JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS...
-
Upload
nguyenkien -
Category
Documents
-
view
220 -
download
0
Transcript of JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS...
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN Additive CaCl2 TERHADAP KARAKTERISTIK FISIK DAN KEKUATAN LENTUR
KOMPOSIT SEMEN SERBUK AREN (Arenga Pinnata)
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
MUHAMAD ABADI NIM. I 1404023
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN Additive CaCl2 TERHADAP KARAKTERISTIK FISIK DAN KEKUATAN LENTUR
KOMPOSIT SEMEN SERBUK AREN (Arenga Pinnata)
Disusun oleh
MUHAMAD ABADI NIM. I 1404023
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Dody Ariawan, ST., MT Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT NIP. 197308041999031003 NIP.196810041999031002 Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 22 November 2010
1. Heru Sukanto, ST., MT NIP. 197207311997021001 ....................................
2. Zainal Arifin, ST., MT NIP. 197303082000031001 ....................................
3. Eko Prasetyo B., ST., MT NIP. 197109261999031002 ....................................
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
Dody Ariawan, ST., MT Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT NIP. 197308041999031003 NIP. 19720229 2000121 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO :
♣ “ Everyting should be made as simple as possible, but not simpler.”
– A.Einstein.
♣ “ Never trust an experimental result until it has been confirmed by
theory.”: – Sir Arthur Eddington.
♣ “Luck is the residue of hard work.” – J.Davenport.
♣ “The end is where we start from.” – T.S. Elliot.
♣ “Today is time to finish it.” – V.Harbrian.
PERSEMBAHAN :
Karya ini disusun sebagai bakti dan cinta penulis
kepada:
♥ Allah SWT, The biggest inspirations and
doctrines.
♥ Kedua orang tuaku, Bapak H. M. Solikhin &
Ibu Hj. A. Mulyati, unlimited thanks for both.
♥ Adik2 ku, Nurma,Wawan & Nita You are my
shove.
♥ My wife & my son for being true of my
expectations.
♥ Wawan Cmt, Dony Bro, Kost Nuansa
who always make me feel unhopeless to.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah-Nya dan sholawat serta salam kepada junjungan kita Nabi besar
Muhamad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
“Pengaruh Variasi Penambahan additive CaCl2 Terhadap Karakteristik Fisik Dan
Kekuatan Lentur Komposit Semen Serbuk Aren (Arenga Pinnata)”.
Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna
memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta. Skripsi ini diharapkan dapat mendukung
program pemerintah untuk pemberdayaan produk lokal dan meningkatkan
kandungan produk lokal dalam suatu konstruksi serta dapat memberi sumbangan
ilmu pengetahuan terhadap pengembangan material komposit sebagai bahan
alternatif di masa mendatang.
Dalam pelaksanaan penelitian hingga tersusunnya laporan skripsi ini, penulis
tidak lepas dari berbagai hambatan dan kesulitan. Namun atas bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak, penulis akhirnya menyelesaikan laporan skripsi
ini. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih
kepada
1. Bapak Dody Ariawan, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FT UNS,
serta selaku dosen pembimbing skripsi.
2. Bapak Ir. Wijang Wisnu R, MT selaku dosen pembimbing skripsi.
3. Bapak Heru Sukanto, ST selaku pembimbing akademis.
4. Bapak-bapak dosen di jurusan Teknik Mesin UNS.
5. Seluruh jajaran staff FT UNS.
6. Teman-teman TA Komposit dan teman-teman mahasiswa Teknik Mesin UNS
angkatan ’04 serta teman-teman kost NUANSA (Ngadiman, Blink, Boly,
Danang, YP), thanks atas semuanya.
7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas segala
bantuannya dalam proses penulisan skripsi ini, mohon maaf atas segala
tingkah laku yang tidak berkenan dihati selama ini dan terima kasih atas
partisipasinya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, dengan segala
kerendahan hati penulis mohon maaf jika dalam penulisan skripsi ini masih
banyak terdapat kekeliruan, oleh karena itu kritik dan saran akan sangat berguna
untuk perbaikan skripsi ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua
pihak.
Surakarta, Desember 2010
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL......................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... ii MOTTO DAN PERSEMBAHAN..................................................................... iii KATA PENGANTAR ...................................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... ix ABSTRAK ....................................................................................................... x BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang.................................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah .......................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 2 1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................. 2 1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................ 3 1.6. Sistematika Penulisan ....................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI.................................................................................... 4
2.1. Tinjauan Pustaka............................................................................... 4 2.2. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit ......... ...................... 6 2.3. Ikatan Serat – Matrik ........................................................................ 10 2.4. Komposit Semen-Serat Alam ......... ................................................ 10
2.4.1. Semen / Matrik .................................................................... 11 2.4.2. Serat Alam ............................................................................ 12 2.4.3. Air.......................................................................................... 12 2.4.4. Additive ................................................................................. 13
2.5. Fraksi Berat Komposit....................................................................... 16 2.6. Pengujian Spesimen .......................................................................... 16
BAB III METODE PENELITIAN.................................................................... 19
3.1. Pelaksanaan Penelitan ...................................................................... 19 3.2. Bahan Penelitian .............................................................................. 19 3.3. Alat Penelitan ................................................................................... 19 3.4. Tahapan Penelitian ........................................................................... 19 3.5. Prosedur Penelitan ............................................................................ 20 3.6. Diagram Alir Penelitian ................................................................... 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 24
4.1. Densitas komposit ............................................................................ 24 4.2. Serapan Air Komposit ...................................................................... 25 4.3. Kekuatan Bending komposit............................................................. 26 4.4. Pengamatan Permukaan Patah .......................................................... 27
BAB V PENUTUP............................................................................................ 29
5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 29 5.2. Saran ................................................................................................. 29
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 30 LAMPIRAN...................................................................................................... 33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 3.1
Klasifikasi komposit panel …....................................................... Susunan unsur semen.................................................................... Jumlah spesimen............................................................................
8 11 22
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
DAFTAR GAMBAR Halaman 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 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4
Klasifikasi wood composite board ...................................... Ikatan pada komposit …………………………………….. Pengaruh penambahan additive CaCl2 terhadap temperatur hidrasi pasta semen ………………………………………. Efek penambahan persentase CaCl2 terhadap temperatur hidrasi campuran semen-bambu, semen-kenaf, semen-jerami dan semen-sekam …………………………………. Pengaruh CaCl2 terhadap kekuatan (MOR dan MOE) …... Skema uji densitas .............................................................. Skema uji bending ……………………………………….. Dimensi spesimen uji serapan air ………………………... Dimensi spesimen uji bending …………………………… Diagram alir penelitian …………………………………... Grafik hubungan densitas - Variasi penambahan additive CaCl2 ................................................................................... Grafik hubungan serapan air - Variasi penambahan additive CaCl ...................................................................... Grafik hubungan kekuatan bending - Variasi penambahan additive CaCl ...................................................................... Bentuk permukaan patah uji bending .................................
