ProsidingPertemuandon PresentasiI/miah
116
Buku I
P3TM-BATAN~akarta
14 -15 ~999
RANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN AGREGA T KASAR BARIT SEBAGI PENAHAN RADIASI EssyAriyuni, Elly Tjahjono, Bisanto Kadarisman Stal JurusanSipi/. FT-UI
Suyati PSPKRdanKL. BArAN
ABSTRAK RANCANGCAMPURANBETON KERAPATANTINGGI DENGAN MENGGUNAKANAGREGAT KASAR BAR/T SEBAGIPENAHAN RADIASI Beton sudahlama diketahuisebagaibahan bangunanyang mudah dilaksanakanbaik secarapracetak maupundikerjakandi tempat,untuk struktur bangunansipil maupun untukkonstruksikhususlainnya.Betonnormal adalahbetonyang terbuatdari campuranbahansemen,pasir alam, batupecah don air yang menghasilkanbetondengankerapatan sekitar 2200 kg/mJ.Bahan ini jika dipakai sebagaibahanlapisanpenahanradiasi makaakandiperlukanketebalanyang cukupbesar sehingga akan menimbulkanvolume bangunanyang lebih besar. Timbulpemikiran untuk menggunakanbatuanalam vulkanik barit yang mempunyaiberatjenis lebih tinggi sehinggakerapatan betonyang terbuat dari batuan barit akan lebih tinggi dan lebih mampu untuk menahanradiasi. Di dalam penelitian ini dilakukan percobaanuntuk membuatcampuranbetonbarit sebagaipenahanradiasi denganmenggunakanbarit lokal don barit impor. Hasil dari penelitian menunjukkanbahwasemakintinggi kerapatanbeton akan semakin mampu untuk menyerapradiasi don hal ini dicapai denganmenggunakanbatuan barit sebagai agregat kasarnya.
ABSTRACT MIX-DESIGNOF HIGH DENSITYCONCRETEUSING COARSEAGGREGATES BAR/T FOR RADIATION SHIELDING. Concreteis already well knownmaterial usedfor building constructionbecauseof its ease to casteitherin site or fabricated and it is usuallyusedfor civil engineeringstructuresor otherspecial building construction.Concreteis normallymade ofmixedcompositionof cement, fine aggregates,coarseaggregates and water whichproduce about2200 kg/mJdensity ofhard concrete.This type ofordinary concrete maybe usedas radiation shielding and it may normallyarise to a very big size of structures.The idea of using natural volcanic stone baryte is to reducethe size ofstructuresbecausethe unit weight of baryte is much heavierthan ordinary natural stone,thereforethe density of barytedconcreteis also much highe~.Then it comeout to better ability in retaining radiation. This researchis trying to analyzecomposition ofbaryted concreteusinglocal baryteand importedbaryteand the result showsthat theability ofretaining radiation is increase as thedensityraise higher.
PENDAHULUAN B eton barit belum banyak dikenal di Indonesia karena selain bahan barit merupakan bahan alamyang relatif sukar diperoleh,struktur bangunan yang dikhususkan sebagai penahan radiasi juga jarang ditemui. Namun sejalan dengan kemajuan teknologi terutama teknologi kedokteran dengan memakai nuklir clan bioteknologi lainnya, maka sangat diperlukan bangunan yang aman bagi pemakainyaterutama bagi lingkungan sekitarnya terutamasebagaipenangkalterhadapbahayaradiasi. Beton barit adalahsalah satupilihan sebagai bahanpelapis struktur yang diperuntukkansebagai penahanterhadapbahayaradiasi karena beratjenis batuanbarit jauh lebih tinggi dari padabatuanbiasa. Diharapkan dengan dengan membuat beton kerapatan tinggi akan lebih meningkatkan daya penyerapanterhadapradiasi.
EssyAriyuni, dkk.
