PENGGUNAAN SERBUK KENAF DALAM CAMPURAN BITUMENBAB 1:

PENDAHULUAN

1.1- PENGENALAN

Bitumen adalah sejenis cecair hitam serta sangat likat atau separa pepejal yang hadir dalam petroleum yang paling mentah yang diperoleh melalui proses penyejatan. Bitumen selalunya dianggap sebagai satu kumpulan dengan hidrokarbon yang selalu dicampur dengan bahan organik.Ianya juga dikenali dengan petroleum didalam bentuk cecair,tar didalam bentuk separa cecair dan asfalt didalam bentuk pepejal. Berada dalam bentuk samada pepejal atau separa-pepejal,dimana ianya berwana hitam dan likat. Ianya akan cair atau melembut apabila dikenakan haba.Kenaf atau nama saintifiknya Hibiscus Cannabinus L. Merupakan sejenis tanaman jangka pendek yang berasal dari Sudan dengan sejarah tanaman ini melebihi 4000 tahun. Kenaf dibawah jenis Hibiscus yang mempunyai persamaan dengan tanaman kacang bendi dan juga kapas.Secara morfologi,kenaf mempunyai kaitan yang rapat dengan tanaman roselle (Hibiscus sabdariffa).

Kenaf merupakan sejenis pokok berserat bukan berkayu yang menghasilkan 30% fiber(serat) pada bahagian bast (kulit luar) dan juga 70% core (empulur) daripada bahagian dalam batang bergantung kepada kepadatan tanaman.1.2 - KENYATAAN MASALAHPenggunaan bitumen sebagai bahan utama dalam pembinaan jalan raya di Malaysia telah lama dan digunakan secara meluas. Ianya terbukti berkesan dan mampu bertahan untuk jangka masa yang agak lama. Walau bagaimanapun, seringkali kita sebagai pengguna jalan raya dapat atau kerap melihat permukaan jalan raya yang rosak seperti keretakan, jalan berlubang serta permukaan yang tidak rata. Hal ini kerana bitumen itu menerima beban yang tinggi serta keadaan cuaca yang tidak menentu seperti hujan lebat dan banjir kilat. Ia juga menerima beban yang tinggi akibat dari pemanduan kenderaan berat seperti jentera-jentera besar serta kenderaan besar yang membawa muatan melebihi had yang ditetapkan .Disebabkan itu, kajian ini dijalankan untuk mencari cara menguatkan lagi kekuatan struktur bitumen ini.

Gambar rajah dibawah menunjukkan contoh kegagalan jalan raya berbitumen.

Rajah 1.2.1 menunjukkan keadaan jalan raya berbitumen akibat penyerapan air bawah tanah.

Rajah 1.2.2 menunjukkan keretakan disebabkan oleh kenderaan berat yang melebihi muatan melalui permukaan jalan ini secara kerap.

Rajah 1.2.3 menunjukkan keadaan yang dikenali sebagai pot hole disebabkan oleh campuran bitumen yang tidak menepati spesikasi yang betul.

Kajian ini memfokuskan tentang penggunaan serbuk kenaf sebagai bahan penguat didalam campuran bitumen. Hal ini kerana fiber yang terkandung didalam kenaf terbukti lasak dari segi kekuatan dan kelasakannya seperti yang diterangkan didalam Manual Penanaman dan Pemprosesan Kenaf (Edisi Pertama) oleh Lembaga Kenaf dan Tembakau Negara (LKTN).

1.3 OBJEKTIF KAJIANObjektif kajian ini adalah untuk:

i. Mengetahui takat lembut bitumen campuran serbuk kenaf

ii. Mengetahui tahap kekonsistenan bitumen campuran kenaf

iii. Menentukan kandungan optimum bitumen campuran kenaf 1.4 SKOP KAJIANUjikaji ini dijalankan di makmal Jalan Raya PKB. Antara ujikaji yang akan dilakukan ialah

i. Ujikaji takat melembut : bagi menentukan takat lembut bagi bitumen.

