BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.3. Perancangan Campuran Beton Mutu Tinggi dengan Metode
3.3.1. Umum
Tujuan dari perancangan ini adalah untuk menentukan komposisi campuran beton metu tinggi dan untuk mengoptimalkan campuran beton mutu tinggi tersebut.
Perancangan ini hanya terbatas pada beton mutu tinggi yang diproduksi dengan menggunakan bahan/material dan metode produksi konvensional. Beton mutu tinggi didefenisikan sebagai beton yang mempunyai kekuatan tekan f’c 42 MPa atau lebih.
3.3.2. Persyaratan untuk Kerja dan Perancangan a. Umur Pengujian
Penentuan komposisi campuran beton dapat dipengaruhi oleh umur beton pada saat pengujian. Beton mutu tinggi dapat memperoleh tambahan kekuatan yang besar setelah umur 28 hari. Untuk memanfaatkan sifat ini, banyak spesifikasi untuk kuat tekan dimodifikasi dari kriteria umur 28 hari ke umur 56 hari, 91 hari, atau lebih.
b. Bahan Campuran
Bahan yang digunakan dalam campuran beton harus memenuhi standar sebagai berikut:
1) Air harus memenuhi syarat yang berlaku, dalam hal ini tertuang dalam SK. SNI. S-04-1989-F tentang “Spesifikasi Air sebagai Bahan Bangunan”.
2) Semen harus memenuhi syarat SII-0013-81, tentang “Mutu dan Cara Uji Semen Portland” atau SK. SNI. S-04-1989-F tentang “Spesifikasi Bahan
Perekat sebagai Bahan Bangunan”.
3) Agregat harus memenuhi syarat SII-0052-80, tentang “Mutu dan Cara Uji
Agregat Beton” atau SK. SNI. S-04-1989-F tentang “Spesifikasi Agregat
sebagai Bahan Bangunan”.
4) Bahan tambah yang digunakan harus memenuhi syarat SK. SNI. S-18-1990-03
tentang “Spesifikasi Bahan Tambahan untuk Beton” atau SK. SNI. S-19-1990- 03 jika menggunakan bahan tambah gelembung udara.
3.3.3. Perencanaan Campuran Beton Mutu Tinggi (Mix Design).
Dalam perhitungan ini, nilai-nilai yang perlu diketahui sebelum perhitungan yaitu: Kuat tekan yang disyaratkan f’c= 70 MPa pada umur 28 hari. Pasir yang digunakan pasir alam, dengan karakteristik sebagai berikut: modulus kehalusan = 2,519; berat jenis pasir kering = 2,476; kapasitas absorpsi = 2,775%; berat isi padat kering oven = 1665,68 kg/m3.
Agregat kasar yang digunakan adalah batu pecah, ukuran maksimum agregat dibatasi 20 mm dengan karakteristik sebagai berikut: Berat jenis relatif (kering oven) = 2,810; kapasitas absorpsi= 0,523%, berat isi padat kering oven = 1467,97 kg/m3.
Bahan tambah untuk mempermudah pengerjaan dipakai superplasticizer dengan jumlah dosis yang sama untuk setiap variasi yaitu sebesar 2% dari berat semen. Semen yang dipakai adalah semen Portland Type I dengan berat jenis = 3,05. Bahan tambah pengganti sebahagian semen dipakai silica fume dengan kadar 5%- 20%. Silica fume yang digunakan memiliki berat jenis = 2,495.
1. Langkah 1: Menentukan Slump dan Kekuatan yang diinginkan.
Karena HRWR digunakan, beton didesain berdasarkan slump antara 25-50 mm sebelum penambahan superplasticizer.
Dengan Menggunakan persamaan f’cr =
(f'c +9,65)
0,90 maka nilai kuat tekan rata-
rata fcr’ dapat ditentukan.
fcr’= (70 +9,65)
0,90 = 88,50 Mpa pada umur 28 hari
2. Langkah 2: Menentukan Ukuran Agregat Kasar Maksimum
Kuat tekan rata-rata yang ditargetkan 88,50 MPa > 62 MPa, maka digunakan agregat kasar batu pecah dengan ukuran maksimum 20 mm.
3. Langkah 3: Menentukan Kadar Agregat Kasar Optimum
Karena ukuran agregat kasar maksimum 20 mm, maka dari Tabel 2.12 didapat fraksi berat kering agregat kasar optimum = 0,72. Nilai DRUW (Dry- Rodded Unir Weight) atau berat isi kering oven agregat kasar adalah 1468 kg/m3.