TEORI DASAR BETON Beton adalahbahanbangunanyang terbuat dari campuransemen, agregat halus pasir alam, agregatkasarbarn alampecah,dan air yang proporsi campurannya dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkanmutu yang dikehendaki dan memenuhi persyaratan untuk dipakai dalam pembuatan konstruksi bangunan. Mutu betun struktural sesuaidenganpersyaratanSNI T-15-031991adalahmutu kuat tekanfc'> 20 MPa dan untuk keperluan struktur bangunan yang lebih khusus persyaratanmutunya diatur berdasarkan standar yang berlaku. Mutu kuat tekanuntuk bangunan penahanradiasiadalah fe'> 30 Ma. Pactadasarnya beton adalah material yang dianggap tidak kuat menahanbeban tarik sehinggasemua beban tarik dilimpahkanke penulanganbaja. Untuk beton yang sifatnya non strukturalpenulanganbaja diperlukan untuk penahansusutdan retak dan biasanyahanya dipasang penulanganpraktis. Untuk beton yang fungsinya digunakan sebagai penahan radiasi, --
ISSN0216-3128.
~
".
Prosiding Pertemuan don Presentasi /lmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999
Buku I
biasanya memerlukan ketebalan yang cukup besar sehingga ukuran struktur akan menjadi lebih besar. Hal ini dipandang tidak ekonomis. Dengan memakai beton kerapatan tinggi maka ketebalan struktur
penahanradiasi diharapkanakan dapat berkurang sesuai dengan standar radiasi yang dianggap cukup aman bagi lingkungan pemakainya.
..
Dengan memakal beton mutu fo > 30 MPa.
Struktur beton penahan radiasi biasanya hanya memerlukan penulangan praktis sebagai persyaratan struktur beton yang dibangun, namun untuk
mendapatkanmutu dan kerapatanyang memenuhi persyaratan standar beberapa hal yang hams diperhatikan adalah : material dasar pembuat beton harus diseleksi berdasarkan uji mutu material yang terstandar, komposisi campuran beton, bahan
17
tambahan yang digunakan, cara pencampuran, pengetesanbeton basah, cara pengecoran,cara perawatan, uji mutu beton keras serta kondisi lingkungannya. Faktor perbandingan air/semen adalahsalahsatu variabelyang sangatberpengaruh padabasil mututekanbetonyang dibuat.
TAT A KERJA PENELITIAN Penelitiandilakukan di LaboratoriumBeton JurusanSipil FTUI meliputi : Uji terhadapmaterial dasar pembuat beton yang terdiri atasuji bahansemen,uji bahanagregat halus, uji bahan agregatkasar, uji mutu air dapat dilihat pada Tabel 1. Uji material didasarkanpada StandarASTM Vol 04-02
Tabell. Daftar uji material pembuat beton
Perhitunganrancangcampuran,campuranpercobaandanuji betonbasah Untuk menghasilkanmutu betondengankuat tekan> 30 MPa dilakukananalisisberdasarkanSNI T-15 .03-91dan dilakukankoreksiberdasarkan ACI -349 -90.
Tipe IV: BetonBarit Import + PasirBarit Import+ PasirBesi Tipe V : Beton Normal terbuat dari barn pecah Tangerang+ pasirCimangkok
Campuranpercobaanterdiri atas5 tipe yaitu : Tipe I : BetonBarit Lokal + PasirBarit Lokal Tipe II : Beton Barit Lokal + Pasir Merapi + Pasir Besi Tipe III : BetonBarit Import +PasirMerapi+ Pasir Besi
Dari basil perhitungan rancang campuran beton yang akan dibuat dilakukan percobaan pencampurandengan alat pengaduk beton dan sebelumdicetak dilakukan uji slump dengan alat kerucut slump dan nilai slump direncanakanantara 12-18 cmagarbetonmudahdicetak.
