Prosiding Pertemuan don Presentasi I/miahP3TM-BATAN~akarta 14 -15 ~999116 Buku I

RANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGIDENGAN MENGGUNAKAN AGREGA T KASAR BARITSEBAGI PENAHAN RADIASI

Essy Ariyuni, Elly Tjahjono, Bisanto KadarismanStal Jurusan Sipi/. FT -UISuyatiPSPKRdanKL. BArAN

ABSTRAKRANCANG CAMPURAN BETON KERAPATAN TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN AGREGAT KASARBAR/T SEBAGI PENAHAN RADIASI Beton sudah lama diketahui sebagai bahan bangunan yang mudahdilaksanakan baik secara pracetak maupun dikerjakan di tempat, untuk struktur bangunan sipil maupununtuk konstruksi khusus lainnya. Beton normal adalah beton yang terbuat dari campuran bahan semen, pasiralam, batu pecah don air yang menghasilkan beton dengan kerapatan sekitar 2200 kg/mJ. Bahan ini jikadipakai sebagai bahan lapisan penahan radiasi maka akan diperlukan ketebalan yang cukup besar sehinggaakan menimbulkan volume bangunan yang lebih besar. Timbul pemikiran untuk menggunakan batuan alamvulkanik barit yang mempunyai berat jenis lebih tinggi sehingga kerapatan beton yang terbuat dari batuanbarit akan lebih tinggi dan lebih mampu untuk menahan radiasi. Di dalam penelitian ini dilakukanpercobaan untuk membuat campuran beton barit sebagai penahan radiasi dengan menggunakan barit lokaldon barit impor. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi kerapatan beton akan semakinmampu untuk menyerap radiasi don hal ini dicapai dengan menggunakan batuan barit sebagai agregatkasarnya.

ABSTRACTMIX-DESIGN OF HIGH DENSITY CONCRETE USING COARSE AGGREGATES BAR/T FOR RADIATIONSHIELDING. Concrete is already well known material used for building construction because of its ease tocast either in site or fabricated and it is usually usedfor civil engineering structures or other special buildingconstruction. Concrete is normally made of mixed composition of cement, fine aggregates, coarse aggregatesand water which produce about 2200 kg/mJ density of hard concrete. This type of ordinary concrete may beused as radiation shielding and it may normally arise to a very big size of structures. The idea of usingnatural volcanic stone baryte is to reduce the size of structures because the unit weight of baryte is muchheavier than ordinary natural stone, therefore the density of baryted concrete is also much highe~. Then itcome out to better ability in retaining radiation. This research is trying to analyze composition of barytedconcrete using local baryte and imported baryte and the result shows that the ability ofretaining radiation isincrease as the density raise higher.

PENDAHULUAN

B eton barit belum banyak dikenal di Indonesiakarena selain bahan barit merupakan bahan

alam yang relatif sukar diperoleh, struktur bangunanyang dikhususkan sebagai penahan radiasi jugajarang ditemui. Namun sejalan dengan kemajuanteknologi terutama teknologi kedokteran denganmemakai nuklir clan bioteknologi lainnya, makasangat diperlukan bangunan yang aman bagipemakainya terutama bagi lingkungan sekitarnyaterutama sebagai penangkal terhadap bahaya radiasi.

Beton barit adalah salah satu pilihan sebagaibahan pelapis struktur yang diperuntukkan sebagaipenahan terhadap bahaya radiasi karena berat jenisbatuan barit jauh lebih tinggi dari pada batuan biasa.Diharapkan dengan dengan membuat betonkerapatan tinggi akan lebih meningkatkan dayapenyerapan terhadap radiasi.