Berat Kering Agregat (OD) = (%DRUW) x (DRUW) Berat Kering Agregat (OD) = (0,72) x (1468 kg/m3) Berat Kering Agregat (OD) = 1057 kg/m3
4. Langkah 4: Estimasi Kadar Air Pencampuran dan Kadar Udara
Berdasarkan pada slump awal sebesar 25-50 mm dan ukuran maksimum agregat kasar 20 mm, dari tabel 2.13 didapat estimasi pertama kebutuhan air yaitu 170 kg/m3 dan kandungan udara terperangkap, untuk campuran yang menggunakan superplasticizer adalah 2%.
Dengan menggunakan persamaan (2.10), voids content pasir yang digunakan adalah:
V = 1 - 1665,68
2,476 x 1000 x 100 = 33%
Penyesuaian air campuran, dihitung dengan menggunakan persamaan (2.11) adalah:
Koreksi air campuran = (33 – 35) x 4,74 = -9,48 kg/m3
Maka, total air campuran yang diperlukan per m3 beton = 160,52 kg. Air campuran yang diperlukan itu termasuk retarding admixture, tetapi tidak termasuk air dalam HRWR.
5. Langkah 5: Menentukan W/c+p
Lihat Tabel 4.3.5 (b) untuk beton yang dibuat dengan menggunakan superplasticizer dan ukuran maksimum agregat 20 mm, dan yang mempunyai kekuatan tekan rata-rata yang ditargetkan untuk kondisi laboratorium (fcr’) sebesar 88.50 Mpa pada umur 28 hari. Harus dicatat bahwa kekuatan tekan yang ditabelkan dalam Tabel 2.14 dan Tabel 2.15 adalah kekuatan tekan rata-rata yang diperlukan di lapangan. Oleh karena itu nilai kekuatan yang dipakai dalam tabel adalah:
(0,90 x 88,50) = 79.65 Mpa Maka nilai W/c+p yang digunakan yaitu 0,27.
6. Langkah 6: Menghitung Kadar Bahan Semen Berat bahan semen per m3 beton adalah:
(160,52 : 0,27) = 595 kg.
7. Langkah 7: Penentuan Komposisi Campuran Dasar hanya dengan Semen Portland saja (tanpa Silica Fume)
a. Kadar semen per m3 = 595 kg
b. Volume material per kg/m3 kecuali pasir sebagai berikut:
Tabel 3.2 Volume Material Campuran per kg/m3 Tanpa Pasir Semen = 595/3050 = 0,195 m3 Agregat kasar = 1057/2810 = 0,376 m3 Air = 160,52/1000 = 0,161 m3 Udara = 0,02 x 1 = 0,020 m3 Volume total = 0,752 m3
Oleh karena itu, volume pasir yang diperlukan per m3 beton adalah = (1 – 0,752) = 0,248 m3
Sebagai berat kering per m3 beton, berat pasir yang diperlukan adalah = 0,248 x 2476 = 614 kg
Kebutuhan superplasticizer 2% = 595 x 2% = 11,9 kg
c. Maka, berat campuran beton per m3 sebagai berikut: Tabel 3.3 Komposisi Campuran Dasar
Campuran Dasar
Semen = 595 kg
Agregat Halus (Pasir) = 614 kg Agregat Kasar (Batu Pecah) = 1057 kg
Air = 160,52 kg
Superplasticizer = 11,9 kg
8. Langkah 8: Komposisi Campuran dengan Semen dan Silica Fume a. Silica Fume yang digunakan mempunyai berat jenis 2,495.
b. Persentase penggantian kadar semen portland dengan silica fume dibuat dengan beberapa variasi campuran. Dalam penelitian ini menggunakan 4 (empat) varian campuran yaitu sebagai berikut:
Tabel 3.4 Variasi Campuran Silica Fume
Campuran # 1 5%
Campuran # 2 10%
Campuran # 3 15%
Campuran # 4 20%
c. Untuk campuran pertama, berat silica fume per m3 beton adalah = (0,05) x (595) = 29,75 kg,
Maka, berat semen
Untuk campuran yang lain dihitung dengan cara yang sama. Nilainya sebagai berikut:
Tabel 3.5 Kebutuhan Semen & Silica Fume dalam Campuran (kg)
Campuran Gabungan Semen (kg) Silica Fume (kg) Total (kg) Campuran # 1 565,25 29,75 595 Campuran # 2 535,50 59,50 595 Campuran # 3 505,75 89,25 595 Campuran # 4 476,00 119,0 595
d. Untuk campuran pertama, volume semen per m3 beton adalah = (565,25) / (3050) = 0,185 m3, dan
Volume silica fume per m3 beton adalah = (29,75) / (2495) = 0,012 m3
Untuk volume semen, silica fume, dan total bahan semen untuk masing-masing campuran adalah:
Tabel 3.6 Kebutuhan Semen & Silica Fume dalam Campuran (%)
Campuran Gabungan Semen (m3) Silica Fume (m3) Total (m3) Campuran # 1 0,185 0,012 0,197 Campuran # 2 0,176 0,024 0,199 Campuran # 3 0,166 0,036 0,202 Campuran # 4 0,156 0,048 0,204
e. Untuk semua campuran, volume agregat kasar, air, dan udara per m3 beton adalah sama dengan campuran dasar yang tidak mengandung bahan semen. Bagaimanapun juga, volume bahan semen bervariasi untuk setiap campuran.
