1 PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN ADDITIVE SILICAFUME DAN
SUPERPLASTICIZER TERHADAP PERILAKU FISIS DAN MEKANIS BETON MUTU TINGGI PASCA BAKAR
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
AIDYL BAGUS RAHARJO 11 0424 019
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN ADDITIVE SILICAFUME DAN SUPERPLASTICIZER TERHADAP PERILAKU FISIS DAN MEKANIS BETON
MUTU TINGGI PASCA BAKAR
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
AIDYL BAGUS RAHARJO 11 0424 019
Pembimbing :
Nursyamsi, S.T., M.T. NIP. 19770623 200501 2 001
Penguji I : Penguji II :
Ir. Besman Surbakti, M.T. Rahmi Karolina, S.T., M.T. NIP. 19541012 198003 1 004 NIP. 19820318 200812 2 001
Mengesahkan :
Koordinator PPSE Ketua
Departemen Teknik Sipil FT USU Departemen Teknik Sipil FT USU
Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19560326 198103 1 003 NIP. 19561224 198103 1 002
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa yang telah melilmpahkan dan memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan, dan juga kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat utama yang harus dipenuhi untuk mencapai gelar sarjana teknik dari Universitas Sumetera Utara dengan judul “PENGARUH
PENGGUNAAN BAHAN ADDITIVE SILICAFUME DAN
SUPERPLASTICIZER TERHADAP PERILAKU FISIS DAN MEKANIS
BETON MUTU TINGGI PASCA BAKAR”. .
Dalam proses penyusunan tugas akhir ini, penulis telah mendapatkan bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis menyampaikan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara;
2. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc, sebagai Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Jurusan Teknik Sipil;
3. Ibu Nursyamsi, S.T., M.T., sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai;
4. Seluruh dosen penguji yang telah memberi masukan pada tugas akhir ini;
ii 6. Terimakasih yang teristimewa, penulis ucapkan kepada kedua Kedua Orangtua, saudara yang telah memberikan banyak dukungan dan doa yang tulus kepada penulis;
7. Kepada asisten-asisten Laboratorium Beton dan Bahan Rekayasa Teknik Sipil USU yang telah banyak membantu dan memberikan masukan;
8. Kepada Pimpinan PT. SIKA Indonesia dan Abangda Marsha Napitupulu untuk bantuan bahan/materialnya;
9. Kepada seluruh rekan-rekan mahasiswa ekstensi, terutama kepada Suyono, Andri, Fahri, Jusak, Yustina, Nadia dan semua teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu persatu yang telah memberikan dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan kesilapan di dalam laporan ini. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan, pengalaman dan kemampuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca yang nantinya dapat memperbaiki laporan selanjutnya sehingga dapat lebih baik lagi.
Semoga laporan ini dapat memberikan informasi, manfaat dan pengetahuan bagi para pembaca.
Medan, Februari 2015 Hormat saya
Penulis,
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GRAFIK ... viii
DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
ABSTRAK ... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Batasan Masalah ... 3
1.5. Hasil Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 4
1.6. Metodelogi Penelitian ... 8
1.7. Lokasi Penelitian ... 13
iv
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 15
2.1. Beton ... 15
2.2. Agregat ... 20
2.3. Semen Portland ... 23
2.4. Air ... 31
2.5. Bahan Tambah ... 33
2.6. Workability ... 40
2.7. Faktor Air Semen (FAS) ... 42
2.8. Perencanaaan Campuran Beton ... 44
2.9. Kebakaran pada Bangunan... 59
2.10. Kuat Tekan Beton ... 65
2.11. Porositas Beton ... 67
2.12. Hasil Penelitian yang Pernah dilakukan... 68
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN... 72
3.1. Lokasi Penelitian ... 72
3.2. Prosedur Penelitian ... 72
3.3. Peralatan dan Bahan ... 73
3.4. Pemeriksaan Material ... 75
3.5. Perancangan Campuran Beton Mutu Tinggi dengan Metode ACI (American Concrete Institute) ... 97
3.6. Pembuatan Benda Uji ... 105
3.7. Prosedur Pembakaran ... 107
v
BAB 4 HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 110
4.1. Umum ... 110
4.2. Analisa Data ... 111
4.3. Analisa Statistik ... 119
4.4. Perbandingan Beton Mutu Tinggi Pasca Bakar dengan Beton Normal Pasca Bakar ... 124
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 132
A. Kesimpulan ... 132
B. Saran ... 134
vi DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Jumlah Benda Uji yang digunakan ... 11
Tabel 2.1 Unsur-unsur Beton ... 16
Tabel 2.2 Pengaruh Sifat Agregat pada Sifat Beton ... 20
Tabel 2.3 Klasifikasi Bentuk Agregat... 22
Tabel 2.4 Kekuatan Tekan Beton Relatif Sesuai dengan Pengaruh Jenis Semen yang Digunakan ... 27
Tabel 2.5 Karakteristik Senyawa Penyusun Semen Portland ... 28
Tabel 2.6 Batas Maksimum Ion Klorida ... 31
Tabel 2.7 Ketentuan Minimum untuk Beton Kedap Air ... 32
Tabel 2.8 Komposisi Kimia Silica Fume ... 36
Tabel 2.9 Nilai Slump untuk Berbagai Macam Struktur ... 41
Tabel 2.10 Faktor Air Semen untuk Setiap Kindisi Lingkungan ... 42
Tabel 2.11 Slump yang Dianjurkan untuk Beton dengan HRWR atau Tanpa HRWR ... 49
Tabel 2.12 Perkiraan Ukuran Maksimum Agregat ... 50
Tabel 2.13 Volume Agregat Kasar yang Dianjurkan per Unit Volume Beton 50 Tabel 2.14 Estimasi Pertama Air Campuran yang Dibutuhkan dan Kadar Udara Beton Segar Berdasarkan Penggunaan Pasir dengan 35% voids ... 54
vii Tabel 2.16 W/c+p Maksimum yang Dianjurkan untuk Beton dengan
Menggunakan HRWR ... 54
Tabel 2.17 Perbandingan Kuat Tekan Beton pada Berbagai Umur ... 66
Tabel 3.1 Spesifikasi yang direncanakan untuk Beton Mutu Tinggi ... 72
Tabel 4.1 Perubahan Warna dan Kondisi Visual Beton Pasca Bakar ... 109
Tabel 4.2 Porositas Beton Tanpa Pembakaran ... 110
Tabel 4.3 Porositas Beton Berdasakan Waktu Penahanan Pembakaran ... 111
Tabel 4.4 Data Kuat Tekan Beton Tanpa Pembakaran ... 114
Tabel 4.5 Kuat Tekan vs Suhu Pembakaran Benda Uji ... 115
Tabel 4.6 Kuat Tekan Beton Normal Tanpa Pembakaran ... 122
Tabel 4.7 Kuat Tekan Beton Normal Pasca Bakar ... 122
Tabel 4.8 Penurunan Kuat Tekan Beton Normal Pasca Bakar ... 124
Tabel 4.9 Penurunan Kuat Tekan Beton Mutu Tinggi Pasca Bakar ... 125
Tabel 4.10 Porositas Beton Normal Pasca Bakar ... 127
Tabel 4.11 Peningkatan Porositas Beton Normal Pasca Bakar ... 129
viii DAFTAR GRAFIK
Halaman
Grafik 4.1 Temperatur vs Porositas ... 112
Grafik 4.2 Durasi Penahanan vs Porositas ... 112
Grafik 4.3 Kuat Tekan vs Suhu Pembakaran ... 115
Grafik 4.4 Kuat Tekan Beton vs Durasi Pembakaran ... 116
Grafik 4.5 Regresi Linier Temperatur vs Kuat Tekan Beton ... 117
Grafik 4.6 Regresi Linier Waktu Penahanan vs Kuat Tekan Beton ... 118
Grafik 4.7 Regresi Linier Temperatur vs Porositas ... 119
Grafik 4.8 Regresi Waktu Penahanan vs Porositas ... 121
Grafik 4.9 Kuat Tekan Beton Normal vs Suhu Pembakaran... 123
Grafik 4.10 Kuat Tekan Beton Normal vs Durasi Pembakaran ... 123
ix
DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN
ACI = American Concrete Institute
ASTM = American Society for Testing and Material SII = Standar Industri Indonesia
SNI = Standar Nasional Indonesia
f’c = Kuat tekan beton yang disyaratkan W = Rasio total berat air
PC = Portland Cement
fas = Faktor air semen, rasio berat air dan semen P = Beban maksimum yang dapat ditahan benda uji A = Luas tampang benda uji
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Hasil Pemeriksaan Agregat, Semen, dan Silica Fume.
