commit to user 4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Beton adalah bahan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan campuran tambahan yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat sampai bahan buangan non kimia pada perbandingan tertentu (Tjokrodimuljo, 1996).
Bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan agregat), yang ditambahakan pada adukan beton, sebelum atau selama pengadukan beton.
Tujuannya adalah mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas, mengurangi sifat getas, mengurangi retak-retak pengerasan dan sebagainya (Tjokrodimuljo, 1996).
Struktur gedung-gedung tinggi, jembatan dengan bentang panjang, tower dan sebagainya, sebagian besar dibuat dengan struktur yang membutuhkan beton mutu tinggi untuk dapat menopang semua beban dengan dimensi komponen struktur yang cukup ramping.
Beton mutu tinggi adalah pembuatan beton ekstra padat yang menggunakan pengisi berupa partikel yang berukuran mikro sehingga dihasilkan kuat tekan yang tinggi. Kriteria beton mutu tinggi juga selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat mutu yang berhasil dicapai. Pada tahun 1950an, beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Pada tahun 1960an hingga awal 1970an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat tekan di atas 50 MPa, dan di atas 80 MPa sebagai beton mutu sangat tinggi, sedangkan untuk di atas 120 MPa bisa dikategorikan sebagai beton bermutu ultra tinggi (Supartono, 1998). ACI dan SNI menetapkan bahwa beton mutu tinggi adalah beton dengan kuat tekan di atas 41,4 MPa.
commit to user
Beton mutu tingi adalah beton yang lebih padat dibandingkan dengan beton konvensional atau biasa. Beton yang paling padat dan kuat diperoleh dengan menggunakan jumlah air yang minimal konsisten dengan derajat workabilitas yang dibutuhkan untuk memberikan kepadatan maksimal. Derajat kepadatan harus dipertimbangkan dalam hubungannya dengan cara pemadatan dan jenis konstruksi agar terhindar dari kebutuhan akan pekerjaan yang berlebihan dalam mencapai kepadatan maksimal (Murdock & Brook, 1991).
Agregat menempati sebanyak 70 % dari volume beton. Walaupun hanya sebagai bahan pengisi tetapi agregat sangat berpengaruh terhadap sifat - sifat beton, sehingga pemilihan agregat merupakan suatu bagian yang penting dalam pembuatan beton. (Murdock dan Brook, 1986).
Sentana (2003), menyimpulkan ukuran agregat kasar maksimum 20 mm memiliki kuat tekan lebih besar dibanding dengan ukuran agregat kasar maksimum 40 mm pada beton normal. Persentase peningkatan kekuatan beton dengan menggunakan agregat kasar diameter maksimum 20 mm pada agregat kasar-alami (kerikil) meningkat sampai dengan 16,866% sedangkan pada agregat kasar batu pecah dapat meningkat sampai dengan 22,540%.
Zuraidah Safrin, Helmy (2007), menyimpulkan bahwa pemakaian agregat bergradasi butiran gabungan (heterogen) menghasilkan nilai kuat tekan beton yang maksimal dibandingkan dengan beton yang menggunakan agregat bergradasi butiran 5-10 mm saja, 10-20 mm saja atau 20-30 mm saja (homogen). Dalam penelitiannya diperoleh hasil uji kuat tekan 322,5 kg/cm2 untuk agregat 5-10 mm, 334 kg/cm2 untuk agregat 10-20 mm, 368 kg/cm2 untuk agregat 20-30 mm dan 390,5 kg.cm2 untuk agregat gabungan kombinasi ketiganya. Dari hasil uji kuat tekannya yang dikonversikan ke umur 28 hari mengalami peningkatan, dimana pada umur 7 hari sebesar 43 %, pada umur 14 hari naik 13 % dan pada umur 21 hari naik sebesar 5,1 %.
Hasil uji berat volume beton segar dengan menggunakan parameter gradasi butirannya dapat disimpulkan bahwa semakin kecil gradasi butirannya maka
commit to user
semakin besar berat volumenya dan semakin kecil rongganya. (Zuraidah Safrin, Helmy, 2007)
Beton dengan kuat tekan tinggi juga sudah dapat dibuat dengan adanya teknologi bahan kimia yaitu superplasticizer yang ditambahkan pada beton sehingga partikel semen yang biasanya cenderung untuk mengumpul (flocculate) dapat terdispersi dengan seragam dan kebutuhan air dapat dikurangi, sehingga rongga udara dalam beton dapat dikurangi dan kekuatan beton akan meningkat (Hardjasaputra, 2008).