TEORI DASAR BETON

Beton adalah bahan bangunan yang terbuatdari campuran semen, agregat halus pasir alam,agregat kasar barn alam pecah, dan air yang proporsicampurannya dibuat sedemikian rupa sehinggadapat menghasilkan mutu yang dikehendaki danmemenuhi persyaratan untuk dipakai dalampembuatan konstruksi bangunan. Mutu betunstruktural sesuai dengan persyaratan SNI T -15-03-1991 adalah mutu kuat tekan fc' > 20 MPa dan untukkeperluan struktur bangunan yang lebih khususpersyaratan mutunya diatur berdasarkan standaryang berlaku. Mutu kuat tekanuntuk bangunanpenahan radiasi adalah fe' > 30 Ma. Pacta dasarnyabeton adalah material yang dianggap tidak kuatmenahan beban tarik sehingga semua beban tarikdilimpahkan ke penulangan baja. Untuk beton yangsifatnya non struktural penulangan baja diperlukanuntuk penahan susut dan retak dan biasanya hanyadipasang penulangan praktis. Untuk beton yangfungsinya digunakan sebagai penahan radiasi,

Essy Ariyuni, dkk.--

ISSN 0216-3128.

".Prosiding Pertemuan don Presentasi /lmiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999 Buku I 17

tambahan yang digunakan, cara pencampuran,pengetesan beton basah, cara pengecoran, caraperawatan, uji mutu beton keras serta kondisilingkungannya. Faktor perbandingan air/semenadalah salah satu variabel yang sangat berpengaruhpada basil mutu tekan beton yang dibuat.

TAT A KERJA PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium BetonJurusan Sipil FTUI meliputi :

Uji terhadap material dasar pembuat betonyang terdiri atas uji bahan semen, uji bahan agregathalus, uji bahan agregat kasar, uji mutu air dapatdilihat pada Tabel 1. Uji material didasarkan padaStandar ASTM Vol 04-02

biasanya memerlukan ketebalan yang cukup besarsehingga ukuran struktur akan menjadi lebih besar.Hal ini dipandang tidak ekonomis. Dengan memakaibeton kerapatan tinggi maka ketebalan strukturpenahan radiasi diharapkan akan dapat berkurangsesuai dengan standar radiasi yang dianggap cukupaman bagi lingkungan pemakainya.

..Dengan memakal beton mutu fo > 30 MPa.Struktur beton penahan radiasi biasanya hanyamemerlukan penulangan praktis sebagai persyaratanstruktur beton yang dibangun, namun untukmendapatkan mutu dan kerapatan yang memenuhipersyaratan standar beberapa hal yang hamsdiperhatikan adalah : material dasar pembuat betonharus diseleksi berdasarkan uji mutu material yangterstandar, komposisi campuran beton, bahan

Tabell. Daftar uji material pembuat beton

Perhitungan rancang campuran, campuran percobaan dan uji beton basah

Untuk menghasilkan mutu beton dengan kuat Tipe IV: Beton Barit Import + Pasir Barit Import +tekan > 30 MPa dilakukan analisis berdasarkan SNI Pasir BesiT-15 .03-91 dan dilakukan koreksi berdasarkan ACI Tipe V : Beton Normal terbuat dari barn pecah-349 -90. Tangerang + pasir Cimangkok

Campuran percobaan terdiri atas 5 tipe yaitu : Dari basil perhitungan rancang campuranTipe I : Beton Barit Lokal + Pasir Barit Lokal beton yang akan dibuat dilakukan percobaanTipe II : Beton Barit Lokal + Pasir Merapi + Pasir pencampuran dengan alat pengaduk beton danBesi sebelum dicetak dilakukan uji slump dengan alatTipe III : Beton Barit Import +Pasir Merapi + Pasir kerucut slump dan nilai slump direncanakan antaraBesi 12 -18 cm agar beton mudah dicetak.

Tabel 2. Komposisi bahan dasar campuran beton

Tipe Slump(cm)

Proporsi campuran untuk 1 m3 beton (kg)

Air SuperPlasticizer

SilicaFume

Semen Agr. Halus Agr. Kasar

191198227227235

~

r498_ 2 17.5

16.5

16.5

18

502495427464453

1434

978

-

847425 + 286428 + 280801 + 140652

IIIIIIVV

~3.7-,n

uji lentur dilakukan pada sampel balok yangdibebani di 2 titik terpusat sehingga menghasilkanmomen lentur mum seperti yang terlihat padaGambar 1.(b) sedangkan untuk uji tarik belahsampel silinder dibebani uniaxial pada sisi panjangsilinder dengan posisi silinder horizontal sepertiyang terlihat pada Gambar 1.( c). Pengukuranmodulus elastisitas clan Poisson ratio dilakukan padakondisi suhu normal untuk sampel beton umur 28hari dengan melakukan pembebanan siklus naik -turun sebesar 40% dari kapasitas kekuatan tekan.