Lampiran 2. Perhitungan Campuran Beton ( Mix Design ) dengan Metode ACI. Lampiran 3. Data Hasil Pengujian Kuat Tekan Dan Porositas Beton Mutu Tinggi
Pasca Bakar
xi
ABSTRAK
Beton mutu tinggi banyak mengalami perkembangan seiring dengan banyaknya penelitiann yang dilakukan dalam pembuatan beton mutu tinggi. Salah satunya yaitu penggunaan bahan additive dalam pembuatan beton mutu tinggi. Bahan additive tersebut salah satunya berupa superplasticizer (high range water reducer) yang bertujuan untuk meningkatkan workability pada pengerjaan beton mutu tinggi serta mikrosilika (silicafume) yang merupakan sisa abu pembakaran dari proses pembuatan silicon metal dalam tungku pembakaran. Penggunaan silicafume bertujuan untuk menutupi rongga-rongga yang tidak tertutupi oleh penggunaan semen. Terjadinya perubahan suhu ekstrim seperti kebakaaran tentunya akan membawa dampak kepada sifat- sifat beton. terutama pada beton mutu tinggi yang menggunakan bahan additive.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan penurunan kekuatan yang terjadi pada beton mutu tinggi yang menggunakan silica fume dan superplastiscizer dengan mutu beton 50 MPa jika dibandingkan dengan beton normal dengan mutu K300 setelah dibakar menggunakan mesin furnace. Pembakaran dilakukan pada suhu 500°C, 750°C, dan 1000°C dengan variasi waktu penahanan suhu selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam. Setelah itu, kemudian didiamkan selama 24 jam dengan temperatur ruangan. Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji kuat tekan dan uji porositas. Pada suhu 500°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 12.593%-22.963% sedangkan pada beton mutu tinggi penurunan kuat tekan berada pada 20.186%-46.404%. Untuk suhu 750°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 56.444%-66.222% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami penurunan sebesar 61.624%-81.067%. Sedangkan pada suhu pembakaran 1000°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 76.741%-100% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami penurunan sebesar 88.863%-100%. Pada suhu 500°C peningkatan porositas beton normal berada pada 80%-84.005% sedangkan pada beton mutu tinggi peningkatan porositas berada pada 82.141%-92.741%. Untuk suhu 750°C peningkatan porositas beton normal berada pada 79.310%-88.889% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami peningkatan porositas 87.5%-95.095%. Sedangkan pada suhu pembakaran 1000°C peningkatan porositas beton normal berada pada 86.667%-90% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami peningkatan porositas sebesar 84.979%-94.219%.
Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa beton mutu tinggi dengan silica fume dan superplastiscizer mengalami penurunan kekuataan lebih besar daan mengalaami peningkatan porositas lebih besar sehingga sebisa mungkin hindari penggunaan silicafume dan superplasticizer pada struktur beton yang berada pada kondisi suhu tinggi.
Kata kunci: beton mutu tinggi, pascabakar, kuat tekan, porositas, superplastiscizer, silica
xi
ABSTRAK
Beton mutu tinggi banyak mengalami perkembangan seiring dengan banyaknya penelitiann yang dilakukan dalam pembuatan beton mutu tinggi. Salah satunya yaitu penggunaan bahan additive dalam pembuatan beton mutu tinggi. Bahan additive tersebut salah satunya berupa superplasticizer (high range water reducer) yang bertujuan untuk meningkatkan workability pada pengerjaan beton mutu tinggi serta mikrosilika (silicafume) yang merupakan sisa abu pembakaran dari proses pembuatan silicon metal dalam tungku pembakaran. Penggunaan silicafume bertujuan untuk menutupi rongga-rongga yang tidak tertutupi oleh penggunaan semen. Terjadinya perubahan suhu ekstrim seperti kebakaaran tentunya akan membawa dampak kepada sifat- sifat beton. terutama pada beton mutu tinggi yang menggunakan bahan additive.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan penurunan kekuatan yang terjadi pada beton mutu tinggi yang menggunakan silica fume dan superplastiscizer dengan mutu beton 50 MPa jika dibandingkan dengan beton normal dengan mutu K300 setelah dibakar menggunakan mesin furnace. Pembakaran dilakukan pada suhu 500°C, 750°C, dan 1000°C dengan variasi waktu penahanan suhu selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam. Setelah itu, kemudian didiamkan selama 24 jam dengan temperatur ruangan. Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji kuat tekan dan uji porositas. Pada suhu 500°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 12.593%-22.963% sedangkan pada beton mutu tinggi penurunan kuat tekan berada pada 20.186%-46.404%. Untuk suhu 750°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 56.444%-66.222% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami penurunan sebesar 61.624%-81.067%. Sedangkan pada suhu pembakaran 1000°C penurunan kuat tekan beton normal berada pada 76.741%-100% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami penurunan sebesar 88.863%-100%. Pada suhu 500°C peningkatan porositas beton normal berada pada 80%-84.005% sedangkan pada beton mutu tinggi peningkatan porositas berada pada 82.141%-92.741%. Untuk suhu 750°C peningkatan porositas beton normal berada pada 79.310%-88.889% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami peningkatan porositas 87.5%-95.095%. Sedangkan pada suhu pembakaran 1000°C peningkatan porositas beton normal berada pada 86.667%-90% sedangkan pada beton mutu tinggi mengalami peningkatan porositas sebesar 84.979%-94.219%.
Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa beton mutu tinggi dengan silica fume dan superplastiscizer mengalami penurunan kekuataan lebih besar daan mengalaami peningkatan porositas lebih besar sehingga sebisa mungkin hindari penggunaan silicafume dan superplasticizer pada struktur beton yang berada pada kondisi suhu tinggi.
Kata kunci: beton mutu tinggi, pascabakar, kuat tekan, porositas, superplastiscizer, silica
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi pada saat ini sedang mengalami perkembangan dan kemajuan yang sangat pesat. Terlebih pada teknologi pada bidang struktur. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya bangunan-bangunan dengan pengerjaan secara khusus seperti jembatann layang, gedung-gedung pencakar langit maupun gedung dengan basement, jembatan bentang panjang, dan bangunan lainnya yang dalam pengerjaannya menggunakan beton dengan mutu tinggi.
Beton mutu tinggi sendiri banyak mengalami perkembangan seiring dengan banyaknya penelitiann yang dilakukan dalam pembuatan beton mutu tinggi. Salah satunya yaitu penggunaan bahan additive dalam pembuatan beton mutu tinggi. Bahan additive tersebut salah satunya berupa superplasticizer (high range water reducer) yang bertujuan untuk meningkatkan workability pada pengerjaan beton mutu tinggi serta mikrosilika (silicafume) yang merupakan sisa abu pembakaran dari proses pembuatan silicon metal dalam tungku pembakaran. Penggunaan silicafume bertujuan untuk menutupi rongga-rongga yang tidak tertutupi oleh penggunaan semen.
2 Dengan pemanasan dengan batas suhu tertentu beton akan mengalami penurunan stabilitas ikatan semen serta akan terjadi pemuaian butiran kerikil yang akan berakibat pada penurunan stabilitas kesatuan beton tersebut, dengan kata lain beton tersebut akan mengalami kerusakan dan kuat beton mengalami akan penurunan.
Seperti yang tertulis pada paragraf sebelumnya, salah satu bahan yang digunakan dalam beton mutu tinggi adalah bahan additive berupa superplasticizer dan silicafume. Superplasticizer mengandung senyawa hidrokarbon sedangkan silicafume mengandung silica yang akan mengalami perubahan yang cukup berarti pada pemanasan dengan suhu tertentu. Sehingga perlu diketahui seberapa besar dan bagaimana pengaruh pembakaran terhadap beton dengan penggunaan bahan additive .
Oleh karena itu untuk mengetahui hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara besar temperature suhu pembakaran, lama pembakaran, dan penggunaan bahan additive terhadap perubahan sifat-sifat dan karakteristik pada beton mutu tinggi tersebut serta seberapa besar penurunan kekuatan beton mutu tinggi pasca bakar jika dibandingkann dengan beton normal pasca bakar.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang telah dipaparkan maka dapat dirumuskan masalah yang akan diteliti yaitu:
1. Bagaimana kondisi fisik beton setelah dibakar pada suhu tertentu.
3 3. Berapa besar perbedaan penurunan kekuatan beton mutu tinggi setelah
pembakaran jika dibandingkan dengan beton normal.
