The Effect of Carbon Fiber Resistance Sensitivity From Concrete Material Bonds In The Rigid Pavement Application

Concrete is not only serve as a structure, it can also have added function if we re-engineered material in concrete. One of them is concrete as well as sensor called smart concrete. Smart concrete is impregnated with carbon fibers in the matrix. Carbon fibers as reinforcement in addition to serve as sensors in the concrete itself so it don’t need another sensors. Carbon fibers are used only in small amounts is less than 10 vol% matrix.

The principle of this carbon fiber works in piezoresistivity which respond the mechanical changes (stress and strain) in the form of electrical impulses. Basically, concrete has conductive properties, but to increase the sensitivity stress and strain changes, we need a high conductive material. Therefore we need a material which has a large conductivity value or relatively small resistance value, one of which is carbon fiber, so if there are changes in stress and strain of the additional load will be monitored more sensitively from the change of resistance value. It is reversible for elastic deformation, and irreversible for inelastic deformation or cracking (fracture). The electrical conductivity of carbon fiber is very important in smart concrete structures. This can be influenced by variations in composition and type of carbon fiber used to be able to respond elastic or inelastic deformation of concrete structures properly. The materials used in concrete mix design followed by the power of K-450 to Highway or Rigid Pavement. The addition of carbon fiber is a synthetic polymer of polyacrylonitrile (PAN) in the form of chopped. Techniques for distribute carbon fibers to concrete is a determinant in the success of concrete technology with carbon fiber reinforcement.

Sensitivity Resistance change is influenced by the bond between carbon fiber and concrete matrix itself. Concrete material bonds have many determinants that in making these things must be considered. Selection of appropriate ingredients and mixing techniques are workable and measurable can give a good bond between the material in concrete. By comparing the sensitivity of smart concrete with carbon fiber composition by 0.3%, 0.4% and 0.5% found that the result for more carbon fiber composition, the resistivity of the concrete will be more sensitive but its strength should be reviewed again if the structural strength standards for Rigid pavement.

TEKNOLOGI SELF HEALING CONCRETE YANG DAPAT MENGAKOMODIR PERUBAHAN BENTUK AKIBAT BEBAN STATIS DAN DINAMIS

Secara umum kita bisa melihat bahwa perkembangan atau pertumbuhan industri konstruksi di Indonesia cukup pesat walaupun ada masalah krisis ekonomi. Hampir 60 % material yang digunakan dalam pekerjaan konstruksi adalah beton (concrete), yang dipadukan dengan baja (Composite) atau jenis lainnya. Beton konvensional untuk struktur statis dan dinamis memiliki umur layanan yang terbatas. Salah satu penentu umur layan beton adalah timbulnya keretakan akibat beban statis dan dinamis. Beton akan mengalami retak statis dan dinamis bila daya lentur dari beton terlewati. Akibat dari kegagalan kontruksi beton adalah timbulnya kerugian tekno ekonomi dan juga membahayakan jiwa. Sehingga diperlukan suatu beton yang dapat mengakomodir perubahan bentuk tersebut akibat beban statis dan dinamis.

Victor li dan timnya dari University of Michigan, pertama kali menemukan self healing concrete tahun 2009 ini yaitu beton yang dapat melengkung ketika diberi beban karena daya lenturnya lebih tinggi dibanding beton biasa sehingga dapat mengatasi masalah keretakan dan deformasi. Hal ini dapat dianalogikan dengan tangan yang terkena goresan kecil, kulit kita dapat menyembuhkan dengan sendirinya, tetapi jika timbul luka yang lebih lebar maka luka tersebut harus dijahit. Material penentu dari pembuatan self healing concrete ini adalah ECC (Engineered Cement Composite) yang bendable. ECC merupakan salah satu tipe bahan komposit semen dengan perkuatan serat yang unik dan memiliki performa tinggi (Yang, 2009). ECC ini ditaburi oleh coated reinforcing fiber khusus yang dicampur merata.

ECC telah dikembangkan selama 15 tahun oleh Li dan timnya. Para engineer ini menemukan bahwa keretakan yang terjadi harus dijaga dibawah 150 µm dan jika ingin beton dapat direcovery seluruhnya harus dibawah 50 µm. Berbeda dengan beton konvensional, ECC lebih mendekati sifat-sifat logam dibanding gelas yang artinya lebih fleksibel. Beton konvensional cenderung seperti keramik yang rapuh dan kaku. ECC ini dapat menanggulangi kerusakan akibat becana ketika terjadi regangan dalam gempa bumi atau akibat penggunaan rutin yang berlebihan. Ketika diberi tekanan, ECC cenderung melengkung dan tidak patah. ECC tetap utuh dan aman hingga tensile strain 5 %. Beton konvensional akan mengalami keretakan dan tidak dapat mengangkat muatan lagi pada tensile strain 0,01 %. (Li, 2009). Rata-rata lebarnya keretakan pada self healing concrete milik Li ini adalah di bawah 60 µm, setara dengan setengah dari lebar rambut.Menurut Li, resep utamanya adalah mengekspos extra dry cement dalam beton pada permukaaan keretakan sehingga dapat bereaksi dengan air dan karbon dioksida untuk memulihkan dan membentuk lapisan tipis putih kalsium karbonat pada bekas retakan. Kalsium karbonat ini merupakan senyawa kuat yang dapat ditemukan secara alami di kulit kerang. Dalam laboratorium, material membutuhkan antara satu sampai lima siklus proses wetting dan drying untuk pemulihan.

