PSZ 19:16 (PIND. 1/97)

UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA

BORANG PENGESAHAN STATUS TESIS JUDUL: PRESTASI MEKANIKAL BAGI RASUK KONKRIT POLIMER

DIPERKUAT DENGAN CFRP DI BAWAH BEBAN LENTURAN

SESI PENGAJIAN: 2005 / 2006

Saya MOHD FAKARUDIN BIN RAGAM (HURUF BESAR)

mengaku membenarkan tesis (PSM/ Sarjana/ Doktor Falsafah)* ini disimpan di Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dengan syarat-syarat kegunaan seperti berikut: 1. Tesis adalah hakmilik Universiti Teknologi Malaysia. 2. Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dibenarkan membuat salinan untuk tujuan

pengajian sahaja. 3. Perpustakaan dibenarkan membuat salinan tesis ini sebagai bahan pertukaran antara institusi

pengajian tinggi. 4. **Sila tandakan ( )

SULIT

(Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RAHSIA RASMI 1972)

TERHAD

(Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukan oleh organisasi/ badan di mana penyelidikan dijalankan)

TIDAK TERHAD

Disahkan oleh:

(TANDATANGAN PENULIS) (TANDATANGAN PENYELIA)

Alamat Tetap: LOT 3418 KG PENGKLN BARU, BERIS KUBUR BESAR, EN SHUKUR BIN ABU HASSAN 61050 BACHOK,

KELANTAN DARUL NAIM.

Nama Penyelia

13 MEI 2006 13 MEI 2006

Tarikh:

Tarikh:

CATATAN: * Potong yang tidak berkenaan. ** Jika tesis ini SULIT atau TERHAD, sila lampirkan surat daripada pihak berkuasa/

organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali sebab dan tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SULIT atau TERHAD.

Tesis dimaksudkan sebagai tesis bagi Ijazah Doktor Falsafah dan Sarjana secara penyelidikan, atau disertasi bagi pengajian secara kerja kursus dan penyelidikan, atau Laporan Projek Sarjana Muda (PSM).

UTM (PS)-1/02

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Universiti Teknologi Malaysia

PENGESAHAN PENYEDIAAN SALINAN E-THESIS

Judul tesis: PRESTASI MEKANIKAL BAGI RASUK KONKRIT POLIMER DIPERKUAT

DENGAN CFRP DI BAWAH BEBAN LENTURAN

Ijazah: SARJANA MUDA KEJURUTERAAN MEKANIKAL

Fakulti: FAKULTI KEJURUTERAAN MEKANIKAL

Sesi Pengajian: 2005/2006

Saya MOHD FAKARUDIN BIN RAGAM a

(HURUF BESAR)

No. Kad Pengenalan 821027-03-5755 mengaku telah menyediakan salinan e-

thesis sama seperti tesis asal yang telah diluluskan oleh panel pemeriksa dan mengikut

panduan penyedian Tesis dan Disertasi Elektronik (TDE), Sekolah Pengajian Siswazah,

Universiti Teknologi Malaysia, November 2002.

_______________________ ___________________________________

(Tandatangan pelajar) (Tandatangan penyelia sebagai saksi)

Alamat tetap:

LOT 3418 KG PENGKALAN BARU, Nama Penyelia: EN SHUKUR BIN ABU HASSAN

BERIS KUBUR BESAR, Fakulti: Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

61050 BACHOK, Tarikh: 13 MEI 2006

KELANTAN DARUL NAIM.

Tarikh: 13 MEI 2006

Nota: Borang ini yang telah dilengkapi hendaklah dikemukakan kepada SPS bersama penyerahan CD.

“Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini dan pada pandangan saya karya ini

adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah

Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal”.

Tandatangan : .............................................................

Penyelia : EN SHUKUR BIN ABU HASSAN

Tarikh : 13 MEI 2006

PRESTASI MEKANIKAL BAGI RASUK KONKRIT POLIMER

DIPERKUAT DENGAN CFRP DI BAWAH BEBAN LENTURAN

MOHD FAKARUDIN BIN RAGAM

Tesis ini dikemukakan sebagai memenuhi syarat penganugerahan Ijazah

Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal

FAKULTI KEJURUTERAAN MEKANIKAL

UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA

MEI, 2006

“Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan

yang tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya”

Signature : .............................................................

Author : MOHD FAKARUDIN BIN RAGAM

Date : 13 MEI 2006

Teristimewa buat insan yang tersayang, bonda dan ayahanda diatas pengorbanan

dan kasih sayang yang tidak ternilai. Tidak lupa juga kepada teman-teman

seperjuangan Pido,Mijie,Ton,Pak Chu, Pok Jak, Juki, Khir dan Pok Lan diatas

sokongan dan galakan.........

PENGHARGAAN

Alhamdulillah pujian ke hadrat Ilahi kerana dengan izin dan keberkatannya

dapat menjalankan dan menjayakan Projek Sarjana Muda ini.

Sekalung ucapan terima kasih kepada En Shukur bin Abu Hassan selaku

penyelia Projek Sarjana Muda ini di atas segala bimbingan dan panduan sehingga

dapat menyiapkan segala kerja yang berkaitan.

Buat kakitangan Makmal Komposit dan Makmal Pepejal FKM serta Makmal

Struktur dan Bahan FKA di atas segala kerjasama dan bantuan dalam usaha untuk

menyiapkan ujikaji.

Akhir sekali, penghargaan yang tidak tehingga kepada mereka yang terlibat

secara langsung atau tidak langsung dalam pelaksanaan projek ini. Semoga segala

jasa baik dan pengorbanan ini akan dirahmati Yang Maha Esa.

ABSTRAK

Penghasilan konkrit polimer telah memberikan alternatif terbaru dalam

industri pembinaan di negara ini. Sifat-sifat mekanikalnya yang lebih baik

berbanding dengan konkrit jenis Portland menjadikannya satu bahan yang berpotensi

untuk dikembangkan serta diaplikasikannya di sektor pembinaan. Kehadiran elemen

penguat seperti tetulang keluli dapat memperbaiki sifat rapuh yang dimiliki oleh

konkrit polimer. CFRP pula berfungsi untuk meningkatkan kekuatannya dan pada

masa yang sama kekakuan konkrit polimer dapat dipertingkatkan. Kajian yang

dijalankan ini bertujuan untuk melihat kelakuan lenturan konkrit polimer berdasarkan

kepada beban maksimum yang mampu ditanggung oleh rasuk sebelum ia mengalami

retak, pesongan rasuk,kebolehkhidmatan, terikan bagi komponen tetulang keluli dan

CFRP dan juga jenis retak yang terhasil akibat pembebanan beban lenturan. Rasuk

konkrit polimer di hasilkan dari campuran Polyester dan agen pengeras (MEKP)

yang bertindak sebagai resin dan pasir. Nisbah campuran resin kepada pasir adalah

1:4. Rasuk yang dihasilkan akan diuji di bawah pembebanan 3 titik. Keputusan

ujikaji menunjukkan rasuk konkrit polimer dapat menanggung pesongan yang lebih

tinggi dari rasuk konkrit biasa sehingga dua kali ganda. Selain itu, ia juga

menunjukkan sifat kekuatan dan kekakuan yang sangat tinggi dimana rasuk yang

diperkuatkan dengan tetulang keluli dan CFRP mampu menanggung beban lenturan

sehingga 50 kN.

ABSTRACT

Production of polymer concrete provide an alternative in material selection to

construction industry for this country. Its has good mechanical properties compared

to concrete from Portland cement.and a potential to be grown in construction sector.

Strengthening element such as steel reinforcement can improve brittle manner in

polymer concrete. CFRP as strengthening element increase the strength and at the

same time stiffness of polymer concrete also will increase. Study was conducted to

observe the flexural behaviour in term of maksimum load can capacity before crack,

deflection and serviceability. Three specimens of polymer concrete beams were

produced from using a Polyester resin as a binder and sand. The ratio for resin to

sand is 1:4. The beams were tested under 3 point bending test. The results show that

polymer concrete beams can sustain higher deflection up to two times than ordinary

concrete. Besides that, polymer concrete exhibit high properties in term of strength

and stiffness where the beam reinforced with steel reinforcement and CFRP can

sustain flexural load up to 50 kN.