4. Bagaimana grafik hubungan antara besar suhu dan lama waktu pembakaran.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh penggunaan bahan additive terhadap sifat fisis dan mekanis beton mutu tinggi pasca bakar .
2. Untuk mengetahui besar perbedaan penurunan kekuatan antara beton mutu tinggi dan beton normal pasca bakar.
1.4. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi cakupan/ruang lingkup agar tidak terlalu luas. Pembatasan masalah meliputi:
1. Kuat tekan rencana beton mutu tinggi yang digunakan adalah 50 Mpa. 2. Beton yang digunakan pada umur 28 hari.
3. Perencanaan campuran beton (mix design) yang digunakan dalam penelitian ini adalah perencanaan campuran dengan metode ACI (American Concrete Institute).
4. Silica fume yang digunakan produk dari PT. SIKA INDONESIA. Kadar silica fume yang digunakan 5% dari berat semen.
4 berat semen. Dengan menggunakan Sikament NN Type F maka jumlah penggunaan air dapat dikurangi ±12% dari kebutuhan air sebelumnya.
6. Dalam penelitian ini menggunakan benda uji kubus dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm.
7. Suhu pembakaran yang akan dilakukan 500°C, 750°C, dan 1000°C. 8. Lama waktu pembakaran adalah 2 jam, 4 jam, dan 6 jam
1.5. Hasil Penelitian yang Pernah Dilakukan
1. As’at Pujianto, Tri Retno Y.S. Putro, dan Oktania Ariska
5 awal memperlihatkan adanya kelecakan yang sangat tinggi pada beton segar dan mendapatkan kuat tekan yang lebih baik dengan silicfume sebesar 10 % terhadap berat beton.
2. Irma Aswani Ahmad, Nur Anny Suryaningsih Taufieq, Abdul Hamid Aras Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui gambaran kuat tekan setelah terbakar dan model hubungan antara temperatur dan kuat tekan beton. Benda uji yang digunakan berbentuk kubus ukuran 15cm x 15cm x 15cm. Pemanasan dilakukan dalam oven pada temperatur 200°C - 600°C dengan interval kenaikan 50°C. Analisis data dilakukan dengan analisis statistik deskriptif dan analisis regresi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat tekan beton rata-rata menurun dengan adanya kenaikan temperatur. Beton yang telah dipanasi pada temperatur 200°C, 400°C dan 600°C, kuat tekan rata-ratanya berturut-turut sebesar 85,83%, 58,40% dan 35,08% dari beton normal. Model regresi yang dihasilkan jika berbentuk regresi linier persamaannya adalah y = -0,2802x + 248,79 dengan nilai R2= 0,8539. Sedangkan model regresi berbentuk regresi polinomial derajat 2 persamaannya adalah y = 10-4x2 – 0,3402x + 255,65 dengan nilai R2= 0,8576.
3. Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, dan Antonius
6 mengalami penurunan. Besar penurunan tergantung pada besar suhu dan lama pembakaran. Semakin besar suhu dan semakin lama waktu pembakran kekuatan sisa dari beton akan semakin kecil. Sebagai contoh, beton dengan suhu pembakaran 300°C selama 3 jam memiliki kekuatan sisa ± 71.8%, dan untuk lamaa pembakaran 9 jam, kekuatan sisa beton menjadi ± 60.04%. perubahan kekuatan dan modulus elastisitas untuk mutu beton yang berbeda akan memberikan hasil yang berbeda meskipun dibakar pada suhu dan lama pembakaran yang sama. Sebagai contoh, pada pembakaran dengan suhu 600°C selama 5 jam, beton dengan K225 memiliki kekuatan sisa ± 36.40%, sedangkan untuk beton dengan K350, kekuatan sisa beton sebesar ± 24.46%.
4. A.A. Gede Sutapa
7 5. Retno Anggraini
Terjadinya perubahan temperatur yang cukup tinggi ( diatas7000C), seperti yang terjadi pada peritiwa kebakaran, akan membawa dampak pada struktur beton. Karena pada proses tersebut akan terjadi suatu siklus pemanasan dan pendinginan yang bergantian, yang akan menyebabkan adanya perubahan fase fisis dan kimiawi secara kompleks. Hal ini akan mempengaruhi kualitas / kekuatan struktur beton tersebut seperti porositas beton. Dengan menggunakan metode pembakaran benda uji pada burner dengan suhu target 400C – 1200C dan dengan rentang waktu terukur sebagai asunsi lamanya terjadi kebakaran dapat diketahui perubahan yang terjadi Terlihat bahwa nilai porositas beton mutu tinggi mampu bertahan sampai suhu 800C. Perubahan nilai porositas belum mengalami perubahan yang berarti yaitu berkisar 65% dari nilai awal. Sementara pada suhu diatas 800C nilai porositas akan menurun dengan tajam sampai diatas 100% pada suhu yang cukup tinggi. Hal ini karena terjadinya proses dekomposisi pada suhu tinggi.
6. Yulia Corsika M. S. dan Rahmi Karolina
8 ruangan. Dari hasil penelitian diperoleh pada temperatur 250 oC, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C penurunan kuat tekan sebesar 4,44%-7,41%, 12,59%-22,96 %, 56,44%-66,22%, dan 76,74%-100%. Pada waktu penahanan selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam penurunan kuat tekan sebesar 4,44%-76,74%, 6,67%-93,70 %, dan 7,41%-100%. Pada temperatur 250 oC, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C peningkatan porositas sebesar 8,09%-9,57%, 11,79%-15,50 %, 16,98%-18,46%, dan 19,20%-26,61%. Pada waktu penahanan selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam peningkatan porositas sebesar 8,09%-19,20%, 8,83%-22,16%, dan 9,57%-26,61%. Dari penelitian ini terlihat bahwa kenaikan temperatur memberi dampak yang lebih besar terhadap penurunan kuat tekan beton dan peningkatan porositas beton jika dibandingkan dengan kenaikan durasi pembakaran. Melalui penelitian ini dihasilkan persamaan-persamaan regresi yang dapat digunakan untuk menghitung kuat tekan sisa pada temperatur pembakaran yang lain.
1.6. Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah kajian eksperimental di laboratorium. Dalam tahapan ini dilakukan pengumpulan data dan informasi yang berhubungan dengan pembahasan yang kemudian disusun dalam bentuk laporan. Adapun tahapan-tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Studi Literatur dengan mengumpulkan data dan informasi, keterangan dari buku-buku, naskah ilmiah maupun jurnal dan skripsi mahasiswa yang berhubungan dengan penelitian ini, serta masukan dari dosen pembimbing.
9 a. Pemeriksaan material berupa pemeriksaan agregat (kasar dan halus), yaitu melakukan: pemeriksaan analisa ayak, kadar air, kadar lumpur, kadar organik, berat jenis , berat isi padat kering oven dan daya serap.
b. Pemeriksaan berat jenis silica fume.
c. Perencanaan campuran (mix design) beton. Metode perencanaan campuran beton mutu tinggi berdasarkan metode ACI (American Concrete Institute). d. Pencampuran (mixing), pemeriksaan slump, pembuatan benda uji, perawatan
benda uji selama 28 hari.
3. Pelaksanaan pencampuran, pengecoran dan perawatan beton normal. 4. Pemeriksaan porositas masing-masing beton sebelum pembakaran. 5. Pengujian tekan masing-masing beton yang tidak di bakar.
