump- flow berbanding  lurus  dengan volume fraction serat,  bahkan  tidak  mampu mencapai  diameter  500  mm  pada volume serat 0,15% sehingga nilai T 500 tidak terukur. Menurut EFNARC (2005), beton segar SCC dipersyaratkan memiliki  nilai  maksimal  T 500 slump-flow selama  5  detik.  Berdasarkan  hasil pengujian slump-flow  test dapat diketahui  bahwa  penambahan  serat polypropylene dengan persentase volume sampai 0,10% masih memenuhi persyaratan SCC ditinjau  berdasarkan flowability dan viscosity -nya.
Hasil  pengujian passing  ability dengan alat J-Ring Test pada beton segar yang ditunjukkan  pada  Tabel  3  dan  Gambar 7,  memperlihatkan  bahwa  semakin bertam-bahnya persentase volume serat polypropylene di dalam campuran beton,  maka  nilai h semakin  besar hingga  dapat  mengakibatkan blocking pada saat volume serat sebesar 0,15% yaitu  10,6  mm,  atau  lebih  besar  dari batas  atas  nilai blocking yang ditetapkan  sebesar  10  mm.  Hal  ini dapat  mengakibatkan  beton  tidak mampu  melewati  celah-celah  antar tulangan,  sehingga  dapat  dikatakan passing  ability beton  segar  menurun. Meskipun  demikian,  dapat  diketahui bahwa  penambahan  serat polypro- pylene sampai  dengan  0,10%  dari volume  beton  masih  memenuhi  syarat passing ability Self-Compacting Conrete .
Sedangkan hasil pengujian
GTM Screen
Stability
pada  beton  segar  yang ditunjukkan  pada  Tabel  3  dan  Gambar 8,  memperlihatkan  bahwa  semakin bertambahnya  persentase  serat poly- propylene di  dalam  campuran  beton, maka  nilai  rasio  segregasi  semakin rendah  yaitu  0,76%.  Nilai  rasio segregasi  tersebut  memenuhi  syarat SCC yang ditetapkan maksimum 20%.
Berdasarkan
pengujian keempat karakteristik  utama  beton  segar SCC yang  telah  diuraikan  di  atas,  dapat diketahui  bahwa  penambahan  serat polypropylene dapat  menyebabkan berkurangnya  kemampuan SCC untuk mengalir,  menerobos  celah  tulangan, dan  mengisi  rongga  dalam  bekisting yang ditunjukkan melalui hasil pengujian slump-flow ,  dan J-Ring  test . Hal ini diperkuat dengan hasil pengujian yang  menunjukkan  bahwa  kekentalan ( viscosity )  dan  ketahanan  segregasi beton  meningkat,  yang  diukur  dengan T 500 dan GTM  screen  stability . Fenomena  ini  disebabkan  karena semakin  bertambahnya  persentase serat polypropylene dalam  campuran menga-kibatkan  luas  permukaan  yang dibasahi  oleh  air  semakin  besar, sehingga  kadar  air  bebas  dalam campuran  beton  menjadi  berkurang. Serat  dalam  adukan  beton  segar  juga dapat  menyebabkan  gesekan  permu- kaan  antara  serat  dengan  agregat, sehingga  dapat  mengurangi  energi potensial  yang  diperlukan  beton  segar SCC
untuk
mengalir dengan
memanfaatkan berat sendirinya.
Gambar 7. Pengaruh Penambahan Polypropylene Terhadap Passing Ability
( J-Ring Test )
Gambar 8. Pengaruh Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Ketahanan Segregasi

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang  telah dilakukan,  dapat  diambil  beberapa kesimpulan berikut:
1. Penambahan  serat  polypropylene menyebabkan  berkurangnya flowa- bility SCC ,  kondisi SCC masih  dapat dicapai  saat  serat  polypropylene
ditambahkan dari 0% sampai dengan 0,10%  dari  volume  beton.  Pada penambahan  0,15%  beton  segar tidak dapat memenuhi syarat minimal flowability SCC .
2. Penambahan  serat  polypropylene menyebabkan  meningkatnya  viskosi- tas SCC ,  kondisi SCC masih  dapat
Efek Penambahan Serat Polypropylene Terhadap Karakteristik Beton Segar
dicapai  saat  serat  polypropylene ditambahkan dari 0% sampai dengan 0,10%  dari  volume  beton.  Pada penambahan  0,15%  beton  segar melampaui batas maksimal viskositas SCC .
3. Penambahan  serat  polypropylene menyebabkan  berkurangnya passing ability SCC , kondisi SCC masih dapat dicapai  saat  serat  polypropylene ditambahkan dari 0% sampai dengan 0,10%  dari  volume  beton.  Pada penambahan  0,15%  beton  segar tidak dapat memenuhi syarat minimal passing ability SCC.
4. Penambahan  serat  polypropylene menyebabkan  berkurangnya  rasio segregasi SCC .  Semua  varian  dalam penelitian ini memiliki rasio segregasi lebih kecil dari batas maksimum rasio segregasi SCC .

## DAFTAR PUSTAKA
EFNARC,  (2005).  “ Specification  & guidelines  for  self-compacting  con- crete” ,  English  ed.,  Norfolk  UK: European  Federation  for  Specialist Construction  Chemicals  and  Concrete Systems.
EFNARC,  (2002).  “ The  European Guidelines  for  Self-Compacting  Con- crete  Specification,  Production  and Use” ,  Norfolk  UK:  European  Federation
for  Specialist  Construction  Chemicals and Concrete Systems.
Ferraris,  C.F.,  Lynn,  B.,  Celik,  O.  and Daczko, J., (2000). “ Workability of Self- Compacting  Concrete ”, International Simposium  of  High  Performance Concrete , Orlando.
Grunewald,  S.,  (2004).  “ Performace Design  of  Self  Compacting  Fiber Reinforced  Concrete” ,  Doctoral  Thesis, Delft: Technische Universiteit Delft.
Mindess,  S.,  Young,  J.F.,  and  Darwin, D.,  (2003).  “ Concrete  second  edition” , New Jersey: Prentice Hall.
Persson,  B.,  (2000).  “ A  Comparison Between  Mechanical  Properties  of  Self- Compacting Concrete and the Corresponding  Properties  of  Normal Concrete ”, Cement  and  Concrete
Research , Vol. 31, pp. 193-198.
Su,  N.,  Hsu,  K.C.,  and  Chai,  H.W., (2001).  “ A  simple  mix  design  method for  self-compacting  concrete ” ,  Cement and  Concrete  Research ,  Vol.  31,  pp. 1799-1807.
Yamada,  K.,  Takahashi,  T.,  Hanehara, S.  and  Matsuhisa,  M.,  (2000).  “ Effects of  Chemical  Structures  on  the Properties  of  Polycarboxylate-Type Superplasticizer ” , Cement and Concrete Research , Vol. 30, pp. 197-207.