7 10 14 15 15 17 18 21 21 23 24 25 26 27
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8 Lampiran 9
Data uji densitas komposit ……………………………….. Data uji serapan air komposit ……………………………. Data Uji Bending Komposit ……………………………... Contoh perhitungan pengujian komposit ………………… Foto SEM ............................................................................ Gambar proses pembuatan serbuk aren ………………….. Gambar material penyusun komposit ……………………. Gambar pembuatan komposit semen-serbuk aren .............. Gambar Pengujian spesimen ...............................................
34 35 36 37 40 41 42 43 44
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Pemakaian material yang ramah lingkungan, mampu didaur ulang serta
dapat diuraikan oleh alam merupakan tuntutan teknologi saat ini. Material yang
diharapkan mampu memenuhi hal tersebut adalah material komposit dengan
material pengisi (filler) serat alam. Serat dari bahan alami yang dapat digunakan
untuk keperluan non struktural antara lain: rambut, serabut kelapa, ijuk, serat goni,
dan serat tumbuh-tumbuhan lainnya (Megawati, 2005 ).
Sifat mekanik dan sifat fisik dari komposit semen yang diperkuat dengan
serat tergantung pada banyak parameter seperti densitas komposit, rasio semen:
serat, kekuatan serat, jenis perlakuan (treatment) serta material tambahan
(additive). Fernandez dan Taja-on, 2000, mengatakan bahwa densitas papan, rasio
semen: serat, dan kualitas serat sangat berpengaruh pada sifat papan. papan
dengan kandungan semen yang lebih tinggi memiliki nilai densitas atau kerapatan
yang lebih tinggi (Erakhrumen dkk. 2008)
Pemakaian material tambahan (additive) sangat diperlukan untuk
meningkatkan fungsi semen sebagai bahan pengikat dalam campuran komposit.
Bahan tambahan ini disesuaikan dengan unsur-unsur pembentuk dari semen yaitu
kalsium oksida (CaO), silika dioksida (SiO2) dan aluminium oksida (Al2O3).
Penambahan zat additive CaCl2 pada pasta semen mampu meningkatkan proses
hidrasi/pengerasan semen hal ini terjadi karena adanya faktor kecocokan antara
unsur-unsur kalsium yang terkandung dalam semen dan dalam additive CaCl2
(Hachmi, 1990).
Komposit dengan menggunakan semen sebagai bahan pengikat memiliki
beberapa kelemahan yaitu, mudah patah/rapuh dan memiliki kekutan tarik yang
lemah. Untuk mengatasi kelemahannya yaitu dengan menambahkan serat sebagai
filler atau pengisi dalam campuran semen. Penambahan serat alam pada komposit
semen dapat meningkatkan kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan. Menurut
(Astuti, 2006), serat aren bersifat elastis, diameter seragam, serta memiliki
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
jaringan formasi yang lebih homogen. Dalam hal ini serat aren memenuhi
kriteria diatas, yaitu sebagai filler atau pengisi dalam dalam campuran komposit
serat alam.
Pada penelitian ini serat yang digunakan adalah serat batang aren dari
limbah produksi tepung aren sebagai material pembuatan komposit dengan
pertimbangan bahwa serat mempunyai sifat elastis, diameter yang seragam, dan
relatif murah. Penelitian tentang komposit semen ini diharapkan akan melengkapi
kekurangan dari material yang sudah ada, sehingga jika penelitian ini berhasil,
maka akan didapatkan nilai properties komposit semen yang optimal.
1.2 Perumusan masalah
Bagaimana pengaruh variasi penambahan additive CaCl2 terhadap
karakteristik fisik Komposit Semen Serbuk Aren berupa densitas dan serapan air
serta karakteristik mekanik berupa kekuatan lentur (flexural/bending strength).
1.3 Batasan masalah
Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah
sebagai berikut:
1. Sifat komposit semen-serbuk aren yang ingin diketahui adalah densitas,
konduktivitas panas dan kekuatan lentur.
2. Material komposit dibuat dengan variasi penambahan additive CaCl2 sebesar
0% , 5%, 10%, dan 15% (% berat).
3. Serbuk aren mesh -80.
4. Selama proses pencampuran distribusi semen, serat, air dan CaCl2 yang
digunakan dalam pembuatan komposit ini dianggap homogen.
1.4 Tujuan penelitian
a. Mengetahui pengaruh variasi penambahan additive CaCl2 terhadap sifat
fisik (densitas dan serapan air) komposit semen serbuk aren.
b. Mengetahui pengaruh variasi penambahan additive CaCl2 terhadap
kekuatan lentur komposit semen serbuk aren.
c. Mengetahui bentuk patahan hasil pengujian kekuatan lentur.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
1.5 Manfaat penelitian
1. Memberi informasi kepada masarakat dan dunia teknik mekanik mengenai
seberapa besar pengaruh variasi penambahan additive CaCl2 pada
Komposit Semen Serbuk Aren terhadap kekuatan lentur, densitas dan
serapan air.
2. Mengoptimalkan proses daur ulang limbah dari sisa industri rumah tangga
menjadi bahan bangunan bernilai lebih tinggi.
3. Sebagai bahan alternatif pembuatan komposit.
4. Sebagai literatur pada penelitian yang sejenis dalam rangka pengembangan
teknologi komposit.
1.5 Sistematika penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika
penulisan tugas akhir.
2. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat
penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan
permasalahan yang diteliti.
3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat
dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.
4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data
hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.
5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat
pertanyaan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta
merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran
hipotesis. Saran memuat pengalaman dan pertimbangan penulis yang
ditunjukkan kepada para peneliti yang ingin melanjutkan atau
mengembangkan penelitian yang sejenis.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan pustaka
Erakhrumen dkk (2008) melakukan studi eksperimental tentang sifat fisik
dan mekanik komposit semen particleboard dari campuran serbuk gergaji kayu
pinus (Pinus caribaea M.) – sabut kelapa (Cocos nucifera L.) dengan additive
CaCl2. Secara umum semakin banyak sabut kelapa yang ditambahkan dalam
komposit maka penyerapan air oleh komposit semakin meningkat. Hasil juga
menunjukkan bahwa pembengkakan ketebalan atau thickness swelling meningkat
seiring peningkatan jumlah komponen sabut pada rasio campuran material
lignocellulosic dan lebih tinggi dengan mengurangi komponen semen. Nilai
Modulus of Rupture (MOR) dan Modulus of Elasticity (MOE) menurun seiring
penurunan komponen semen dalam rasio campuran. Hasil juga menunjukkan
bahwa papan dengan kandungan semen yang lebih tinggi memiliki nilai densitas
atau kerapatan yang lebih tinggi. Sifat kekuatan juga dipengaruhi oleh kerapatan
papan, papan dengan kepadatan lebih tinggi memiliki sifat-sifat kekuatan yang
lebih tinggi (MOR dan MOE).