Dasar pembuatan beton ini adalah meningkatkan packing density. Konsep ini menjelaskan bahwa untuk mendapatkan beton dengan mutu yang baik, penyusunan partikel dalam campuran beton harus diatur agar didapatkan rongga yang paling sedikit. Selain dengan menggunakan superplasticizer, juga digunakan silica fume yang ukurannya lebih kecil dari 1 mikron untuk mengisi rongga yang tersisa. Dengan peningkatan kepadatan yang terjadi beton akan semakin kuat menahan beban, porositas dalam beton yang saling terkoneksi akan berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap terhadap air dan tahan terhadap material perusak lainnya sehingga beton menjadi lebih tahan lama.
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Beton
Beton dibentuk dari pencampuran bahan batuan yang diikat dengan bahan perekat semen. Bahan batuan yang digunakan untuk menyusun beton umumnya dibedakan menjadi agregat kasar (kerikil/batu pecah) dan agregat halus (pasir).
Agregat halus dan agregat kasar disebut sebagai bahan susun kasar campuran dan merupakan komponen utama beton. Umumnya penggunaan bahan agregat dalam adukan beton mencapai jumlah ± 70% dari seluruh beton. Nilai kekuatan dan daya tahan (durability) beton merupakan fungsi dari banyak faktor, antara lain adalah nilai banding campuran dan mutu bahan susun, metode pelaksanaan pembuatan adukan beton, temperatur dan kondisi perawatan pengerasannya. Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibanding kuat tariknya, dan merupakan bahan getas. Nilai
commit to user
kuat tarik beton berkisar antara 9%-15% dari kuat tekannya. Pada penggunaan sebagai komponen struktural bangunan, umumnya beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat bekerjasama dan mampu membantu kelemahannya, terutama pada bagian yang bekerja menahan tarik (Dipohusodo, 1994).
Teknologi beton modern memiliki kecenderungan terjadinya pergeseran distribusi ukuran butiran agregat menjadi semakin kecil. Dimana ditinggalkannya penggunaan agregat kasar dan halus berukuran makro, sebagai gantinya digunakan agregat yang sangat halus (mikro) dengan rentang ukuran nanometer.
Ini dilakukan untuk memperoleh beton dengan komposisi yang lebih padat dan meminimalkan porositas, sehingga didapatkan beton dengan kuat tekan yang tinggi.
2.2.2. Beton Kinerja Tinggi Grade 80
Beton berkinerja tinggi adalah beton yang memiliki sifat khusus yang berbeda dengan beton normal, seperti tingkat susut (shrinkage) rendah, permeabilitas rendah, modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan yang tinggi.
Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen (fas) yang rendah, dengan rentang 0,2-0,25. Jumlah air mempengaruhi porositas beton karena pori terbentuk karena air yang tidak bereaksi dengan baik dengan semen. Semakin rendah fas maka porositas beton juga semakin berkurang.
Pada pencampuran, beton mutu tinggi menggunakan bahan tambah superplasticizer dengan dosis dan jumlah yang telah disesuaikan. Selain itu juga ditambahkan material berukuran lebih kecil dari semen, seperti silica fume yang berfungsi mengurangi rongga di dalam beton, agar beton lebih kedap.
Beton berkinerja tinggi menurut American Concrete lnstitute (ACl) adalah beton yang mempunyai kuat tekan (fc') di atas 41,4 MPa (Russel, 2000). Berdasarkan
commit to user
Federal Highway Administration (FHA) yang mengacu pada standar AASHTO T 2 din ASTM C 39 dalam Goodspeed et al. 1996 mengelompokkan beton mutu tinggi menjadi 4 grade : grade 1 ; 41 MPa < fc' < 55 MPa, grade 2 ; 55 MPa < fc'
< 69 MPa, grade 3 ; 69 MPa < fc' < 97 MPa, dan grade 4 ; fc’ > 97 MPa. Beton mutu tinggi kekuatannya tidak selalu dinilai dari kuat tekan yang tinggi saja, tetapi juga dinilai dari modulus elatisitas (E) tinggi, angka kerapatan tinggi, permeabilitas rendah, ketahanan terhadap lingkungan agresif yang tinggi, (Dobrowolski' 1990).
Menurut American Concrete Institute (ACI) Committee, Beton kinerja tinggi adalah beton yang memenuhi kombinasi kinerja khusus sesuai dengan yang diinginkan yang tidak ditemui secara rutin pada beton konvensional, diantaranya:
a. Mudah pengerjaannya b. Berkekuatan tinggi c. Kedap dan padat
d. Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai e. Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih) f. Panas hidrasi rendah
g. Stabilitas volume yang memadai ( minimum shrinkage atau ekspansi termal) h. Kemampuan mengalir (flowability) dan pumpability yang memadai.