KANDUNGAN

BAB PERKARA MUKA SURAT

TAJUK ii

PENGAKUAN iii

DEDIKASI iv

PENGHARGAAN v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

KANDUNGAN viii

SENARAI JADUAL xi

SENARAI RAJAH xii

SENARAI SIMBOL xiv

SENARAI LAMPIRAN xv

BAB I PENGENALAN

1.1 Latar belakang kajian 1

1.2 Kenyataan masalah 2

1.3 Matlamat 3

1.4 Objektif kajian 4

1.5 Skop kajian 4

BAB II KAJIAN LITERATUR

2.1 Pengenalan 5

2.1.1 Masalah rasuk konkrit simen 6

2.1.2 Kelebihan rasuk konkrit polimer 7

2.1.3 Komposisi konkrit polimer 8

2.1.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi 10

sifat konkrit pilimer

2.2 Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) 15

2.2.1 Matriks 16

2.2.2 Kekuatan komposit bertetulang 17

gentian

2.2.3 Sifat-sifat mekanikal CFRP 18

2.2.4 Fabrikasi komposit bergentian 19

karbon

2.3 Pengenalan teknologi ikatan

2.3.1 Kaedah penyambungan bagi bahan 20

plastik

2.3.2 Pemilihan bahan perekat 22

2.3.3 Resin Epoxy 24

2.4 FRP sebagai elemen penguat 25

2.5 Mod kegagalan 26

2.6 Jenis pengujian 29

BAB III METHODOLOGI

3.1 Pengenalan 38

3.2 Jenis-jenis Lenturan 38

3.3 Gambarajah daya ricih dan momen lentur 39

3.4 Prosedur ujikaji 41

3.5 Perincian spesimen 42

3.6 Kerja makmal 44

3.6.1 Penyediaan acuan 44

3.6.2 Penyediaan spesimen rasuk 46

3.6.3 Penuangan konkrit 50

3.6.4 Penampalan CFRP 54

3.6.5 Instrumentasi 58

3.7 Ujian makmal 61

3.8 Analisis data 62

BAB IV KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

4.1 Pengenalan 63

4.2 Analisis daya ricih dan momen lentur 64

4.3 Pesongan rasuk 66

4.4 Kebolehkhidmatan 70

4.5 Kesan elemen penguat 71

4.5.1 Kesan tetulang keluli 72

4.5.2 Kesan CFRP 73

4.6 Mod kegagaln dan beban muktamad 74

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan 79

5.2 Cadangan Kajian 81

RUJUKAN 82

LAMPIRAN 84

SENARAI JADUAL

NO. JADUAL TAJUK MUKA SURAT

2.1 Keputusan ujikaji sifat-sifat flextural konkrit polimer 10

2.2 Perbandingan kekuatan bahan FRP dengan bahan lain 17

2.3 Sifat bagi PAN-Based Modulus dan carbon fiber berkekuatan 18

tinggi

2.4 Rekabentuk campuran konkrit polimer 29

2.5 Keputusan ujikaji 31

2.6 Keputusan ujikaji bagi kedalaman titik 10mm 36

2.7 Keputusan ujikaji bagi kedalaman titik 20mm 36

3.1 Ciri-ciri mekanikal tetulang utama 48

3.2 Sifat-sifat Sika®CarboDur® CFRP Pultruded Plate Type S512 54

3.3 Sifat mekanikal Sikadur-30 two-parts adhesive system 55

SENARAI RAJAH

NO. RAJAH TAJUK MUKA SURAT

2.1 Variasi f’c dengan peratusan resin dalam campuran 11

2.2 Variasi modulus koyak dengan peratusan resin dalam campuran 11

2.3.1 Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 9% 13

2.3.2 Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 12% 13

2.3.3 Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 15% 14

2.4 Hubungan antara modulus dengan saiz kristal bagi CFRP 18

2.5 Hubungan antara modulus dengan orientasi kristal bagi CFRP 19

2.6 Mod kegagalan lazim rasuk diperkuat dengan plat CFRP 28

2.4 Rekabentuk campuran konkrit polimer 29

2.7 Konfigurasi ujikaji 29

2.8 Konfigurasi Ujian 32

2.9 Tegasan ricih dengan menggunakan persamaan 1 34

2.10 Tegasan ricih dengan menggunakan persamaan 2 34

2.11 Konfigurasi ujian 35

2.12 Graf beban melawan CMOD bagi poliester 37

3.1 Susunan ujian lenturan 4 titik 39

3.2 Taburan momen dan daya ricih 40

3.3 Acuan kayu yang telah siap dihasilkan 45

3.4 Acuan dari paip PVC untuk mendapatkan nisbah campuran terbaik 45

3.5 Nisbah campuran konkrit polimer yang berbeza dihasilkan 47

3.6 Konkrit polimer dengan nisbah campuran berbeza 47

3.7 Strain gauge yang telah dipasang pada tetulang keluli 49

3.8 Campuran pasir dan poliester yang telah sebati 51

3.9 Tetulang keluli di letakkan sebelum di tanam dalam bancuhan 52

3.10 Acuan dimampatkan 52

3.11 Acuan yang telah siap dan dijemur 53

3.12 Rasuk yang telah mengeras dan dikeluarkan dari acuan 53

3.13 Roda ditekan pada CFRP untuk mengeluarkan udara terperangkap 56

3.14 CFRP yang telah siap dipasang pada rasuk 56

3.15 CFRP yang dipasang sebagai rantaian 57

3.16 Load cell yang dipasang pada hydraulic jack 59

3.17 LVDT dipasang pada tengah rasuk untuk mendapatkan pesongan 60

3.18 Data logger digunakan untuk memaparkan bacaan parameter 60

3.19 Rasuk yang diletakkan pada hydraulic jack untuk ujian 61

pembebanan tiga titik

4.1 Gambar rajah badan bebas menunjukkan rasuk ditindaki oleh 64

sistem bebanan tiga titik.

4.2 Graf daya melawan pesongan 68

4.3 Graf momen melawan pesongan 70

4.4 Graf daya melawan terikan 71

4.5 Penampalan CFRP sebagai rantaian 77

4.6 Kegagalan bagi Rasuk 1 77

4.7 Kegagalan pada Rasuk 2 78

4.8 Kegagalan pada Rasuk 3 78

SENARAI SIMBOL

f’c - Tegasan mampatan muktamad

fr - Nilai modulus koyakan Mu - Momen muktamad

Vu / bd - Tegasan ricih nominal

εs - Terikan dalam tetulang keluli

εCFRP - Terikan dalam CFRP

εy - Nilai trikan keluli alah

σ - Tegasan konkrit polimer

ø - Diameter tetulang besi

av - Rentang ricih EC - Modulus elastik konkrit polimer

ECFRP - Modulus elastik CFRP

V - Daya ricih

P - Daya lenturan paksi

B - Lebar

H - Tinggi

SENARAI LAMPIRAN

LAMPIRAN TAJUK MUKA SURAT

A Data ujikaji 82

B Pengiraan tegasan muktamad rasuk 84

C Perbandingan konkrit polimer dengan konkrit 86

konvensional

D Typical Range of Properties of Common PC Products 87

and Portland Cement Concrete

E General Characteristics And Applications of Polymer 88

Concrete Products

BAB I

PENGENALAN

1.1 Latar belakang kajian

Bidang kejuruteraan merupakan pelopor kepada ketamadunan manusia.

Bermula dari zaman batu hingga ke hari ini, kita telah mengalami perubahan demi

perubahan selari dengan perkembangan pemikiran manusia. Begitu juga halnya

dengan bidang kejuruteraan ini. Pencapaian kejuruteraan sentiasa dikaitkan dengan

kewujudan bahan binaan yang sesuai. Konkrit menjadi satu-satunya bahan terawal

yang dicipta oleh manusia untuk tujuan pembinaan (Tewary,1978). Ia digunakan

dengan meluas terutamanya dalam penghasilan rasuk untuk pembinaan bangunan.

Namun teknologi terkini telah menemui satu bahan baru yang bukan sahaja

memiliki kekuatan yang sama bahkan dapat menandingi konkrit dalam penghasilan

rasuk serta kegunaan yang lain iaitu konkrit polimer. Konkrit polimer merupakan

bahan rencam yang pada asasnya mempunyai sifat kuat serta ringan.

Selanjutnya perkembangan kejuruteraan ini berterusan dengan penemuan

bahan rencam yang mempunyai kekukuhan dan kekuatan yang lebih tinggi

berbanding keluli (Gill,1972). Bahan polimer bertetulang gentian (FRP) dalam

pembinaan telah mula dibangunkan di negara-negara maju terutamanya Amerika

Syarikat dan Jepun. Hari ini, teknologi FRP ini mula menarik perhatian para

pengusaha pembinaan sebagai elemen banggunan ataupun sebagai bahan penguat

kepada anggota bangunan. Buat masa ini, penguatan semula struktur konkrit

bertetulang dengan plat keluli menjadi amalan pemulihan bangunan lama yang lazim

dipraktikkan di Malaysia (Siti Hasmah,1999).

Penggunaan bahan seperti yang dinyatakan mempunyai beberapa masalah

yang menyebabkan para penyelidik mula beralih arah kepada penggunaan konkrit

polimer serta FRP sebagai penguat. Antara masalah yang timbul dari penggunaan

konkrit bertetulang dengan plat keluli adalah masalah pengaratan pada plat keluli dan

juga kerumitan dalam penyelenggaraannya. Disamping itu strukturnya yang berat

menyukarkan penggunaannya ditempat yang tinggi. Konkrit polimer yang

diperkuatkan dengan FRP memberikan jawapan kepada semua masalah tersebut.

1.2 Kenyataan masalah

Elemen struktur konkrit bertetulang seperti rasuk, papak dan tiang dalam

suatu bangunan mengalami pembebanan tegak dan ufuk yang berubah-ubah terhadap

masa mengikut penggunaan bangunan tersebut. Struktur konkrit bertetulang boleh

mengalami kerosakan akibat beberapa sebab antaranya pengaratan pada tetulang

dalaman, kesan beku-cair dan rekabentuk awal yang tidak tepat. Kadang kala dalam

keadaan tertentu keperluan penggunaan dalam keadaan ekstrem menyebabkan suatu

elemen menanggung beban khidmat yang melebihi beban muktamadnya. Dalam satu

jangka masa yang panjang ia akan menyebabkan rayapan dan kelesuan terjadi dalam

konkrit bertetulang tersebut.

Penggunaan konkrit polimer ini dapat memberi penyelesaian kepada masalah

yang telah dinyatakan. Ini kerana ia mempunyai kekuatan sehingga tiga kali ganda

dalam keaadaan mampatan berbanding konkrit biasa. Selaian itu, ia juga mempunyai

rintangan yang sangat baik terhadap kebanyakan bahan kimia serta minyak. Namun

konkrit polimer akan kehilangan kekuatan pada suhu yang tinggi dan ini

menyebabkan faktor keselamatan yang tinggi diperlukan.

Plat FRP boleh digunakan sebagai penguat semula untuk membaikpulih

elemen yang mengalami pesongan lampau. Kelebihan utama penggunaan penguatan

FRP ini ialah rintangan terhadap pengaratan yang menjadi halangan terbesar

penguatan menggunakan plat keluli. Namun, ia secara tidak langsung akan

mengubah mod kegagalan anggota lenturan daripada mulur kepada rapuh. Kegagalan

ricih dalam konkrit polimer boleh mengurangkan keupayaan lenturan daripada mulur

kepada rapuh. Kegagalan rapuh seperti penyahlekatan (debonding) plat adalah

keadaan lazim diperhatikan pada rasuk yang diperkuat dengan plat FRP.

Mod kegagalan dan kriteria kegagalan rasuk dari jenis konkrit polimer serta

diperkuatkan dengan plat FRP perlu dikaji untuk menentukan keberkesanan sistem

penguatan dalam membawa beban.

1.3 Matlamat

Matlamat kajian ini adalah untuk memperhatikan kelakuan mekanikal bagi

rasuk konkrit polimer yang diikat (bonded) luarannya dengan plat carbon fiber

reinforcement plastic (CRFP) dibawah bebanan lenturan tiga titik. Antara perkara

yang bakal diperhatikan adalah pengaruh kegagalan setempat pada mod kegagalan

serta keupayaan lenturan muktamad. Ciri-ciri tegasan dan terikan pada plat CFRP

turut menjadi perhatian utama dalam kajian ini.

1.4 Objektif kajian

i. Mengkaji kekuatan rasuk konkrit polimer yang diperkuatkan dengan

plat CFRP.

ii. Memerhatikan pengaruh plat CFRP terhadap keretakan dan

keupayaan pembebanan muktamad rasuk.

iii. Memerhatikan kesan integriti ikatan antara muka plat CFRP dan

konkrit polimer terhadap jarak agihan ikatan dan tegasan ikatan

setempat.

1.5 Skop kajian

Kajian ini bertumpukan kepada penyelidikan terhadap sifat-sifat kelakuan

rasuk konkrit polimer yang diperkuatkan oleh plat CFRP dibawah beban lenturan

tiga titik. Rasuk yang dipilih berdimensi 70 x 100 x 750 mm dan jarak nyata (clear

span) bagi ujikaji adalah 600 mm. Manakala untuk plat penguat dari jenis CFRP pula

mempunyai dimensi 50 x 1.5 x 600 mm. Ujian makmal dijalankan terhadap rasuk

konkrit polimer yang diperkuatkan dengan plat CFRP. Parameter ujikaji yang

diperolehi daripada ujian makmal adalah seperti berikut :

• Ukuran pesongan lenturan rasuk di bawah pembebanan tiga titik.

• Terikan pada tetulang keluli.

• Terikan plat CFRP

• Mod kegagalan rasuk

• Beban kegagalan pada takat muktamad

BAB II

KAJIAN LITERATUR

2.1 Pengenalan

Konkrit polimer merupakan bahan komposit yang berteknologi tinggi yang

telah diperkenalkan pada awal tahun 1960-an dan dijangka akan berkembang dengan

pesat pada masa akan datang (Nutt dan Staynes 1987; Fowler 1989,1987). Seperti

konkrit simen jenis Portland, ia dihasilkan dari kumpulan bukan organik yang baik

serta diikat bersama oleh pengikat (binder). Walaubagaimanapun konkrit polimer

menggunakan resin jenis polimer yang digunakan untuk mengikat kumpulan bukan

organik tadi.

Secara asasnya konkrit polimer ini boleh ditafsirkan sebagai bahan komposit

yang dihasilkan dari percampuran kumpulan mineral seperti pasir atau batu kerikil

dengan monomer seperti poliester. Oleh kerana proses penghasilannya yang pantas

maka ciri-ciri tegasan yang sangat baik serta tahan terhadap karatan oleh

persekitaran.

Penggunaan konkrit polimer ini semakin berkembang sebagai bahan alternatif

terhadap konkrit simen dalam banyak kegunaan seperti pembinaan dan pembaikian

struktur, kaki lima lebuh raya, jambatan, paip bagi air kumbahan dan juga panel

struktur atau hiasan dalam pembinaan.

2.1.1 Masalah rasuk konkrit simen

Pada hari ini, industri pembinaan konkrit telah berkembang dengan pesat

selari dengan perkembangan taraf hidup masyarakat. Penghasilan rasuk dan papan

batu dihasilkan di kilang dan dihantar ke tapak projek untuk dipasang. Penggunaan

sistem ini secara tidak langsung dapat mengurangkan masa yang tertangguh

disebabkan proses untuk menunggu konkrit itu membeku sekiranya di lakukan di

tapak projek.