APLIKASI SERAT KARBON DALAM TEKNOLOGI BETON CERDIK YANG MAMPU MENDETEKSI BEBAN DINAMIS

Perkembangan beton cerdik dewasa ini semakin pesat, banyak penelitian-penelitian yang merekayasa materialnya sehingga dapat diaplikasikan dalam berbagai pekerjaan konstruksi. Beton cerdik berbeda dengan beton konvensional dari segi komposisi dan fungsinya. Beton cerdik ini menggunakan perkuatan serat karbon yang memiliki keunggulan fungsi selain sebagai struktur juga sekaligus sebagai sensor yang dapat mendeteksi beban dinamis sehingga dapat diketahui informasi dimana posisi kendaraan berada, berapa berat dan kecepatannya. Tujuan dari makalah ini adalah membandingkann antar jenis serat karbon yang digunakan untuk aplikasi beton cerdik sehingga lebih efektif dan efisien. Serat karbon didefinisikan sebagai suatu serat yang mengandung sedikitnya 90% karbon melalui proses pirolisis tertentu (Hedge, 2004). Komposisi terbesar dalam serat ini dinamakan precursor (bahan baku) yang digunakan untuk memproduksi serat karbon dengan berbagai bentuk dan karakteristik yang berbeda. Serat karbon dapat dibedakan berdasarkan precursor yang digunakan yaitu pitch, PAN (poly acrilonitrile), serat selulosa dan certain phenolic fibers. Yang sering digunakan pada beton cerdik yaitu tipe pitch dan tipe PAN sehingga dalam makalah ini difokuskan pada perbandingan karakteristik dan susunan struktur untuk kedua tipe serat karbon tersebut. Proses pembuatan serat karbon tipe pitch dan tipe PAN memiliki perbedaan pada preparasi precursornya. Inti dari proses pembuatan serat karbon ini adalah karbonisasi dengan proses pirolisis pada suhu tinggi dan graphitisasi yang dapat menghasilkan serat karbon dengan tensile strength dan elastisitas modulus yang cukup tinggi. Dari hasil penelusuran struktur dan properties, serat karbon tipe PAN memiliki ukuran kristal yang sangat kecil, fleksibilitas, tensile strength yang tinggi, dan konduktivitas listrik yang baik sedangkan serat karbon tipe pitch memiliki ukuran kristal yang besar, lebih kaku, tensile strength yang baik, dan konduktivitas listrik dan thermal yang sangat baik. Tetapi serat karbon tipe pitch ini relatif lebih murah dibandingkan dengan tipe PAN sehingga untuk aplikasi beton cerdik banyak dipilih serat karbon jenis pitch karena untuk industri beton segi tekno ekonomi ini merupakan hal yang sangat krusial.

Smart concrete with Carbon Fiber Reinforced

Beton merupakan salah satu elemen terpenting dalam perkembangan infrastruktur suatu Negara. Penggunann beton disesuaikan dengan kebutuhannya apakah sebagai penyangga, penguat, penghubung, penahan, dan masih banyak lagi fungsi beton yang penting lainnya. Alasan itulah yang melatarbelakangi banyaknya penemuan beton cerdik yang memiliki karakteristik dan kelebihan tersendiri dewasa ini. Salah satunya adalah beton cerdik dengan perkuatan serat karbon (Chung,et al). Serat karbon disini merupakan polimer sintetis yaitu polyacrylonitrile (PAN) yang ada di pasaran dalam berbagai bentuk. Serat karbon merupakan konduktor yang baik sehingga harga R (Resistance) berubah sesuai dengan aliran panas yang diterimanya. Teknik penyebaran serat karbon dalam campuran beton merupakan penentu dalam keberhasilan teknologi beton dengan perkuatan serat karbon ini. Dua cara yang mungkin yaitu:
1. Mencampur serat karbon dengan semen dan aggregate halus dalam keadaan kering (dry mix)
2. Menebarkan serat karbon dalam air kemudian tuang ke dalam slurry dengan semen dan aggregate halus (wet mix) cara ini paling banyak dipakai.
Dalam suatu proses pembuatan beton, yang perlu diperhatikan ada kekuatan, keekonomisan, dan durabilitas bahan dari beton tersebut. Durabilitas adalah daya tahan suatu bahan terhadap beban yang akan diterimanya. Beton dengan perkuatan serat karbon ini dapat mendeteksi beban dinamis yang diterimanya dengan perubahan Resistance (R) serat karbon ketika menerima beban. Ini sangnat berguna untuk paving, bridge, dan bangunan yang menyangkut hajat hidup orang banyak.