Elvira dan Vanessa (2000) melakukan studi eksperimental tentang
penggunaan jerami padi pada komposit fiberboard berpengikat semen. Penelitian
menggunakan additive Calcium chloride, Aluminium sulfate dan Sodium silicate.
Studi ini menunjukkan bahwa papan semen yang diproduksi dengan jerami padi
sebagai bahan penguat memiliki sifat mekanik dan fisik yang sebanding dengan
komposit semen lain. Berdasarkan analisis sifat fisik papan, papan dengan rasio
berat semen:serat sebesar 60:40 dan 50:50 umumnya memberikan hasil yang
memuaskan. Namun, papan dengan rasio 60:40 lebih stabil karena memiliki
persentase pembengkakan dan penyerapan air yang lebih rendah dari papan
dengan rasio 50:50. Serangkaian uji sifat mekanis terhadap papan menunjukan
bahwa papan dengan rasio semen:jerami padi 60:40 lebih kuat daripada papan
dengan perbandingan 50:50.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Mega (2005) melakukan studi eksperimental tentang karakteristik
kekuatan impak komposit semen-sekam dengan variasi penambahan additive
CaCl2 dan fraksi berat sekam. Penambahan fraksi berat sekam akan diikuti
dengan penurunan kekuatan impak. Penurunan kekuatan impak ini disebabkan
oleh ikatan antarmuka (interface bonding) sekam dan matrik yang lemah dan
semakin banyak jumlah kandungan CaCl2 yang digunakan, maka kekuatan impak
komposit semen-sekam meningkat. Peningkatan ini disebabkan oleh
berkurangnya kandungan void dalam komposit semen-sekam.
Adi (2005) melakuakan penelitian tentang komposit semen-sekam padi
dengan variasi penambahan additive CaCl2 (calcium chloride) dan jumlah sekam.
Hasil yang diperoleh adalah semakin banyak jumlah CaCl2 (additive) yang
ditambahkan maka akan menyebabkan nilai konduktivitas panas komposit
meningkat. Fraksi berat sekam juga mempengaruhi nilai konduktivitas panas
komposit semen-sekam. Semakin banyak kandungan sekam dalam komposit
semen-sekam, maka nilai konduktivitas panas komposit berkurang/menurun.
D’Almeida (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh tekanan
pengepresan sebesar (0 dan 3 Mpa) terhadap kekuatan bending. Bahan yang
digunakan dalam penelitian ini adalah serat Curaua dan matrik yang terbuat dari
semen : pasir : air sebesar (1: 1 : 0,4). Matrik dibuat dengan cara mencampur
semen dan pasir kemudian diaduk selama 30 detik, selanjutnya superplasticizer
dilarutkan dalam air. Semua bahan dicampur jadi satu dan diaduk selama 3 menit
agar homogen. Pada proses pencetakan matrik dituang dalam cetakan satu lapis
matrik dikuti dengan anyaman serat, kemudian cetakan ditutup dengan diberi
tekanan 0 dan 3 MPa. Dari hasil penujian menunjukan, tekanan pengepresan 0
MPa memiliki kekuatan bending (27.52 MPa) dan tekanan pengepresan 3 MPa
memiliki kekuatan bending (23.70 MPa).
Hakim (2009) melakukan penelitian tentang komposit tepung kanji-
serbuk kulit kacang dengan variasi tekanan pengepresan sebesar (35 kg/cm 2 , 53
kg/cm 2 , 70 kg/cm 2 , dan 88 kg/cm2) terhadap densitas, kekuatan bending dan
kekuatan tarik paku. Dari hasil pengujian didapatkan nilai densitas, nilai kekuatan
bending dan nilai kekuatan tarik paku meningkat seiring bertambahnya tekanan
pengepresan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
2.2 Klasifikasi material dan pembentuk komposit
2.2.1 Klasifikasi komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau
lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda.
Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan
material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik
yang berbeda dari material-material pembentuknya.
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
a. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi lebih
kaku serta lebih kuat.
b. Matrik, umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan
yang lebih rendah.
Dikarenakan terdiri dari unsur yang berbeda dan digabung, maka tentu ada
daerah-daerah yang berbatasan. Daerah tersebut disebut dengan interface.
Sedangkan interphase merupakan daerah ikatan antara material penyusun
komposit.
Berdasarkan bentuk material pembentuknya, Schwartz (1984)
mengklasifikasikan komposit menjadi lima kelas, yaitu:
a. Komposit serat (fiber composite).
b. Komposit serpihan (flake composite).
c. Komposit butir (particulate composite).
d. Komposit isian (filled composite).
e. Komposit lapisan (laminar composite).
Komposit dengan penguatan serat adalah jenis komposit yang paling
sering dipakai dalam aplikasi, hal ini dikarenakan komposit jenis ini memiliki
sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah
struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan serta kekuatan tarik arah
melintang serat yang kurang bagus.
Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material
utama yaitu matrik dan serat. Antar kedua unsur material tersebut tidak terjadi
reaksi kimia dan tidak larut satu sama lain, melainkan hanya ikatan antar muka
diantara keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan sebagai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
komponen penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja sebagai
pengikat dan memberi bentuk pada struktur komposit.
Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan jenis dan orientasi seratnya,
yaitu komposit serat searah (continuous fiber composite), serat anyaman (woven
fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan gabungan beberapa
jenis serat (hybrid fiber composite).
Tipe material komposit umumnya diklasifikasikan berdasarkan ukuran
partikelnya, densitas (massa jenis) dan jenis proses pembuatannya. Pada gambar
2.1. dijelaskan gambaran klasifikasi papan komposit berbasis kayu (wood
composite board).
Gambar 2.1. Klasifikasi wood composite board berdasar ukuran partikel, densitas dan tipe prosesnya (Suchland dan Woodson,1986).
Suchsland dan Woodson (1986) menjelaskan mengenai berbagai macam
komposit panel yang mana dapat diproduksi dengan mudah dari berbagai sumber
lignoselulosic (serat selulosa) sebagai berikut:
a. Fiberboard.
Fiberboard diklasifikasikan menjadi tiga bagian, yaitu:
· Insulating board.
Insulating board adalah istilah umum untuk suatu panel yang
terbuat dari serat homogen serat selulosa interfelted yang diperkuat
dibawah panas hingga densitasnya antara 160 – 500 kg/cm3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
· Medium density fiberboard.
Medium density fiberboard (MDF) dibuat dari serat selulosa yang
dikombinasikan dengan resin sintetis. Teknologi dry proces yang
digunakan dalam pembuatan MDF adalah kombinasi yang digunakan
dalam industri particleboard dan hardboard.
· Hardboard.
Hardboard adalah istilah umum yang digunakan untuk panel yang
terbuat dari serat selulosa interfelted yang diperkuat dibawah panas dan
tekanan dengan densitas 500 kg/m3 atau lebih. Untuk lebih jelas dapat
dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Klasifikasi komposit panel (Suchland dan Woodson,1986)
b. Particleboard.