Konkrit merupakan bahan pembinaan yang tertua dan digunakan sejak awal

kurun ke-20. Konkrit yang diperkuat dengan tetulang besi antara penemuan terbaru

untuk memberi kekuatan yang lebih terhadap struktur rasuk konkrit tersebut. Ini

membolehkan penggunaan konkrit dapat dikurangkan dalam penghasilan rasuk

kerana tetulang besi telah mengambil alih tugas untuk menanggung beban yang

dikenakan ke atas rasuk tersebut.

Walaubagaimanapun, rasuk konkrit jenis ini masih berat untuk dikendalikan

walaupun pengurangan konkrit dikurangkan sehingga satu per tiga atau lebih dengan

penggunaan tetulang besi. Ia sangat mahal untuk kos penghantaran serta

pemasangan. Rasuk konkrit jenis ini juga mungkin mengalami kerosakan semasa

proses penghasilan atau penghantaran dan ini menyebabkan peratusan rasuk yang

akan ditolak turut meningkat.

2.1.2 Kelebihan rasuk konkrit polimer

Konkrit polimer telah mula digunakan di negara-negara maju berikutan

perkembangan kajian terhadapnya serta kelebihan yang dimiliki. Kelebihan serta

potensi yang dimiliki oleh konkrit polimer telah membawa fenomena baru kepada

industri pembinaan di negara ini.

Antara kelebihan utama konkrit polimer adalah masa pemprosesannya yang

singkat. Berbanding dengan konkrit yang digunakan dalam pembinaan pada hari ini,

ia memerlukan tempoh antara dua puluh satu sehingga dua puluh tujuh hari untuk

membeku sepenuhnya dan dapat digunakan. Tempoh pengawetan (curing) ini

bergantung kepada spesifikasi konkrit yang digunakan. Tetapi bagi polimer konkrit

ia hanya memerlukan tujuh hari bagi ia membeku di suhu bilik atau tujuh jam

sekiranya haba pembekuan dikenakan ke atasnya. Permukaan akhir rasuk yang

terhasil lebih licin dan kemas berbanding dengan rasuk dari jenis konkrit biasa.

Selain itu, berat bagi konkrit polimer ini dapat dikurangkan sehingga enam

kali ganda berbanding dengan konkrit biasa. Oleh kerana sifatnya yang ringan maka

kebolehan untuk digunakan pada tempat yang tinggi sangat bersesuaian kerana ia

tidak memerlukan mesin tambahan untuk di angkat ke tempat yang tinggi.

Seterusnya kos operasi bagi sesuatu pembinaan dapat dikurangkan ke tahap paling

minimum. Peratusan kerosakan semasa penghasilan serta penghantaran menghampiri

sifar kerana sifat yang dipunyai oleh polyester itu sendiri. Disebabkan sifatnya yang

ringgan serta kerosakan yang minimum ini membolehkannya dihantar ke tempat

yang lebih jauh.

Di samping itu, sifat-sifat mekanikal yang sangat baik dapat diperolehi dari

konkrit polimer ini. Antaranya ialah mempunyai rintangan yang sangat baik terhadap

terhadap bahan kimia dan juga minyak. Ini membolehkannya untuk digunakan dalam

keadaan yang pelbagai serta tiada kebimbangan terhadap kegagalan yang bakal

berlaku. Ia juga mempunyai kekuatan dalam mampatan sehingga enam kali ganda

berbanding konkrit simen dari jenis Portland. Rasuk dari jenis konkrit polimer ini

juga mempunyai sifat yang baik terhadap pengaratan serta kadar resapannya juga

rendah.

2.1.3 Komposisi konkrit polimer

Konkrit polimer terhasil dari hasil gabungan beberapa komposisi bahan yang

utama serta proses yang unik yang bergantung kepada formulasi yang tersendiri.

Terdapat pelbagai nisbah campuran yang digunakan oleh para pengkaji untuk

menghasilkan konkrit polimer ini. Nisbah campuran poliester terhadap pasir yang

dapat memberikan optimisasi yang baik dalam uji kaji ialah 1 : 4 (J.M.L. Reais et

al,2002). Namun berdasarkan kajian yang dilakukan sebelum ini didapati bahawa

nisbah yang dapat memberi nilai yang paling optimum ialah 1:7 hingga 1:12 (Abdel-

Fattah,1999).Antara bahan-bahan utama yang terlibat :

a. Resin Polyester

Terdapat tiga jenis polyester yang digunakan dalam konkrit polimer

iaitu resin Jenis I, resist mild corrodent dan non oxidizing mineral

acids. Resin Jenis II, dari jenis isophthalic. Resin Jenis III, dari jenis

bisphenol-A. Peningkatan kandungan resin akan meningkatkan

kekuatan dan modulus pesongan bahan tersebut dan pada masa yang

sama akan mengakibatkan kekuatan mampatannya berkurang. Secara

umum, konkrit polimer yang mengandungi kandungan resin yang

paling rendah akan mewakili kandungan optimum bagi bahan ini.

Berdasarkan kajian literatur yang telah dijalankan didapati bahawa

kekuatan mampatan yang optimum adalah antara 60 hingga 70 MPa

dan kekuatan tegangannya adalah antara 6.5 hingga 8 MPa. Selain itu

juga kandungan yang terbaik bagi kandungan resin jenis ini supaya ia

mempunyai ciri-ciri mekanikal yang baik adalah antara 12% sehingga

14% (w/w).

b. Pasir

Kandungan utama yang terdapat dalam kandungan pasir ini adalah

silika. Antara yang dpat digunakan adalah pasir sungai, kuarza, granit,

batu kapur dan bahan asli yang lain. Pasir yang digunakan mestilah

kering serta bebas dari sebarang kekotoran bagi mendapatkan ikatan

yang baik antara resin dan juga pasir itu sendiri.

c. Pemangkin

Pemangkin atau catalyst bertujuan untuk menghasilkan ikatan antara

pasir dan poliester. Pemangkin yang di gunakan adalah dari jenis

MEKP yang dicampur bersama poliester sebelum di gaul dengan

pasair. Pemangkin ini bertindak sebagai agen pengeras (hardener)

bagi membolehkan terhasilnya ikatan yang baik antara pasir dan

poliester.

2.1.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat konkrit polimer

Terdapat beberapa faktor yang memainkan peranan dalam mempengaruhi

sifat-sifat akhir konkrit polimer. Antaranya ialah

a) Peratusan resin dalam campuran

Tegasan mampatan muktamad (f’c) bagi campuran konkrit yang berbeza

adalah seperti yang digambarkan dalam Jadual 1 dibawah.

Rajah tersebut menunjukkan

Jadual 2.1 : Keputusan ujikaji sifat-sifat flextural konkrit polimer.

Dalam jadual tersebut dapat diperhatikan bahawa peratusan campuran bagi

12% memberikan nilai f’c yang paling tinggi. Nilai modulus koyakan fr boleh

didapati melalui :

Rajah 2.1 : Variasi f’c dengan peratusan resin dalam campuran.

Rajah 2.2 : Variasi modulus koyak dengan peratusan resin dalam campuran.

b) Peratusan gentian dari jenis pasir

Perbandingan antara momen muktamad yang diperolehi dari ujikaji dengan

yang diperolehi dengan menggunakan kaedah tegasan ACI dalam lingkungan

ACI 318 untuk konkrit simen dinyatakan dalam Jadual 1. Ia menunjukkan

bahawa untuk nisbah penguat atau kandungan pasir yang rendah, rasuk akan

gagal pada beban yang lebih rendah di mana konkrit belum lagi benar-benar

rekah dan masih boleh untuk menahan tekanan yang dikenakan.

c) Sifat mulur konkrit polimer

Secara umumnya mulur ditakrifkan sebagai keupayaan sesuatu bahan untuk

berubah bentuk secara plastik dan menyerap tenaga semasa ubah bentuk

tersebut. Dalam struktur konkrit pertimbangan bagi sifat kemuluran ini perlu

di ambil kira kerana dalam keadaan ekstrem, rasuk perlu untuk melentur

sehingga menghampiri beban maksimum. Ini mungkin dapat menyelamatkan

nyawa kerana ia akan memberi amaran terhadap kegagalan dan juga

mengelakkan ia runtuh secara mengejut.

Rajah 2.3.1 : Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 9%.

Rajah 2.3.2 : Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 12%.

Rajah 2.3.3 : Hubungan antara beban dan lenturan bagi poliester 15%.

Berdasarkan kepada hubungan antara beban dengan jarak tengah pesongan

bagi ujian pesongan empat titik ini, dapat diperhatikan bahawa hubungan antara

momen dan lekukan atau lenturan pada rasuk ditunjukkan oleh satu garis yang

menghampiri garis lurus sehingga ia gagal. Perkara yang perlu diingatkan disini

adalah kegagalan rapuh akan berlaku apabila dikenakan daya maksimum sesuatu

bahan.

2.2 Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP)

CFRP merupakan bahan polimer komposit yang telah terbukti berkesan dapat

memberikan dan menghasilkan kekuatan lenturan kepada struktur bagi bahan binaan.

Ia merupakan sejenis bahan rencam yang dihasilkan dari pada penggabungan matrik

plastik dan gentian yang menghasilkan bahan baru yang amat kuat. Perkataan

‘rencam’ yang digunakan menunjukkan bahawa dua atau lebih bahan digabungkan

pada skala makroskopik menjadi bahan yang mempunyai ciri-ciri yang lebih baik

dari segi kekuatan, kekakuan, rintangan kakisan, rintangan haus, berat, hayat lesu,

kelakuan bersandar suhu, keberaliran terma dan tebatan akustik.

Penggunaan bahan rencam telah wujud sejak beratus tahun dahulu

berdasarkan kepada penemuan arkeologi yang dijalankan oleh pengkaji sejarah.

Sebagai contoh, jerami telah digunakan oleh kaum Yahudi untuk mengukuhkan bata

tanah liat. Selain itu, masyarakat purba Mesir telah menggunakan kayu lapis setelah

menyedari bahawa penyusunan kayu secara ortotropik selang lapis memberikan

kekuatan yang lebih baik dan rintangan terhadap pengembangan terma.

Oleh kerana perkembangan bahan FRP terutamanya CFRP semakin pesat ia

telah tergolong dalam bahan binaan berteknologi termaju dan telah mendapat

sambutan yang besar dalam pasaran bahan binaan yang memerlukan bahan yang

mempunyai tahan lasak yang tinggi.

2.2.1 Matriks

Matriks dan bahan pengisi adalah dua komponen yang terpenting dalam FRP

di mana bahan matriksnya terdiri dari resin termoplastik dan juga termoset. Pengisi

gentian pula terdiri daripada gentian kaca, karbon atau aramid. Kombinasi kedua-dua

bahan ini memberikan bahan rencam yang terhasil mempunyai sifat yang kuat dan

kukuh melalui ikatan fizikal antara ikatan gentian dan matriks.

Matriks adalah komponen yang mengagihkan beban kepada gentian

disamping melindungi gentian daripada tindakan persekitaran yang ekstrim

(Gill,1972). Matriks yang baik menanggung beban luaran dan memindahkannya

kepada gentian melalui ikatan antara muka yang baik tanpa kesan sampingan kepada

kekuatan gentian.

Berikut disenaraikan kekuatan mampatan dan tegangan beberapa jenis bahan

dan didapati bahan FRP jauh mengatasi bahan binaan yang lain.

