Pengaruh Jumlah Kait Ujung Serat Baja Terhadap Kinerja Beton Bertulang Serat Baja

Abstrak

Pengaruh jumlah pengait ujung serat baja terhadap kinerja beton bertulang serat baja (SFRC) dan mekanismenya dipelajari melalui uji tarik kawat tunggal, uji kuat tekan, dan uji kinerja lentur-tarik balok berlekuk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan bertambahnya jumlah pengait ujung pada serat baja, kekuatan ikatan utama antara serat baja dan matriks beton juga meningkat. Jumlah pengait ujung memiliki pengaruh yang kecil terhadap kinerja tekan SFRC, meskipun serat baja dengan pengait ujung tunggal dapat sedikit meningkatkan kekuatan tekan. Dengan lebih banyak pengait ujung, cabang turun dari kurva tarik-lentur SFRC menjadi tidak terlalu curam, kurva menjadi lebih penuh, dan spesimen dapat menahan tegangan tarik-lentur yang lebih tinggi. Saat retakan terus merambat, serat baja dengan dua atau tiga pengait ujung memungkinkan spesimen SFRC mempertahankan kekuatan tarik lentur sisa yang relatif tinggi bahkan setelah terjadi retakan dan deformasi besar Beton bertulang serat baja (SFRC) banyak digunakan untuk meningkatkan ketahanan dan daya tahan retak. Menurut American Concrete Institute (ACI), serat baja secara signifikan meningkatkan kinerja tarik beton.

Pendahuluan

Beton konvensional memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah dan ketangguhan yang buruk. Akibatnya, retakan dapat dengan mudah terjadi selama tahap plastis, proses pengerasan, dan tahap pengeringan. Bahkan di bawah beban lentur yang relatif kecil, struktur beton rentan terhadap keretakan selama masa layan, dan keretakan ini dapat menyebar dengan cepat, yang menyebabkan kegagalan getas secara tiba-tiba, beton bertulang serat baja (SFRC) telah diadopsi secara luas. Dengan menambahkan serat baja untuk tulangan beton, kekuatan tarik, ketahanan retak, dan daya tahan beton secara keseluruhan dapat ditingkatkan secara signifikan. Karena kinerjanya yang sangat baik, SFRC sekarang umum digunakan dalam aplikasi teknik yang membutuhkan ketahanan retak yang tinggi dan keandalan struktural.

Jenis-jenis Serat Baja

Berdasarkan bentuk, serat baja yang digunakan dalam beton dapat diklasifikasikan menjadi:

• Serat baja lurus
• Serat baja ujung berkait
• Serat berkerut (berbentuk gelombang)
• Serat berlekuk
• Serat yang digiling atau tidak beraturan

Di antaranya, serat baja ujung bengkok dianggap sebagai salah satu jenis yang paling efektif untuk tulangan beton.

Mengapa Serat Baja Ujung Berkait Berkinerja Lebih Baik

Aplikasi awal terutama menggunakan serat baja lurus. Namun, hasil praktis menunjukkan bahwa kemampuannya untuk meningkatkan ketahanan dan kekuatan retak terbatas.

Dibandingkan dengan serat lurus, serat baja ujung bengkok menyediakan:

• Jangkar yang lebih kuat dengan matriks beton
• Kekuatan ikatan yang lebih tinggi
• Kemampuan transfer stres yang lebih baik
• Performa tarik yang lebih baik

Dengan mengoptimalkan geometri ujung pengait, kinerja ikatan antara serat baja dan beton dapat ditingkatkan secara signifikan, sehingga memungkinkan material untuk menahan perambatan retak dengan lebih baik.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Ikatan

Penelitian menunjukkan bahwa kinerja ikatan serat baja berkait berkaitan erat dengan beberapa parameter struktural, termasuk:

• Diameter serat
• Sudut pengait
• Kekuatan tarik material

Faktor-faktor ini mempengaruhi perilaku tarik dan mode kegagalan serat baja dalam beton.

Untuk lebih memahami mekanisme penjangkaran, model seperti model katrol yang setara telah diusulkan. Dalam model ini:

• Bagian kait yang melengkung memberikan gesekan rotasi
• Bagian yang lurus memberikan gesekan geser

Hal ini membantu memprediksi bagaimana serat menahan tarikan di bawah beban.

Kesenjangan Penelitian: Nomor Pengait

Sementara banyak penelitian berfokus pada bentuk dan ukuran serat, efek dari nomor kail pada kinerja belum sepenuhnya dieksplorasi. Pada kenyataannya, jumlah kait dapat mempengaruhi secara signifikan:

• Kapasitas jangkar
• Kekuatan ikatan
• Ketahanan retak
• Perilaku menarik diri

Tujuan dari Penelitian Ini

Untuk menyelidiki hal ini, serat baja dengan panjang dan diameter yang sama, tetapi nomor kait yang berbeda (1 pengait, 2 pengait, dan 3 pengaitPenelitian ini berfokus pada:

• Efek nomor kait pada kekuatan dan ketangguhan beton bertulang serat baja (SFRC)
• Perilaku tarikan serat baja yang dikaitkan
• Mekanisme yang mendasari penahan serat

Temuan ini memberikan panduan praktis untuk desain dan penerapan serat baja ujung berkait pada beton bertulang serat baja (SFRC).