Panel particleboard merupakan produk board yang secara khas dibuat dari
pertikel lignocellulosic dan flake yang terikat bersama-sama dengan matrik di
bawah tekanan baik proses panas maupun dingin.
c. Mineral-Bonded Panel (panel berpengikat mineral)
Di dalam Mineral-bonded panel, serat lignosesulosic dicampur dengan
pengikat anorganik, seperti magnesium oxysulphate, gips magnetis, atau
Portland Semen. Panel ini memiliki kerapatan antara 290-1.250 kg/m3. Agro
fiber dapat dicampur dengan semen, dibentuk seperti keset dan dipres hingga
didapat kerapatan 460-640 kg/m3 dalam pembuatan panel.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
2.2.2 Material pembentuk komposit
a. Serat
Serat merupakan penyusun komposit yang berfungsi sebagai penguat.
Serat berperan sebagai penyangga kekuatan dari struktur komposit, beban yang
awalnya diterima oleh matrik kemudian diteruskan ke serat, oleh karena itu serat
harus memiliki kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada
matrik. Syarat yang harus dimiliki serat agar dapat dipergunakan dalam komposit
adalah kemampuannya berikatan dengan matrik. Dengan kehadiran serat,
kekuatan komposit akan mengalami kenaikan yang cukup tinggi. Semakin tinggi
kemampuannya untuk berkaitan dengan matrik, semakin kuat pula komposit yang
dihasilkan.
Schwartz (1984) menjelaskan bahwa serat sebagai penguat dalam struktur
komposit harus memenuhi persyaratan fungsional sebagai berikut:
· Modulus elastisitas yang tinggi.
· Kekuatan patah yang tinggi.
· Kekuatan yang seragam di antara serat.
· Stabil selama penanganan proses produksi.
· Diameter serat yang seragam.
b. Matrik
Matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam,
maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi
satu struktur komposit.
Matrik memiliki fungsi :
· Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur.
· Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.
· Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat.
· Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan
tahanan listrik.
Diantara jenis matrik yang ada, matrik polimer adalah yang paling luas
penggunaannya. Berdasarkan ikatan antar penyusunnya, polimer dibedakan
menjadi dua macam, yaitu resin thermoplastic dan resin thermoset. Polimer
thermoplastic adalah jenis polimer yang dapat mencair apabila mengalami
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
pemanasan dan akan mengeras kembali setelah didinginkan dan perilakunya
bersifat reversible atau bisa kembali ke kondisi awal, sedangkan polimer
thermoset bersifat lebih stabil terhadap panas dan tidak mencair pada suhu tinggi
serta perilakunya bersifat irreversible atau tidak bisa kembali ke kondisi awal.
2.3 Ikatan Serat-Matrik
Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda.
Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara serat dan matrik seperti
ditampilkan pada gambar 2.2. Daerah pencampuran antara serat dan matriks
disebut dengan daerah interphase (bonding agent), sedang batas pencampuran
antara serat dan matrik disebut interface. Ikatan antarmuka (interface bonding)
yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam
penunjukan sifat-sifat mekanik komposit. Transfer beban/ tegangan diantara dua
fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. (George, dkk, 2001)
mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara permukaan antara matrik dan
serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui ikatan
permukaan.
Gambar 2.2. Ikatan pada komposit.
2.4 Komposit Semen-Serat Alam.
Cláudio (2007) panel semen-kayu (WCB) sudah digunakan secara
menyeluruh di Eropa, Amerika Serikat, Rusia dan. Asia, terutama untuk atap,
lantai dan dinding. Mereka memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan
panel yang diproduksi dengan resin antara lain: daya tahan tinggi, stabilitas
dimensi yang baik, akustik dan isolasi termal properti dan biaya produksi rendah.
MATRIKS
INTERFACE
SERAT INTERPHASE
(BONDING AGENT)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Menurut Fernandez dkk (2000) pada komposit semen dengan penambahan
serat akan mempunyai kekuatan lentur dan kekuatan tarik yang lebih rendah. Hal
ini disebabkan karena kurangnya kemampuan semen-serat dalam membentuk
suatu ikatan. Untuk semen biasa dengan penambahan serat 8% dan 12% akan
menghasilkan kuat lentur sebesar 24 MPa dan untuk penambahan serat antara 4-
12 % akan menghasilkan kuat lentur sebesar 18 MPa.
2.4.1 Semen (Matrik)
Semen adalah hasil industri dari paduan bahan baku: batu kapur/gamping
sebagai bahan utama dan lempung/tanah liat atau bahan pengganti lainnya dengan
hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk, tanpa memandang proses
pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Batu
kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa kalsium oksida
(CaO), sedangkan lempung/tanah liat adalah bahan alam yang mengandung
senyawa: silika oksida (SiO2), aluminium oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan
magnesium oksida (MgO). Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut
dibakar sampai meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya (kandungan
senyawa silikat), yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum)
dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam
kantong/sak dengan berat rata-rata 40 kg atau 50 kg (Alighiri, 2007).
Tabel 2.2. Susunan unsur semen Portland biasa (Tjakrodimuljo, 1996)
Oksida Persen (%)
Kapur (CaO)
Silica (SiO2)
Alumina ( Al2 O3)
Besi (Fe2 O3)
Magnesia (MgO)
Sulfur (SO3)
Soda / potash (Na2 O + K2 O )
60-65
17-25
3-8
0,5-6
0,5-4
1-2
0,5-1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Rasio air terhadap semen sangat mempengaruhi sifat-sifat semen. Pasta semen
memiliki volume tinggi yang konstan. Volume ini akan bertambah besar dengan
meningkatnya rasio air terhadap semen dalam campuran awal. Suatu set semen
bersifat porous dan mengandung lubang-lubang air yang amat kecil (10-20
Angstrom) maupun lubang-lubang dengan ukuran amat besar (1 mikrometer).
Hubungan antar kapiler-kapiler yang terdapat di dalamnya sangat mempengaruhi
permeabilitas dan vulnerabilitas semen. Adanya interkoneksi antar pori-pori
kapiler tentunya harus dihindari, karena melemahkan kekuatan semen. Keadaan
ini bisa tercapai apabila ada waktu yang cukup bagi pasta semen untuk hidrasi.
Untuk rasio air-semen sebesar 0,4 memerlukan waktu 3 hari, sedang untuk rasio
air-semen 0,7 waktu yang diperlukan sekitar 1 tahun (West, 1984).
2.4.2 Serat Alam
Karakteristik mekanik maupun fisik material komposit sangat dipengaruhi
material penyusunnya. Perbandingan komposisi antara matriks dan material
pengisinya merupakan faktor yang sangat menentukan dalam memberikan
karakteristik mekanik maupun fisik produk komposit yang dihasilkan. Ukuran
serta bentuk material pengisi juga mempunyai peranan penting dalam menentukan
kekuatan komposit.
Menurut Rowell dkk (2000), Secara umum serat tumbuhan hampir sama
atau mirip dimana tersusun dari tiga komponen utama, yaitu selulosa,
hemiselulosa, lignin ditambah bahan-bahan lain.