Kekuatan Tegangan Kekuatan

Mampatan

MPa ksi MPa ksi

Low-strength grey cast iron 155 22 620 88

High-strength grey cast iron 400 58 120 174

Simen Portland 4 0.6 40 6

Konkrit 3 0.5 40 6

Kayu 100 15 27 4

Polyether ether ketone (PEEK) 233 34 240 4

+ 30% gentian karbon pendek Epoksi

+ 50% unidirectional E-glass prepreg

Laminat

- selari dengan gentian 1100 160 900 130

- serenjang dengan gentian 40 6 150 22

Epoksi + 60% unidirectional gentian karbon

Kekuatan tinggi laminat prepreg

- selari dengan gentian 2000 290 1300 190

- serenjang dengan gentian 80 12 250 36

Jadual 2.2 : Perbandingan kekuatan bahan FRP dengan bahan lain. (Charles et.al,

1997).

2.2.2 Kekuatan komposit bertetulang gentian

Ciri-ciri CFRP menurut Charles et.al (1997) ditentukan oleh lima faktor

utama iaitu:

a) Ciri-ciri relatif antara matriks dan gentian

b) Nisbah relatif matriks dan gentian dalam komposit

c) Panjang juzuk gentian individu

d) Keadaan antara muka gentian dan matriks

e) Geometri susunan gentian dalam komposit

Tujuan am adalah untuk menambahkan kekuatan dan kekakuan bahan rencam

dengan menambahkan gentian yang lebih kuat dan kaku kepada matriks. Matriks

lazimnya terdiri dari jenis termoplastik, termoset, seramik, logam atau konkrit.

Gentian pula boleh dari jenis kaca, karbon, seramik atau bahan polimer.

2.2.3 Sifat-sifat mekanikal CFRP

Berikut adalah beberapa jenis sifat mekanikal yang diberikan oleh pengeluar

bahan rencam tersebut.

Jadual 2.3 : Sifat bagi PAN-Based Modulus dan carbon fiber berkekuatan tinggi.

Rajah 2.4 : Hubungan antara modulus dengan saiz kristal bagi CFRP.

Rajah 2.5 : Hubungan antara modulus dengan orientasi kristal bagi CFRP

2.2.4 Fabrikasi komposit bergentian karbon

Kekuatan dan modulus sesuatu struktur komposit berkadar terus dengan

nisbah isipadu gentian tetulang (Gill,1972). Maka, semakin besar isipadu gentian,

semakin tinggi juga kekuatan dan kekakuan komposit yang dihasilkan. Namun,

terdapat beberapa faktor yang menyebabkan nilai kiraan secara teori berbeza

daripada keputusan eksperimen iaitu:

a) Orientasi gentian dalam komposit sebenar yang berbeza daripada

sepatutnya

b) Nisbah panjang-diameter gentian yang tidak dapat ditentukan

c) Kehadiran filamen yang mempunyai kekuatan purata yang lebih

rendah

d) Darjah lekapan antara gentian dan matriks resin yang tidak mudah

diukur

2.3 Pengenalan teknologi ikatan (Bonding)

Seni ikatan telah lama diaplikasikan oleh manusia sejak beribu tahun dahulu.

Antara aplikasi terawal seni ikatan yang pernah direkodkan ialah pada lukisan

dinding danjuga kotak yang diperbuat dari kulit kayu dimana ia telah dipelopori oleh

orang-orang Mesir dahulu kala. Teknologi ikatan kuno ini pada dasarnya adalah

teknik dalam mengaplikasikan bahan-bahan semulajadi yang mempunyai sifat

polimer yang tinggi sebagai pelekat. Ia meliputi darah dan juga gam dari tulang-

tulang haiwan, bahan tar semulajadi, getah semulajadi dari pokok hinggalah kepada

penemuan terkini dan komposisi yang lebih sofistikated iaitu dari kanji sayuran dan

juga susu getah semulajadi.

Sesetengah haiwan sangat pakar dalam menghasilkan proses pempolimeran

seperti penghasilan polyamide fiber oleh ulat sutera dan penghasilan lapisan

kerangka oleh kebanyakan serangga. Haiwan-haiwan tersebut menggunakan kaedah

ikatan berdasarkan cairan dari badan mereka untuk mengikat serta menghasilkan

struktur seperti yang dinyatakan.

Proses pengikatan merupakan fenomena dimana dua permukaan sesuatu

bahan dilekatkan bersama oleh daya antara muka (interfacial force). Ikatan ini sama

ada dalam bentuk ikatan mekanikal, elektrostatik atau tarikan antara molekul,

bergantung kepada kaedah yang digunakan.

2.3.1 Kaedah penyambungan bagi bahan plastik

Kebolehan bahan plastik untuk dibentuk, dituang secara homogenus dan

bersifat anisotropik ke dalam bentuk yang pelbagai merupakan aset yang paling

berharga. Penggunaan plastik secara komersial telah berkembang dengan pesatnya

disebabkan kejayaan dalam aplikasi beberapa proses ikatan.

Terdapat beberapa kaedah untuk menyambung bahan plastik sama ada dari

jenis plastik mahupun bahan lain. Di sini akan diterangkan tiga kaedah asas bagi

penyambungannya :

a. Perekat Larutan (Solvent Cementing)

Permukaan bagi bahan yang akan diikat, diproses menjadi dalam keadaan

bendalir atau melekit dengan menggunakan aplikasi dari pelarut yang

bertindak terhadap plastik. Dalam sesetengah kes, pelarut boleh juga

dalam keadaan mangkin monomer atau mengandungi polimer yang tidak

terurai. Hasil sambungan dengan menggunakan kaedah ini akan

menghasilkan tautan yang lebih kepada ciri-ciri permukaan yang ingin

disambung. Proses ini lebih sangat sesuai untuk bahan termoplastik

amorfus dan juga boleh larut. Kaedah ini sama sekali tidak sesuai untuk

kegunaan bahan dari jenis termoset.

b. Kimpalan (Welding)

Permukaan yang akan diikat dilebur atau dicairkan dengan aplikasi oleh

haba dan kemudiannya disatukan bersama seterusnya disejukkan. Kaedah

ini sesuai untuk semua bahan termoplastik terutamanya untuk sambungan

bahan yang lebih bersifat kristal seperti polyvinyl chloride, nylon dan juga

polyethlene. Ia semestinya tidak sesuai untuk bahan termoset. Oleh kerana

pelakuran mungkin tidak sempurna berlaku dalam kaedah ini, kekuatan

sambungannya menjadi lebih rendah berbanding dengan bahan yang

disambung. Ini adalah kesan dari pengoksidaan atau penurunan haba yang

menyumbang kepada keadaan tersebut. Haba yang digunakan dalam

kaedah ini boleh dibekalkan dalam pelbagai bentuk, antaranya ialah

melalui tembakan gas atau elektrik, alat yang telah dipanaskan, aruhan

haba dan juga geseran.

c. Ikatan Perekat (Adhesive Bonding)

Dalam proses ini, satu lapaisan perekat yang mempunyai sifat kimia yang

berlainan dari bahan plastik yang akan disambung diletakkan ditengah

antara permukaan. Sifat akhir sambungannya bergantung kepada ciri-ciri

bahan perekat yang digunakan, kekuatan tautannya dan rekabentuk

sambungan. Kaedah ikatan perekat ini sesuai untuk semua jenis plastik

sama ada dari jenis termoplastik mahupun termoset. Pada kebiasaannya

ikatan pada sambungannya lebih kuat berbanding dengan bahan yang

disambung itu sendiri.

Berdasarkan kaedah yang diterangkan diatas kaedah ikatan perekat paling

sesuai untuk menyambungkan permukaan polimer konkrit dan CFRP. Ini kerana,

selain kaedah ini paling efektif untuk digunakan ia juga memberikan sambungan atau

ikatan yang paling baik. Hal ini amat penting untuk memastikan bahan yang

disambung tersebut boleh diharap.

Kunci kepada proses ikatan perekat adalah pemahaman bahawa perekat

tersebut mestilah dalam keadaan cecair untuk membasahi permukaan yang akan

diikat. Selain itu, ia mestilah dapat membeku kesan daripada tindakbalas fizikal atau

bahan kimia untuk memberikan kekuatan dalaman yang mencukupi dan kebolehan

menanggung beban yang bertindak

2.3.2 Pemilihan bahan perekat

Dalam pemilihan perekat yang bakal digunakan, beberapa faktor perlu

diambil kira bagi memastikan perekat yang bakal digunakan akan memberi kesan

seperti yang diharapkan. Antara faktor yang perlu diambil kira :

a. Perekat yang dipilih seharusnya dapat melembapkan permukaan yang

akan diikat

b. Sekiranya bahan yang akan diikat adalah dari jenis kedap atau kalis serta

tidak dapat menyerap, maka perekat mestilah bebas dari air ataupun

pelarut organik

c. Perekat mestilah kurang tegar (rigid) berbanding dengan bahan yang akan

diikat. Ini kerana sekiranya perekat lebih tegar, tekanan yang berlaku

akan lebih terarah kepada lapisan sambungan

d. Selepas penyelarasan, ikatan tersebut mestilah mampu untuk menahan

keadaan persekitaran.

e. Kos yang rendah mungkin diperlukan, bukan sahaja bahan perekat

bahkan kaedah aplikasi yang akan digunakan

Berikut disenaraikan pemilihan beberapa jenis perekat untuk pelbagai jenis

bahan yang biasa digunakan.

Thermoplastic

Thermosetting

Elastomeric

Resin Blends

-polyvinyl acetate

-polyvinyl alcohol

-acrylic polymer

-cellulose nitrate

-asphalt

-phenolic

-resorcinol

-epoxy resin

-urea

formaldeehyde

-alkyd resin

-natural rubber

-reclaimed rubber

-neoprene

-nitrile

-silicone

-phenolic-vinyl

-phenolic-nylon

-phenolic-

neoprene

Pemilihan bahan perekat ini merupakan keputusan yang perlu dibuat

berdasarkan pemahaman yang lanjut berkenaan bahan yang akan diikat atau

disambung serta ciri-ciri bahan tersebut. Ini penting kerana dalam sektor industri

setiap keputusan yang dibuat sangat kritikal kerana melibatkan kos yang besar.

Begitu juga halnya dalam pemilihan bahan perekat ini. Berdasarkan kajian yang telah

dibuat tiada bahan perekat yang bersifat universal dan juga kriteria ke arah tersebut

(Bikales,1971).

2.3.3 Resin Epoxy

Bahan perekat yang digunakan secara meluas berikutan perkembangan

teknologi ikatan ialah dari jenis resin epoxy. Biasanya ia dihasilkan dari proses

pengkondensasian epichlorohydrin dan biphenol A. Resin epoxy yang likat yang

terutamanya mengandungi epoxide antara 170-300 adalah jenis yang paling berguna.

Ia melakur hasil tendak balas terhadap mangkin yang diletakkan sebelum

penggunaan perekat jenis ini. Ianya dibekalkan sebagai dua komponen iaitu resin dan

juga mangkin.

Pelakuran yang yang berlaku ini tidak meruap yang pada kebiasaannya

dihasilkan oleh produk atau bahan yang ingin diikat. Kesan dari tindakbalas ini,

sambungan akan dihasilkan dari tekanan yang paling minimum untuk

membolehkannya terikat bersama. Ikatan yang terhasil dari penggunaan resin epoxy

memberikan rintangan yang sangat baik terhadap kelesuan, rayapan, haba, lembapan

dan juga pelarut.

Terdapat beberapa jenis mangkin yang digunakan dalan resin jenis ini

termasuklah polamines seperti diethylenetriamine, triethylenetetramine (TETA), m-

phenylenediamine, methylenedianiline dan diamino diphenyl sulfone. Ianya bertindak

sebagai agen pelakur pada suhu bilik. Walaubagaimanapun ia memerlukan suhu yang

tinggi untuk bertindak balas bagi menghasilkan ikatan yang mempunyai rintangan

pada suhu yang tinggi. Boron trfluoride-ethylamine mungkin digunakan untuk

mendapatkan suhu tinggi yang dikehendaki.