6. Pembakaran Benda uji.
10 Persiapan Material dan Alat Uji
Perawatan Benda Uji (28 hari)
Mulai
Studi Literatur
11 Benda Uji
Berikut ini adalah jumlah benda uji yang akan digunakan dalam penelitian:
Durasi Pembakaran
(Jam)
Pengujian Kuat Tekan dan Porositas Tanpa
Bakar Bakar
Beton Mutu tinggi
50 Mpa
Beton Mutu Tinggi 50 Mpa
500°C 750°C 1000°C
Tabel 1.1 Jumlah Benda Uji yang Digunakan
Pembakaran Benda Uji
12 Jenis Pengujian
1. Uji Kuat Tekan
Kuat tekan beton dilakukan dengan benda uji berbentuk kubus dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm yang dirawat selama 28 hari. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin kompressor (compressor machine) dengan menggunakan rumus Lawrence H. Van Vlack :
Dimana :
f’c = Kuat tekan (N/cm2) F = Gaya tekan (N)
A = Luas bidang permukaaan (cm2)
2. Uji Porositas
Porositas merupakan perbandingan antara jumlah volume lubang-lubang kosong yang dimiliki oleh zat padat (volume kosong) dangan jumlah dari volume zat padat yang ditempati oleh zat padat. Porositas dapat deihitung dengan rumus Lawrence H. Van Vlack :
Dimana :
P = Porositas (%)
mb = Massa basah benda uji setelah direndam (gr)
mk = Massa kering sampel setelah direndam (gr)
13 1.7. Lokasi Penelitian
Pembakaran benda uji dilakukan di Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan pengujian kuat tekan dan porositas dilakukan di Laboratorium Teknologi Beton Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
1.8. Sistematika Penulisan
Sistematika ini berisikan gambaran garis besar dari isi Tugas Akhir ini yaitu antara lain :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini terdiri dari latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan penelitian, lokasi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini memuat tentang dasar teori yang digunakan yang sesuai dengan penelitian yang dilakukan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
14 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisikan hasil pengujian serta analisa dari hasil pengujian yang diperoleh yaitu sifat mekanis dan fisis dari beton yang diteliti antara lain kuat tekan dan porositas beton.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
15
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Beton
Beton merupakan fungsi dari bahan penyusunnya yang terdiri dari bahan semen hidrolik (portland cement), agregat kasar, agregat halus, air dan bahan tambah (admixture atau additive). Untuk mengetahui dan mempelajari perilaku elemen gabungan (bahan-bahan penyusun beton), kita memerlukan pengetahuan mengenai karakteristik masing-masing komponen. (Tri Mulyono, 2004).
Proses awal terbentuknya beton adalah pasta semen yaitu proses hidrasi antara air dengan semen, selanjutnya jika ditambahkan dengan agregat halus menjadi mortar dan jika ditambahkan dengan agregat kasar menjadi beton. (Tri Mulyono, 2004).
Kekuatan beton akan bertambah dengan naiknya umur beton. Kekuatan beon akan naik secara cepat sampai umur 28 hari dan stelah itu peningkatan kekuatannya akan kecil. Selain itu kekuatan beton dipengaruhi oleh beberapa factor antara lain proporsi unsur-unsur penyusunnya, metode perancangan (mix design), perawatan, dan keadaan saat pelaksanaan pengecoran. Unsur-unsur penyusun dari beton antara lain berupa air, semen, agregat kasar, agregat halus, serta jika dengan keperluan tertentu maka akan digunakan additive dan admixture.
16 Tabel 2.1 Unsur-unsur Beton
Agregat (kasar + halus) 60% - 80%
Semen 7% - 15%
Air 14% - 21%
Udara 1% - 8%
Sumber : Mulyono, Tri. 2004. Teknologi Beton. Yogyakarta: Andi, 2004
Perancangan beton harus memenuhi kriteria perancangan standar yang berlaku antara lain ASTM, ACI, JIS, ataupun SNI. Metode yang dapat digunakan antara lain Roaad Note No.4, ACI (American Concrete Institute), SK SNI-T-15-1990-03 atau DoE/PU serta cara coba-coba “Try and Error”. (Tri Mulyono, 2004).
2.1.1. Beton Mutu Tinggi
Dengan perkembangan beton yang begitu pesat, kriteria beton mutu tinggi juga mengalami perubahan sesuai dengan perkembangan zaman dan kemajuan teknologi dari pengolahan beton sehingga kriteria pencapaian mutu beton yang dapat dicapai semakin tinggi. Pada tahun 1950an, beton mutu tinggi dikategorikan mempunyai mutu tinggi jika kekuatan tekannya 30 MPa. Tahun 1960-1970an kriteria naik menjadi 40 MPa. Saat ini beton dikatakan beton mutu tinggi jika kuat tekannya mencapai 50 MPa dan beton yang mencapai kuat tekan diatas 80 MPa adalah beton dengan mutu sangat tinggi. (Tri Mulyono, 2004)
2.1.2. Kelebihan dan Kekurangan Beton
17 Kelebihan beton tersebut antara lain (Nugraha P., 2007) :
a. Ketersediaan (availability) material dasar.
Agregat, air dan semen pada umumnya bisa didapat dengan mudah dari lokal setempat dan harga yang relatif murah.
b. Kekuatan tekan tinggi.
Seperti juga kekuatan tekan pada batu alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan konstruksi.
c. Kemudahan untuk digunakan (versatility).
Pengangkutan bahan mudah, karena masing-masing bisa diangkut secara terpisah. Beton bisa dipakai untuk berbagai struktur, seperti bendungan, fondasi, jalan, landasan bandar udara,dan pipa.
d. Kemampuan beradaptasi (adaptability)
Beton bersifat monolit, tidak memerlukan sambungan seperti baja. Beton dapat dicetak dengan bentuk dan ukuran berapapun, misalnya pada struktur cangkang (shell) maupun bentuk-bentuk khusus 3 dimensi.
e. Kebutuahan pemeliharaan yang minimal.
18 Di samping segala keunggulan di atas, beton sebagai struktur juga mempunyai beberapa kelemahan yang perlu dipertimbangkan, yaitu (Nugraha, P., 2007) :
1. Kuat tariknya rendah, meskipun kekuatan tekannya besar 2. Beton cenderung retak, karena semennya hidraulis. 3. Berat sendiri beton yang besar, sekitar 2400 kg/m3 4. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah
5. Kualitasnya sangat tergantung cara pelaksanaan di lapangan 6. Daya pantul suara yang besar
7. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena elastisitasnya yang rendah dari beton
8. Konduktivitas termal beton relatif rendah Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara ekomoni. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan dengan perilaku struktur yang akan dibuat.
2.1.3. Sifat dan Karakterstik yang Dibutuhkan pada Perencangan Beton 1. Kuat Tekan Beton
19 2. Kemudahan Pengerjaan
Kemudahan pengerjaan merupakan salah satu kinerja utama yang dibutuhkan karena jika beton yang direncanakan dengan mutu tinggi tidak dapat dilaksanakan di lapangan karena kesulitan pengerjaan, maka perencnaan beton tersebut akan percuma. Oleh karena itu pada saat ini sudah lazim digunakan admixture untuk memperbaiki kinerja pada saat pelaksanaan.
3. Rangkak dan Susut
Pembebanan pada beton akan diberikanon setelah beton mengeras. Beton menunjukan sifat elastis murni pada waktu pembebanan singkat, sedangkan pada pembebanan yang tidak singkat beton akan mengalami regangan dan tegangan sesuai dengan lama pembebanannya.
Rangkak (creep) atau lateral material flow didefenisikan sebagai penambahan regangan terhadap waktu akibat adanya beban yang bekerja. Umumnya rangkak tidak mengakibatkan dampak langsung terhadap kekuatan struktur tetapi akan mengakibatkan timbulnya redistribusi tegangan pada beban yang bekerja dan mengakibatkan terjadinya peningkatan atau lendutan (deflection). (Tri Mulyono, 2004).
20 2.2.Agregat
Seperti yang tertera pada tabel 2.1 diketahui bahwa komposisi agregat pada beton yaitu berkisar antara 60% - 80%. Sehingga bisa dikatakan bahwa agregat memegang peranan penting dalam campuran beton. Tidak hanya memiliki peranan dalam membantu kekuatan beton namun juga berpengaruh terhadap kesatuan dan ketahanan beton yang dihasilkan secara struktural. Oleh karena itu gradasi agregat memiliki peranan yang penting untuk menghasilkan kesatuan beton yang padat serta memberikan stabilitas dan keawetan yang lebih tinggi terutama pada beton berkekuatan tinggi.
Agregat memilki harga yang lebih murah jika dibandingkan dengan semen, maka akan lebih ekonomis jika dalam campuran beton digunakan banyak agregat yang tentunya akan mempengaruhi jumlah penggunaan semen, namun tentunya harus disesuaikan dengan spesifikasi dan kekuatan yang diinginkan dari perencanaan beton tersebut. Agregat memberikan kontribusi yang besar terhadap beton, seperti stabilitas volume, ketahanan abrasi, dan ketahanan umum (durability). Bahkann beberapa sifat fisik beton secara langsung tergantung pada sifat agregat, seperti kepadatan, panas jenis, dan modulus elastisitas.
Hal-hal yang juga harus dimiliki oleh agregat antara lain : 1. Kekuatan yang baik.
2. Tahan lama.
3. Tahan terhadap cuaca.
21 5. Tidak boleh terjadi reaksi kimia yang tidak diinginkan diantara material
tersebut dengan semen.
