new prestasi mekanikal bagi rasuk konkrit polimer … · 2017. 8. 9. · psz 19:16 (pind. 1/97)...
TRANSCRIPT
-
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