Bagi meningkatkan kekuatan bahan perekat ini, ia dicampurkan dengan resin

polysulfide atau polyamide-amines yang dihasilkan dari dimer acid. Antara kegunaan

terpenting bagi pengikatan resin jenis ini ialah ikatan aluminium pada struktur kapal

terbang, tampalan pada pengadang kereta, ikatan pada bot dari jenis polyester atau

kayu serta pada struktur konkrit.

2.4 FRP sebagai elemen penguat

Penguatan luaran (external strengthening) untuk bangunan dan jambatan

dengan penampalan plat keluli telah dipraktikkan dalam industri pembinaan sejak

lebih 20 tahun yang lalu (Keble,1999). Kelemahan utama menggunakan plat keluli

ialah pengaratan keluli dalam zon pelekatan dan berat sendiri setiap plat. Ini

menyebabkan perlunya perlindungan pengaratan dan penyelenggaraan plat berat

yang menyukarkan operasi. Kelemahan ini telah membawa kepada penggunaan

FRP sebagai alternatif kepada plat besi.

Antara pelbagai jenis bahan FRP yang ada, CFRP didapati paling sesuai

untuk aplikasi dalam bidang ini atas kelebihan kekuatan, kekukuhan,

ketahanlasakan, dan ciri-ciri kelesuan, dan mempunyai rintangan tinggi terhadap

pengakisan kimia berbanding jenis FRP yang lain.

Perkembangan teknologi penguatan dan pengukuhan struktur rasuk dengan

bahan FRP di seluruh dunia telah mendapat perhatian para penyelidik. Aplikasi

FRP dalam bidang pembinaan melibatkan tetulang (rod dan grid komposit), pra-

tegasan (tali gentian dan rod komposit), pemuliharaan dan penguatan luaran (bahan

helaian gentian tulen atau pre-preg resin) dan acuan tetap. Penggunaan helaian

FRP semakin banyak digunakan dalam bidang pemuliharaan jambatan di Eropah

dan Amerika Utara (Clarke,1999 ; Darby et.al,1999 ; Keble,1999).

Pelbagai kajian teori dan banyak ujikaji eksperimen telah dilaksanakan di

seluruh dunia untuk memerhatikan kelakuan elemen struktur rasuk bertetulang

yang diperkuat dengan plat CFRP. Saadatmanesh dan Malek (1996) telah

mencadangkan garis panduan rekabentuk untuk rasuk bertetulang konkrit yang

diperkuatkan dalam lenturan dengan plat FRP. Kegagalan plat dan kehancuran

konkrit adalah mod kegagalan utama yang dipertimbangkan dalam pengiraan

kekuatan muktamad rasuk berplat.alkhrdaji dan Nanni (1999) mengulas mengenai

teknik pelekapan FRP pada struktur dan keputusan ujian menunjukkan

keberkesanan FRP dalam menambahkan kekuatan muktamad deck dan pier

jambatan.

Kegagalan tempatan rasuk pada hujung plat dan kopekan plat (debonding)

disebabkan tumpuan tegasan pada retak lenturan juga dipertimbangkan dalam

penyediaan garis panduan ini. Selain itu, perkara yang turut diperhatikan ialah ciri-

ciri kelekapan epoksi dan mod kegagalan lekapan yang bersifat rapuh setelah

kegagalan rasuk dan tetulang memindahkan beban kepada plat penguat. Kopekan

selalunya bermula pada titik kenaan beban dalam rasuk dengan penguat CFRP

tetapi berlaku di hujung plat atau rasuk yang retak.

2.5 Mod Kegagalan

Magnitud bagi perbezaan antara tegasan ricih muktamad dan tegasan ricih

dalam pembentukan rekahan bergantung kepada kepada nisbah jarak ricih kepada

kedalaman a/d. Dalam rasuk yang pendek sebagai contoh (a/d < 2.5), kegagalan

tidak berlaku serta merta selepas pembentukan rekahan selepas dikenakan beban.

Pengagihan tegasan membenarkan rasuk yang pendek ini menanggung beban

tambahan selepas berlakunya perubahan rekahan dan gagal dalam keadaan mulur.

Bagi rasuk jenis panjang (a/d > 2.5), kegagalan berlaku sejurus sahaja

perubahan rekahan dimana tegasan tidak dapat dihantarkan kembali ke tempat

sokongan disebabakan jarak antara beban yang dikenakan dan tempat sokongan

secara realatifnya jauh.

Jenis-jenis kegagalan

Terdapat beberapa jenis kegagalan yang dapat diperhatikan berlaku ke atas

konkrit polimer yang dikenakan beban ke atasnya. Antara kegagalan yang dapat

diperhatikan adalah seperti yang dinyatakan dibawah :

a. Type 1

Kegagalan jenis ini biasanya berlaku

disebabkan oleh rekahan yang berlaku

sepanjang konkrit polimer hasil dari

tindakan tegasan flexural atau pesongan.

b. Type 2

Kegagalan jenis ini pula berlaku disebabkan

rekahan tegasan flexural memanjang

sehingga ke zon mampatan dalam rasuk. Ini

menyebabkan tekanan yang lebih berlaku

dan seterusnya berlakunya kehancuran

(crushing).

c. Type 3

Kegagalan jenis ini berlaku akibat dari

kombinasi rekahan sepanjang konkrit

polimer dan juga kehancuran (crushing)

dalam zon mampatan. Kegagalan jenis ini

berlaku apabila nilai a/d > 2.5.

d. Type 4

Kegagalan jenis ini adalah kegagalan

tetulang rasuk utama di mana

kehancuran(crushing) konkrit polimer

berlaku di sepanjang topang mampatan.

e. Type 5

Kegagalan jenis ini pula adalah sama sperti

yang dinyatakan sebelum ini. Namun

kegagalannya berlaku di mampatan crown.

Rajah 2.6 : Mod kegagalan lazim rasuk diperkuat dengan plat CFRP. (Hollaway,

2001)

2.6 Jenis Pengujian

Kelakuan flexural bagi konkrit polimer

• Pengenalan

Dalam kajian yang dijalankan ini, konkrit polimer yang diperbuat dari

pelbagai jenis resin dikaji untuk melihat kelakuan flexuralnya. Tiga jenis

resin untuk menghasilkan konkrit polimer ini adalah dari jenis poliester serta

dua jenis epoxy dari pengeluar yang berbeza. Parameter yang dikaji

termasuklah peratusan polimer didalam campuran konkrit dan nisbah

penguatnya.

• Penyediaan ujikaji

Penghasilan ujikaji ini dimulakan dengan penghasilan konkrit polimer yang

berdemensi 150 x 150 x 750 mm setiap satunya dan diperkuatkan dengan

tetulang besi. Tiga jenis campuran disediakan bagi setiap campuran resin di

mana nisbah campuran resin adalah 9, 12, 15% daripada jumlah keseluruhan

campuran.

Jadual 2.4 : Rekabentuk campuran konkrit polimer

Rajah 2.7 : Konfigurasi ujikaji

• Perbincangan

Keputusan ujikaji adalah seperti jadual di bawah. Ia menunjukkan purata nilai

untuk tegasan mampatan muktamad (f’c), momen muktamad (Mu) dan juga

terikan mampatan muktamad (εu). Momen muktamad dapat diperolehi

melalui :

di mana, P = beban pada kegagalan

L = jarak rasuk

Terikan mampatan muktamad pula dapat diperolehi melalui tolok terikan

yang dipasang pada bahagian atas rasuk. Modulus koyak (rupture) pula

diperolehi melalui :

Dapat diperhatikan apabila tekanan yang dikenakan menghampiri kepada

modulus koyak, retakan kecil mula terhasil pada permukaan bawah rasuk

antara dua titik bersama dengan satu rakahan utama ditengah-tengah rasuk.

Apabila beban ditingkatkan rekahan akan menuju ke zon mampatan dan

kegagalan akan berlaku. Rasuk dari jenis resin poliester akan menghasilkan

satu bunyi yang kuat apabila gagal.

Jadual 2.5 : Keputusan ujikaji

Ujikaji tegasan ricih bagi konkrit polyester yang diperkuat

• Pengenalan

Kegagalan yang disebabkan oleh tegasan ricih dalam struktur konkrit polimer

yang diperkuat adalah sangat bahaya dan perlu dielakkan semasa proses

merekabentuk sesuatu rasuk (Fowler et. al,1989). Objektif utama ujikaji ini

dijalankan adalah untuk mengira nilai ricihan yang berlaku dan untuk

membangunkan persamaan emperikal ricih bagi menghasilkan rekabentuk

yang lebih berkesan dalam struktur konkrit polimer.

• Penyediaan ujikaji

Rasuk yang dihasilkan dengan menggunakan 2 tetulang besi yang diboltkan

kepada kepingan plywood yang disambung kepada penggetar dengan selamat.

Pesongan menegak bagi rasuk diukur dengan menggunakan transduser linear.

Plexiglass digunakan untuk menyediakan permukaan yang licin kepada

transduser. Terikan tegangan dan mampatan diperolehi tolok terikan berkuasa

elektrik yang dipasang pada rasuk.

Rajah 2.8 : Konfigurasi Ujian

• Jangkaan Keputusan Ujikaji

Ricih yang berlaku dalam rasuk konkrit polimer ini akan menyebabkan

berlakunya tekanan ketegangan didalamnya. Kegagalan akan berlaku

sekiranya tegasannya melebihi nilai kekuatan tegangan bahannya. Masalah

utama dalam menerbitkan persamaan ricih yang tepat untuk konkrit polimer

adalah perbezaan antara rasuk pendek (a/d < 2.5) dan rasuk panjang ( a/d >

2.5). satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan

analisis regresion yang berbeza bagi rasuk pendek dan juga panjang. Maka

persamaan tegasan ricih dapat dperolehi.

(1)

(2)

dimana Vu / bd = tegasan ricih nominal

Ad = faktor penyesuaian

Nilai a1, b1, b2, b3, b4, K1 dan K2 ditentukan melalui analisis

regresion yang berbeza.

Rajah 2.9 : Tegasan ricih dengan menggunakan persamaan 1.

Rajah 2.10 : Tegasan ricih dengan menggunakan persamaan 2.

PENGARUH KEDALAMAN TITIK (NOTCH DEPTH) TERHADAP SIFAT

MEKANIK PATAH

• Pengenalan

Kaedah yang digunakan digunakan dalam menjalankan ujikaji mekanik patah

ini ialah Two Parameter Fracture Model (TPFM) (Carpinteri,1999) dimana

telah mencadangkan bahawa faktor tekanan keamatan kritikal (critical stress

intensity factor), KIc dan perubahan bukaan retak kritikal (critical crack tip

opening displacement), CTODC sebagai parameter kegagalan ini.

• Penyediaan ujikaji

Dalam menjalankan ujikaji lenturan 3 titik ini, mesin kawalan servo gelung

(close-loop servo control machine) digunakan untuk mendapatkan ujikaji

yang stabil. Untuk mendapatkan bacaan CMOD, klip tolok dipasang pada

pada spesimen dan disambung kepada sistem penerimaan data bagi

merekodkan hasil ujikaji.

Rajah 2.11: Konfigurasi ujian.

Keputusan

Jadual 2.6: Keputusan ujikaji bagi kedalaman titik 10mm.

Jadual 2.7 : Keputusan ujikaji bagi kedalaman titik 20mm.

• Perbincangan

Konkrit polimer mempunyai nilai sisihan tenaga patah (fracture energy) Gf,

yang sama apabila kedalaman titik meningkat. Ini berlaku disebabkan

rekahan yang berlaku secara perlahan kerana konkrit polimer tidak

menanggung beban secara sendirian. Fiber akan bertindak untuk untuk

menanggung beban serta menyokong bagi rekahan permulaan. Apabila fiber

tidak lagi mampu untuk menanggungnya lagi maka fiber akan terpecah dan

menyebabkan ia merekah sehingga ke hadnya.