Tabel2. Komposisibahandasarcampuranbeton Tipe
Agr. Halus
Semen
Agr. Kasar
-
502
II III IV V
Slump (cm)
Proporsi campuran untuk 1 m3 beton (kg)
495 427 464 453
847 425 + 286 428 + 280 801 + 140
1434
652
978
Air 191 198 227 227 235
Super Plasticizer
Silica Fume _17.5 2
r498 ~3.7-,n
16.5 16.5
18
Pembuatan contoh benda uji Benda uji terdiri atas model silinder, model balok dan model pelat. Model silinder dibuat untuk uji kekuatantekan , moduluselastisitasdan Poisson ratio. Ukuran bendauji adalahsilinder diameterD = 15 mm clan panjang L = 300 mm. Model balok ukuran 135 mm x 135 mm x 451 mm digunakan untuk uji kuat tarik lentur clan model pelat ukuran 400 mm x 400 mm x 40 mm digunakanuntuk uji radiasisinargamma. Pekerjaan perawatan Benda uji setelah dicor ditunggu sampai umur 24 jam clan setelahdikeluarkan dari cetakan direndam di dalam bak perawatansampai waktu seharisebelumpengetesan.Perawatandimaksudkan untuk menanggulangikejadian retak awal akibat susut pada waktu proses pengerasandan untuk menurunkantemperaturpanas hidrasi yang timbul akibatprosespengerasan beton. Pengetesanatau pengujian sampel Uji kuat tekan pada penelitian ini dilakukan pada kondisi suhunormal untuk sampelbetonumur 7 hari, 14 hari, clan28 hari dengansuhunormal,95 100 °c Clan 185 -200 °c. Pembebananuniaxial tekan diberikan pada c9ntoh cilinder yang dibebani uniaxial pada sisi atas dan bawah seperti yang terlihat pada Gambar 1.(a) d~ pembebananuntuk
uji lentur dilakukan pada sampel balok yang dibebanidi 2 titik terpusatsehinggamenghasilkan momen lentur mum seperti yang terlihat pada Gambar 1.(b) sedangkan untuk uji tarik belah sampelsilinder dibebaniuniaxial pada sisi panjang silinder dengan posisi silinder horizontal seperti yang terlihat pada Gambar 1.(c). Pengukuran moduluselastisitasclanPoissonratio dilakukanpada kondisi suhu normal untuk sampelbeton umur 28 hari denganmelakukanpembebanansiklus naik turun sebesar40% dari kapasitaskekuatantekan. Uji radiasi sinar gamma dilakukan untuk mengetahuiseberapabesarkemampuanpenyerapan radiasi untuk semuatipe beton denganmelakukan cara penyinaranyang menggunakansumberradiasi Co-50 denganaktifitas 720 Curie selama60 detik. Tes dilakukan pacta pelat dengan variasi penguranganketebalan(pelat) dari total 20 pelat ( 800 rnrn ) sampai0 mill. Ukuran pelat betonyang digunakan untuk uji radiasi adalah 400mm x 400mmx 40mm sepetiipadaGambar1.(d) dengan jumlah bendauji sebanyak20 pelat untuk setiaptipe campuran beton dan dibandingkan dengan beton normal. Uji radiasi dilakukan pada beton setelah berumur28 hari. Pactauji ini diukur nilai koefisien atenuasilinier dari 5 tipe betonyang dibuat.
Gambar1. Carapengujiansampelbeton
HASIL DAN PEMBAHASAN
mutu betonmenunjukkankurva asimptotis.
Hasil uji kekuatantekan dapat dilihat pada Tabel 3. Kuat tekan betondidasarkanpada basil uji tekanumur beton28 bari karenapadaumur tersebut beton telah dianggap mencapai 98 % kekuatan optimumnya clan setelah umur 28 bari kenaikan
Untuk kuat tekan beton yang dipanaskan pacta suhu 95 °C daD 185 °C terdapat ketidak sempurnaan perubahan kuat tekan beton jika dibandingkan dengan beton pacta suhu normal. Terdapat beberapa pendapattentang phenomena
EssyAriyuni, dkk.
ISSN0216-3128.
~
npe ~ 85 r---2523
ProsidingPertemuandon Presentasillmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14 -15 Juli 1999
Buku I
perubahan kuat tekan dari basil penelitian terdahulu bahwa beton akan mengalami kenaikan kuat tekan jika terjadi perubahan panas pacta suhu sekitar 100 DCdan 200 DC. Namun actajuga yang menunjukkan
19
kecenderungansebaliknya. Hal tersebut sangat dipengaruhioleh sifat material pembuatbeton itu sendiri.
