Menggabungkan serat makro dengan serat baja dapat mengubah cara beton menahan beban setelah terjadi retakan. Hasil yang diinginkan dapat berupa penurunan beban yang lebih bertahap atau penyerapan energi yang lebih besar pada rentang deformasi tertentu. Perpaduan yang optimal bergantung pada aspek respons mana yang dibutuhkan dalam perancangan, serta kelancaran pengerjaan, kekuatan tekan, dan biaya.
Di Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., kami menyediakan serat penguat Ecocretefiber™ dan membantu pembeli membandingkan sistem-sistem yang dipertimbangkan untuk uji coba. Panduan ini mengkaji serangkaian eksperimen dengan tujuh campuran dan mengubah temuan-temuannya menjadi pertanyaan-pertanyaan praktis untuk pemilihan beton hibrida. Hasilnya menunjukkan jalur yang menjanjikan untuk penggantian sebagian serat baja, dengan kompromi yang dapat diukur yang harus diperiksa dalam setiap proyek.
Mengapa menggabungkan serat makro dengan serat baja?
Serat baja dan Macro Fiber polipropilena memiliki perbedaan dalam hal kekakuan, kepadatan, geometri, dan deformasi. Serat baja yang terpasang dengan kokoh dapat menahan pembukaan retakan pada deformasi yang relatif kecil. Serat polimer yang lebih panjang dapat tetap terikat saat retakan semakin melebar, tergantung pada ikatan, perpanjangan, dan perilaku tariknya. Menggabungkan kedua bahan tersebut dapat menghasilkan respons yang bermanfaat pada rentang deformasi yang lebih luas.
Itu adalah hipotesis desain yang perlu diuji. Dua serat dalam satu batch tidak secara otomatis menghasilkan sinergi. Perbandingan keduanya dapat mengurangi laju aliran, meningkatkan kandungan udara, atau membuat distribusi menjadi kurang konsisten. Kurva beban-defleksi yang lengkap dan sifat-sifat penerimaan yang ditentukan menunjukkan apakah campuran hibrida tersebut bermanfaat.
Di dalam Studi tahun 2006 oleh Cao Jifeng dan Ding Yining, para peneliti membandingkan beton biasa, beton serat baja, beton Macro Fiber, dan dua campuran hibrida. Penelitian ini mengkaji perilaku beton segar, kekuatan kubus, penyerapan energi, dan kekuatan lentur ekivalen. Ini adalah temuan laboratorium untuk bahan-bahan yang diidentifikasi, bukan hasil bersertifikat untuk jenis Ecocretefiber™ yang ada saat ini.
Memahami bahan-bahan dan kondisi pengujian
Dua serat dengan sifat yang berbeda
Penelitian ini menggunakan serat baja berlekuk dengan panjang 32 mm dan diameter 0,70 mm. Kepadatan yang dilaporkan adalah 7,85 g/cm³, kekuatan tarik di atas 600 MPa, dan modulus elastisitas 200 GPa.
Serat Makro polipropilena tersebut memiliki panjang 50 mm, dengan diameter setara sebesar 0,984 mm. Kepadatan yang dilaporkan adalah 0,91 g/cm³, kekuatan tarik 490 MPa, dan modulus elastisitas 8 GPa. Para penulis juga melaporkan perpanjangan saat putus sebesar 10,7%. Nilai-nilai ini menggambarkan bahan yang diteliti; nilai-nilai tersebut tidak boleh disalin ke dalam pesanan pembelian untuk produk yang berbeda.
Perbedaan kekakuan tersebut cukup signifikan: modulus serat baja yang dilaporkan mencapai 25 kali lipat dari modulus Macro Fiber. Namun, kekakuan saja tidak cukup untuk menentukan kinerja komposit. Perbedaan panjang, permukaan, jumlah, dan jumlah serat juga memengaruhi pencegahan retakan serta transfer beban.
Satu beton dasar dan tujuh campuran
Campuran dasar ini dirancang untuk beton C50 standar Tiongkok. Per meter kubik, campuran tersebut mengandung 420 kg semen, 180 kg abu terbang, 669 kg pasir, 818 kg agregat kasar, 210 kg air, dan 4,2 kg pengurang air. Rasio air terhadap bahan pengikat yang dilaporkan adalah 0,35, dan ukuran agregat kasar adalah 5–10 mm. Ini adalah formulasi eksperimental, bukan resep produksi umum.