2.2.3. Material Penyusun Beton Kinerja Tinggi
2.2.3.1. Semen Portland
Semen Portland merupakan bahan bangunan yang paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Menurut ASTM C-150 (1985) semen Portland didefinisikan sebagai bahan hidrolik yang dihasilkan dengan c a r a menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik yang pada umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama-sama dengan bahan utamanya.
Semen merupakan bahan ikat yang penting dan banyak digunakan dalam
commit to user
pembangunan fisik di sektor konstruksi sipil. Apabila ditambahkan 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) (Mulyono, 2003).
Menurut Nawy, (1990) bahan pembentuk semen terdiri atas 4 unsur penting, yaitu :
a. Trikalsium silikat (C3S).
b. Dikalsium silikat (C2S).
c. Trikalsium aluminat (C3A).
d. Tetrakalsium aluminoferit (C4AF)
Jenis semen yang sering digunakan:
Tabel 2.1. Jenis Semen
Jenis semen
No.SNI Nama
SNI 15-0129-2004 Semen Portland Putih/ Porltand White Cement
SNI 15-0302-2004 Semen Portland Pozolan / Portland Pozzolan Cement (PPC) SNI 15-2049-2004 Semen Portland / Ordinary Portland Cement (OPC)
SNI 15-3500-2004 Semen Portland Campur / Portland Mixed Cement SNI 15-3758-2004 Semen Masonry/ Masonry Cement
SNI 15-7064-2004 Semen Portland Komposit/ Portland Composite Cement (PCC)
a. Semen Portland Putih/ Porltand White Cement
Semen Portland putih adalah semen yang berwarna putih dan dihasilkan dengan cara menggiling terak semen Portland putih yang terutama terdiri atas kalsium silikat dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berpa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat. Semen Portland putih biasa digunakan untuk pembuatan adukan semen atau beton yang tidak memerlukan persyaratan khusus, kecuali warna putihnya.
commit to user
b. Semen Portland Pozolan/ Portland Pozzolan Cement (PPC)
PPC (Portland Pozzoland Cement) adalah semen hidrolis yang terbuat dari penggilingan terak (klinker) semen Portland dengan gipsum dan bahan pozzolan. Portland Pozzoland Cement digunakan untuk bangunan umum dan bangunan yang memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedang seperti jembatan, jalan raya, perumahan, dermaga, beton massa, bendungan, dan bangunan irigasi.
c. Semen Portland / Ordinary Portland Cement (OPC)
Semen Portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak semen Portland terutama yang terdiri atas kalsium silikat yang bersifat hidrolis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk Kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambah lain.
Jenis dan penggunaan:
1) Jenis I. Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain,
2) Jenis II. Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang,
3) Jenis III. Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan kekuatan awal yang tinggi.
4) Jenis IV. Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan panas hidrasi yang rendah, dan
5) Jenis V. Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan sangat tahan terhadap sulfat.
d. Semen Portland Campur/ Portland Mixed Cement
Semen Portland Campur adalah suatu bahan pengikat hidrolis hasil penggilingan bersama-sama dari terak semen Portland dan gips dengan satu atau lebih bahan anorganik yang bersifat tidak bereaksi (inert). Semen Portland campur dapat digunakan untuk semua tujuan dalam pembuatan
commit to user
adukan semen dan beton untuk konstruksi yang tidak memerlukan persyaratan khusus dengan kuat tekan karakteristik (f’c) setinggi-tingginya 20 MPa (200 kg/cm2) pada umur 28 hari.
e. Semen Masonry/ Masonry Cement
Semen Masonry adalah semen hidrolis, yang digunakan terutama dalam pekerjaan menembok dan memplester konstruksi, yang terdiri dari campuran dari semen portland atau campuran semen hidrolis dengan bahan yang bersifat menambah keplastisan (seperti batu kapur, kapur yang terhidrasi atau kapur hidrolis) bersamaan dengan bahan lain yang digunakan untuk meningkatkan satu atau lebih sifat seperti waktu pengikatan (setting time), kemampuan kerja (workability), daya simpan air (water retention), dan ketahanan (durability). Semen Masonry yang digunakan untuk pembuatan adukan pasangan, sehingga adukan pasangan yang dihasilkan memenuhi syarat mutu adukan.
f. Semen Portland Komposit/ Portland Composite Cement (PCC)
Semen Portland Komposit adalah bahan pengikat hasil penggilingan bersama-sama dari terak semen Portland dan gips dengan satu atau lebih bahan anorganik, atau hasil pencampuran antara bubuk semen Portland dengan bubuk bahan anorganik lain. Bahan anorganik tersebut antara lain terak tanur tinggi (brace furnace slag), pozolan, senyawa silikat, batu kapur dengan kadar total bahan anorganik 6% - 35% dari massa semen Portland komposit. Semen Portland Komposit dapat digunakan untuk konstruksi umum seperti pekerjaan beton, pasangan bata, selokan, jalan, pagar dinding dan pembuatan elemen bangunan khusus seperti beton pracetak, beton pratekan, panel beton, bata beton (paving block) dan sebagainya.