ii. Ujian penusukan piawai bitumen : Bagi menentukan tahap konsisten bitumen dengan menggunakan penetrometer dan jarum menegak yang akan menembusi sampel.iii. Ujian rekabentuk campuran Marshall : bagi memastikan sampel yang akan disediakan dapat mematuhi spesifikasi yang telah ditetapkan oleh piawai. Ia juga bertujuan menentukan campuran agregat dan kandungan bitumen yang optimum supaya campuran yang dihasilkan mempunyai lompang yang cukup, tahan lasak, lebih ekonomi dan bermutu.1.5 KEPENTINGAN KAJIANKajian ini dijalankan dengan menggunakan bitumen sebagai asas dan serbuk kenaf sebagai bahan campuran penguat dalam penghasilan jalan raya. Serbuk kenaf ini perlu dikaji sifat kejuruteraannya bagi membolehkan ianya digunakan dalam penghasilan jalan raya. Selain itu,struktur kenaf yang lembut tetapi kuat mampu menanggung beban yang tinggi membolehkan struktur jalan raya menjadi lebih kukuh.BAB 2 : KAJIAN LITERATUR

2.0 Pengenalan

Jalan rayaialah jalan besar ataumain roadyang menghubungkan satu kawasan dengan kawasan yang lain. Biasanya jalan besar ini mempunyai ciri-ciri berikut:

Digunakan untukkenderaan bermotor Digunakan untuk orang awam

Dibiayai oleh badan awam

Pengunaannya tertakluk kepada undang-undang pengangkutan

Secara umumnya sistem jalan raya bagi sesebuah negara diklasifikasikan kepada:-

Lebuhraya Jalan raya kebangsaan ataupun laluan persekutuan

Jalan raya negeri atau wilayah

Jalan perbandaran

Jalan-jalan lain termasuk jalan kampung dan jalan estetJalan raya terbahagi kepada dua jenis iaitu jalan raya berasfalt dan jalan raya berbitumen.Kajian ini menekan kepada bitumen sebagai bahan pembuatan jalan raya.2.1BitumenBitumen juga boleh ditakrifkan sebagai bahan pepejal atau separa pepejal, hitam dan melekit, likat dan diperolehi sebagai bahan sampingan hasil daripada proses penyulingan petroleum. Ianya juga boleh ditakrifkan sebagai sebahagian daripada produk asfalt dan tar, dimana ianya akan melarut didalam karbon disulfida.Bitumen selalunya dianggap sebagai satu kumpulan dengan hidrokarbon yang selalu dicampur dengan bahan organik.Ianya juga dikenali dengan petroleum didalam bentuk cecair,tar didalam bentuk separa cecair dan asfalt didalam bentuk pepejal.

2.1.1 Ciri-ciri bitumenAntara ciri-ciri bitumen :

i. Berada dalam bentuk samada pepejal atau separa-pepejal,dimana ianya berwarna hitam dan likat.

ii. Ianya akan cair atau melembut apabila dikenakan haba.

iii. Graviti tentunya adalah 1.09

iv. Ianya akan melarut sepenuhnya didalam karbon disulfida.

v. Ianya bertindak sebagai bahan pengikat didalam semua jenis asfaltvi. Memiliki tahap kestabilan tinggi terhadap bahan kimia,akan tetapi lemah terhadap minyak.

vii. Mempunyai tahap insulasi haba yang tinggi dan kadar zarah yang padat.

2.1.2 KEGUNAAN BITUMEN

Antara kegunaan bitumen ialah :i. Ianya digunakan sebagai bahan anti lembap didalam dinding dan juga didalam kolam renang.

ii. Ianya juga digunakan untuk mengisi kekosongan diantara bahagian bumbung yang bocor.

iii. Ianya juga digunakan didalam pembangunan jalan raya.

iv. Ianya juga digunakan sebagai bahan penebat haba untuk bangunan.

v. Bitumen juga digunakan dalam pembuatan cat kalis air. 2.1.3 BENTUK-BENTUK BITUMENAntara bentuk-bentuk bitumen adalah:

I. Cutback bitumen

II. Blown bitumen

III. Plastic bitumen

IV. Straight run bitumen

V. Bitumen emulsionI.CUTBACK BITUMEN

Ianya diperoleh dengan mencampurkan asfaltik bitumen dengan apa-apa cecair yang sesuai hasil daripada proses penyulingan tar atau petroleum.Ianya juga boleh digunakan dalam keadaan sejuk sebagai cat berbitumen.