Rajah 2.12 : Graf beban melawan CMOD bagi poliester.

Berdasarkan kepada ujikaji yang dijalankan didapati bahawa saiz spesimen

memainkan peranan yang penting dalam meninbangkan saiz yang sesuai untuk

ujikaji. Namun parameter KIc dan CTODC tidak bergantung kepada saiz. TPFM

model memerlukan persamaan bukan linear tertib keempat untuk mengira jarak

rekahan berkesan seperti yang telah dinyatakan oleh Shah dan Carpinteri(1991).

BAB III

METHODOLOGI

3.1 Pengenalan

Tujuan ujikaji ini dijalankan adalah untuk mencpai objektif yang telah

ditetapkan sebelum ini dalam Bab I. Bagi membolehkan ujikaji ini mencapai

matlamatnya kerja-kerja makmal telah dijalankan untuk membina rasuk yang

berdimensi 150 mm lebar, 150 mm tinggi dan 750 mm panjang. Ianya seterusnya

diperkuatkan dengan plat CFRP yang berdimensi 110 mm lebar, 1.5 tinggi dan 750

panjang. Untuk mendapatkan ciri-ciri optimum dalam penghasilan konkrit polimer,

nisbah campuran poliester kepada pasir ditetapkan kepada 1:12.

3.2 Jenis-jenis lenturan

Dua jenis ujian lenturan (Young et al,1998) yang biasa digunakan adalah

1. Lenturan tiga titik

2. Lenturan empat titik

Rajah 3.1 : Susunan ujian lenturan 4 titik. (Neville et.al, 1983).

3.3 Gambarajah daya ricih dan momen lentur

Berikut merupakan gambarajah daya ricih dan momen lentuk yang diperolehi

hasil dari ujian lenturan tiga titik.

a) Beban

a-a b-b

P

P/2 P/2

C A B

V

P/2

x

b) Taburan momen

M

PL/4

x

c) Daya ricih

Rajah 3.2 : Taburan momen dan daya ricih. (Young et.al, 1998).

3.4 Prosedur ujikaji

Dalam mendapatkan segala data mengenai kekuatan lenterun rasuk dan juga

prestasi plat CFRP sebagai penguat, ujikaji makmal telah dijalankan. Berikut

merupakan ringkasan tentang ujikaji tersebut.

• Komponen yang bakal digunakan dalam pembinaan rasuk seperti bancuhan

poliester dan pasir, acuan dan corak pembebanan direkabentuk.

• Acuan yang dibuatkan dari kayu lapis dihasilkan berdasarkan dimensa rasuk

yang dikehendaki

• Campuran poliester dan pasir yang telah ditimbang beratnya berdasarkan

kepada nisbah campurannya digaul sehingga sebati. Poliester dicampur

dengan pemangkin dari jenis MEKP sebelum dicampur dengan pasir.

• Campuran poliester dan pasir yang telah sebati dituang ke dalam acuan

dengan menggunakan penyeduk. Acuan sebelum itu disapu pada bahagian

dalamnya dengan wax bagi memastikan rasuk yang dihasilkan tidak melekat

pada acuan dan senang untuk dikeluarkan.

• Bagi spesimen yang mempunyai tetulang keluli, ianya diletak ke dalam

acuan setelah campuran poliester dan pasir dituang dan mencapai ketinggian

20 mm.

• Kemudiannya ia dibiarkan menyejuk dan membeku pada pada suhu bilik

selama 2 hari sebelum dikeluarkan dari acuan.

• Epoksi dicampur dengan hardener dan disapu pada permukaan plat dan

konkrit sebelum ditampal bersama dan diawet selama 2 hari.

• Strain gauge telah dipasang pada setiap tetulang keluli sebelum ditanam ke

dalam konkrit. Ia juga dipasang pada plat CFRP.

• Selepas 7 hari, ujian pembebanan lenturan tiga titik dilakukan ke atas rasuk

konkrit polimer.

• Analisis data

3.5 Perincian spesimen

Tiga rasuk direkabentuk berdasarkan kepada dimensi yang dipilih iaitu 70 x

100 x 750 mm bagi menjalankan ujian lenturan di bawah beban tiga titik. Faktor-

faktor penggunaan alat ujian di makmal struktur, kuantiti bahan, ruang kerja yang

ada dan tempoh masa ujikaji yang terhad menjadi pertimbangan dalam memilih saiz

rasuk. Rasuk yang panjang berbanding keratan rasuk dipilih untuk memaksimumkan

kesan lenturan pada rasuk.

Dalam ujian yang dijalankan ini, tiga spesimen disediakan untuk menjalankan

ujian lenturan dibawah beban tiga titik. Spesimen yang pertama adalah rasuk dari

campuran poliester dan juga pasir. Spesimen kedua adalah rasuk dari campuran

poliester dan pasir serta tetulang keluli tertanam di dalamnya. Spesimen yang ketiga

pula adalah rasuk dari campuran poliester dan pasir dimana rod keluli ditanam di

dalamnya serta pada bahagian bawah rasuk ditampal dengan plat CFRP dengan

menggunakan bahan perekat iaitu epoksi. Panjang efektif spesimen adalah 600 mm

dan panjang tambahan sebanyak 75 mm pada kedua-dua hujungnya disediakan untuk

penyokong rasuk.

A

100mm

100 mm

A Keratan A-A

75 mm 200 mm 200 mm 200 mm 75 mm

a) Rasuk konkrit polimer.

A

100mm

100 mm

A Keratan A-A

75 mm 200 mm 200 mm 200 mm 75 mm Diameter rod besi = 12mm

Panjang rod besi = 850 mm

b) Rasuk konkrit polimer dengan rod besi tertanam di dalamnya.

A

100

mm

100 mm

A Keratan A-A

75 mm 200 mm 200 mm 200 mm 75 mm Tebal CFRP = 0.5 mm

c) Rasuk konkrit polimer dengan plat CFRP ditampal dibawah permukaan

rasuk.

70 mm 100 mm

20 mm

d) Ukuran bagi pemasangan rod besi di dalam konkrit polimer

3.6 Kerja makmal

Semua penyediaan spesimen dilakukan di makmal komposit, Fakulti

Kejuruteraan Mekanikal. Bahan untuk menghasilkan spesimen di perolehi dari

makmal komposit serta makmal struktur, Fakulti Kejuruteraan Awam.

Manakala semua ujian akan dilakukan di makmal pepejal, dimana satu kertas

kerja Cadangan Pelaksanaaan Makmal dikemukan kepada semua pihak

sebelum kerja-kerja makmal dilaksanakan.

3.6.1 Penyediaan acuan

Untuk menghasilkan tiga rasuk, maka tiga acuan kayu digunakan bagi

membentuk setiap rasuk di mana setiap satunya digunakan hanya sekali. Acuan

yang dihasilkan ini menggunakan papan lapis mengikut dimensi rasuk yang

telah ditetapkan. Acuan dari paip PVC juga dihasilkan untuk menguji nisbah

campuran terbaik pasir dan poliester bagi konkrit polimer. Paip ini dilekatkan

pada papan lapis dengan menggunakan plastesin bagi mengelakkan

kemungkinan campuran akan keluar melalui permukaan bawah paip yang

diletakkan di atas papan lapis.

Pada permukaan dalam acuan kayu dan paip, ia di sapu dengan sejenis

agen pelepas (wax) yang bersifat seperti lilin bagi mengelakkan konkrit polimer

akan melekat pada permukaan acuan serta bagi memudahkan kerja-kerja untuk

mengeluarkan rasuk dari acuan apabila ia telah mengeras.

Rajah 3.3 : Acuan kayu yang telah siap dihasilkan.

Rajah 3.4 : Acuan dari paip PVC untuk mendapatkan nisbah campuran terbaik.

3.6.2 Penyediaan spesimen rasuk

Penghasilan spesimen rasuk konkrit polimer ini adalah berdasarkan

kepada kajian literatur yang telah dilakukan dengan merujuk kepada jurnal-

jurnal serta buku yang berkaitan. Campuran konkrit polimer dihasilkan

berdasarkan kepada jurnal “Flexural Behaviour of Polymer Concrete” ( Abdel-

Fatah et.al, 1999 ).

Dalam penyediaan spesimen ini, jumlah isipadu campuran yang

diperlukan dikira dengan menjumlahkan kesemua isipadu spesimen. Ini

bertujuan untuk menyediakan bahan yang secukupnya bagi mengelakkan bahan

tidak mencukupi semasa kerja-kerja untuk menghasilkan spesimen. Ini kerana

sekiranya beraku hal yang dinyatakan tadi, spesimen yang dihasilkan akan

terbentuk lapisan disebabkan sifatnya yang cepat mengeras dan seterusnya

merosakkan rekabentuk spesimen.

3.6.2.1 Rekabentuk campuran konkrit

Setelah nisbah-nisbah campuran pasir dan poliester diperolehi maka

proses menentukan nisbah campuran terbaik dilakukan dengan

menghasikannya dalam bentuk kiub kecil yang dituang ke dalam acuan paip

yang telah disediakan. Faktor kebolehkerjaan adalah salah satu faktor

terpenting yang dipertimbangkan dalam pemilihan nisbah campuran ini. Ini

kerana ia akan memudahkan pengendalian semasa penghasilan konkrit polimer

kerana sifat cepat mengeras yang dimilki oleh konkrit polimer.

Hasil dari proses penghasilan kiub-kiub konkrit polimer ini, ia

menunjukkan bahawa nisbah campuaran poliester kepada pasir yang terbaik

adalah 1:4. Campuran ini menunjukkan pasir dapat diikat dengan sempurna

dan pengerasan berlaku sepenuhnya.

Rajah 3.5 : Nisbah campuran konkrit polimer yang berbeza dihasilkan.

Rajah 3.6 : Konkrit polimer dengan nisbah campuran berbeza.

3.6.2.2 Rekabentuk tetulang keluli

Tetulang keluli yang digunakan adalah bertujuan untuk menambah

kekuatan tegangan serta mampatan bagi rasuk. Tetulang keluli yang digunakan

adalah sama seperti spesifikasi yang digunakan dalam konkrit simen Portland.

Kesemua tetulang keluli yang digunakan dipotong dengan

menggunakan pemotong elektrik. Pembengkokan pada kedua-dua hujungnya

dilakukan secara manual dengan menggunakan pembengkok. Tetulang keluli

berdiameter 12 mm digunakan untuk sebagai tetulang utama. Perincian sifat

tetulang keluli adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3.1.

Ciri-ciri

Tetulang utama T12

( 12 mm)

Kekuatan alah (N/mm2)

369

Kekuatan muktamad (N/mm2)

533

Modulus Young (N/mm2)

135492

Jadual 3.1 : Ciri-ciri mekanikal tetulang utama.

Tetulang keluli ini akan dipasangkan dengan tolok terikan (strain

gauge) bagi mendapatkan nilai terikannya apabila beban dikenakan ke atas

rasuk. Penyediaan permukaan merupakan langkah yang penting sebelum tolok

terikan dipasang bagi mendapatkan nilai bacaan yang tepat. Teknik

pemasangannya pada tetulang telah disyorkan dalam risalah keluaran

Measurements Group (1995) seperti berikut:

i. Kawasan 50 mm di sepanjang lokasi pengukur pada keluli dibersihkan

dengan penaggal gris.

ii. Seluruh lilitan tetulang diratakan dengan grinder.

iii. Permukaan keluli dikasar-basah (wet abrade) dengan Conditioner dan

kertas pengasar silicon carbide.

iv. Lokasi pengukur diplotkan dan dibasuh dengan Conditioner dan

Neutralizer dengan kapas.

v. Bahan gam jenis M-Bond digunakan untuk melekatkan pengukur

terikan pada keluli dan dibiarkan ke suhu bilik selama 6 jam.

vi. Satu lapisan bitumen digunakan untuk melindungi alat pengukur.