Serat baja digunakan dengan takaran 30 atau 50 kg/m³. Serat makro digunakan dengan takaran 4 atau 6 kg/m³. Kombinasi hibrida yang digunakan adalah 30 kg/m³ serat baja ditambah 4 kg/m³ serat makro, dan 50 kg/m³ serat baja ditambah 6 kg/m³ serat makro. Label di bawah ini menampilkan jumlah tersebut agar tetap terlihat saat membandingkan hasil.
Untuk uji lentur, para peneliti menggunakan balok berlekuk berukuran 150 × 150 × 550 mm, dengan bentang 500 mm dan lekukan 25 mm. Mereka mencatat defleksi dan pembukaan mulut retakan selama pemuatan terkendali serta mengevaluasi ketangguhan menggunakan prosedur berbasis RILEM. Rincian spesimen dan metode sangat penting karena hasil dari pengaturan ini tidak dapat secara langsung diterapkan pada metode balok lain atau elemen struktur lainnya.
Bagaimana dengan kelayakan pengerjaan dan kadar udara?
Penambahan serat mengurangi penyebaran aliran yang dilaporkan dan meningkatkan kadar udara yang terukur. Penyebaran beton dasar adalah 670 mm. Beton hibrida dengan dosis tertinggi mencatat nilai 350 mm. Kadar udara meningkat dari 2,00% pada beton biasa menjadi 3,15% pada beton hibrida tersebut.
| Campuran | Dosis baja / serat makro, kg/m³ | Penyebaran aliran yang dilaporkan, mm | Kandungan udara, % |
| NC | 0 / 0 | 670 | 2.00 |
| SF30 | 30 / 0 | 475 | 2.36 |
| SF50 | 50 / 0 | 355 | 2.60 |
| PP4 | 0 / 4 | 575 | 2.50 |
| PP6 | 0 / 6 | 445 | 2.65 |
| SF30PP4 | 30 / 4 | 405 | 2.95 |
| SF50PP6 | 50 / 6 | 350 | 3.15 |
Para peneliti menggambarkan campuran tersebut sebagai campuran yang stabil dan tidak mengamati adanya segregasi atau bleeding dalam kondisi pengujian mereka. Nilai spread harus tetap mengikuti prosedur aslinya. Nilai-nilai tersebut bukanlah ketinggian slump biasa dan tidak dapat digunakan sendiri untuk menetapkan klasifikasi beton self-consolidating modern.
Dalam proses produksi, tugas praktisnya adalah mempertahankan aliran yang memadai sambil menjaga keseimbangan air yang telah disetujui. Pilihlah bahan campuran yang sesuai, volume adukan, dan gradasi agregat melalui serangkaian uji coba. Periksa kemampuan pemompaan, pengisian cetakan, penyelesaian permukaan, serta kandungan udara pada titik pengambilan sampel yang ditetapkan dalam kontrak. Nilai kandungan udara yang lebih tinggi juga berarti bahwa serat tidak boleh dianggap secara otomatis membuat setiap campuran menjadi lebih padat.
Kekuatan tekan tidak menunjukkan tren yang sama dengan ketangguhan
Dalam rangkaian percobaan ini, campuran yang hanya mengandung baja memiliki kekuatan kubus pada hari ke-28 yang lebih tinggi daripada sampel kontrol biasa. Campuran yang hanya mengandung serat makro memiliki kekuatan yang sedikit lebih rendah daripada sampel kontrol. Campuran hibrida juga menunjukkan hasil uji tekan yang berbeda dibandingkan dengan campuran yang hanya mengandung baja.