Tabel 3. Hasil uji kuat tekan dan kerapatan beton Kuat tekan fc (MPa)
Beton III
7 hari
26.74 32.44
III IV
V
-
14hari 32.8 37.35 35.04 32.59 33.25
28 hari 36.34
42.94 39.80
36.57
18S-"r
( kgim3)
4015~
42.07
3081
42.58
2798~~~
25.04~
38.10 29.66 32.06
37.77
Perbandingan relatif kuat tekan dan penurunan kerapatan akibat pemanasan 95 °C daD 185 °C tehadap kuat tekan daD kerapatan (berat) pacta suhu normal umur 28 hari dapat dilihat pacta Tabel 4. Hasil uji kekuatan taruk belah, kekuatan tarik lentur, modulus elastisitas dan Poisson rasio dapat dilihat pada Tabel 5. Dari literatur disebutkan bahwa kekuatan tarik bervariasi dan nilainya berkisar antara 10 % sampai 15 % daTi kuat tekan umur 28 hari atau dirumuskan -sebagai: fct= 0.5 ..Jfc'
sampai
fct= 0.6 ..Jro'
Kerapatan
95°C~
beton nonnal nilai E = 4700V!c Hasil uji penyerapan terhadap radiasi terlihat pacta Graflk 2. Pacta uji ini ditentukan nilai koefisien atenuasi linier dengan menggunakan metode regresi linier. Sebagai variabel bebas adalah ketebalan beton, sedang variabei tak bebas adalah perbandingan intensitas paparan pacta ketebalan tertentu dengan intensitaSpaparan awal (1/10) = e-lil sehingga -Ln ( I / 10 ) = J.1t Tabel 4. Perbandingan relatif penurunan kerapatan
(MPa)
Beton Tipe Pengujian
Analisis kuat tarik belah yang diperoleh dari pengamatan hasil uji pembebanan adalah fct = 2P / (nDL) dimana P = beban hancur percobaan , D = diameterbenda uji silinder, L = panjang benda uji
kuat tekan daD
Kuat
II
'III
! IV
v 78
94
101
68
99
96
"81
98
97
95
98
95
185°c I 94
I 94
I 94
95
90
95 uc
105
Tekan
185aC Ills
silinder. Sedangkan untuk kuat tarik lentur basil percobaan adalah ft = M/W dirnana M = momen lentur di tengah bentang benda uji balok, W =
95UC
Berat
momen kelembaman penam-pang balok lentur dan perhitungan berdasarkan permusan standar fr =
0.62 flc' Harga modulus elastisitas diperoleh daTi basil regresi linier pacta graftk hubungan antara tegangan dan regangan dan E = fc'/E dan berdasarkan standar Tabel5. Hasil uji sifat mekanik beton. Type
Tarik Belah (MPa)
Tarik Lentur (MPa)
Modulus Elastisitas (x IO4MPa)
Poisson Ratio
3.63
ISSN0216-3128
EssyAriyuni, dkk.
Grafik Hubungan Antara Kuat Tekan dan Umur Beton 50
-()
-
c
-+-- Tipe
co ro ~ 0Q) l- '-'
+-'
-
~
-.Tipell
co :J
-*-Tipe
-
~
~
0
5
10
I
15 20 25
30
III
Tipe IV
-TipeV
Umur Beton (hari)
Gambar1. GrafIk Kuat TekanterhadapUmur Beton
Gamb!if2. Graflk HubunganTebalBetondenganRasioPaparan rapuh narnun dapat digunakan sebagai carnpuranbahan pembuatbeton non struktural dengankuat tekan yang telah memenuhisyarat betonstruktural
KESIMPULAN Dari basilyang diperolehdalampenelitianini , dapatdisirnpulkanbahwa: *
Semakintinggi kerapatanbeton,akan semakin tinggi daya serap terhadap radiasi sehingga dapat mereduksi ketebalan struktur penahan radiasiyangakandipakai,
*
Denganketebalan30 cm betonbarit lebih aman terhadap lingkungan, dalam hal penyerapan terhadap radiasi jika dibandingkan dengan betonnormal..
*
Bahan barit walaupun secaramekanik dinilai
EssyAriyuni, ill.