Rajah 3.7 : Strain gauge yang telah dipasang pada tetulang keluli

3.6.3 Penuangan konkrit

Proses penuangan konkrit dimulakan dengan membancuh kesemua

bahan yang diperlukan seperti yang telah ditentukan dalam rekabentuk. Setiap

bahan ditimbang sebelum dibancuh bersama.

Bancuhan konkrit dilakukan tanpa menggunakan mesin pembancuh

simen di mana ia digaul dengan menggunakan penyedok besi. Hal ini terpaksa

dilakukan kerana ketiadaan mixer yang disediakan khas untuk konkrit polimer

disebabkan ia adalah sesuatu yang baru dalam industri pembinaan di negara ini.

Oleh kerana bancuhan terpaksa digaul menggunakan penyedok besi, maka

bancuhan yang berasingan terpaksa dilakukan berulang-ulang. Ini bertujuan

untuk memastikan pasir telah tergaul sepenuhnya dengan poliester bagi

membolehkan ikatan yang kuat terhasil.

Sebelum poliester dicampur bersama dengan pasir, ia terlebih dahulu

dicampur dengan pemangkin iaitu MEKP. Berat pemangkin yang dicampur

adalah 5% dari berat poliester bagi setiap bancuhan. Campuran poliester dan

pemangkin ini digaul selama 3 minit sebelum digaul bersama dengan pasir.

Tujuan pemangkin digunakan adalah untuk menghasilkan tindakbalas terhadap

poliester untuk menjadikannya sebagai bahan pengikat kepada pasir.

Setelah bancuhan telah digaul sebati, bancuhan dimasukkan ke dalam

acuan. Proses ini perlu dilakukan dengan pantas kerana campuran pasir dan

poliester cepat mengeras. Bagi rasuk yang mempunyai tetulang keluli di

dalamnya, bancuhan akan dimampatkan di dalam acuan setinggi 20 mm

sebelum tetulang keluli di masukkan. Kemudiannya bancuhan di masukkan

sehingga tetulang keluli tenggelam sepenuhnya sebelum di mampatkan.

Acuan kemudiannya dijemur selama 1 hari sebelum rasuk dikeluarkan

dari acuan. Rasuk yang telah dikeluarkan dibiarkan selam 3 hari sebelum ujian

dilakukan ke atasnya.

Rajah 3.8 hingga Rajah 3.12 menunjukkan langkah-langkah

pengkonkritan sehingga rasuk dikeluarkan dari acuan.

Rajah 3.8 : Campuran pasir dan poliester yang telah sebati

Rajah 3.9 : Tetulang keluli di letakkan sebelum di tanam dalam bancuhan

Rajah 3.10 : Acuan dimampatkan

Rajah 3.11 : Acuan yang telah siap dan dijemur.

Rajah 3.12 : Rasuk yang telah mengeras dan dikeluarkan dari acuan.

3.6.4 Penampalan CFRP

CFRP yang digunakan dalam kajian ini adalah Unidirectional

Sika®CarboDur® CFRP Pultruded Plate Type S512. CFRP yang dipasang

pada rasuk adalah sebagai penguat dan ditampal pada bahagian bawah rasuk. Ia

berdimensa 50 mm lebar, 1.5 mm tebal dan 500 mm. Manakala CFRP yang

berfungsi sebagai rantaian untuk mengambil beban ricih di balut mengelilingi

rasuk berjarak 100 mm antara satu sama lain dan dipasang sepanjang rasuk dari

jarak penyokong beban. Ia berdimensa 50 mm lebar, 1.5 mm tebal dan 400 mm

panjang. Jadual 3.2 menunjukkan sifat-sifat bagi CFRP yang digunakan

bersumberkan kepada risalah spesifikasi produk Sika Sdn Bhd.

Kekuatan

tegangan

muktamad

(MPa)

Modulus

tegangan

(GPa)

Terikan

Maksimum

(%)

Tebal

(mm)

4,070 230.5 1.77 0.167

Jadual 3.2 : Sifat-sifat Sika®CarboDur® CFRP Pultruded Plate Type S512

Bahan pelekat yang digunakan adalah dari jenis epoksi iaitu Sikadur-

30 two-parts adhesive system. Epoksi ini terdiri dari dua komponen utama iaitu

komponen A (epoksi) dan komponen B (hardener) yang disimpan dalam bekas

yang berlainan. Nisbah campuran dua komponen ini ialah 3:1 dan tempoh

kebolehkerjaan adalah lebih kurang 20 minit di mana campuran epoksi mula

mengeras dan tempoh awetan bermula. Ciri-ciri bahan pelekat Sikadur-30 two-

parts adhesive system yang disediakan dalam risalah spesifikasi produk Sika

Sdn Bhd adalah seperti dalam Jadual 3.3.

Kekuatan mampatan (N/mm2)

Kekuatan tegangan (N/mm2)

Kekuatan

ricih (N/mm2)

Kekuatan

ikatan (N/mm2)

Modulus Young, E (N/mm2)

80

28

18

> 2

12,800

Jadual 3.3 : Sifat mekanikal Sikadur-30 two-parts adhesive system

Sebelum penampalan CFRP dilakukan ke atas rasuk, permukaan

konkrit perlu dibersihkan bagi mengelakkan terdapatnya kotoran seperti habuk

dan minyak. Ini bertujuan untuk mengelakkan daripada keupaan tampalan

terjejas.

Proses penampalan dimulakan dengan mencampur kedua-dua

komponen A dan B dalam sebuah bekas plastik. Campuran ini digaulkan

sehingga sebati. Kemudiannya epoksi ini disapu pada permukaan CFRP dengan

menggunakan berus.CFRP yang telah disapu dengan epoksi ditampal pada

rasuk sebelum epoksi disapu pada bahagian sebelahnya. Begitu juga halnya

dengan rantaian. CFRP seterusnya ditekan dengan perlahan di atas konkrit

dengan menggunakan roda. Tujuannya adalah untuk memastikan epoksi

menyerap sepenuhnya kedalam CFRP dan juga mengeluarkan gelembung udara

yang mungkin terperangkap. Akhir sekali ia dibiarkan kering selama 7 hari

sebelum dilakukan ujian pembebanan tiga titik.

Rajah 3.13 : Penggelek ditekan pada CFRP untuk mengeluarkan udara

terperangkap.

Rajah 3.14 : CFRP yang telah siap dipasang pada rasuk

Rajah 3.15 : CFRP yang dipasang sebagai rantaian ( link ).

3.6.5 Instrumentasi

Parameter-parameter yang penting perlu diukur bagi tujuan

pembandingan kelakuan rasuk-rasuk yang dihasilkan. Rasuk ini perlu dipasang

dengan peralatan untuk mengukur sebarang perubahan parameter yang penting.

Parameter yang diukur dan peralatan yang digunakan serta koefisiennya

disenaraikan dalam Jadual 3.3.

Parameter

Instrumentasi

Faktor Kecekapan

Pesongan di tengah rasuk LVDT, data logger 500

Terikan tetulang keluli Steel strain gauge, data logger 0.987

Terikan CFRP FRP strain gauge, data logger 0.957

Baban Load cell, data logger -

Pesongan pada bahagian tengah rasuk diperolehi dengan meletakkan

alat LVDT pada bahagian bawah rasuk. Anjakan menegak pada LVDT diambil

sebagai pesongan dan bacaannya dipaparkan pada data logger setelah

disambungkan. Terikan tetulang keluli dan CFRP juga dapat diperolehi dari

strain gauge yang disambung kepada data logger untuk tujuan paparan data.

Oleh kerana ujian pembebanan tiga titik dilakukan dengan menggunakan

peralatan hydraulic jack, maka load cell digunakan bagi mendapatkan bacaan

beban yang bertindak dengan lebih tepat.

Rajah 3.16 hingga Rajah 3.18 menunjukkan instrumen yang

digunakan bagi tujuan mendapatkan parameter yang penting.

Rajah 3.16 : Load cell yang dipasang pada hydraulic jack.

Rajah 3.17 : LVDT dipasang pada tengah rasuk untuk mendapatkan pesongan.

Rajah 3.18 : Data logger digunakan untuk memaparkan bacaan parameter.

3.7 Ujian makmal

Rasuk yang akan diuji diletakkan pada peralatan hydraulic jack untuk

tujuan pembebanan tiga titik. Pada kedua-dua hujung rasuk diletakkan

penyokong berjarak 600 mm yang diperbuat dari besi keluli. Load cell, strain

gauge dan LVDT di sambung pada data logger untuk paparan bacaan.

Seterusnya beban ditambah secara seragam pada rasuk sehingga ia

gagal. Ujian pembebanan tiga titik ini amat bersesuaian untuk menguji

kelakuan rasuk konkrit polimer. Ini kerana rasuk amat kritikal semasa

menanggung beban dan memerlukan pesongan yang amat besar bagi mengesan

keretakan awal yang mampu untuk menyelamatkan nyawa pengguna.

Kelemahan yang paling ketara pada alat ini adalah bacaan

pembebanan yang dikenakan tidak tepat. Penggunaan load cell merupakan

langkah terbaik untuk mengatasi masalah ini.

Rajah 3.19 : Rasuk yang diletakkan pada hydraulic jack untuk ujian

pembebanan tiga titik

3.8 Analisis data

Semua maklumat dan data yang diperolehi dari ujikaji dianalisis

dalam bentuk graf beban-pesongan untuk melihat sifat kekakuannya (stiffness)

serta graf beban-terikan untuk melihat pengaruh tetulang keluli serta CFRP

terhadap kelakuan pesongan dan kekuatannya.

Keputusan yang diperolehi akan digunakan untuk membuat

kesimpulan dan cadangan berkaitan ujikaji yang dijalankan.

BAB IV

KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

4.1 Pengenalan

Dalam bahagian ini akan dibincangkan keputusan yang diperolehi dari ujian

lenturan tiga titik yang telah dilakukan ke atas rasuk-rasuk konkrit polimer bagi

mengetahui keupayaan lenturannya.

Perbincangan turut terarah kepada analisis perbandingan teknikal antara

rasuk-rasuk konkrit polimer yang diperkuat dengan rasuk yang tidak diperkuat

dengan sebarang elemen penguat. Rasuk kawalan akan dilebelkan sebagai Rasuk 1,

rasuk bertetulang keluli dilabelkan sebagai Rasuk 2 dan rasuk bertetulang keluli

diperkuatkan dengan CFRP akan dilabelkan sebagai Rasuk 3.

Spesimen ujian mempunyai kriteria seperti yang tercatat dalam rekabentuk

rasuk yang telah diterangkan sebelum ini dalam Bab 3. Tujuan utama perbandingan

ini adalah bertujuan untuk mengenal pasti kelakuan rasuk konkrit polimer di bawah

pengaruh beban lenturan. Ia juga bertujuan untuk melihat kesan kehadiran eleman

penguat seperti tetulang keluli serta CFRP ke atas rasuk konkrit polimer tersebut.

4.2 Analisis Daya Ricih dan Momen Lentur

Bagi rasuk yang dikenakan ujikaji pembebanan tiga titik, dapat diperhatikan

momen lentur maksimumnya berlaku pada bahagian tengah rasuk iaitu pada titik

beban dikenakan. Tujuan utama analisis ini dilakukan adalah untuk mendapatkan

nilai tegasan lenturan maksimum yang bertindak ke atas rasuk konkrit polimer ini.

Rajah 4.1 : Gambar rajah badan bebas menunjukkan rasuk ditindaki oleh sistem

bebanan tiga titik.

Rajah 4.1 menunjukkan daya luar yang bertindak ke atas rasuk apabila

dikenakan pembebanan tiga titik.