| Campuran | Kekuatan kubus 1 hari, MPa | Kekuatan kubus setelah 28 hari, MPa |
| NC | 18.19 | 64.26 |
| SF30 | 17.03 | 71.76 |
| SF50 | 15.98 | 73.29 |
| PP4 | 16.00 | 60.75 |
| PP6 | 16.78 | 60.66 |
| SF30PP4 | 14.80 | 58.98 |
| SF50PP6 | 13.92 | 64.83 |
Ini adalah nilai rata-rata kelompok yang dilaporkan. Rata-rata tersebut saja tidak cukup untuk menetapkan kesetaraan statistik atau kekuatan karakteristik produksi. Secara khusus, SF30PP4 mencatat nilai 58,98 MPa dibandingkan dengan 73,29 MPa untuk SF50, sekitar 19,5% lebih rendah. Oleh karena itu, hasil uji lentur tahap akhir yang baik dari SF30PP4 harus dipertimbangkan bersamaan dengan persyaratan kompresi.
Kesimpulan praktisnya adalah menentukan kelayakan kompresi secara terpisah. Bahan campuran yang dipilih untuk penyerapan energi tetap harus memenuhi kelas kekuatan yang ditetapkan dalam proyek, aturan pengambilan sampel, kondisi pengeringan, dan kriteria penerimaan. Jangan menyimpulkan adanya peningkatan kekuatan kompresi yang terjamin berdasarkan data kekuatan tarik serat.
Baca kinerja lentur pada rentang deformasi yang diperlukan
Penelitian ini menghitung kekuatan lentur ekivalen berdasarkan penyerapan energi pada bagian-bagian tertentu dari respons lentur. Kedua indeks kekuatan ekivalen yang dilaporkan dalam penelitian ini menggunakan defleksi titik akhir pada defleksi acuan ditambah 0,65 mm dan ditambah 2,65 mm. Acuan tersebut dikaitkan dengan kriteria beban lentur awal.
Untuk kejelasan, tabel ini menyebutnya sebagai indeks awal dan indeks akhir. Keduanya merupakan nilai yang didasarkan pada energi pada interval yang telah ditentukan. Keduanya bukanlah sekadar tegangan pada satu titik di kurva, dan tidak dapat disamakan dengan kekuatan sisa dari standar yang berbeda.
| Campuran | Kekuatan setara sebelumnya, MPa | Kekuatan setara pada tahap selanjutnya, MPa |
| SF30 | 2.959 | 1.119 |
| SF50 | 5.125 | 2.058 |
| PP4 | 1.289 | 1.624 |
| PP6 | 1.340 | 1.639 |
| SF30PP4 | 4.599 | 2.432 |
| SF50PP6 | 6.291 | 3.580 |
Menambahkan Serat Makro ke dalam dosis baja yang tetap
Dibandingkan dengan SF30, SF30PP4 meningkatkan kekuatan ekivalen awal dari 2,959 menjadi 4,599 MPa, sekitar 55%. Nilai pada tahap selanjutnya meningkat dari 1,119 menjadi 2,432 MPa, sekitar 117%. Hal ini menunjukkan manfaat yang lebih besar pada interval deformasi selanjutnya untuk kombinasi tersebut.
Pada dosis baja yang lebih tinggi, SF50PP6 melampaui SF50 sekitar 23% pada indeks awal dan sekitar 74% pada indeks selanjutnya, yang dihitung berdasarkan nilai rata-rata yang tercantum dalam tabel. Ini merupakan penambahan Serat Makro ke jumlah baja yang sudah ada. Penambahan ini, dengan sendirinya, tidak menunjukkan penggantian baja atau mengisolasi efek interaksi murni: kandungan serat total juga meningkat.
Mengurangi kandungan baja sambil menambahkan serat makro
Perbandingan penggantian yang relevan adalah antara SF30PP4 dengan SF50. Kandungan baja turun dari 50 menjadi 30 kg/m³, yang berarti penurunan massa baja sebesar 40%, sementara ditambahkan 4 kg/m³ serat makro. Kekuatan setara sebelumnya sekitar 10% lebih rendah, sedangkan kekuatan setara yang baru sekitar 18% lebih tinggi.
Ini merupakan pertukaran yang bersyarat. Hal ini mendukung dilakukannya kajian mengenai penggantian sebagian apabila rentang deformasi pada tahap selanjutnya menjadi faktor yang relevan. Hal ini tidak menjamin kinerja yang setara pada setiap lebar retakan, kekuatan tekan yang setara, atau izin untuk mengurangi penggunaan baja 40% pada proyek lain. Respons desain yang dapat diterima harus menentukan campuran mana yang memenuhi syarat.