2.4.3 Air
Air dalam campuran komposit mempunyai fungsi memungkinkan
terjadinya reaksi kimiawi dengan semen yang menyebabkan pengikatan dan
berlangsungnya pengerasan, untuk membasahi agregat (butiran material alami
yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau semen), dan
melumasi agregat agar mudah dikerjakan pada saat pembentuk komposit (semen,
aren, dan additive CaCl2).
Untuk bereaksi dengan semen, air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari
berat semen, dalam beberapa kondisi nilai faktor air dan semen yang kurang dari
0.35 mengakibatkan komposit menjadi kering dan sukar dipadatkan. Tetapi
tambahan air sebagai pelumas ini tidak boleh terlalu banyak, karena kekuatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
komposit akan rendah dan komposit akan mempunyai banyak rongga
(Tjakrodimuljo, 1996).
Tjakrodimuljo (1996) menyatakan bahwa kekuatan komposit dan daya
tahannya akan berkurang jika air mengandung kotoran. Air yang digunakan untuk
membuat komposit sebaiknya memenuhi syarat sebagai berikut:
1. Tidak mengandung lumpur atau benda-benda melayang lainya.
2. Tidak mengandung garam, asam, dan zat organik.
3. Tidak mengandung klorida dan sulfat.
2.4.4 Additive
Additive adalah bahan yang ditambahkan ke dalam adukan mortar/pasta
sebelum atau selama proses pengadukan untuk mengubah sifat dari mortar/pasta
karena alasan tertentu. Bahan tambahan berkisar pada bahan kimia sampai pada
penggunaan bahan buangan yang dianggap potensial (Susanto, 2009).
Zat additive yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalsium klorida
yang merupakan senyawa garam yang mempunyai sifat larut dalam air dan
mempunyai sifat fisik seperti kristal garam dapur bewarna putih. Kalsium klorida
dengan rumus CaCl2.6H2O berbentuk kristal yang sangat higroskopis dan mudah
larut dalam air dan alkohol. Selain itu kalsium klorida juga dapat mempercepat
pengerasan semen.
Kalsium klorida mempunyai sifat fisik antara lain:
· Berupa kristal garam bewarna putih.
· Ukuran butir seperti garam dapur.
· Dapat dilarutkan dalam air.
Sedangkan sifat kimia kalsium klorida diperoleh dari reaksi sebagai
berikut:
Ca(OH)2 (aq) + 2HCl(aq) → CaCl2 (s) + 2H2O(l)
Kemudian dalam air kalsium klorida akan mengion karena merupakan
garam elektrolit:
CaCl2 → Ca2+ + 2Cl –
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Penambahan zat additive CaCl2 pada pasta semen mampu meningkatkan
proses hidrasi/pengerasan semen hal ini terjadi karena adanya faktor kecocokan
antara unsur-unsur kalsium yang terkandung dalam semen dan dalam additive
CaCl2 (Hachmi, 1990).
LingFei Ma (2002) melakukan penelitan tentang pengaruh penambahan
zat additive CaCl2 sabesar (0%, 2.5%, 5%, 10% dan 15%) terhadap temperatur-
temperatur hidrasi pada pasta semen dan modulus of rupture (MOR). Semakin
banyak presentase CaCl2 yang ditambahkan pada pasta semen dapat
meningkatakan temperatur hidrasi (lihat gambar 2.3). Penelitian juga dilakukan
dengan menambahkan CaCl2 pada campuran semen-bambu, semen-kenaf, semen-
jerami dan semen-sekam. Peningkatan temperatur hidrasi pada semen untuk
masing-masing campuran dapat dilihat pada gambar 2.4. Semakin tinggi
temperatur hidrasi dapat mempercepat pengerasaan semen dan dapat
meningkatakan modulus of rupture (MOR). Sifat mekanis suatu bahan selain
dipengaruhi oleh dimensi partikel juga dipengaruhi oleh adanya zat additive,
karena hidrasi semen tidak cukup pada additive yang rendah untuk mendapatkan
sifat mekanis yang memuaskan. Pada gambar 2.5 menunjukkan bahwa kandungan
zat additive CaCl2 juga mampu meningkatkan nilai kekuatan bending (MOR dan
MOE).
Gambar 2.3. Pengaruh penambahan additive CaCl2 terhadap temperatur hidrasi pasta semen (Wood–Cement Composites in the Asia–Pacific Region, 2000).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Gambar 2.4. Efek penambahan persentase CaCl2 terhadap temperatur hidrasi campuran semen-bambu, semen-kenaf, semen-jerami dan semen-sekam (Wood–
Cement Composites in the Asia–Pacific Region, 2000).
Gambar 2.5. Pengaruh CaCl2 terhadap kekuatan (MOR dan MOE) cemen-bonded
board (CBB) dan total energy released (ET) dari komposit semen–sekam. (Wood–Cement Composites in the Asia–Pacific Region, 2000).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
2.5 Fraksi Berat Komposit.
Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun dengan
berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung dengan persamaan:
wi = WcWi
(2.1)
dimana:
wi : fraksi berat, i, material penyusun
Wi : berat material penyusun, gr
Wc : berat komposit, gr
2.6 Pengujian spesimen
Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen adalah pengujian fisik dan
pengujian mekanik. Pengujian fisik yang dilakukan adalah uji densitas dan
serapan air, sedangkan pengujian mekanik yang dilakukan adalah pengujian
kekuatan lentur (Three Point Bending). Pada pengujian spesimen ini mengacu
pada standar pengujian ASTM D 1037 (1994a).
2.6.1 Uji densitas
Densitas suatu material merupakan perbandingan antara berat dan volume
dari material tersebut. Uji densitas komposit ini dilakukan dengan mengacu pada
standar ASTM D 792, Penentuan densitas material komposit dengan penimbangan
yaitu dengan membandingkan berat material komposit itu di udara dengan berat
material komposit itu di air.
wa
awc WW
W
-=
.rr (2.2)
Dimana : ρc : densitas komposit (gr/cm3).
ρw : densitas air (gr/cm3).
Wa : berat komposit di udara (gr).
Ww : berat komposit di air (gr).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Gambar 2.6. Skema uji densitas.
2.6.2 Pengujian serapan air
Serapan air adalah persentase berat air yang mampu diserap oleh suatu
material jika direndam didalam air. Uji serap air selama 24 jam menentukan sifat
dimensi komposit terhadap serapan air (ASTM D 1037). Penentuan serapan air
mengacu pada standard ASTM D1037. Rumus menghitung serapan air :
a) Thickness swelling (%) = [(Tw-Ti) / Ti] x 100 ……………………(2.3)
Tw = tebal setelah direndam
Ti = tebal pertama sebelum direndam
b) Water absorption (%) = [(Ww-Wi) / Wi] x 100 ……………………(2.4)
Ww = berat setelah direndam
Wi = berat sebelum direndam
2.6.3 Kekuatan bending (Flexural Strength)
Untuk mengetahui kekuatan lentur komposit dilakukan pengujian bending
dengan mengacu pada standar ASTM D1037-96a. Pada uji bending, spesimen
yang berbentuk batang ditempatkan pada dua tumpuan lalu diterapkan beban
ditengah tumpuan tersebut dengan laju pembebanan konstan. Pembebanan ini
disebut dengan metode 3-point bendings (bending 3 titik), yang mana skema
pembebanannya dapat dilihat pada gambar 2.7.