Pada penelitian ini semen yang digunakan adalah semen PPC. Semen tipe 1 (OPC) jarang ditemui di pasaran (toko bangunan terdekat) melainkan harus memesan langsung ke penyedia batching plant terdekat. Semen yang tersedia di pasaran kebanyakan tipe PPC.
commit to user 2.2.3.2. Agregat
Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau beton. Kira-kira 70 % volume mortar atau beton diisi oleh agregat. Agregat sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat mortar atau beton, sehingga pemilihan agregat merupakan suatu bagian penting dalam pembuatan mortar atau beton (Tjokrodimuljo,1996).
Penggunaan agregat bertujuan untuk memberi bentuk pada beton, memberi kekerasan yang dapat menahan beban, goresan dan cuaca, mengontrol worka bility, serta agar lebih ekonomis karena menghemat pemakaian semen.
Agregat yang dipakai campuran beton dibadakan menjadi dua jenis yaitu agregat halus dan agregat kasar.
a. Agregat Halus
Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang berbutir kecil (antara 0,15 mm dan 5 mm). Dalam penelitian agregat halus harus benar- benar memenuhi persyaratan yang telah ditentukan. Karena sangat berpengaruh pada pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan. Pasir sebagai pembentuk mortar bersama semen dan air, berfungsi mengikat agregat menjadi satu kesatuan yang kuat dan padat.
Untuk memperoleh hasil beton yang seragam, mutu pasir harus dikendalikan.
Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan.
commit to user
Tabel 2.2. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus Ukuran
Saringan (mm)
Persentase Lolos Saringan
Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4
9,5 100 100 100 100
4,75 90-100 90-100 90-100 95-100
2,36 60-95 75-100 85-100 95-100
1,18 30-70 55-90 75-100 90-100
0,85 15-34 35-59 60-79 80-100
0,3 5-20 8-30 12-40 15-50
0,15 0-10 0-10 0-10 0-15
Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
Keterangan :
Daerah 1 : Pasir kasar Daerah 2 : Pasir agak kasar Daerah 3 : Pasir agak halus Daerah 4 : Pasir halus
Seperti halnya beton normal, beton kinerja tinggi dapat pula direncanakan untuk berbagai variasi penggunaan agregat. Beton mutu tinggi saat ini dikembangkan hanya menggunakan agregat halus yaitu pasir dengan ukuran 0,125 mm – 0,5 mm [DIN-4226 – 1, 2001] dengan analisis saringan seperti pada gambar berikut:
Gambar 2.1. Tipikal Analisis Saringan untuk pasir halus yang digunakan pada campuran beton mutu tinggi
Ukuran butiran (mm)
Persen lolos (%)
commit to user b. Agregat Kasar
Agregat kasar adalah agregat yang ukuran butirannya lebih dari 5 mm (PBI 1971). Agregat kasar untuk beton dapat berupa kerikil atau batu pecah.
Kerikil adalah bahan yang terjadi sebagai hasil desintegrasi alami sedangkan batu pecah adalah bahan yang diperoleh dari batu yang digiling (dipecah) menjadi pecahan-pecahan berukuran 5-70 mm.
Tabel 2.3. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar Ukuran Saringan
(mm)
Persentase Lolos Saringan (%)
40 mm 20 mm
40 95 – 100 100
20 30 – 70 95 – 100
10 10 – 35 25 – 55
4,8 0 - 5 0 – 10
Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
2.2.3.3. Air
Air merupakan bahan pembuat beton yang sangat penting namun harganya paling murah. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen sehingga terjadi reaksi kimia yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya proses pengerasan pada beton, serta untuk menjadi bahan pelumas antara butir-butir agregat agar mudah dikerjakan dan dipadatkan.
Untuk berreaksi dengan semen, air hanya diperlukan 25 % dari berat semen saja. Selain itu, air juga digunakan untuk perawatan beton dengan cara pembasahan setelah dicor (Tjokrodimuljo, 1996).