Tabel 2.2 Pengaruh Sifat Agregat pada Sifat Beton
Sifat Agregat Pengaruh Pada Sifat Beton Bentuk, tekstur,
gradasi
Beton cair Kelecakan Pengikatan dan Pengerasan Sifat fisik, sifat kimia,
mineral
Beton keras Kekuatan, kekerasan, ketahanan (durability)
Sumber : Nugraha, P., 2007
Klasifikasi agregat secara umum adalah mengenai bentuk dan ukuran agregat. Bentuk agregat terdiri dari agregat alam yang biasanya berbentuk bulat dan memiliki permukaan yang cenderung halus dan agregat batu pecah yang dihasilkan dari penggunaan mesin pemecah batu yang memiliki bentuk cenderung runcing dan memiliki permukaan kasar. Sedangkan untuk ukuran agregat dibedakan menjadi dua berdasarkan ayakan 5 mm atau 3/16”. Agregat kasar adalah agregat dengan ukuran lebih besar dari 5 mm. Sedangkan agregat halus adalah agregat dengan ukuran lebih kecil dari 5 mm.
Agregat kasar dapat mempengaruhi kekuatan dan sifat struktur beton. Oleh karena itu, agregat kasar harus dipilih yang cukup keras, tidak retak dan tidak mudah pecah, bersih, dan bebas dari lapisan di permukaannya. Sifat agregat kasar juga mempengaruhi karakteristik lekatan agregat-mortar dan kebutuhan air pencampur.
22 kekuatan yang paling tinggi dengan w/c+p yang diberikan. Walaupun demikian, kekuatan tekan di atas 70 Mpa dapat juga diperoleh dengan menggunakan ukuran nominal maksimum agregat 25 mm jika pada campuran diberikan bahan tambahan kimia (chemical admixture). Penggunaan ukuran agregat kasar yang terbesar merupakan pertimbangan yang penting jika optimasi modulus elastisitas, rangkak (creep), dan susut kering (drying shrinkage) merupakan hal yang utama.
Agregat halus dengan modulus kehalusan (FM) antara 2,5 sampai 3,2 lebih baik untuk beton mutu tinggi. Campuran beton yang dibuat dengan agregat halus yang mempunyai modulus kehalusan (FM) kurang dari 2,5 biasanya bersifat lengket (sticky) dan mempunyai workabilitas yang rendah dan memerlukan kebutuhan air pencampur yang lebih tinggi. Terkadang memungkinkan untuk mencampur pasir dari daerah/lokasi yang berbeda untuk meningkatkan keragaman gradasinya dan kapasitasnya untuk menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi.
Ukuran agregat halus yang digunakan, lolos saringan ayakan 5 mm dan mempunyai tekstur yang baik. Kadar lumpur, kadar organik, dan kadar air serta sifat-sifat lainnya harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan.
Tabel 2.3 Klasifikasi Bentuk Agregat
Klasifikasi Bentuk
Flaky Material yang tipis pada salah satu sisinya
23 planar yang kasar
Elongated
Material yang menyudut salah satu sisinya lebih panjang dari yang lain
Flaky dan Elongated
Material yang memiliki panjang yang lebih besar dan lebar, dan lebar lebih besar dari tebalnya
Sumber : Nugraha, P., 2007
2.3.Semen Portland
Semen merupakan bahan ikat yang penting dan banyak digunakan. Semen akan bereaksi dan berikatan jika dicampur dengan air. Semen merupakan bahan pengikat yang penting dan banyak digunakan dalam pembangunan fisik di sektor industri sipil. Jika ditambah air, semen akan menjadi pasta semen. Jika ditambah agregat halus, pasta semen akan menjadi mortar yang jika digabungkan dengan agregat kasar akan menjadi campuran beton segar yang setelah mengeras akan menjadi beton keras (concrete).
24 Semen portland yang digunakan di Indonesia harus memenuhi syarat SII.0013-1981 atau Standart Uji Bahan Bangunan Indonesia 1986, dan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standart tersebut.
Peraturan Beton 1989 (SKBI.1.4.53.1989) membagi semen portland menjadi lima jenis (SK.SNI T-15-1990-03:2) yaitu :
- Tipe I, semen portland yang dalam penggunaannya tidak memerlukan persyaratan khusus seperti jenis-jenis lainnya. Jenis ini paling banyak diproduksi karena digunakan untuk hamper semua jenis konstruksi.
- Tipe II, semen portland modifikasi yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
- Tipe III, semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan awal tinggi dalam fase permulaan setelah peningkatan terjadi. Kekuatan 28 hari umumnya dapat dicapai dalam 1 minggu. Semen jenis ini umum dipakai ketika acuan harus dibongkar secepat mungkin atau ketika struktur harus dapat cepat dipakai.
- Tipe IV, semen portland yang penggunaannya memerlukan panas hidrasi yang rendah, yang dipakai untuk kondisi di mana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus minimum. Misalnya pada bangunan masif seperti bendungan gravitasi yang besar.
25 2.3.1. Sifat dan Karakteristik Semen Portland
Semen yang satu dengan yang lainnya dapat dibedakan berdasarkan susunan kimianya maupun kehalusan butirnya. Sifat-sifat semen portland dapat dibedakan menjadi dua, yaitu sifat fisika dan kimia.
1. Sifat-sifat Fisika Semen Portland a. Kehalusan butir
Kehalusan butir semen mempengaruhi proses hidrasi. Waktu pengikatan (setting time) menjadi semakin lama jika butir semen lebih besar. Sebaliknya, semakin halus butiran semen, proses hidrasinya semakin cepat, sehingga kekuatan awal tinggi dan kekuatan berkurang. Kehalusan butir semen yang tinggi dapat mengurangi bleeding atau naiknya air ke permukaan, tetapi menambah kecenderungan beton menyusut lebih banyak dan mempermudah terjadinya retak dan susut.
b. Kemulusan
26 c. Waktu Pengikatan
Waktu ikat adalah waktu yang diperlukan semen untuk mengeras terhitung mulai dari bereaksi dengan air dan menjadi pasta semen hingga pasta semen cukup kaku untuk menahan tekanan. Waktu ikat semen dibedakan menjadi dua yaitu:
1) Waktu ikat awal yaitu waktu dari pencampuran semen dengan air menjadi pasta semen hingga hilangnya sifat keplastisan.
2) Waktu ikat akhir yaitu waktu antara terbentuknya pasta semen hingga beton mengeras.
Waktu pengikatan diukur dengan alat Vicat atau Gillmore. Dengan demikian dapat ditentukan apakah pasta semen itu cukup lama berada dalam keadaan plastis sampai beton bersangkutan dapat dituang atau dicor.
d. Perubahan Volume
27 e. Kepadatan (Density)
Berat jenis semen yang disyaratkan oleh ASTM adalah 3,15. Pada kenyataannya, berat jenis semen yang diproduksi berkisar antara 3,05-3,25. Variasi ini akan berpengaruh pada proporsi semen dalam campuran.
f. Konsistensi
Konsistensi semen portland lebih banyak pengaruhnya pada saat pencampuran awal, yaitu pada saat terjadi pengikatan sampai pada saat beton mengeras. Konsistensi yang terjadi bergantung pada rasio antara semen dan air serta aspek bahan semen.
g. Panas Hidrasi
Panas hidrasi adalah panas yang terjadi pada saat semen bereaksi dengan air. Jumlah panas yang dikeluarkan terutama bergantung pada susunan kimia, kehalusan butiran semen, serta suhu pada waktu dilaksanakan perawatan. Dalam pelaksanaan, perkembangan panas ini dapat mengakibatkan masalah yakni timbulnya retakan pada saat pendinginan. Oleh karena itu, perlu dilakukan pendinginan melalui perawatan (curing) pada saat pelaksanaan.
h. Kekuatan Tekan
28 untuk memperoleh gambaran dari perkembangan kekutan semen portland yang sedang diuji.
Tabel 2.4 Kekuatan Tekan Beton Relatif sesuai dengan Pengaruh Jenis Semen yang Digunakan
Jenis Semen Portland
Kekuatan Tekan, % dari Semen Portland Jenis I 1 Hari 3 Hari 7 Hari 28 Hari
I. Biasa 100 100 100 100
II. Modified (diubah) 80 85 90 100
III. Kekuatan awal tinggi 190 120 110 100
IV. Panas hidrasi rendah 55 55 75 100
V. Tahan terhadap sulfat 65 75 85 100
Sumber : Teknologi Bahan II, P. E. D. C.