Kekuatan lentur material komposit dapat diketahui dengan melakukan
uji bending pada material komposit tersebut. Pada pengujian bending, bagian
timbangan
penyangga kawat
penampung fluida
spesimen
timbangan
penyangga kawat
penampung fluida
spesimen
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
atas spesimen akan mengalami tekanan, dan bagian bawah akan mengalami
tegangan tarik. Dari pengujian bending akan didapatkan besarnya beban
maksimum yang dapat ditahan spesimen serta besarnya defleksi yang terjadi.
Dari data yang diperoleh dapat dicari besarnya nilai kekuatan lentur tersebut
(Krzysik dan Youngquist 1997).
Gambar 2.7. Skema uji bending.
kekuatan bending dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
MOR = 22
3bdPL
(2.5)
dimana :
MOR = Modulus of Rupture (kPa).
P = Pembebanan bending maksimum (N).
L = Panjang span, 24 x tebal spesimen (mm).
b = Lebar spesimen (mm).
d = Tebal / kedalaman spesimen (mm).
2.6.4 SEM (Scanning Electron Microscopy)
Pengamatan SEM (Scanning Electron Microscope) dilakukan untuk
merekam patahan pada spesimen. Spesimen yang diamati adalah spesimen
patahan hasil dari pengujian bending.
L/2 L/2
P
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1. Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas
Sebelas Maret Surakarta dan Laboratorium Metalurgi LIPI Serpong, Tangerang,
Banten pada bulan Agustus – Desember 2009.
3.2. Bahan Penelitian
a. Serbuk aren mesh -80.
b. Semen portland ’HOLCIM’.
c. Calsium Chlorida (CaCl2).
d. Air destilasi.
3.3. Alat Penelitian
a. Crusser.
b. Saringan (Mesh).
c. Dongkrak hidrolik.
d. Perangkat cetakan.
e. Timbangan elektronik.
f. Oven elektrik.
g. Moister wood meter.
h. Universal Testing Mechine.
3.4. Tahapan Penelitian
Penelitian ini dikategorikan sebagai penelitian eksperimental yang dilakukan
dengan uji laboratorium. Secara umum penelitian ini dibagi menjadi beberapa
tahapan sebagai berikut:
a. Mengumpulkan bahan baku pembuatan komposit yang meliputi serbuk
aren, semen portland, CaCl2 dan air destilasi. Penelitian diawali dengan
proses pencucian dan pengeringan limbah aren dengan sinar matahari.
Setelah proses pengeringan, limbah aren di-crushing (dihancurkan) lalu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
disaring dengan ukuran mesh 80. Serbuk aren kemudian disimpan dalam
box plastik tertutup yang dalamnya diisi dengan silica gel.
b. Proses pembuatan komposit
Komposit dibuat dengan mencampur semen, serbuk aren, air dan additive
(CaCl2). Variasi penambahan additive CaCl2 yang terkandung dalam
komposit diatur dengan variasi 0%, 5%, 10% dan 15% (% berat).
Pengepresan dilakukan pada tekanan 88 kg / cm2 selama 10 menit.
c. Pengujian komposit.
Pengujian yang dilakukan pada spesimen komposit meliputi uji densitas,
serapan air, kekuatan lentur dan uji dengan scanning electron microscope
(SEM) untuk permukaan patah uji bending.
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Pembuatan Komposit
Komposit yang dibuat mempunyai ukuran yang disesuakan dengan standard
ASTM D 792 dan ASTM D 1037 dengan variasi penambahan additive CaCl2.
Adapun cara membuat komposit adalah sebagai berikut:
a. Menimbang fraksi berat semen, serbuk aren, air dan CaCl2. Variasi
penambahan additive CaCl2 yang terkandung dalam komposit diatur
dengan variasi 0%, 5%, 10% dan 15% (% berat).
b. Mencampur semen, serbuk aren, air dan CaCl2 sampai rata. Dalam
penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah perbandingan rasio berat
semen : serbuk aren : air yaitu 5 : 2 : 2.
c. Memasukan campuran semen, serbuk aren, air dan CaCl2 kedalam cetakan
dan komposit diberi tekanan sebesar 88 kg/cm2 selama 10 menit.
d. Mengeluarkan komposit dari cetakan.
e. Mengeringkan komposit di tempat terbuka selama ± 7 hari, kemudian
mengeringkan komposit didalam oven elektrik dengan temperatur 500 C
dan setiap 60 menit melakukan pengukuran kandungan air pada komposit
dengan moisture wood meter. Menghentikan proses pengeringan dalam
oven elektrik setelah diperoleh kandungan air pada komposit 10 – 15%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
3.5.2. Pengujian Sifat Fisik (densitas, dan serapan air)
Pengujian densitas dan serapan air dilakukan pada komposit dengan variasi
penambahan additive CaCl2 sebesar 0%, 5%, 10% dan 15% (% berat). Langkah
pengujian densitas komposit yaitu membandingkan berat komposit di udara dan
berat komposit didalam air (ASTM D 792). Langkah pengujian serapan air pada
komposit yaitu mengukur persentase dari ketebalan spesimen atau persentase dari
berat spesimen setelah dilakukan perendaman selama 24 jam (ASTM D 1037).
Bentuk dan ukuran benda uji disesuaikan dengan standar ASTM D 792 (densitas)
dan ASTM D 1037 (serapan air).
Gambar 3.1. Dimensi spesimen serapan air (satuan dalam milimeter).
3.5.3. Pengujian Bending
Pengujian bending dilakukan pada komposit dengan variasi penambahan
additive CaCl2 sebesar 0%, 5%, 10% dan 15% (% berat). Alat uji yang digunakan
dalam penelitian ini adalah tipe Universal Testing Machine (UTM). Bentuk dan
ukuran benda uji bending komposit disesuaikan dengan standar ASTM D 1037.
50
6194
Gambar 3.2. Dimensi spesimen uji bending (satuan dalam milimeter).