Berat pasir yang diperlukan per m3 beton untuk campuran pertama sebagai berikut:
Tabel 3.7 Komposisi Bahan & Volume dalam Campuran Pertama Tanpa Pasir
Komposisi Volume Semen = 0,197 m3 Agregat kasar = 1057/2810 = 0,376 m3 Air = 160,52/1000 = 0,161 m3 Udara = 0,02 x 1 = 0,020 m3 Volume total = 0,754 m3
Oleh karena itu, volume pasir yang diperlukan per m3 beton adalah = (1 – 0,754) = 0,246 m3
Sebagai berat kering per m3 beton, berat pasir yang diperlukan adalah = 0,246 x 2476 = 609,096 kg per m3 beton.
Berat pasir yang diperlukan per m3 beton untuk campuran kedua sebagai berikut:
Tabel 3.8 Komposisi Bahan & Volume dalam Campuran Kedua Tanpa Pasir
Komposisi Volume Semen = 0,199 m3 Agregat kasar = 1057/2810 = 0,376 m3 Air = 160,52/1000 = 0,161 m3 Udara = 0,02 x 1 = 0,020 m3 Volume total = 0,756 m3
Oleh karena itu, volume pasir yang diperlukan per m3 beton adalah = (1 – 0,756) = 0,244 m3
Sebagai berat kering per m3 beton, berat pasir yang diperlukan adalah = 0,244 x 2476 = 604,144 kg per m3 beton.
Berat pasir yang diperlukan per m3 beton untuk campuran ketiga sebagai berikut:
Tabel 3.9 Komposisi Bahan & Volume dalam Campuran Ketiga Tanpa Pasir
Komposisi Volume Semen = 0,202 m3 Agregat kasar = 1057/2810 = 0,376 m3 Air = 160,52/1000 = 0,161 m3 Udara = 0,02 x 1 = 0,020 m3 Volume total = 0,759 m3
Oleh karena itu, volume pasir yang diperlukan per m3 beton adalah = (1 – 0,759) = 0,241 m3
Sebagai berat kering per m3 beton, berat pasir yang diperlukan adalah = 0,241 x 2476 = 596,716 kg per m3 beton.
Berat pasir yang diperlukan per m3 beton untuk campuran keempat sebagai berikut:
Tabel 3.10 Komposisi Bahan & Volume dalam Campuran Keempat Tanpa Pasir
Komposisi Volume Semen = 0,204 m3 Agregat kasar = 1057/2810 = 0,376 m3 Air = 160,52/1000 = 0,161 m3 Udara = 0,02 x 1 = 0,020 m3 Volume total = 0,761 m3
Oleh karena itu, volume pasir yang diperlukan per m3 beton adalah = (1 – 0,761) = 0,239 m3
Sebagai berat kering per m3 beton, berat pasir yang diperlukan adalah = 0,239 x 2476 = 591,764 kg per m3 beton.