II.BLOWN BITUMEN

Ianya diperoleh melalui apabila bitumen dikenakan tekanan angin pada suhu yang tinggi.Ianya selalu digunakan sebagai bahan penebat haba dan juga didalam pembuatan paip berasfalt.

III.PLASTIC BITUMEN

Terdiri daripada bitumen yang nipis dan inert filler yang sesuai(40-45%).Ianya selalu digunakan untuk menghentikan kebocoran dan juga menampung keretakan pada struktur perkuburan dan sebagainya.

IV.STRAIGHT RUN BITUMENBitumen ini diperolehi apabila bitumen disulingkan ke tahap kelikatan tertentu tanpa dikenakan apa-apa proses lain.

V.BITUMEN EMULSIONIanya adalah sejenis produk cecair yang mengandungi bitumen didalam bentuk yang terbahagi sama rata ke bentuk cecair penuh.

2.2KenafKenaf merupakan sejenis pokok yang berserat bukan berkayu yang menghasilkan 30% serat (fiber) pada bahagian kulit (bast) dan juga 70% empulur (core) daripada bahagian dalam bergantung kepada kepadatan tanaman.

2.2.1 JENIS-JENIS KENAFKenaf yang telah diproses terbahagi kepada 6 jenis iaitu:

i. Gumpalan serat(fiber retting)ii. keratan fiber(Fiber cutting)iii. gumpalan fiber secara mekanikal(Fiber mechanical retting)iv. empulur didalam bentuk serbuk@debu [Core(mesh)]v. empulur didalam bentuk kepingan kecil [Core(chip)]vi. empulur didalam bentuk kepingan besar [Core(stalk)]Untuk ujikaji ini, kenaf yang akan digunakan ialah didalam bentuk serbuk iaitu mesh.2.2.2 JENIS-JENIS SERBUK KENAF DAN GREDNYAAntara saiz empulur yang dikeluarkan adalah PC 80 Mesh, PC 60 Mesh, PC 40 Mesh dan PC 15- 20 Mesh.

Rajah 2.2.2.1 menunjukkan kenaf dalam bentuk serbuk(Core) dan grednya PC 80 Mesh

Saiznya adalah 80 mesh dan berwarna putih,krim dan coklat.Mempunyai kadar kelembapan kurang daripada 12% dan keseragaman saiz melebihi 98%.Rajah 2.2.2.2 menunjukkan kenaf dalam bentuk serbuk(Core) dan grednya PC 60 Mesh

Saiznya adalah 60 mesh dan berwarna putih,krim dan coklat cerah.Mempunyai kadar kelembapan kurang daripada 12% dan keseragaman saiz melebihi 98%.

Rajah 2.2.2.3 menunjukkan kenaf dalam bentuk serbuk(Core) dan grednya PC 40 Mesh

Saiznya adalah 40 mesh dan berwarna putih,krim dan coklat cerah.Mempunyai kadar kelembapan kurang daripada 12% dan keseragaman saiz melebihi 98%.Rajah 2.2.2.4 menunjukkan kenaf dalam bentuk serbuk(Core) dan grednya PC 15-20 Mesh(3-6mm)

Saiznya adalah diantara 15-20 mesh(3-6mm) dan berwarna krim dan coklat cerah.Mempunyai kadar kelembapan kurang daripada 18% dan keseragaman saiz melebihi 98%.Ianya turut bercampur 10% fiber pendek menjadikan tahap ketulenan tidak mencapai 100%.