Kebutuhan kualitas air untuk beton mutu tinggi tidak jauh berbeda dengan air untuk beton normal. Pada umumnya air yang memenuhi persyaratan sebagai air minum juga memenuhi syarat bila dipakai untuk membuat beton, dengan pengacualian pada air minum yang banyak mengandung sulfat (Ogblesby,1996).
commit to user 2.2.3.4. Silica Fume
Dalam teknologi beton, silica fume (SF) digunakan sebagai pengganti sebagian dari semen pada saat sifat-sifat khusus beton dibutuhkan, seperti penempatan mudah, kekuatan tinggi, permeabilitas rendah, durabilitas tinggi, dan lain sebagainya. Menurut standar ”Spesification for Silica Fume for Use in Hydraulic Cement Concrete and Mortal” (ASTM.C.1240,1995: 637- 642), silica fume adalah material pozzolan yang halus, dimana komposisi silika lebih banyak dihasilkan dari tanur tinggi atau sisa produksi silikon atau alloy besi silikon (dikenal sebagai gabungan antara micro silica dengan silica fume).
Silica fume merupakan serbuk halus yang memiliki diameter berkisar antara 0,1- 1,0 micron meter, berperan penting terhadap pengaruh sifat kimia dan mekanik beton. Ditinjau dari sifat mekanik, secara geometrikal silica fume mengisi rongga- rongga di antara bahan semen (grain of cement), dan mengakibatkan pore size distribution (diameter pori) mengecil serta total volume pori juga berkurang (Subakti, 1995: 269).
Secara kimia, reaksi silica fume adalah :
Semen + air = calcium silicate hydrate (CSH) gel + Ca(OH)2 Silica Fume + Ca(OH)2 + air = CSH gel
CSH Gel merupakan produk hidrasi antara semen dan air yang mempengaruhi kuat tekan. Dari reaksi kimia di atas, terlihat bahwa hasil hidrasi antara semen dan air, yakni calcium hydroxide, akan bereaksi kembali dengan silica fume dan menghasilkan semakin banyak CSH gel yang akan mengisi rongga-rongga yang ada.
2.2.3.5. Superplasticizer
Superplasticizer adalah bahan tambah kimia (chemical admixture) yang melarutkan gumpalan-gumpalan dengan cara melapisi pasta semen, sehingga semen dapat tersebar dengan merata pada adukan beton dan mempunyai pengaruh
commit to user
dalam meningkatkan workability beton sampai pada tingkat yang cukup besar.
Bahan ini digunakan dalam jumlah yang relatif sedikit karena sangat mudah mengakibatkan terjadinya bleeding. Superplasticizer dapat mereduksi air sampai 40 % dari campuran awal.
Beton berkekuatan tinggi dapat dihasilkan dengan pengurangan kadar air, akibat pengurangan kadar air ini akan membuat campuran lebih padat dan resiko terbentuknya pori lebih kecil. Keistimewaaan penggunaan superplasticizer dalam campuran pasta semen maupun campuran beton antara lain :
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.
c. Mengurangi kandungan air dan semen dengan faktor air semen yang konstan tetapi meningkatkan kemampuan kerjanya sehingga menghasilkan beton dengan kekuatan yang sama tetapi menggunakan semen yang lebih sedikit.
d. Tidak ada udara yang masuk. Penambahan udara 1 % ke dalam beton dapat menyebabkan pengurangan kekuatan 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 dalam beton.
e. Tidak adanya pengaruh korosi pada tulangan.
Mekanisme kerja Superplasticizer :
Secara umum, partikel semen dalam air cenderung untuk berkohesi satu sama lainnya dan partikel semen akan menggumpal. Penambahan superplasticizer , partikel semen ini akan saling melepaskan diri dan terdispersi. Dengan kata lain, superplasticizer mempunyai dua fungsi, yaitu mendispersi partikel semen dari gumpalan partikel dan mencegah kohesi antar semen. Fenomena dispersi partikel semen dengan penambahan superplasticizer dapat menurunkan viskositas pasta semen, sehingga pasta semen bisa lebih mengalir (fluid/alir). Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan air dapat dikurangi dengan penambahan superplasticizer.
commit to user (a) (b)
Gambar 2.2. (a) dan (b) Mekanisme kerja superplasticizer
2.2.4. Gradasi Agregat
Gradasi agregat adalah distribusi proporsi ukuran butiran agregat dalam suatu campuran beton (Mindess et al., 1996). Gradasi agregat merupakan faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan campuran beton, karena akan berpengaruh terhadap sifat-sifat workabilitas adukan tersebut. Suatu gradasi dikatakan halus apabila memiliki komposisi butiran halus yang besar. Begitu pula sebaliknya, suatu gradasi dikatakan kasar apabila memiliki komposisi butiran kasar yang besar dalam suatu komposisi agregat gabungan.
Gradasi agregat ditentukan oleh analisa saringan, dimana contoh agregat harus melalui satu set saringan. Ukuran saringan menyatakan banyaknya jaringan kawat per inci2 dari saringan tersebut. Gradasi dinyatakan dalam persentase berat masing-masing contoh yang lolos pada saringan tertentu. Persentase ini ditentukan dengan menimbang agregat yang lolos dan tertahan pada masing- masing saringan.