.iSSN
Kelakuan sifat mekanik beton barit menunjukkan pola yang sarna dengan beton normal struktural
*
Dianjurkan untuk mengkombinasi dengan bahan lain yang dapat menyerap radiasi sehinggakebutuhanuntukpemakaianbarit ~an lebih sedikit.
*
Perlu dilakukan penelitian.berkelanjutanuntuk pemakaian bahan kombinasi dan pemakaian 0216-3128.
betonbarit sebagaikomponen struktur.
UCAPAN TERIMA KASIH Team peneliti menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besamya kepada Laboratoriurn Bahan Beton Jurusan Sipil FTUI daD PSPKR-KL BA TAN atas semua fasilitas penggunaan alat, bahan daD dana kerja sarna penelitian, sehingga terlaksananya penelitian ini. Sangat diharapkan bahwa dengan adanya kerjasama penelitian ini dapat memperbanyak khasanah sumber pengetahuan tentang beton khususnya beton sebagai penahan terhadap bahaya radiasi sehingga dapat diterapkan untuk perkembangan teknologibidang keselamatan radiasi daD keselamatan lingkungan.
DAFTARPUSTAKA I.
Annual Book of ASTM 04.02, C638 -92, 1992
Standards,
2.
Building Code Requirement for Reinforced Concrete, ACI 318-89 (Revised 1992)
10. NEVILLE, A.M. , Properties of Concrete, 4th edition, Longman Scientific and Technical Publisher, London 1995 II.
TANYAJAWAB Ma'sum I. *
Beton barit ini adalahuntuk penahananradiasi, bagaimana pengujiannya terhadap radiasi dibandingkandenganbetonlain?
*
Hasil pengujian radiasi terlihat pada kurva/grajik hubungan antara tebal beton vs rasio paparan (gambar 2). Terlihat bahwa semuabetonbarit memberikantahanan2x lipat daripada beton biasa untuk ketebalan20 cm. Namun pada ketebalan 80 cm beton barit mendekati beton normal dalam kemampuan daya serapterhadapradiasi.
Volume
1-.Code Requirement for Nuclear Safety Related Concrete Structures, ACI 349 -90 4...Engineering
Compendium on Radiation Shielding Volume II: Shielding Materials, International Atomic Energy Agency, Vienna,
ZaenalA. *
Apa perbedaanmakalah ini, dengan makalah yang pemah dipresentasikandi PPNY pada waktuyang lalu (disampaikanT. Binowo)
*
Apakah model yang saudarapilih adalahyang paling baik.
*
Mohon maaj saya tidak membaca makalah yang disampaikanoleh bapak 7: Binowo.
*
Menurutsaya(disesuaikandenganfasilitasalat pada waktu itu), model ini yang paling baik karena disesuaikan dengan ukuran yang ditemui di Struktur Teknik Sipil. Ketebalan dinding biasanya15 cm,20 cm,30 cm,40 cm
1975 5.
() -'.
GRANTHAM, W.J. Jr. Barytes Concrete for Radiation Shielding: Mix criteria and Attenuation Characteristics, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, ORNL -3130 KAPLAN, M.F., Concrete Radiation shielding Nuclear Physics, Concrete Properties, Design and Construction, Longman Scientific and Technical, England, 1989
7.Laporan
Hasil Penelitian kerja sarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN , Studi Rancang Campuran Beton dengan Agregat Kasar Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta ,
Nor Rahmah *
Berapa tebal beton optimal sebagai penahan radiasi?
*
Mohon dijelaskan berapa nisbi komposisi agregatkosorbird?
1995
8
9
Laporan Hasil Penelitian kerjasarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BA TAN, Beton Barit dengan Pasir Besi Sebagai Campuran Aggregat Halus, Jakarta, 1996 Laporan Hasil Penelitian kerjasarna Jurusan Sipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN , Pemakaian Bahan Tambahan Fly Ash untuk Beton Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta,
1997
NEVILLE, A.M. , Concrete Technology, Longman Scientific and Technical Publisher, London 1988
Essy Biasanya jika tidak ada persyaratan ruanganisegiarsitektur/tidakada kendalabatas area yang akan digunakanmaka tebal dinding betonpenahanradiasi = 1 m. Bisa dilihat pada tabel2 makalahini.