Komposisi campuran beton untuk masing-masing campuran adalah sebagai berikut:
Tabel 3.11 Komposisi Campuran Pertama Campuran # 1
Semen = 565,25 kg
Silica Fume = 29,75 kg Agregat Halus (Pasir), Kering = 609,096 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = 1057 kg
Air = 160,52 kg
Superplasticizer = (0,02) x (565,25) = 11,305 kg
Tabel 3.12 Komposisi Campuran Kedua Campuran # 2
Semen = 535,50 kg
Silica Fume = 59,500 kg Agregat Halus (Pasir), Kering = 604,144 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = 1057 kg
Air = 160,52 kg
Tabel 3.13 Komposisi Campuran Ketiga Campuran # 3
Semen = 505,75 kg
Silica Fume = 89,25 kg Agregat Halus (Pasir), Kering = 596,716 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = 1057 kg
Air = 160,52 kg
Superplasticizer = (0,02) x (505,75) = 10,115 kg
Tabel 3.14 Komposisi Campuran Keempat Campuran # 4
Semen = 476 kg
Silica Fume = 119 kg
Agregat Halus (Pasir), Kering = 591,764 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = 1057 kg
Air = 160,52 kg
Superplasticizer = (0,02) x (476) = 9,520 kg
9. Langkah 9: Campuran Percobaan (Trial Mix)
Hal ini dilakukan untuk campuran dasar dan masing-masing dari keempat campuan tersebut di atas. Agregat halus (pasir) diketahui mempunyai kadar air 2,99% dan daya serap 2,775% sedangkan agregat kasar (batu pecah) diketahui mempunyai kadar air 0,45% dan daya serap 0,523%.
Maka, komposisi campuran beton per m3 untuk campuran dasar setelah koreksi kadar air agregat adalah:
Tabel 3.15 Komposisi Campuran Dasar Setelah Koreksi Kadar Air Campuran Dasar
Semen = Tetap = 595 kg Agregat Halus (Pasir) = (614) x (1 + 2,99%) = 632,359 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = (1057) x (1 + 0,45%) = 1061,757 kg Air = (160,52) – [(614) x (2,99% - 2,775%)] – [(1057) x (0,45% -
0,523%)] =
159,972 kg
Superplasticizer = (0,02) x (595) = 11,900 kg
Komposisi campuran beton per m3 untuk campuran pertama setelah koreksi kadar air agregat adalah:
Tabel 3.16 Komposisi Campuran Pertama Setelah Koreksi Kadar Air Campuran # 1
Semen = Tetap = 565,25 kg Silica Fume = Tetap = 29,75 kg Agregat Halus (Pasir) = (609,096) x (1 + 2,02%) = 627,308 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = (1057) x (1 + 0,45%) = 1061,757 kg
Air = (160,52) – [(609,096) x (2,99% - 2,775%)] – [(1057) x (0,45% - 0,523%)] =
159,982 kg
Komposisi campuran beton per m3 untuk campuran kedua setelah koreksi kadar air agregat adalah:
Tabel 3.17 Komposisi Campuran Kedua Setelah Koreksi Kadar Air Campuran # 2
Semen = Tetap = 535,50 kg Silica Fume = Tetap = 59,50 kg Agregat Halus (Pasir) = (604,144) x (1 + 2,02%) = 622,208 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = (1057) x (1 + 0,45%) = 1061,757 kg
Air = (160,52) – [(604,144) x (2,99% - 2,775%)] – [(1057) x (0,45% - 0,523%)] =
159,993 kg
Superplasticizer = (0,02) x (535,50) = 10,710 kg
Komposisi campuran beton per m3 untuk campuran ketiga setelah koreksi kadar air agregat adalah:
Tabel 3.18 Komposisi Campuran Ketiga Setelah Koreksi Kadar Air Campuran # 3
Semen = Tetap = 505,75 kg Silica Fume = Tetap = 89,25 kg Agregat Halus (Pasir) = (596,716) x (1 + 2,02%) = 614,558 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = (1057) x (1 + 0,45%) = 1061,757 kg
Air = (160,52) – [(596,716) x (2,99% - 2,775%)] – [(1057) x (0,45% - 0,523%)] =
160,009 kg
Komposisi campuran beton per m3 untuk campuran keempat setelah koreksi kadar air agregat adalah:
Tabel 3.19 Komposisi Campuran Keempat Setelah Koreksi Kadar Air Campuran # 4
Semen = Tetap = 476 kg Silica Fume = Tetap = 119 kg Agregat Halus (Pasir) = (591,764) x (1 + 2,02%) = 609,458 kg Agregat Kasar (Batu Pecah), Kering = (1057) x (1 + 0,45%) = 1061,757 kg
Air = (160,52) – [(591,764) x (2,99% - 2,775%)] – [(1057) x (0,45% - 0,523%)] =
160,019 kg
Superplasticizer = (0,02) x (476) = 9,520 kg
Untuk pembuatan masing-masing sampel digunakan hasil hitungan kebutuhan material yang baru seperti table di atas. Pada saat akan melakukan pembuatan sampel maka kadar air yang terkandung dalam agregat dan pasir diperiksa lagi di laboratorium, karena pengaruh kandungan air yang ada dalam agregat dan pasir sangat mempengaruhi nilai faktor air semen dan kebutuhan air yang akan digunakan.