Gradasi agregat biasa ditampilkan dalam grafik gradasi agregat. Ada 3 macam gradasi yang dikenal, yaitu:
a. Gradasi Seragam
Agregat dengan gradasi seragam/ ukuran tunggal adalah agregat yang terdiri
commit to user
dari butiran yang berada pada batas yang sempit dari ukuran fraksi, dalam diagram tampak garisnya hampir tegak/vertikal. Agregat dengan gradasi seragam ini biasanya dipakai untuk beton ringan jenis beton tanpa pasir, atau untuk mengisi agregat dengan gradasi sela, atau untuk tambahan agregat dengan gradasi campuran yang kurang memenuhi syarat.
b. Gradasi Menerus
Gradasi menerus didefinisikan sebagai suatu agregat yang memiliki proporsi yang seimbang di tiap ukuran butiran. Dengan kata lain, seluruh ukuran fraksi terdapat dalam agregat tersebut. Dalam gambar diagram, gradasi menerus ditunjukkan dengan adanya suatu garis yang menerus atau diagonal.
c. Gradasi Sela
Gradasi sela atau disebut juga gradasi senjang didefinisikan sebagai suatu agregat dengan gradasi salah satu fraksi atau lebih yang berukuran tertentu tidak ada. Pada gradasi sela ini dalam diagram gradasi ditunjukkan dengan adanya suatu garis horizontal pada suatu fraksi ukuran agregat tertentu.
Gambar 2.3. Kurva Gradasi Seragam, Menerus dan Sela
Penelitian ini akan meninjau lebih khusus pada distribusi ukuran/gradasi butiran agregat yang dipakai dalam pembuatan beton kinerja tinggi.
commit to user
Gambar 2.4. Gradasi ukuran butiran yang dipakai untuk mix design dengan kode M 1Q dan B 3Q yang dikembangkan oleh Prof. Schmidt di Universitas
Kassel Jerman
Susunan untuk butiran (gradasi) yang baik akan dapat menghasilkan kepadatan (density) maksimum dan porositas (voids) minimum. Sifat penting dari suatu agregat baik agregat kasar maupun agregat halus adalah kekuatan hancur dan ketahanan terhadap benturan yang dapat mempengaruhi ikatannya dengan pasta semen, porositas dan karakteristik penyerapan air yang mempengaruhi daya tahan terhadap proses pembekuan di musim dingin dan agresi kimia serta ketahanan terhadap penyusutan.
Sampel yang dibuat divariasikan persebaran distribusinya untuk menentukan komposisi mana yang distribusinya paling baik yang memiliki kepadatan (packing density) yang tinggi dengan meninjau pada kuat tekan dan modulus elastisitanya.
2.2.5. Packing Density
Packing density adalah istilah yang digunakan pada rencana campuran beton kinerja tinggi agar diperoleh campuran dengan kepadatan yang maksimum, yaitu dengan meminimalkan rongga kosong antara butiran/partikel. Oleh sebab itu terjadi hubungan yang erat antara gradasi ukuran partikel bahan
Ukuran butiran (µm)
Persen Kumulatif (%)
Campuran M1Q Campuran B3Q
Semen Serbuk Kuarsa
Serbuk Kuarsa
commit to user
campuran dan packing density. Efek pengisian rongga kosong akan optimal bila kita menggunakan partikel-partikel halus dan partikel kasar yang memenuhi perbandingan diantara keduanya.
Teknologi nano membuka jalan untuk melakukan optimasi untuk mendapatkan susunan material pada suatu volume tertentu yang ultra padat atau disebut sebagai packing density. Kepadatan yang sangat tinggi diperoleh karena ruang-ruang kosong yang ada diantara partikel-partikel yang berukuran relatif besar seperti partikel semen dapat diisi butiran debu halus berukuran nanometer seperti mikrosilika ataupun partikel mineral lainnya, bersifat reaktif maupun tidak. Beton kinerja tinggi dibuat dengan susunan struktur beton yang sangat padat, dimana pori-pori yang terbentuk berada dalam ukuran 2 nm, lebih kecil dari ukuran kapiler atau praktis tidak mengandung lagi pori-pori berukuran kapiler.