2. Sifat-sifat Kimia Semen Portland a. Senyawa Kimia
Secara garis besar ada empat senyawa kimia utama yang menyusun semen portland yaitu:
- Trikalsium Silikat (C3S)
- Dikalsium Silikat (C2S)
- Trikalsium Aluminat (C3A)
29 Tabel 2.5 Karakteristik Senyawa Penyusun Semen Portland
Nilai
Sedang Sedikit Banyak Sedikit
Sumber : Mulyono, Tri. 2004. Teknologi Beton. Yogyakarta: Andi, 2004
b. Kesegaran Semen
Pengujian kehilangan berat akibat pembakaran dilakukan pada semen dengan suhu 900-1000 ºC. Kehilangan berat ini terjadi karena kelembaban yang menyebabkan rehidrasi dan karbonisasi dalam bentuk kapur bebas atau magnesium yang menguap. Kehilangan berat semen ini merupakan ukuran dari kesegaran semen. Dalam keadaan normal akan terjadi kehilangan berat sekitar 2% (batas maksimum 4%).
c. Sisa yang Tidak Larut
30 d. Panas Hidrasi Semen
Proses hidrasi terjadi dengan arah kedalam dan keluar. Maksudnya, hasil mengendap di bagian luar, semen yang bagian dalamnya terhidrasi secara bertahap akan terhidrasi sehingga volumenya mengecil (susut). Selama proses hidrasi berlangsung, akan keluar panas yang dinamakan panas hidrasi. Pasta semen yang telah mengeras memiliki struktur berpori dengan ukuran yang sangat kecil dan bervariasi. Setelah proses hidrasi berlangsung, endapan pada permukaan butiran semen akan menyebabkan difusi air ke bagian dalam yang belum terhidrasi semakin sulit.
e. Kekuatan Pasta Semen dan Faktor Air Semen
Banyaknya air yang dipakai selama proses hidrasi akan mempengaruhi karakteristik kekuatan beton jadi. Pada dasarnya jumlah air yang dibutuhkan untuk proses hidrasi tersebut adalah sekitar 25% dari berat semen. Jika air yang digunakan kurang dari 25%, maka kelecekan atau kemudahan dalam mengerjakan tidak akan tercapai. Beton yang memiliki workability didefenisikan sebagai beton yang dapat dengan mudah dikerjakan atau dituangkan ke dalam cetakan dan dapat dengan mudah dibentuk. Kekuatan beton akan turun jika air yang ditambahkan ke dalam campuran semakin banyak. Karena itu penambahan air harus dilakukan sedikit demi sedikit sampai nilai maksimum yang tercantum dalam rencana tercapai.
31 2.4.Air
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk proses kimiawi semen, membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Air yang banyak mengandung senyawa-senyawa yang berbahaya, yang tercemar garam, minyak, gula atau bahan kimia yang lainnya, bila dipakai dalam dalam campuran beton akan menurunkan kualitas beton, bahkan dapat mengubah sifat-sifat beton yang dihasilkan. (Tri Mulyono, 2004).
Air yang digunakan untuk campuran beton harus bersih, tidak boleh mengandung minyak, asam alkali, zat organis atau bahan lainnya yang dapat merusak beton atau tulangan. Sebaiknya dipakai air tawar yang dapat diminum.
Air yang diperlukan dipengaruhi factor-faktor dibawah ini (Nugraha P.,2007) : - Ukuran agregat maksimum : diameter membesar kebutuhan air
menurun (begitu pula jumlah mortar yang dibutuhkan menjadi lebih sedikit).
- Bentuk butir : bentuk bulat kebutuhan air menurun (batu pecah perlu lebih banyak air).
- Gradasi agregat : gradasi baik kebutuhan air menurun untuk kelecakan yang sama.
- Kotoran dalam agreat : makin banyak slit, tanah liat dan lumpur, kebutuhan air meningkat.
- Jumlah agregat halus (dibandingkan dengan agregat kasar, atau h/k) : agregat halus lebih sedikit kebutuhan air menurun.
32 mengandung ion klorida dalam jumlah yang membahayakan (ACI 318-89: 2-2). Untuk perlindungan terhadap korosi, konsentrasi ion klorida maksimum yang terdapat dalam beton yang telah mengeras pada umur 28 hari yang dihasilkan dari bahan campuran termasuk air, agregat, bahan bersemen dan bahan campuran tambahan tidak boleh melampaui nilai batas yang telah ditentukan.
Tabel 2.6 Batas Maksimum Ion Klorida
Jenis Beton Batas (%)
Beton pra-tekan 0,06
Beton bertulang yang selamanya berhubungan dengan klorida
0,15
Beton betulang yang selamanya kering atau terlindung dari basah
1,00
Konstruksi beton bertulang lainnya 0,30
Sumber : Mulyono, Tri. 2004. Teknologi Beton, Yogyakarta: Andi, 2004
Tabel 2.7 Ketentuan Minimum untuk Beton Kedap Air
33 2.5. Bahan Tambah
Admixture (bahan tambah) adalah bahan-bahan yang ditambahkan ke dalam campuran beton pada saat atau selama pencampuran berlangsung. Fungsi dari bahan ini adalah untuk mengubah sifat-sifat dari beton agar menjadi lebih cocok untuk pekerjaan tertentu, atau untuk menghemat biaya.
Admixture atau bahan tambah didefenisikan dalam Standard Definition of Terminology Relating to Concrete and Concrete Agregates ASTM C. 125-1995:61 sebagai material selain air, agregat dan semen hidrolik yang dicampurkan dalam beton atau mortar yang ditambahakan sebelum atau selama pengadukan berlangsung. Bahan tambah digunakan untuk memodifikasi sifat dan karakteristik dari beton misalnya untuk dapat dengan mudah dikerjakan, penghematan, atau untuk tujuan lain seperti penghematan energy. (Tri Mulyono, 2004).
Menurut SK SNI S-18-1990-03 (Spesifikasi Bahan Tambahan Untuk Beton, 1990), bahan tambah kimia dapat dibedakan menjadi 5 (lima) jenis yaitu:
1. Bahan tambah kimia untuk mengurangi jumlah air yang dipakai. Dengan pemakaian bahan tambah ini diperoleh adukan dengan faktor air semen lebih rendah pada nilai kekentalan yang sama, atau diperoleh kekentalan adukan lebih encer pada faktor air semen yang sama.
34 3. Bahan tambah kimia untuk mempercepat proses ikatan dan pengerasan beton. Bahan ini digunakan jika penuangan adukan dilakukan dibawah permukaan air, atau pada struktur beton yang memerlukan waktu penyelesaian segera, misalnya perbaikan landasan pacu pesawat udara, balok prategang,jembatan dan sebagainya.
4. Bahan tambah kimia berfungsi ganda, yaitu untuk mengurangi air dan memperlambat proses ikatan.
5. Bahan kimia berfungsi ganda, yaitu untuk mengurangi air dan mempercepat proses ikatan dan pengerasan beton.
Selain 5 (lima) jenis diatas, ada dua jenis bahan tambah kimia lain yang lebih khusus, yaitu:
1. Bahan kimia tambahan yang digunakan untuk mengurangi jumlah air campuran sampai sebesar 20% atau bahkan lebih, untuk menghasilkan adukan beton dengan kekentalan sama (air dikurangi sampai 12% lebih namun tidak menambah kekentalan pada adukan beton).
2. Bahan tambah kimia tambahan dengan fungsi ganda, yaitu mengurangi air sampai 12% atau lebih dan memperlambat waktu ikat awal.
35 Beberapa keuntungan penggunaan mineral additive antara lain (Tri Mulyono, 2004) :
- Memperbaiki kinerja workability - Mengurangi panas hidrasi
- Mengurangi biaya pekerjaan beton
- Mempertinggi daya tahan terhadap serangan sulfat
- Memepertinggi daya tahan terhadap serangan reaksi alkali-silika - Mempertinggi usia beton
- Mempertinggi kekuatan tekan beton - Mempertinggi keawetan beton - Mengurangi penyusutan beton
- Mengurangi porositas dan daya serap air dalam beton
Walaupun demikian penggunaan admixture dan mineral additive harus dengan kadar yang tepat. Sebab bahan admixture dan mineral additive akan memberikan hasil yang kurang baik bahkan dapat menurunkan kekuatan beton jika dicampurkan secara berlebihan.