3.6. Variasi Penelitian
Penelitian ini menggunakan Variasi penambahan additive CaCl2 pada komposit
seperti yang terlihat pada tabel 3.1 berikut:
Tabel 3.1 Variasi penelitian
No Variasi Pengujian
50
30
6
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
penambahan additive CaCl2
Bending Densitas Serapan Air
1 0% 5 5 5 2 5% 5 5 5 3 10% 5 5 5 5 15% 5 5 5
Total spesimen 20 20 20 Prosedur penelitian yang dikemukakan diatas dapat dilihat pada diagram alir
(Gambar 3.3.).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Gambar 3.3. Diagram alir penelitian
MULAI
SERAT BATANG AREN DIBERSIHKAN & DIKERINGKAN
PROSES PENGGILINGAN SERAT BATANG AREN DIKERINGKAN
SERBUK AREN MESH 80
ADDITIVE CaCl2
MATRIK SEMEN PORTLAND
CETAK MANUAL SPESIMEN KOMPOSIT: 1. PERBANDINGAN BERAT SEMEN : SERAT : AIR = 5 : 2 : 2 2. VARIASI PENAMBAHAN ADDITIVE CaCl2 0%, 5%, 10%, 15% 3. TEKANAN PENGEPRESAN 88 kg/ cm2 SELAMA 10 MENIT
SPESIMEN DIKERINGKAN SAMPAI KANDUNGAN AIR 10 - 15 %
ANALISA DATA
KESIMPULAN
SELESAI
PENGUJIAN: 1. DENSITAS 2. SERAPAN AIR 3. BENDING 4. FOTO SEM
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui sifat
fisik dan kekuatan lentur komposit semen serbuk aren. Pengujian yang dilakukan
antara lain uji densitas, uji serapan air, dan uji kuat lentur / bending. Variasi yang
digunakan untuk uji sifat fisik dan kekuatan lentur adalah variasi penambahan
additive CaCl2. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini antara lain nilai densitas,
serapan air dan kuat lentur / bending. Data – data hasil pengujian tersebut
kemudian dianalisa dan dibahas untuk memperoleh kesimpulan sesuai dengan
tujuan penelitian.
4.1. Pengaruh Variasi penambahan additive CaCl2 terhadap densitas komposit
Dari pengujian densitas komposit semen serbuk aren (Gambar 4.1.) nilai yang
ditampilkan merupakan nilai rata-rata dari lima spesimen untuk tiap variasi.
Gambar 4.1. Grafik hubungan densitas- Variasi penambahan additive CaCl2
Gambar 4.1. menunjukkan bahwa dengan peningkatan variasi penambahan
additive CaCl2, nilai densitas komposit semen serbuk aren yang dihasilkan
semakin meningkat. Penambahan kandungan CaCl2 dalam komposit semen
serbuk aren akan mempercepat proses hidrasi. Hal ini terjadi karena CaCl2
berperan sebagai katalisator unsur tricalsium silikat (C3S) dan calcium silikat
(C2S) yang terkandung dalam semen pada saat proses hidrasi berlangsung,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
sehingga hasil dari proses hidrasi tersebut dapat menutup rongga yang terdapat
pada komposit. Proses hidrasi yang cepat pada komposit akan menghambat
pembentukan rongga. Sehingga semakin cepat proses pengeringan maka rongga
yang terbentuk juga semakin berkurang.
Nilai densitas komposit semen serbuk aren yang tertinggi adalah 1,58 g/cm3
dan nilai densitas komposit semen serbuk aren yang terendah adalah 1,12 g/cm3.
4.2. Pengaruh Variasi penambahan additive CaCl2 Terhadap Serapan Air
Dari pengujian serapan air komposit semen serbuk aren (Gambar 4.2.)
memperlihatkan penurunan kadar air untuk setiap variasi penambahan additive
CaCl2 setelah perendaman selama 1440 menit (24 jam) .
Gambar 4.2. Grafik hubungan serapan air – Variasi penambahan additive CaCl2
Penambahan kandungan additive CaCl2 mampu mempercepat proses
pengerasan komposit. Dengan semakin cepat proses pengerasan maka rongga
yang dihasilkan juga semakin sedikit. Keberadaan rongga yang semakin
berkurang dengan penambahan kandungan CaCl2 akan menghambat air untuk
masuk kedalam struktur komposit.
Nilai serapan air komposit semen serbuk aren yang tertinggi terjadi pada
variasi penambahan additive CaCl2 sebesar 0 (tanpa zat additive) yaitu (33,69 %)
dan nilai serapan air komposit semen serbuk aren yang terendah terjadi pada
variasi penambahan additive CaCl2 sebesar 0,15 yaitu (20,92 %).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
4.3. Pengujian Bending
4.3.1. Kekuatan Bending
Dari pengujian bending komposit semen serbuk aren (Gambar 4.3.) nilai yang
ditampilkan merupakan nilai rata-rata dari lima spesimen untuk tiap variasi.
R2 = 0.9943
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15
keku
ata
n b
en
din
g (
MP
a)
Gambar 4.3. Grafik hubungan kekuatan bending - Variasi penambahan additive CaCl2
Pengujian bending komposit dilakukan dengan menggunakan alat uji bending
UTM dengan metode bending tiga titik (three point bending). Dari gambar 4.3
diatas terlihat adanya peningkatan kekuatan bending seiring dengan bertambahnya
kandungan CaCl2 pada komposit. Harga kekuatan bending terbesar pada komposit
adalah 13,507 MPa, dan kekuatan bending terkecil adalah 5,668 MPa.
Meningkatnya kekuatan bending disebabkan adanya rongga yang semakin
berkurang pada permukaan patah komposit.
Hal ini disebabkan karena kandungan CaCl2 yang semakin banyak mampu
mempercepat proses pengerasan komposit semen serbuk aren. Dengan semakin
cepat proses pengerasan maka rongga yang dihasilkan juga semakin sedikit.
Sehingga dengan semakin sedikitnya rongga maka kekuatan bending juga akan
meningkat. Keberadaan rongga yang semakin berkurang dengan penambahan
kandungan CaCl2 akan mengurangi peluang terjadinya retakan awal yang akan
berkembang menjadi perpatahan. Berkurangnya peluang terjadinya perpatahan
akan menghasilkan nilai kekuatan bending yang tinggi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
4.3.2. Pengamatan Bentuk dan Permukaan Patah Uji Bending
.
a)
b)
Gambar 4.4. Bentuk permukaan patah uji bending komposit semen serbuk aren
a) Kandungan additive CaCl2 = 0; b) Kandundungan additive CaCl2 = 0.15
Gambar 4.4.a), komposit dengan Variasi penambahan additive CaCl2 sebesar 0
(tanpa zat additive) memperlihatkan ikatan antara semen dengan serbuk aren
memiliki ikatan yang kurang baik. Hal ini terlihat adanya jumlah rongga yang
relative banyak pada permukaan patah komposit, Ikatan yang buruk/lemah ini
akan mengakibatkan beban yang diberikan pada komposit tidak dapat ditransfer
dengan baik oleh matrik ke filler. Buruknya ikatan antarmuka antara filler dan
matrik yang terbentuk menyebabkan filler dan matrik terpisah parsial secara
mikro (matrik dan filler tidak bisa menyatu seutuhnya), sehingga menghalangi
proses perambatan tegangan pada saat pengujian bending diterapkan dan memacu
terjadinya penurunan kekuatan lentur material komposit.