Uji radiasi sinar gamma dilakukan untukmengetahui seberapa besar kemampuan penyerapanradiasi untuk semua tipe beton dengan melakukancara penyinaran yang menggunakan sumber radiasiCo-50 dengan aktifitas 720 Curie selama 60 detik.Tes dilakukan pacta pelat dengan variasipengurangan ketebalan (pelat) dari total 20 pelat (800 rnrn ) sampai 0 mill. Ukuran pelat beton yangdigunakan untuk uji radiasi adalah 400mm x400mm x 40mm sepetii pada Gambar 1.( d) denganjumlah benda uji sebanyak 20 pelat untuk setiap tipecampuran beton dan dibandingkan dengan betonnormal. Uji radiasi dilakukan pada beton setelahberumur 28 hari. Pacta uji ini diukur nilai koefisienatenuasi linier dari 5 tipe beton yang dibuat.

Pembuatan contoh benda uji

Benda uji terdiri atas model silinder, modelbalok dan model pelat. Model silinder dibuat untukuji kekuatan tekan , modulus elastisitas dan Poissonratio. Ukuran benda uji adalah silinder diameter D =15 mm clan panjang L = 300 mm. Model balokukuran 135 mm x 135 mm x 451 mm digunakanuntuk uji kuat tarik lentur clan model pelat ukuran400 mm x 400 mm x 40 mm digunakan untuk ujiradiasi sinar gamma.

Pekerjaan perawatan

Benda uji setelah dicor ditunggu sampaiumur 24 jam clan setelah dikeluarkan dari cetakandirendam di dalam bak perawatan sampai waktusehari sebelum pengetesan. Perawatan dimaksudkanuntuk menanggulangi kejadian retak awal akibatsusut pada waktu proses pengerasan dan untukmenurunkan temperatur panas hidrasi yang timbulakibat proses pengerasan beton.

Pengetesan atau pengujian sam pel

Uji kuat tekan pada penelitian ini dilakukanpada kondisi suhu normal untuk sampel beton umur7 hari, 14 hari, clan 28 hari dengan suhu normal, 95 -100 °c Clan 185 -200 °c. Pembebanan uniaxialtekan diberikan pada c9ntoh cilinder yang dibebaniuniaxial pada sisi atas dan bawah seperti yangterlihat pada Gambar 1.(a) d~ pembebanan untuk

Gambar 1. Cara pengujian sampel beton

mutu beton menunjukkan kurva asimptotis.

Untuk kuat tekan beton yang dipanaskanpacta suhu 95 °C daD 185 °C terdapat ketidaksempurnaan perubahan kuat tekan beton jikadibandingkan dengan beton pacta suhu normal.Terdapat beberapa pendapat tentang phenomena

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil uji kekuatan tekan dapat dilihat padaTabel 3. Kuat tekan beton didasarkan pada basil ujitekan umur beton 28 bari karena pada umur tersebutbeton telah dianggap mencapai 98 % kekuatanoptimumnya clan setelah umur 28 bari kenaikan

Essy Ariyuni, dkk. ISSN 0216-3128.

ProsidingPertemuan don Presentasi llmiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I 19

kecenderungan sebaliknya. Hal tersebut sangatdipengaruhi oleh sifat material pembuat beton itusendiri.

perubahan kuat tekan dari basil penelitian terdahulubahwa beton akan mengalami kenaikan kuat tekanjika terjadi perubahan panas pacta suhu sekitar 100DC dan 200 DC. Namun acta juga yang menunjukkan

Tabel 3. Hasil uji kuat tekan dan kerapatan beton

npe

BetonKuat tekan fc (MPa) Kerapatan

( kgim3)7 hari26.7432.44

14 hari 95°C~

4015~

25.04~

18S-"r42.0742.5838.1029.6632.06

-

32.837.3535.0432.5933.25

3081

2798~~~

28 hari36.3442.9439.8036.5737.77

~r---2523~

I II

IIIIVV

Perbandingan relatif kuat tekan danpenurunan kerapatan akibat pemanasan 95 °C daD185 °C tehadap kuat tekan daD kerapatan (berat)pacta suhu normal umur 28 hari dapat dilihat pactaTabel 4.