Gambar 2.5. Prinsip pengisian pori-pori pada material beton kinerja tinggi (Sumber: Schmidt)
Gambar 2.6. Pengisian pori-pori dengan ukuran agregat yang berbeda
commit to user
a) b)
Gambar 2.7. a) foto REM beton konvensional. (lebar gambar 23 µm)
b) foto REM beton kinerja tinggi (lebar gambar 7 µm) (Sumber : Schmidt)
Gambar 2.5. dan 2.6 memperlihatkan prinsip susunan berbagai ukuran partikel halus yang mengisi pori-pori dan membentuk packing density dari material beton kinerja tinggi, sedangkan Gambar 2.7. adalah hasil foto REM (Raster Elektron Mikroskop) untuk beton konvensional dan beton kinerja tinggi. Pada beton konvensional terlihat jelas pori-pori beton dalam ukuran kapiler, sedangkan pada beton kinerja tinggi pori-pori kapiler ini tidak lagi terlihat. Kekuatan tinggi pada beton kinerja tinggi terutama disebabkan karena rendahnya porositas yang ada pada material beton kinerja tinggi, dimana semen sebagai matrix, mengikat partikel halus mikro silika yang bersifat reaktif maupun partikel halus mineral lainnya yang tidak reaktif dengan pasir halus sebagai aggregat, membentuk susunan struktur material yang homogen.
Akibat sedikitnya pori-pori yang ada pada suatu volume tertentu dari beton kinerja tinggi, maka pada campuran beton kinerja tinggi jumlah air dapat dikurangi sampai mencapai kurang lebih 20 % dari berat semen. Untuk menjamin agar campuran beton kinerja tinggi yang sedikit air ini dapat tetap dikerjakan, maka pada campuran beton kinerja tinggi diberi tambahan superplastisizer.
Superplastisizer ini akan secara effektif membuat beton segar, yang walaupun kandungan airnya sedikit, menjadi sangat plastis sehingga dapat dikerjakan pengecorannya ke dalam cetakan.
Akibat tingginya kekuatan yang ada pada beton kinerja tinggi, beton ini mempunyai keruntuhan yang sangat getas. Energi yang tersimpan sebelum mencapai keruntuhan sangatlah besar, energi yang besar ini akan terlepas layaknya sebagai ledakan pada saat beton kinerja tinggi mengalami keruntuhan.
commit to user
Selain mempunyai kekuatan tinggi, beton kinerja tinggi sebagai material tanpa pori-pori kapiler akan memberikan kinerja yang jauh lebih baik daripada beton konvensional. Tingginya packing density menyebabkan beton kinerja tinggi mengalami proses karbonisasi yang minimal, daya tahan terhadap abrasi zat-zat kimia berbahaya sangat baik, memberi perlindungan terhadap korosi tulangan di dalam kontruksi juga lebih baik.
2.2.6. Zona Tansisi Antarmuka (Interfacial Transition Zone)
Daerah lekatan antara agregat kasar terhadap mortar atau pasta semen merupakan hubungan terlemah di dalam beton (Thomas, et al, 1963). Sudah umum kita melihat retakan pada beton terletak di sepanjang permukaan antara mortar dan partikel agregat kasar, apakah ini terutama disebabkan oleh kelemahan lekatan pada Interfacial Transition Zone atau mungkin juga disebabkan oleh susunan partikel agregat kasar yang yang lebih kaku di dalam beton tidak sepenuhnya merata (J.C. Maso, 1995 ). Kebanyakan studi tentang kekuatan lekatan menunjukkan bahwa peningkatan kuat lekatan agregat kasar terhadap mortar mampu meningkatkan kekuatan beton, baik itu dalam kuat tarik, kuat tekan, atau kuat lentur. Dari tidak adanya lekatan menuju adanya lekatan yang sempurna, secara umum kekuatan meningkat, berkisar antara 15 – 40%
dengan peningkatan pada kekuatan tarik yang lebih tinggi daripada kekuatan tekan.
Pada daerah lekatan (ITZ) terdapat dua gejala yang harus diperhatikan, yaitu adanya konsentrasi Ca (OH2) dan porositas yang tinggi di daerah ini, mencapai 50 % dari persentase rongga. Kedua gejala ini ditandai dengan tingginya kadar air yang berada di sekitar daerah lekatan, selama dan sesudah proses penyatuan antara agregat dengan mortar. Anggapan ini ditopang oleh adanya konfirmasi bahwa tidak ada butiran semen yang dapat ditemukan di daerah zona kontak (ITZ), dengan ketebalan 15 µm – 25 µm (R. Zimbelman, 1987,).
Atau dengan ketebalan sekitar 50 µm (J.C. Maso, 1995 ).
commit to user
(a) (b)
Gambar 2.8. (a) dan (b) Interfacial Transition Zone
2.2.7. Faktor Air Semen
Faktor air semen (fas) adalah perbandingan berat air dan berat semen yang digunakan dalam adukan beton. Pada beton mutu tinggi, faktor air semen dapat diartikan sebagai water to cementious ratio, yaitu rasio total berat air (termasuk air yang terkandung dalam agregat dan pasir) terhadap berat total semen dan additive cementious yang umumnya ditambahkan pada campuran beton mutu tinggi (Supartono, 1998). Pada beton mutu tinggi nilai faktor air semen ada dalam rentang 0,2-0,25 (SNI 03-6468-2000).