Penggunaan admixture dapat diaplikasikan pada saat pengadukan dan atau saat pelaksanaan pengecoran, sedangkan mineral additive ditambahkan pada proses pengadukan
2.5.1. Silica Fume
36 fume, microsilica, silica fume dust, amorphous silica, dsb. Silica fume yang digunakan untuk beton adalah yang mengandung SiO2 89-96%, ukuran butir rata-rata
0,1-0,2 micrometer, dan strukturnya amorphous (reaktif dan tidak terkristalisasi). Ukuran silica fume lebih halus dari asap rokok dengan bentuk seperti fly ash tetapi ukurannya lebih kecil seratus kali lipatnya. (Nugraha. P., 2007)
Penggunaan silica fume dalam campuran beton bertujuan untuk menghasilkan beton dengan mutu tinggi misalnya untuk kolom struktur atau dinding geser, pre-cast atau beton pra tegang dan beberapa keperluan lain. Menurut standar ACI, penambahan silica fume pada campuran beton sebanyak 5%-15% dan berdasarkan buku Yongedran, et al, ACI Material Jurnal, Maret/April, 1987: 125 penggunaan silica fume pada campuran beton berkisar antara 0% – 30% untuk memperbaiki karakteristik kekuatan dan keawetan beton dengan faktor air semen sebesar 0,34 dan 0,28 dengan atau tanpa bahan superplasticizer dan nilai slump 50 mm.
Tabel 2.8 Komposisi Kimia Silica Fume
Kimia Berat dalam persen
37
Fisika Berat dalam persen
Berat Jenis
Rata-rata Ukuran Partikel (Mikron) Lolos Ayakan no. 325 dalam % Keasaman PH (10% air dalam slurry)
2,02 0,1 99,00
7,3 Sumber : Mulyono, Tri. 2004. Teknologi Beton, Yogyakarta: Andi, 2004
1. Sifat-sifat Fisik Silica Fume
Sifat-sifat fisik silica fume adalah (dari Wulandari: 24) sebagai berikut : a. Warna: bervariasi mulai dari abu-abu sampai abu-abu gelap.
b. Spesifik gravity: 2,0-2,5. c. Bulk density: 250-300 kg/m3.
d. Ukuran: 0,1-1,0 mikron (1/100 ukuran partikel semen).
2. Sifat Kimia Silica Fume
Silica fume merupakan material yang bersifat pozzolonic. Dalam penggunaanya, silica fume berfungsi sebagai pengganti sebagian dari jumlah semen dalam campuran beton, yaitu sebanyak 5%-15% dari total berat semen. Kandungan SiO2 dalam silica fume akan bereaksi dengan kapur bebas yang
38 3. Keunggulan dan Kendala Penggunaan Silica Fume
Keunggulan-keunggulan penggunaan silica fume dalam beton adalah sebagai berikut:
a. Meningkatkan kuat tekan beton; b. Meningkatkan kuat lentur beton;
c. Memperbesar modulus elastisitas beton; d. Mengecilkan regangan beton;
e. Meningkatkan durabilitas beton terhadap serangan unsur kimia; f. Mencegah reaksi alkali silica dalam beton;
g. Meningkatkan kepadatan (density) beton;
h. Meningkatkan ketahanan terhadap abrasi dan korosi;
i. Menyebabkan temperatur beton menjadi lebih rendah sehingga mencegah terjadinya retak pada beton.
Kendala-kendala dalam penggunaan silica fume sebagai campuran beton adalah sebagai berikut:
a. Silica fume merupakan material yang sangat lembut sehingga mudah terbawa oleh angin. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam pelaksanaan loading, pengangkutan, penyimpanan dan pencampuran.
39 2.5.2. Superplasticizer
Superplasticizer (High Range Water Reducer Admixture) adalah bahan tambah yang berfungsi untuk mengurangi jumlah air pencampur yang diperlukan untuk menghasilkan beton dengan kondisi tertentu, sebanyak 12% atau lebih. Bahan tambah dengan fungsi HRWR digunakan untuk mendapatkan tingkat konsistensi yang diinginkan atau ditetapkan spesifikasi dengan mengurangi beratair sebesar 12% atau lebih (sampai 40%). HRWR atau bahan tambah tipe F pada umumnya diaplikasikan atau dicampurkan di lokasi pengecoran. Campuran dengan slump sebesar 7,5 cm akan menjadi 20 cm. digunakan terutama untuk beton mutu tinggi karena dapat mengurangi air sampai 30%. Pada prinsipnya mekanisme kerja dari setiap plasticizer sama, yaitu dengan menghasilkan gaya tolak menolak (dispersion) yang cukup antara partikel semen agar tidak terjadi penggumpalan semen (flocculate) yang dapat menyebabkan terjadinya rongga udara di dalam beton yang akirnya akan mengurangi kekuatan atau mutu beton tersebut.
Keistimewaan penggunaan superplasticizer dalam campuran pasta semen maupun campuran beton antara lain (Zai K., 2013) :
a. Menjaga kandungan air dan semen tetap konstan sehingga didapatkan campuran dengan workability tinggi.
b. Mengurangi jumlah air dan menjaga kandungan semen dengan kemampuan kerjanya tetap sama serta menghasilkan faktor air semen yang lebih rendah dengan kekuatan yang lebih besar.
40 d. Tidak ada udara yang masuk. Penambahan 1% udara kedalam beton dapat menyebabkan pengurangan strength rata-rata 6%. Untuk memperoleh kekuatan yang tinggi, diharapkan dapat menjaga ”air content” di dalam beton serendah
mungkin. Penggunaan superplasticizer menyebabkan sedikit bahkan tidak ada udara masuk kedalam beton.
e. Tidak adanya pengaruh korosi terhadap tulangan.
2.6. Workability
Workability sering diartikan dengan kemudahan pengerjaan adukan beton untuk diaduk, dituang, diangkut, dan dipadatkan. Hal-hal yang mempengaruhi sifat kemudahan pengerjaan antara lain :
1. Jumlah air yang dipakai dalam campuran adukan beton. Makin banyak air yang dipakai, makin mudah beton segar itu dikerjakan. Tetapi pemakaian air juga tidak boleh terlalu berlebihan.
2. Penambahan semen kedalam campuran juga memudahkan cara pengerjaan betonnya, karena pasti juga diikuti dengan penambahan air campuran untuk memperoleh nilai faktor air semen tetap.
3. Gradasi campuran pasir dan kerikil, jika campuran pasir dan kerikil mengikuti gradasi yang telah disarankan oleh peraturan maka adukan beton mudah dikerjakan.
4. Pemakaian butiran yang bulat memudahkan cara pengerjaan.
5. Pemakaian butiran maksimum kerikil yang dipakai berpengaruh terhadap cara pengerjaan.
41 7. selain itu, beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan adalah jumlah kadar udara yang terdapat di dalam beton dan penggunaan bahan tambah dalam campuran beton.
Pemadatan dengan alat getar akan memerlukan kelecakan yang berbeda jika dibandingkan dengan pemadatan dengan tangan. Pemadatan dengan mesin getar memerlukan jumlah air yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan pemadatan dengan tangan.
Kelecakan/komsistensi adukan beton dapat diperiksa dengan pengujian slump berdasarkan ASTM C 143-74. Pengujian ini menggunakan corong baja yang berbentuk kerucut terpancung yang disebut kerucut Abrams. Diameter bagian bawah 20 cm, bagian atas nerdiameter 10 cm, dan tinggi 30 cm, seperti yang dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.1 Kerucut Abrams 2.6.1. Slump
42 kelecakan dari adukan beton, semakin tinggi nilai slump maka adukan beton tersebut semakin mudah pengerjaannya. Nilai slump untuk berbagai struktur dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.9 Nilai Slump untuk Berbagai Macam Struktur
43 minimum untuk beton normal sekitar 0,4 dan maksimum 0,65 (Tri Mulyono, 2004). Perbandingan faktor air semen dengan kondisi lingkungan dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.10 Faktor Air Semen untuk Setiap Kondisi Lingkungan
Kondisi Lingkungan
Kondisi Normal Basah kering berganti-ganti
Struktur lantai beton di atas
tanah
*Rasio air semen ditentukan berdasarkan persyaratan kekuatan tekan rencana.
44 cementious yang umumnya ditambahkan pada campuran beton mutu tinggi. Pada beton mutu tinggi nilai faktor air semen ada dalam rentang 0,2-0,5 (SNI 03-6468-2000). Bahan ikat yang digunakan pada penelitian ini adalah semen dan silica fume (sebagai pengganti sebahagian semen). Rumus yang digunakan pada beton mutu tinggi adalah:
FAS = W/(c+p) (2.1)
Keterangan: Fas = Faktor air semen W = Rasio total berat air c = Berat semen
p = Berat bahan tambah pengganti semen
Nilai faktor air semen pada beton mutu tinggi termasuk berat air yang terkandung di dalam agregat. Faktor air semen pada kondisi agregat kering oven.