Hasil uji kekuatan taruk belah, kekuatan tariklentur, modulus elastisitas dan Poisson rasio dapatdilihat pada Tabel 5. Dari literatur disebutkanbahwa kekuatan tarik bervariasi dan nilainyaberkisar antara 10 % sampai 15 % daTi kuat tekanumur 28 hari atau dirumuskan -sebagai :

fct= 0.5 ..J fc' sampai fct= 0.6 ..J ro' (MPa)

beton nonnal nilai E = 4700V!c

Hasil uji penyerapan terhadap radiasi terlihatpacta Graflk 2. Pacta uji ini ditentukan nilaikoefisien atenuasi linier dengan menggunakanmetode regresi linier. Sebagai variabel bebas adalahketebalan beton, sedang variabei tak bebas adalahperbandingan intensitas paparan pacta ketebalantertentu dengan intensitaS paparan awal (1/10) = e-lilsehingga -Ln ( I / 10 ) = J.1t

Tabel 4. Perbandingan relatif kuat tekan daD

penurunan kerapatan

Beton Tipe

'III !Pengujian II IV v

Analisis kuat tarik belah yang diperoleh daripengamatan hasil uji pembebanan adalah fct = 2P /(nDL) dimana P = beban hancur percobaan , D =diameterbenda uji silinder, L = panjang benda uji

silinder.

KuatTekan

95 uc 105 94 101 68 78

185aC Ills "81

85

99 96

95UC 98 97 95 98 95Berat

185 °c I 94 I 94 I 94 95 90

Sedangkan untuk kuat tarik lentur basilpercobaan adalah ft = M/W dirnana M = momenlentur di tengah bentang benda uji balok, W =

momen kelembaman penam-pang balok lentur danperhitungan berdasarkan permusan standar fr =

0.62 flc'

Harga modulus elastisitas diperoleh daTi basilregresi linier pacta graftk hubungan antara tegangandan regangan dan E = fc'/E dan berdasarkan standar

Tabel5. Hasil uji sifat mekanik beton.

Type Tarik Belah Tarik Lentur Modulus Poisson(MPa) (MPa) Elastisitas Ratio

(x IO4MPa)3.63

ISSN 0216-3128 Essy Ariyuni, dkk.

Grafik Hubungan Antara KuatTekan dan Umur Beton

50-()

cco~Q)l-+-'co:J~

--+-- Tipe I

-.Tipell

-*-Tipe III

~ Tipe IV

-TipeV

-

-

0 5 10 15 20 25 30

Umur Beton (hari)

Gambar 1. GrafIk Kuat Tekan terhadap Umur Beton

Gamb!if 2. Graflk Hubungan Tebal Beton dengan Rasio Paparan

*

rapuh narnun dapat digunakan sebagaicarnpuran bahan pembuat beton non strukturaldengan kuat tekan yang telah memenuhi syaratbeton struktural

Kelakuan sifat mekanik beton baritmenunjukkan pola yang sarna dengan betonnormal struktural

Dianjurkan untuk mengkombinasi denganbahan lain yang dapat menyerap radiasisehingga kebutuhan untuk pemakaian barit ~anlebih sedikit.

Perlu dilakukan penelitian. berkelanjutan untukpemakaian bahan kombinasi dan pemakaian

*

KESIMPULAN

Dari basil yang diperoleh dalam penelitian ini, dapat disirnpulkan bahwa :

* Semakin tinggi kerapatan beton, akan semakintinggi daya serap terhadap radiasi sehinggadapat mereduksi ketebalan struktur penahanradiasi yang akan dipakai,

* Dengan ketebalan 30 cm beton barit lebih amanterhadap lingkungan, dalam hal penyerapanterhadap radiasi jika dibandingkan denganbeton normal..