Persamaan daya ricih dan momen lentur bagi keratan a-a

Untuk bahagian AB iaitu rasuk dipotong pada keratan a-a berjarak x dari A,

0 < x < 300

+↑∑F = 0; P/2 - V = 0; V = P/2 (1)

+ ∑M = 0; (P/2)(x) – M = 0; M = Px/2 (2)

300 mm 300 mm

a-a b-b

P

P/2 P/2

C A B

x

P/2

a-a

V

M

Persamaan daya ricih dan momen lentur bagi keratan b-b

Untuk bahagian BC iaitu rasuk dipotong pada keratan b-b di mana

300 mm< x < 600mm

+↑∑F = 0; P/2 – P – V = 0; V = -P/2 (3)

+ ∑M = 0; (Px/2) – P(x – 300) –M = 0 M = 300P – Px/2

@

M = 0.3P – Px/2 (4)

Menggunakan persamaan (1) hingga (4) gambarajah momen lentur dan daya

ricih dapat dihasilkan.

V

P/2

x

M

PL/4

x

b-b

P/2

P

V

M

300

Dalam ujikaji yang telah dijalankan, CFRP dilekatkan pada bahagian bawah

permukaan rasuk untuk memberikan rentangan regangan kepada rasuk. Ia dilekatkan

dengan menggunakan pelekat epoksi. CFRP amat berguna kepada prestasi lesu bagi

rasuk, di mana ia akan mengurangkan kelebaran retak dan meningkatkan

penambahan bilang retak sebelum ia gagal. (Inoue et al,1995).

Beberapa anggapan telah dibuat sebelum spesimen dihasilkan dan juga

pembebanan dilakukan. Antaranya adalah :

• Bahagian permukaan satah dianggap tidak berubah selepas dikenakan beban

lentur.

• Ikatan antara tetulang keluli dan CFRP dengan konkrit dianggap sempurna.

• Tegasan ricih tidak diambil kira.

Kelakuan lenturan bagi rasuk dalam ujikaji ini akan dikaji berdasarkan

kepada

beban maksimum yang mampu ditanggung oleh rasuk sebelum ia mengalami retak,

pesongan rasuk,kebolehkhidmatan, terikan bagi komponen tetulang keluli dan CFRP

dan juga jenis retak yang terhasil akibat pembebanan beban lenturan.

4.3 Pesongan rasuk

Pesongan rasuk adalah salah satu dari sifat kemuluran yang dimiliki oleh

sesuatu bahan dan ia juga adalah sifat terpenting bagi rasuk. Ini kerana rasuk perlu

menaggung beban sehingga menghampiri beban muktamadnya bagi membolehkan

rasuk dapat memberikan tanda-tanda kegagalan yang akan berlaku.

Ia menunjukkan fenomena di mana kebolehan rasuk untuk menanggung ubah

bentuk maksimum atau pesongan sehingga menghampiri ke kekuatan maktamad.

Pesongan yang berlebihan akan menyebabkan retak berlaku pada permukaan rasuk

yang seterusnya akan merambat dan menyebabkan ia gagal. Kaedah yang biasa

digunakan untuk menentukan pesongan adalah pesongan yang terhasil akibat

pembebanan beban lentur mestilah tidak melebihi jara rentang dibahagi 360 in

(Pesongan Maksimum = L / 360 ). Pesongan rasuk ini biasanya dipengaruhi oleh

beberapa faktor antaranya :

a) magnitud dan jenis pembebanan

b) jarak rentang (span) rasuk

c) sifat bahan atau modulus keanjalan (E)

d) jenis rasuk (rasuk disokong mudah, rasuk julur, rasuk tergantung atau rasuk

berterusan)

Rajah 4.2 menunjukkan perbandingan pesongan bagi ketiga-tiga rasuk

apabila dikenakan beban lenturan. Dapat diperhatikan bahawa Rasuk 3 mampu untuk

menanggung beban lenturan yang lebih tinggi berbanding Rasuk 1 dan juga Rasuk 2.

Rasuk 3 ini mampu meningkatkan beban lenturan sehingga 60% dari rasuk kawalan.

Ini kerana dengan kehadiran tetulang keluli ia telah menambahkan kekuatan

tegangan dan kemuluran bahan serta plat CFRP telah menyebabkan kekuatannya

meningkat sehingga melebihi dua kali ganda dari rasuk kawalan. Rasuk 1

menunjukkan pesongan paling minimum di sebabkan sifat rapuh yang ditunjukkan

oleh konkrit polimer tersebut.

Bagi rasuk kawalan, ia mengalami alah pada beban 20 kN serta pesongan

maksimumnya adalah 3.4 mm. Ia menunjukkan bahawa kekuatan alah bagi konkrit

polimer ini jauh lebih tinggi dari kekuatan alah bagi konkrit jenis Portland. Namun

demikian gayalaku alah bagi konkrit polimer ini menunjukkan sifat-sifat yang sangat

rapuh. Walaupun ia mampu menanggung beban yang tinggi, pada masa yang sama ia

turut akan mengalami alah atau patah secara tiba-tiba tanpa berlakunya retak yang

seterusnya akan merambat dan menyebabkan patah berlaku. Hal ini menyebabkan

tiada ubah bentuk elastik mahu pun plastik berlaku ke atas rasuk. Bagi rasuk konkrit

polimer tanpa bahan penguat tambahan ia akan sentiasa menghasilkan pesongan

yang linear dengan pertambahan beban dimana kegagalan rapuh akan berlaku apabila

ia telah mencapai beban maksimum (Abdel-Fattah,1999).

Rajah 4.2 : Graf daya melawan pesongan

Keputusan dari ujikaji bagi Rasuk 2 menunjukkan bahawa pesongannya

adalah berkadar terus dengan beban lentur yang dikenakan dengan nilai

kecerunannya yang semakin berkurang. Bagi rasuk yang diperkuat tetulang besi ini

ia mengalami alah pada 35 kN dan nilai pesongan maksimumnya adalah 6.12 mm.

Kecerunan yang semakin berkurang menunjukkan bahawa dengan kehadiran tetulang

besi ia telah memperbaiki sifat rapuh yang dimiliki oleh konkrit polimer

menjadikannya lebih mulur. Ini dapat diperhatikan dengan nilai pesongan

maksimumnya yang tinggi dimana selepas beban melebihi 20 kN pesongan rasuk

bertambah secara eksponential.

Rasuk 3 pula menunjukkan, pesongan adalah berkadar terus dengan

pertambahan beban yang dikenakan terhadap rasuk. Kadar pertambahannya adalah

sebanyak 12.29 mm di mana pesongan maksimum yang mampu dicapai oleh Rasuk 3

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8

Pesongan (mm)

Day

a (k

N)

Rasuk 1Rasuk 2Rasuk 3

ialah 3.9 mm. Rasuk ini mampu untuk menanggung beban maksimum sebanyak

47.94 kN sebelum berlakunya retak yang mendorong kepada kegagalan rasuk ini.

Rasuk ini menunjukkan dengan kehadiran CFRP, ia telah dapat meningkatkan

kekuatan rasuk itu sendiri berbanding dengan rasuk kawalan mahupun rasuk

bertetulang besi. Kehadiran CFRP ini akan memperlambatkan pembentukan retak

disebabkan oleh kesan rintangannya dimana ikatan yang sempurna antara permukaan

rasuk dengan CFRP akan menghalang pembentukankannya. Kesan yang terhasil ini

juga dikenali dengan kesan daya antara muka.

Walaubagaimanapun akibat kehadiran CFRP ini ia telah mengurangkan sifat

kemuluran rasuk yang diperolehi dengan kehadiran tetulang besi di dalamnya tetapi

pada masa yang sama telah meningkatkan sifat kekakuan rasuk. Pada beban 25 kN

dapat diperhatikan berlaku satu lengkok pada graf di atas. Hal ini berlaku disebabkan

CFRP yang dilekatkan pada rasuk telah mengalami penyahikatan dan menyebabkan

pesongannya bertambah secara mengejut sebelum kembali ke keadaan asal.

Dapat diperhatikan dengan jelas bahawa kemuluran bagi rasuk sangat

mempengaruhi kelakuan lenturan bagi rasuk konkrit polimer yang dihasilkan.

Pesongan yang dialami oleh konkrit polimer ini menunjukkan sifat kemuluran yang

jauh lebih tinggi dari konkrit simen jenis Portland yang digunakan pada hari ini. Ia

amat penting kerana bagi rekabentuk rasuk konkrit, ia mestilah mampu untuk

melentur atau mengalami pesongan sehingga ke nilai menghampiri beban maksimum

yang ditanggung.

Pesongan yang lebih besar memberi kesan yang lebih baik kerana tanda-tanda

rasuk gagal akan kelihatan lebih jelas serta mampu melengahkan masa kegagalan

rasuk untuk mengambil langkah-langkah keselamatan. Kesan pesongan antara lain

berkepentingan dalam mempertimbangkan penentuan sifat kekenyalan lenturan rasuk

konkrit polimer.

\

0

0.51

1.52

2.53

3.54

4.5

55.5

66.5

77.5

8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5Pesongan (mm)

Mom

en (k

N.m

)

Rasuk 1Rasuk 2Rasuk 3

4.4 Kebolehkhidmatan

Kebolehkhidmatan merupakan keupayaan rasuk untuk tidakmengalami

kegagalan dan mampu untuk menanggung beban yang dikenakan. Ia ditentukan

dengan membandingkan beban yang ditanggung oleh rasuk berdasarkan kepada

pesongan yang sama pada jarak tengah yang ditanggung oleh rasuk kawalan pada

0.497 kN.m (IS:456-1978)

Rajah 4.3 : Graf momen melawan pesongan

Berdasarkan Rajah 4.3, didapati bahawa kebolehkhidmatan bagi Rasuk 2

adalah pada 0.6 kNm. Ini menunjukkan dengan penambahan tetulang besi ia

meningkatkan kekuatan pesongan rasuk yang ketara berbanding rasuk kawalan di

mana kebolehkhidmatannya adalah pada 0.5 kNm. Sekiranya tetulang keluli yang

sama ditambah kepada rasuk simen biasa, kapasitinya akan meningkat dengan ketara.

0

10

20

30

40

50

60

0 2000 4000 6000 8000

Terikan

Day

a (k

N)

Tetulang Rasuk 2Tetulang Rasuk 3Plat CFRP

Kebolehkhidmatan Rasuk 3 adalah pada 1.1 kNm dan merupakan yang

tertinggi bagi rasuk-rasuk yang diuji. Ini menunjukkan dengan kehadiran CFRP yang

ditampal pada permukaan rasuk ia meningkatkkan kekuatan lenturan rasuk dan

seterusnya berupaya untuk menanggung beban yang lebih besar sekiranya

diaplikasikan pada struktur utama.

4.5 Kesan elemen penguat

Elemen penguat dalam ujikaji yang dijalankan ini adalah tetulang keluli dan

juga CFRP. Elemen penguat memainkan peranan yang penting dalam membaiki

sifat-sifat mekanikal bagi rasuk untuk mendapatkan rasuk yang berkekuatan tinggi

dan mampu menghasilkan pesongan sehingga menghampiri beban maksimum atau

alah. Kesan elemen penguat ini akan dilihat dari segi terikan ke atas tetulang keluli

dan juga CFRP.

( μ ε )

Rajah 4.4 : Graf daya melawan terikan

Dalam Rajah 4.4 menunjukkan perbandingan antara terikan terikan tetulang

dalam Rasuk 2 dan Rasuk 3 serta terikan CFRP pada Rasuk 3. Pada beban 20 kN,

didapati tetulang pada Rasuk 2 memanjang ke tahap maksimum sebelum ia gagal.

Bagi Rasuk 3 pula didapati pada ketika itu tetulang k