2.8. Perencanaan Campuran Beton
45 2.8.1. Persyaratan Kinerja
1. Umur Uji
Kuat tekan yang disyaratkan untuk menentukan proporsi campuran beton kekuatan tinggi dapat dipilih untuk umur 7 hari, 14 hari, 21 hari, 28 hari atau 56 hari.
2. Kuat Tekan Yang Disyaratkan
Untuk mencapai kuat tekan yang disyaratkan, campuran harus diproporsikan sedemikian rupa sehingga kuat tekan rata-rata dari hasil pengujian di lapangan lebih tinggi dari pada kuat tekan yang disyaratkan (f’c). Produsen beton boleh menentukan proporsi campuran beton kekuatan tinggi berdasarkan pengalaman dilapangan berdasarkan pada kekuatan tekan rata-rata yang ditargetkan (f’cr) yang nilainya lebih besar dari dua persamaan berikut:
f'cr = f'c + (1,34.s) (2.2) f'cr = (0,90. f'c)+ (2,33.s) (2.3) Dalam hal ini produsen beton menentukan proporsi campuran beton kekuatan tinggi berdasarkan campuran coba dilaboratorium, kekuatan tekan rata-rata yang ditargetkan (f’cr) dapat ditentukan dengan persamaan:
f'cr =
` (2.4)
3. Persyaratan Lain
Beberapa persyaratan lain yang dapat mempengaruhi pemilihan bahan dan proporsi campuran beton antara lain.
a. Modulus Elastisitas.
46 c. Panas Hidrasi.
d. Rangkak dan Susut akibat pengeringan. e. Permeabilitas.
f. Waktu Pengikatan. g. Metode Pengecoran. h. Kelecakan.
2.8.2. Faktor-faktor Yang Menentukan 1. Pemilihan Bahan
Proporsi campuran yang optimum harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik semen portland dan silica fume, kualitas agregat, proporsi pasta, interaksi agregat pasta, macam dan jumlah bahan campuran tambahan dan pelaksanaan pengadukan. Hasil evaluasi tentang semen portland, silica fume, bahan campuran tambahan, agregat dari berbagai sumber, serta berbagai macam proporsi campuran, dapat digunakan untuk menentukan kombinasi bahan yang optimim.
2. Semen Portland (PC)
47 3. Silica Fume
Silica fume harus memenuhi ASTM.C.1240,1995:637-642 tentang Spesifikasi Silica fume Sebagai Bahan Tambahan untuk Campuran Beton. Silica fume yang dipakai adalah Produksi PT. SIKA Indonesia.
4. Air
Air harus memenuhi SK SNI S-04-1989-F tentang Spesifikasi Bahan Bangunan bagian A (Bahan Bangunan bukan Logam).
5. Agregat Kasar
Agregat kasar yang digunakan adalah agregat normal yang sesuai dengan SNI 03-1750-1990 tentang Mutu dan Cara Uji Agregat Beton. Ukuran nominal agregat maksimum 20 mm atau 25 mm, jika digunakan untuk membuat beton berkekuatan sampai 62,1 MPa, dan ukuran 10 mm atau 15 mm, jika digunakan untuk beton berkekuatan lebih besar dari pada 62,1 MPa. Secara umum, untuk rasio air bahan bersifat semen W/(c+p) yang sama, agregat yang ukuran maksimumnya lebih kecil akan menghasilkan kekuatan beton yang lebih tinggi.
6. Agregat Halus
48 7. Superplasticizer
Superplasticizer harus memenuhi SNI 03-2495-1991 tentang Spesifikasi Bahan Tambahan untuk Beton. Bila Superplasticizer yang digunakan berbentuk cair, maka kadarnya dinyatakan dalam satuan ml/kg (c + p), dan bila berbentuk tepung halus jumlahnya dinyatakan dalam berat kering gr/kg (c + p).
8. Rasio Air dengan Bahan Bersifat Semen W/(c+p)
Rasio air dengan bahan bersifat semen W/(c+p) harus dihitung berdasarkan perbandingan berat. Berat air yang dikandung oleh superplasticizer berbentuk cair harus diperhitungkan dalam W/(c+p). Perbandingan W/(c+p) untuk beton kekuatan tinggi secara tipikal ada dalam rentang nilai 0,20-0,5
9. Kelecakan
Kelecakan adalah kemudahan pengerjaan yang meliputi pengadukan, pengecoran, pemadatan dan penyelesaian permukaan (finishing) tanpa terjadi segregasi.
10. Slump
49 11. Metode Pengujian
Metode pengujian yang digunakan adalah berdasarkan SNI, kecuali jika terdapat indikasi adanya penyimpangan akibat karakteristik beton kekuatan tinggi tersebut. Kekuatan potensial untuk satu set bahan tertentu dapat ditetapkan hanya bila benda uji telah dibuat dan diuji pada kondisi standar. Minimum dua benda uji harus diuji untuk setiap umur dan kondisi uji.
12. Ukuran Benda Uji
Ukuran benda uji silinder yang dapat digunakan adalah 150 x 300 mm benda uji standar untuk mengevaluasi kekuatan tekan beton kekuatan tinggi.
13. Cetakan
Cetakan benda uji dibuat dari baja sesuai dengan SNI 03-2493-1991.
14. Mesin uji
Mesin uji yang digunakan berkapasitas 2000 kN.
2.8.3. Prosedur Proporsi Campuran Beton Kekuatan Tinggi
1. Langkah 1: Menentukan Slump dan Kekuatan Beton yang diinginkan
50 Tabel 2.11 Slump yang dianjurkan untuk Beton dengan HRWR
atau Tanpa HRWR
Beton dengan menggunakan HRWR *
Slump sebelum penambahan HRWR 2,5 sampai 5 cm Beton yang dibuat tanpa menggunakan HRWR *
Slump 5 sampai 10 cm
* Slump yang diiinginkan di lapangan diatur dengan penambahan HRWR.
Untuk beton mutu tinggi yang dibuat tanpa HRWR, slump antara 5 sampai 10 cm dapat dipilih sesuai dengan tipe pekerjaan yang dilakukan. Nilai slump minimum 5 cm dianjurkan untuk beton tanpa HRWR. Beton dengan slump kurang dari 5 cm sulit untuk dipadatkan akibat tingginya kadar agregat kasar dan semen dalam campuran.
2. Langkah 2: Menentukan Ukuran Maksimum Agregat
51 Tabel 2.12 Perkiraan Ukuran Maksimum Agregat
* Dengan menggunakan HRWR, kekuatan tekan beton antara 62 sampai 82 dapat dicapai dengan
menggunakan ukuran agregat yang lebih besar dari ukuran nominal agregat kasar yang dianjurkan (sampai 2,5 cm).
3. Langkah 3: Menentukan Kadar Optimum Agregat Kasar
Kadar optimum agregat kasar tergantung pada ukuran maksimumnya. Kadar optimum agregat kasar yang dianjurkan, dinyatakan sebagai fraksi dari berat kering satuan (DRUW = dry-rodded unit weight), ditunjukkan pada Tabel 2.13 sebagai fungsi dari ukuran nominal maksimum.
Tabel 2.13 Volume Agregat Kasar yang dianjurkan per Unit Volume Beton Kadar agregat kasar optimum untuk ukuran nominal maksimum dari agregat
dengan menggunakan pasir dengan nilai modulus kehalusan 2,5 sampai 3,2
Ukuran nominal maksimum, cm 1 1,3 2 2,5
Volume fraksi * dari berat kering agregat kasar (oven-dry rodded)
0,63 0,68 0,72 0,75
* Volume berdasarkan kondisi agregat kering (oven-dry rodded) seperti dijelaskan dalam ASTM C 29
52 Setelah kadar optimum agregat kasar dipilih dari Tabel 2.13 berat kering (oven-dry unit weight) agregat kasar per m3 beton dapat dihitung dengan persamaan :
Berat Kering Agregat (OD) = (% x DRUW) x (DRUW) (2.5)
Dalam perencanaan campuran beton dengan kekuatan normal, kadar optimum agregat kasar diberikan sebagai suatu fungsi dari ukuran maksimum agregat kasar dan modulus kehalusan agregat halus. Akan tetapi, campuran beton mutu tinggi biasanya mempunyai kadar bahan semen yang tinggi, dan dengan demikian tidak tergantung pada kehadiran agregat halus untuk menambah partikel halus demi kelicinan dan kepadatan beton segar. Oleh karena itu, untuk nilai yang diberikan dalam Tabel 2.13 dianjurkan untuk menggunakan pasir dengan nilai modulus kehalusan 2,5 sampai 3,2.
4. Langkah 4: Estimasi Air Campuran dan Kadar Udara