Produk kenaf yang akan digunapakai adalah Core PC 80 Mesh.Ini kerana tajuk projek ialah campuran serbuk kenaf dalam bitumen dan produk yang dimaksudkan itu ialah kenaf yang sudah diproses kedalam bentuk serbuk dan ianya adalah gred yang terbaik bagi kelas empulur(core-mesh).2.3 JENIS-JENIS UJIKAJI BITUMENAntara ujikaji yang akan dijalankan bagi campuran serbuk kenaf kedalam bitumen ini adalah:1. Ujian Takat Melembut

2. Ujian Penusukan Piawai

3. Ujian Rekabentuk Campuran Marshall2.3.1 UJIAN REKABENTUK CAMPURAN MARSHALLPENGENALAN

Rekabentuk turapan lentur mengandungi dua unsur yang utama iaitu rekabentuk ketebalan dan rekabentuk campuran . rekabentuk ketebalan adalah berkaitan dengan silibus semester 6, iaitu direkabentuk road note 29. Rekabentuk campuran pula menumpukan perhatian kepada campuran bahan yang digunakan sebagai lapisan pengikat dan lapisan haus. Bahan-bahan ini hendaklah melalui satu rekabentuk campuran yang betul. Terdapat pelbagai kaedah rekabentuk campuran, tetapi rekabentuk campuran kaedah Marshall merupakan kaedah yang paling popular.

Selain daripada menentukan kandungan bitumen optima,kaedah ini juga boleh menentukan penggredan agregat yang paling sesuai untuk rekabentuk campuran. Kaedah Marshall menggariskan tatacara bermula daripada penyediaan spesimen sehinggalah penentuan kandungan bitumen optima.

Tatacara kaedah Marshall adalah seperti berikut :-

a) Penggredan agregat

b) Pencampuran agregat

c) Penyediaan campuran kelompok

d) Pemadatan

e) Penentuan berat unit

f) Ujian kestabilan Marshall

g) Pengiraan lompang

h) Penentuan kandungan bitumen optima

Ujian yang dinyatakan di atas akan dijalankan mengikut tatacara yang digariskan oleh JKR Standard.

Objektif ujikaji ini ialah untuk menentukan kandungan bitumen optima didalam bancuhan lapisan haus dan lapisan pengikat dalam merekabentuk struktur turapan lentur jalanraya. Mengikut teori, ujian kestabilan Marshall ini perlu dilakukan untuk menentukan campuran yang diperoleh adalah campuran yang terbaik dari segi tahap kebelohkerjaannya dan juga dari segi strukturnya.

Dalam ujian ini beberapa sampel premix yang mengandung campuran bitumen yang berbeza akan dibuat iaitu tiga sampel tanpa menggunakan serbuk kenaf dan tiga lagi dengan mencampurkan serbuk kenaf.Semua sampel tersebut akan diuji kestabilan dan nilai alirannya dan dibuat perbandingan.Perbandingan dibuat berdasarkan lakaran graf yang akan dibuat untuk memilih nilai bitumen yang paling optima dan mempunyai nilai kestabilan yang paling baikPeralatan yang akan digunapakai ialah mesin penguji Marshall, kepala penguji keluli, air, mesin pemadat Marshall, pencampur asfalt, oven dan alat penimbang.

2.3.2 ATURCARA KERJA

2.3.2.1 PENYEDIAAN SPESIMEN (PREMIX)

Kandungan aggregat dan bahan pengisi perlu ditentukan supaya aggregat dan bahan pengisi tidak terkeluar daripada had yang ditetapkan. Semua campuran aggregat iaitu aggregat, pasir, dan pengisi perlu cukup untuk menghasilkan satu spesimen Marshall yang kurang 1200 gram. Aggregat perlu dipanaskan dalam ketuhar pada suhu 150o C sekurang-kurangnya selama 4 jam.Bitumen perlu dipanaskan pada suhu yang sama ketika bancuhan.

Aggregat yang telah panas itu perlu dipanaskan semula kedalam mangkuk penggaul ( kuali ) tanpa mencampurkan selama 1-2 minit. Kemudian bitumen perlu dicampur mengikut kadar yang ditentukan iaitu mengikut peratusan berat keseluruhan campuran ( guna % kandungan ). Pastikan suhu semasa penggaulan campuran aggregat dan bitumen tidak boleh kurang daripada 137o C. Pelantak dan acuan pemadatan hendaklah dibersihkan dan dipanaskan ke suhu 137o C semasa campuran kelompok disediakan. Masukkan sehelai kertas turas didasar acuan sebelum memasukkan kesemua campuran kelompok yang panas kedalam acuan dan licinkan permukaan atasnya. Kemudian letakkan sekeping kertas turas lagi. Acuan kemudian diletakkan keatas pedestal pemadat dan kenakan hentakkan pada kedua-dua muka atas dan bawah spesimen sebanyak 55 hentakkan yang direkabentuk untuk tekanan tayar setinggi 0.75 kN/m2.Tanggalkan relang kemudian biarkan spesimen sementara campuran kedua sedang digaul dan dikeluarkan dengan bicu penyemperit. Biarkan spesimen sejuk sebelum diuji.2.3.2.2 UJIAN KEATAS SPESIMENSpesimen ditimbang diudara dan catatkan beratnya.Kemudia ditimbang semula spesimen dengan membiarkan spesimen berada didalam air dan catatkan beratnya. Berat unit spesimen tersebut perlu dikira sebelum ianya dipanaskan kedalam air sesuhu ( waterbath ) pada suhu 60o 1o C selama 30-40 minit.