Mengapa substitusi massal bisa menyesatkan
Baja dan polipropilena memiliki kepadatan yang sangat berbeda. Berdasarkan nilai-nilai dalam penelitian ini, 50 kg/m³ baja setara dengan sekitar 0,64% volume beton. Kombinasi 30 kg/m³ baja dan 4 kg/m³ Macro Fiber mewakili sekitar 0,38% baja ditambah 0,44% Macro Fiber, atau total volume serat sebesar 0,82%.
Oleh karena itu, bahan hibrida tersebut menggunakan massa baja yang lebih sedikit, tetapi volume serat total yang lebih banyak dibandingkan SF50. Perilakunya mencerminkan perubahan pada bahan, geometri, jumlah serat, dan kandungan total. Penggantian dengan perbandingan kilogram per kilogram justru akan menyamarkan perbedaan-perbedaan tersebut.
Untuk perbandingan pembelian, catatlah baik dosis massa maupun fraksi volume yang dihitung dengan menggunakan kepadatan aktual masing-masing bahan. Sertakan pula biaya per meter kubik serta perubahan apa pun dalam proses pencampuran, penambahan bahan campuran, pengujian, dan penyelesaian. Mengurangi massa baja sebesar 40% tidak sama dengan mengurangi total biaya beton sebesar 40%.
Ubah hasil penelitian tersebut menjadi rencana kualifikasi proyek
Tentukan terlebih dahulu respons yang diperlukan
Tentukan kekuatan tekan, paparan, kemudahan pengerjaan, dan respons setelah terjadinya retakan yang dibutuhkan oleh elemen tersebut. Jika keterbatasan lebar retakan menjadi penentu kelayakan fungsi, respons pada tahap awal mungkin menjadi faktor kritis. Jika aplikasi tersebut memerlukan penyerapan energi pada deformasi yang lebih besar, interval yang lebih lambat mungkin menjadi faktor penting. Perancang strukturlah yang menentukan kriteria yang relevan.
ASTM C1609/C1609M-24 membedakan kekuatan lentur puncak pertama dari kekuatan sisa pada defleksi tertentu. Sebuah proyek yang menggunakan metode tersebut harus menguji kelayakan campuran yang diusulkan berdasarkan metode tersebut. Jangan mengonversi nilai kekuatan ekivalen historis secara langsung menjadi angka penerimaan C1609 tanpa korelasi yang dapat dipertanggungjawabkan.
Bandingkan matriks uji coba praktis
Sertakan sampel kontrol, campuran yang saat ini hanya terdiri dari baja, dan campuran-campuran kandidat. Jika tujuannya adalah untuk mempelajari sinergi, pertimbangkan perbandingan yang mengontrol volume serat total serta alternatif-alternatif produksi. Pastikan bahan dan proses pengeringan tetap konsisten, serta laporkan variabilitas spesimen bersamaan dengan nilai rata-ratanya. Hal ini membantu membedakan campuran yang bermanfaat dari penyebaran normal atau peningkatan total tulangan.
Periksa dispersi pada skala produksi. Masukkan kedua jenis serat tersebut dengan laju yang terkendali ke dalam campuran yang sedang bergerak, menggunakan urutan yang telah disetujui dalam uji coba. Keberhasilan uji mangkuk laboratorium tidak menjamin kelayakan mixer truk, saluran pompa, atau sistem beton semprot. Catat kadar udara, retensi aliran, hasil batch, jumlah serat, dan perilaku penempatan.
Periksa kondisi desain di luar batas uji balok
Beban berkelanjutan dan creep, kelelahan, benturan, kebakaran, paparan korosi, sambungan, serta perincian elemen struktur mungkin memerlukan bukti terpisah. Komponen polipropilena tidak membuat baja yang tersisa dalam struktur hibrida menjadi kebal terhadap korosi. Demikian pula, hasil uji balok statis tidak dapat menentukan setiap sifat benturan atau sifat seismik.