Program Eksperimental

Bahan

Beton yang digunakan dalam penelitian ini dibuat dengan semen Portland biasa (Grade 42.5), yang memenuhi persyaratan standar.

Serat baja ujung berkait digunakan sebagai penguat, dengan:

• Panjang: 60 mm
• Diameter: 0,9 mm
• Nomor pengait: 1 pengait, 2 pengait, dan 3 pengait

Agregat halus: pasir sungai alami (modulus kehalusan 2,7)
Agregat kasar: batu pecah (5-16 mm)
Peredam air: superplasticizer polikarboksilat (reduksi ≥25%)
Air: air keran standar untuk pencampuran beton

Desain Campuran

Dua tingkat kekuatan dari beton bertulang serat baja (SFRC) disiapkan:

• C30
• C50

Dosis serat baja:
👉 40 kg/m³ (banyak digunakan dalam teknik praktis)

Metode Pengujian

Kekuatan leksural dan Kekuatan Sisa

Performa lentur adalah salah satu indikator terpenting untuk mengevaluasi serat baja untuk beton bertulang serat baja (SFRC), terutama ketahanan retak dan ketangguhannya.

$f_L = \frac{3F_L L}{2BH_{sp}^2}$fL = 2BHsp23FLL

$f_{CMOD} = \frac{3F_{CMOD} L}{2BH_{sp}^2}$fCMOD = 2BHsp23FCMODL

Dimana:

• $f_L$fL: kekuatan lentur tertinggi
• $f_{CMOD}$fCMOD: kekuatan lentur sisa
• $F_L$FL: beban maksimum
• $F_{CMOD}$FCMOD: beban pada pembukaan retak
• $L$L: panjang bentang
• $B$B: lebar spesimen
• $H_{sp}$Hsp: ketinggian efektif

👉 Indikator-indikator ini mencerminkan kapasitas penahan beban pasca retakan, yang sangat penting untuk kinerja SFRC.

Hasil dan Pembahasan

Pengaruh Jumlah Pengait terhadap Kekuatan Ikatan

• Meningkatkan jumlah kail secara signifikan kekuatan ikatan
• Peringkat ketahanan tarik:

3 pengait > 2 pengait > 1 pengait

• Penahan maksimum dicapai pada perpindahan yang sama (2-3 mm), tetapi:
  • Nomor kait yang lebih tinggi = kapasitas beban yang lebih tinggi

Wawasan utama:
Lebih banyak pengait akan menciptakan penahan mekanis yang lebih kuat, bukan hanya gesekan.

Efek pada Kekuatan Tekan

• Untuk Beton C30:
  • Dampak minimal dari serat baja
• Untuk Beton C50:
  • Kekuatan tekan meningkat:
    • 1 pengait: +13.4%
    • 2 pengait: + 10.8%
    • 3 pengait: +9.7%

Hal penting yang bisa diambil:

• Lebih banyak pengait ≠ selalu lebih baik
• Terlalu banyak pengait dapat mengurangi dispersi serat

Efek pada Kinerja Lentur (Paling Penting)

• Setelah retak:
  • Beton berhenti membawa beban
  • Serat baja mengambil alih
• Dengan lebih banyak pengait:
  • Tegangan lentur yang lebih tinggi
  • Menjembatani retakan yang lebih baik
  • Pengurangan kekuatan lebih lambat

Peringkat kinerja lagi:

3 pengait > 2 pengait > 1 pengait

Mekanisme Perilaku Retak

• Pada pemuatan awal:
  • Beton membawa beban
• Setelah retak:
  • Transfer beban ke serat baja
  • Mengaitkan serat jangkar melintasi retakan
• Perbedaan utama:
  • 1 serat pengait → mudah ditarik keluar atau diluruskan
  • 2-3 serat pengait → tetap berlabuh lebih lama

👉 Hasil:
Daya tahan dan keamanan struktural yang lebih baik

Kesimpulan Praktis

• Lebih banyak pengait yang ditingkatkan:
  • Kekuatan ikatan
  • Ketahanan retak
  • Kinerja lentur
• Namun:
  • Terlalu banyak kait dapat mengurangi kemampuan kerja dan meningkatkan biaya

👉 Pilihan terbaik di sebagian besar proyek: serat baja 2 kait
👉 Proyek berkinerja tinggi: Serat baja 3 pengait

Serat baja ujung berkait banyak digunakan dalam tulangan beton. Pelajari lebih lanjut tentang produk serat baja berkait kami.