Gambar 4.4.b), memperlihatkan ikatan antara semen dengan serbuk aren
memiliki ikatan yang baik. Hal ini terlihat adanya pengurangan rongga pada
permukaan patah komposit dengan Variasi penambahan additive CaCl2 sebesar
0,15. Dengan penambahan kandungan CaCl2, maka jumlah rongga yang terbentuk
dalam komposit akan berkurang.
Pengurangan jumlah rongga ini akan menambah luas permukaan komposit
yang mampu mentransfer beban, sehingga kekuatan lentur komposit semakin
Rongga Rongga
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
meningkat. Pengurangan rongga ini juga akan menyebabkan berkurangnya
retakan awal yang dapat berkembang menjadi perpatahan. Berkurangnya peluang
perpatahan ini menyebabkan kekuatan lentur meningkat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian, dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:
1. Peningkatan variasi penambahan additive CaCl2 menghasilkan nilai densitas
dan kekuatan lentur komposit semen serbuk aren yang semakin meningkat.
Nilai densitas tertinggi 1,58 g/cm3 dengan penambahan kandungan additive
CaCl2 sebesar 0,15 dan nilai kekuatan bending tertinggi 13,507 MPa dengan
penambahan kandungan additive CaCl2 sebesar 0,15.
2. Peningkatan variasi penambahan additive CaCl2 berbanding terbalik dengan
nilai serapan air komposit semen serbuk aren. Nilai serapan air terendah
terjadi pada variasi penambahan additive CaCl2 sebesar 0,15 yaitu 20,92 %.
3. Hasil SEM menunjukkan ikatan antara matrik dan filler mempunyai ikatan
yang baik, hal ini terjadi karena adanya penambahan kandungan additive
CaCl2.
5.2. Saran
Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan potensi serat aren (Arenga
Pinnata) sebagai bahan pengganti kayu, maka penulis memberikan saran
dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mengunakan :
1. Bahan additive lain misalnya MgCl2 guna memperbaiki ikatan antarmuka
antara serat dan matrik.
2. Semen PPC (Pozoland Portland Cement).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
DAFTAR PUSTAKA
Adi, W., 2005, Komposit semen-sekam padi dengan variasi penambahan additive
CaCl2 (calcium chloride) dan jumlah sekam, Skripsi, Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
Alighiri Dante, 2007, Semen dari Sampah Sebagai Solusi Jitu Efisiensi Bahan
Baku Semen dan Upaya Penanggulangan Sampah.
ASTM D792-98, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity
(Relative Density) of Plastics by Displacement. American Society for
Testing and Material. Book of Standard. USA.
ASTM D1037, Standard Test Methods for evaluating properties of Wood-base
fibre and particle panel materials. American Society for Testing and
Material. Book of Standard Vol 4.10 Wood. West Chonshohoken, PA.
USA.
Astuti,A, 2006, Pengembangan Perintang Fisik (physical Barrier), Lembaga
Penelitian UNHAS
Claudio, H.S.D.M., Vinicius, G.C., Mario, R.S., 2007, Production and Properties
of a Medium Density Wood-Cement Boards Produced With Oriented
Strands and Silica Fume, Forest Engineer, PhD.Forest Engineering
Department.University of Brasilia (UnB). Brasília, DF– BRAZIL.
D’Almeida A.L.F.S, Melo Filho J.A., Toledo Filho R.D., 2007, Flexural
Mechanical Behavior of Curaua Fiber-Reinforced Composites: Effect of
Mercerization and Enzyme Treatments, Proceedings of the Fourth
International Conference on Science and Technology of Composite
Materials, Rio de Janeiro, Brazil.
Elvira, C.F., Vanessa, P., 2000, The Use and Processing of Rice Straw in the
Manufacture of Cement-bonded Fibreboard, Wood–Cement Composites
in the Asia–Pacific Region, Canberra, Australia.
Erakhrumen, A.A., Areghan, S.E., Ogunleye, M.B., Larinde, S.L., Odeyale, 2008,
Selected physico-mechanical properties of cementbonded particleboard
made from pine (Pinus caribaea M.) sawdust-coir (Cocos nucifera L.)
mixture, Scientific Research and Essay Vol. 3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Fernandez, E.C., 2000, The Use and Processing of Rice Straw in Manufactured of
Cement-Bonded Boards, Journal of Wood-Cement Composites in Asia-
Pacific Region, Australia.
George J., dkk, 2001. A Review of Interface Modification and Characterization of
Natural Fiber Reinforced Plastic Composites. Polymer Engineering and
science, Vol 41, pp. 1471 – 1486.
Ghazali, M.J., Azhari, C.H., Abdullah, S., Omar, M.Z., 2008, Characterisation of
Natural Fibres (Sugarcane Bagasse) in Cement Composites, Proceedings
of the World Congress on Engineering Vol II WCE , London, U.K.
Hachmi, M., Moslemi, A.A. and Campbell, A.G. 1990.A new technique toclassify
the compatibility of woodwith cement. Wood Science and Technology, 24,
345–354.
Hakim, 2009, Pengaruh Variasi Tekanan Pengepresan Terhadap Sifat Fisik dan
Mekanik Komposit Tepung Kanji-Kulit Kacang Tanah, Skripsi,
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Ma, L.F., Yamauchi. H., Pulido, O.R., Tamura, Y., Sasaki, H., Kawai, S., 2000,
Manufacture of Cement-bonded Boards from Wood and Other
Lignocellulosic Materials: Relationships between Cement Hydration and
Mechanical Properies of Cement-bonded Boards, Wood–Cement
Composites in the Asia–Pacific Region, Canberra, Australia.
Megawati, 2005 The Characteristic Impact Strength of Composite Cement - Rice-
Husk. Universitas Sebelas Maret Surakarta, Fakultas Teknik, Jurusan
Teknik Sipil
Rowell, R.M., Han, J.S., Rowell, J.S., 2000, Characterization and factors
effecting fiber properties, Natural Polymers and Agrofibers Composites,
Emrapa Instrumentacao Agropecuaria 115-134, Brasil.
Rowell, R. M., Young, R.A; Roell, J.K., 1997, ’Paper And Composites From
Agro-Based Resources, Lewis Publishers, London.
Schwartz, M.M, 1984, Composite Material Handbook, Mc Graw Hill, Singapore.
Semple, K.E., Evans, P.D., 2000, Screening Inorganic Additives for Ameliorating
the Inhibition of Hydration of Portland Cement by the Heartwood of
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
Acaciamangium, Wood–Cement Composites in the Asia–Pacific Region,
Canberra, Australia.
Suchsland, Woodson, G.E. 1986. Fiberboard Manufacturing Practices in The
United States, Agric. Handb. 640.Washington, DC: U. S. Department of
Agriculture.
Susanto, 2009, Pengaruh Jenis Serat Limbah Produk Industri dan Agregat Daur
Ulang Pada Kinerja Kuat Lentur Beton, Perustakaan Fakultas Teknik-
UNS.
Tjokrodimulyo, K., 1996, Teknologi Beton, Naviri, Yogyakarta
West, A.R., 1984, Solid State Chemistry and Its Application. New York: John
Wiley sons.