ACI SPEC-544.12-23 Menyediakan spesifikasi berbasis kinerja untuk pelat beton bertulang serat yang diletakkan langsung di atas tanah dan lapisan penutup. Ruang lingkup yang ditetapkan serta kinerja sisa yang disyaratkan harus dipatuhi. Mengganti serat baja terpisah dalam campuran juga merupakan keputusan yang berbeda dari menghilangkan tulangan batang atau tulangan kawat las dari suatu struktur.
Pilih jenis Ecocretefiber™ yang tersedia saat ini untuk uji coba
Kami Ecocretefiber™ Serat Makro dan rangkaian serat baja Berikan opsi untuk evaluasi proyek saat ini. Pastikan nilai kualitas, dimensi, bentuk, sifat tarik, kepadatan, dan laporan pengujian pendukungnya. Produk baja berujung melengkung tidak sama dengan serat baja berlekuk yang digunakan dalam eksperimen sebelumnya.
Shandong Jianbang dapat mendiskusikan panjang produk yang diusulkan, kemasan, dan rincian pasokan untuk produksi percobaan. Sampaikan informasi mengenai takaran baja yang digunakan saat ini, campuran dasar, metode pemasangan, kriteria desain, dan target biaya. Uji coba tersebut harus menunjukkan apakah produk hibrida yang diusulkan memenuhi seluruh spesifikasi sebelum harga pengganti ditetapkan atau disetujui.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apakah serat makro selalu meningkatkan kekuatan tekan?
Tidak. Dalam rangkaian tujuh campuran tersebut, hasil uji kompresi dan hasil uji ketangguhan menunjukkan tren yang berbeda. Tentukan kelas kekuatan yang diperlukan secara terpisah untuk setiap campuran yang diusulkan.
Apakah serat makro dengan kepadatan 4 kg/m³ dapat menggantikan serat baja dengan kepadatan 20 kg/m³?
Kombinasi tersebut menghasilkan hasil uji lentur tahap lanjutan yang menjanjikan pada salah satu sistem laboratorium yang telah diidentifikasi. Indeks kekuatan ekivalen dan kekuatan tekan pada tahap awal lebih rendah dibandingkan campuran yang hanya terdiri dari baja dengan kepadatan 50 kg/m³. Proyek baru memerlukan uji campuran tersendiri serta persetujuan desain.
Apakah kekuatan lentur ekuivalen sama dengan kekuatan sisa?
Keduanya mungkin memang menggambarkan aspek-aspek perilaku setelah terjadi retak, tetapi metode perhitungan dan pengujiannya sangat penting. Indeks-indeks historis yang dimaksud di sini didasarkan pada energi. Nilai sisa pada defleksi C1609 yang ditentukan merupakan besaran yang dilaporkan secara berbeda.
Mengapa hibrida dapat meningkatkan perilaku pada tahap selanjutnya?
Serat-serat dengan kekakuan, panjang, ikatan, dan regangan yang berbeda dapat bereaksi secara berbeda saat retakan mulai terbentuk. Kurva-kurva dan hasil kekuatan ekivalen dalam penelitian ini mendukung penyelidikan terhadap mekanisme tersebut. Namun, hal tersebut tidak menjamin bahwa mekanisme tersebut berlaku untuk setiap pasangan serat.
Apakah mobil hibrida dengan penggunaan baja yang lebih sedikit otomatis lebih murah?
Tidak. Bandingkan biaya total per meter kubik, termasuk kedua jenis serat, penyesuaian campuran, proses produksi, pengujian, serta setiap perubahan pada konstruksi. Pastikan kinerja telah disetujui sebelum mengklaim adanya penghematan.
Diskusikan uji coba serat makro dan serat baja bersama Jianbang
Sistem hibrida akan bermanfaat jika respons yang diukur sesuai dengan persyaratan aktual elemen tersebut. Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. menyediakan pilihan bahan penguat Ecocretefiber™ dan membantu pelanggan menyiapkan informasi produk untuk uji coba terkontrol. Hubungi tim kami bersama dengan spesifikasi dasar serat baja Anda, rentang deformasi yang ditargetkan, dan kriteria penerimaan untuk membahas salah satu campuran Macro Fiber yang diusulkan.