* Bahan barit walaupun secara mekanik dinilai

EssyAriyuni, ill. .iSSN 0216-3128.

ro0-~'-'

beton barit sebagaikomponen struktur. 10. NEVILLE, A.M. , Properties of Concrete, 4thedition, Longman Scientific and TechnicalPublisher, London 1995

II. NEVILLE, A.M. , Concrete Technology,Longman Scientific and Technical Publisher,London 1988

UCAP AN TERIMA KASIH

Team peneliti menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besamya kepada LaboratoriurnBahan Beton Jurusan Sipil FTUI daD PSPKR-KLBA TAN atas semua fasilitas penggunaan alat, bahandaD dana kerja sarna penelitian, sehinggaterlaksananya penelitian ini.

Sangat diharapkan bahwa dengan adanyakerjasama penelitian ini dapat memperbanyakkhasanah sumber pengetahuan tentang betonkhususnya beton sebagai penahan terhadap bahayaradiasi sehingga dapat diterapkan untukperkembangan teknologibidang keselamatan radiasidaD keselamatan lingkungan.

TANYAJAWAB

Ma'sum I.

* Beton barit ini adalah untuk penahanan radiasi,bagaimana pengujiannya terhadap radiasidibandingkan dengan beton lain?

DAFTARPUSTAKA

I. Annual Book of ASTM Standards, Volume

04.02, C638 -92, 1992

2. Building Code Requirement for ReinforcedConcrete, ACI 318-89 (Revised 1992)

-.Code Requirement for Nuclear Safety RelatedConcrete Structures, ACI 349 -90

...Engineering Compendium on RadiationShielding Volume II: Shielding Materials,International Atomic Energy Agency, Vienna,1975

5. GRANTHAM, W.J. Jr. Barytes Concrete forRadiation Shielding: Mix criteria andAttenuation Characteristics, Oak RidgeNational Laboratory, Oak Ridge, Tennessee,ORNL -3130

-'. KAPLAN, M.F., Concrete Radiation shieldingNuclear Physics, Concrete Properties, Designand Construction, Longman Scientific and

Technical, England, 1989

.Laporan Hasil Penelitian kerja sarna JurusanSipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN , Studi

Rancang Campuran Beton dengan AgregatKasar Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta ,1995

Laporan Hasil Penelitian kerjasarna JurusanSipil FTUI -PSPKR dan KL BA TAN, BetonBarit dengan Pasir Besi Sebagai CampuranAggregat Halus, Jakarta, 1996

Laporan Hasil Penelitian kerjasarna JurusanSipil FTUI -PSPKR dan KL BATAN ,Pemakaian Bahan Tambahan Fly Ash untukBeton Barit sebagai Penahan Radiasi, Jakarta,

1997

1

4

* Hasil pengujian radiasi terlihat padakurva/grajik hubungan antara tebal beton vsrasio paparan (gambar 2). Terlihat bahwasemua beton barit memberikan tahanan 2x lipatdaripada beton biasa untuk ketebalan 20 cm.Namun pada ketebalan 80 cm beton baritmendekati beton normal dalam kemampuandaya serap terhadap radiasi.

Zaenal A.

* Apa perbedaan makalah ini, dengan makalahyang pemah dipresentasikan di PPNY padawaktu yang lalu (disampaikan T. Binowo)

* Apakah model yang saudara pilih adalah yangpaling baik.

()

7

8

* Mohon maaj saya tidak membaca makalahyang disampaikan oleh bapak 7: Binowo.

* Menurut saya (disesuaikan denganfasilitasalatpada waktu itu), model ini yang paling baikkarena disesuaikan dengan ukuran yangditemui di Struktur Teknik Sipil. Ketebalandinding biasanya 15 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm

Nor Rahmah

* Berapa tebal beton optimal sebagai penahanradiasi ?

* Mohon dijelaskan berapa nisbi komposisiagregat kosorbird ?

Essy

9 Biasanya jika tidak ada persyaratanruanganisegi arsitektur/tidak ada kendala batasarea yang akan digunakan maka tebal dindingbeton penahan radiasi = 1 m.

Bisa dilihat pada tabel2 makalah ini.