Permukaan kepala penguji perlu dibersihkan terlebih dahulu sebelum spesimen diletakkan ditengah-tengah kepala bawah penguji.Kemudian kepala atas penguji dipasang pada kedudukannya. Letakkan kepala penguji lengkap dengan spesimen diatas pedestal mesin penguji Marshall. Hidupkan suis dan catatkan nilai daya maksimum dan aliran pada daya maksima tersebut.Berikut ialah peratus bagi pencampuran aggregat untuk ujikaji ini.

PENCAMPURAN AGGREGAT UNTUK SPESIMEN

BahanPeratus (%)

Aggregat 20 mm8

Aggregat 14 mm14

Aggregat 10 mm20

Debu kuari/pasir55

Simen3

Kandungan bitumen yang digunakan:-4.0%,4.5%,5.0%,5.5%,6.0%, dan 6.5%

(Tiap-tiap peratus bitumen,spesimen yang disediakan adalah sebanyak 2 biji.2.4 UJIAN PENUSUKAN PIAWAI( STANDARD PENETRATION TEST )

Ujian ini bertujuan untuk menentukan nilai tusukan bahan berbitumen pejal atau separa pepejal.Nilai penusukan yang diperolehi boleh digunakan untuk menentukan nilai kekonsistenan bitumen yang diterima.

Antara peralatan yang digunakan ialah radas penusukan, jarum penusukan, pemberat, bekas sampel, pengukus air, dan jam randik.

2.4.1 ATURCARA KERJA

Bitumen dipanaskan sambil dikacau rata sehingga ianya cukup lembut dan mudah dituang. Bekas sampel dipanaskan ke suhu tuangan. Kemudian bitumen dituang kedalam bekas sampel dengan ketebalan minimanya 15mm. Kemudian bahan disejuk pada suhu bilik selama 60 hingga 90 minit. Masukkan bekas sampel kedalam pengukus air dan biarkan selama 1 jam pada suhu ujian 25o C. Kemudian periksa pemegang jarum dan bersihkan bahagian hujung jarum dengan menggunakan toulene atau bahan pelarut yang dibenarkan kemudian araskan tapak radas penusukan. Pasangkan pemberat 50gm diatas pemegang jarum menjadikan beban bergerak 100gm.

Bekas sampel kemudian dimasukkan kedalam bekas yang lebih besar dengan paras atau bekas dilitupi sepenuhnya dengan air pada suhu ujikaji 25o C. Gerakkan jarum sehingga hujungnya menyentuh permukaan bitumen. Catatkan bacaan pada dial penusukan sebagai bacaan awal atau pusing dial ke bacaan sifar.

Lepaskan jarum penusukan untuk jangkamasa 5 saat dan catat bacaan kedalaman penusukan dalam persepuluh milimeter. Ulang sehingga sekurang-kurangnya tiga penusukan diatas permukaan contoh bahan pada jarak tidak kurang 10mm dari tepi bekas dan jarak antara tiap-tiap penusukan. Gunakan jarum yang bersih setiap kali penusukan. Jika nilai penusukan melebihi 100 pen, gunakan jarum yang berbeza dengan membiarkan jarum yang terdahulu sehingga ketiga-tiga penusukan selesai.Laporkan purata penusukan hampir ke unit genap dimana nilai-nilai tersebut tidak boleh melebihi perbezaan dirajah sebelah.

Penusukan0-4950-149150-249250 keatas

Perbezaan maksimum antara nilai tertinggi dengan terendah2468

2.5 UJIAN TAKAT MELEMBUTTujuan ujikaji ini ialah untuk menentukan suhu kelembutan(takat melembut) bagi bitumen.Bitumen yang bergred keras mempunyai takat suhu kelembutan yang tinggi berbanding dengan bitumen bergred lembut.Apabila suhu meningkat,bitumen akan bertukar sifat dari keadaan pepejal kepada cecair iaitu kekerasan bitumen akan berkurangan.

Antara peralatan yang digunakan ialah bola ( Gp. 9.53mm berjisim 350 +/- 0.05gm ), cincin loyang, pemegang cincin, alat pemusat bola, jangka suhu, pemanas, pengaduk elektrik, dan jam randik

2.5.1 ATURCARA:Bahan bitumen dipanaskan sambil dikacau rata sehingga ianya cukup lembut serta mudah dituang. Pastikan tiada gelembing udara terbentuk kedalam contoh dan jangan dipanaskan melebihi 30 minit. Kedua-dua cincin loyang yang akan digunakan dipanaskan ke suhu tuangan dan diletakkan keatas plat rata yang telah ditaburkan dengan bedak.Contoh bahan kemudian dituangkan kedalam cincin sehingga melepasi paras atasnya dan biarkannya sejuk pada suhu bilik dalam tempoh 30 minit dan ujikaji hendaklah dijalankan dalam tempoh 420 minit

Ratakan bahagian atas cincin menggunakan spatula atau pisau yang telah dipanaskan. Pasang cincin, alat pemusat bola, pemegang cincin dan jangkasuhu didalam bikar berisi air suling sehingga kedalaman antara 102 mm hingga 108 mm atau paras air berada 50 mm diatas permukaan cincin.

Kekalkan suhu air dalam bikar pada suhu 5o C selama 15 minit(gunakan ais jika perlu).Dengan menggunakan penyepit,letakkan bola keluli pada bahagian tengah cincin tersebut. Panaskan air dan hidupkan pengacau/pengaduk supaya suhu air meningkat pada kadar 5+/-0.05o C per minitAir dipanaskan terus sehingga bitumen melembut dan membenarkan bola keluli jatuh mencecah plat bawah pada pemegang cincin.

Catatkan suhu ketika bitumen mula melendut sebagai takat melendut dan suhu ketika bola keluli mencecah plat bwaha sebagai takat melembut bitumen.

Jika perbezaan suhu antara kedua-dua boleh melebihi 1o C,ketepikan keputusan dan ulang kembali ujikaji.

Laporkan purata suhu untuk kedua-dua takat kepada 0.5o C yang terdekat.BAB 3 :

KAJIAN METODOLOGI3.1 PENGENALANKajian metodologi merupakan satu perancangan rapi dari segi perjalanan projek semester akhir ini. Bagi melicinkan perjalanan projek akhir, metodologi hendaklah disusun dengan teratur agar segala perjalanan projek berjalan dengan rapi dan tiada langkah yang tercicir atau terkeluar dari landasan sebenar atau dengan lebih tepat, hasil kajian akan menepati kehendak permasalahan yang hendak diselesaikan.

Antara yang perlu dilakukan adalah mendapatkan segala maklumat tentang kenaf serta bitumen. Kemudian langkah seterusnya mencari maklumat tentang ujikaji yang akan dijalankan dan menjalankan ujikaji tersebut bagi mendapatkan data untuk dianalisa. Selepas data siap dianalisa, kesimpulan dan cadangan bolehlah dibuat. 3.2 CARTA ALIR PERLAKSANAAN KERJA

MENGENAL PASTI MASALAH, MENENTUKAN TAJUK, OBJEKTIF, SKOP DAN KAJIAN

SOROTAN KAJIAN / KAJIAN LITERATUR

FASA 1

PERLAKSANAAN KAJIAN

KERJA PEMANTAUAN

MENGAMBIL BACAAN BAGI ANALISA DATA

FASA 2

ANALISA DATA

FASA 3

KESIMPULAN DAN CADANGAN

FASA 4