Permasalahan utama kuat tekan beton adalah adanya porositas. Semakin besar porositasnya maka kuat tekannya semakin kecil, demikian juga sebaliknya. Besar dan kecilnya porositas dipengaruhi oleh besar dan kecilnya fas yang digunakan.
Semakin besar fas-nya maka porositas semakin besar, demikian juga sebaliknya.
Untuk mendapatkan beton bermutu tinggi (kuat tekan tinggi) maka harus dipergunakan fas rendah, namun jika fas-nya terlalu kecil pengerjaan beton akan menjadi sangat sulit, sehingga pemadatannya tidak bisa maksimal dan akan mengakibatkan beton menjadi keropos. Hal tersebut berakibat menurunnya kuat tekan beton. Untuk mengatasi hal tersebut dapat dipergunakan superplastisizer.
Superplastisizer ini akan secara efektif membuat beton segar, yang walaupun kandungan airnya sedikit, menjadi sangat plastis sehingga dapat dikerjakan pengecorannya ke dalam cetakan.
commit to user 2.2.8. Workability
Workability adalah tingkat kemudahan pengerjaan beton dalam pencampuran, pengangkutan, penuangan, dan pemadatannya. Suatu adukan dapat dikatakan cukup workable jika memenuhi kriteria sebagai berikut:
a. Plasticty, artinya adukan beton harus cukup plastis (kondisi antara cair dan padat) sehingga dapat dikerjakan dengan mudah tanpa perlu usaha tambahan ataupun terjadi perubahan bentuk adukan.
b. Cohesiveness, artinya adukan beton harus mempunyai gaya – gaya kohesi yg cukup sehingga adukan saling melekat selama proses pengerjaan beton.
c. Fluidity, artinya adukan harus mempunyai kemampuan untuk mengalir selama proses penuangan.
d. Mobility, artinya adukan harus mempunyai kemampuan untuk bergerak atau berpindah tempat tanpa terjadi perubahan bentuk.
Tingkat kemudahan pengerjaan berkaitan erat dengan tingkat kelecakan atau keenceran adukan beton, makin cair adukan makin mudah cara pengerjaanya.
2.2.9. Rancang Campur (Mix Design)
Mix design yang digunakan pada penelitian ini mengacu pada penelitian Hardjasaputra, (2011). Dimana dalam penelitian yang dilakukan dengan menggunakan material lokal yang ada di Indonesia. Dan dalam penelitian ini akan meninjau terhadap pengaruh distribusi ukuran butiran maksimum agregat.
Tabel 2.4. Mix design beton
Material Berat (kg/m3)
Semen 729
Pasir 817
Silica 254
superplasticizer 33
Air 160
Pasir Kuarsa -
(w/c) 0,225
commit to user
Volume yang digunakan dalam mix design di atas dikonversikan sesuai dengan volume ukuran cetakan silinder yang digunakan dalam penelitian ini.
2.2.10. Kuat Tekan Beton
Kuat tekan beton yang telah mengeras dapat diketahui dengan melakukan pengujian kuat tekan beton. Prosedur pengujian kuat tekan mengacu pada Standart Test Methode for Compressive of Cylindrical Concrete. Langkah-langkah pengujiannya adalah sebagai berikut :
a. Benda uji ditimbang dan dicatat beratnya.
b. Benda uji diletakan pada mesin penekan dan posisinya diatur agar supaya tepat berada ditengah penekan.
c. Pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan secara c o n t i n u e dengan mesin hidrolik sampai benda uji mengalami kehancuran.
d. Beban maksimum akan lansung tersimpan secara otomatis.
Kuat tekan beton antara lain tergantung pada : faktor air semen, gradasi batuan, bentuk batuan, ukuran maksimum batuan, cara pengerjaan (campuran, pengangkutan, pemadatan dan perawatan) dan umur beton (Tjokrodimuljo, 1996).
Menurut Murdock dan Brook (1991), beton dapat mencapai kuat tekan 80 MPa atau lebih, bergantung pada perbandingan air dan semen dan tingkat pemadatannya. Di samping dipengaruhi oleh perbandingan air dan semen kuat tekan beton juga dipengaruhi oleh faktor lainnya, yaitu : jenis semen, kualitas agregat, efisiensi perawatan, umur beton dan jenis bahan a d mi xt u r e .
Berdasarkan Peraturan Beton Bertulang Indonesia (PBI, 1989), besarnya kuat tekan beton dapat dihitung dengan rumus :
f’c = …... (2.1) dengan:
commit to user f’c = kuat tekan beton (MPa)
P = beban tekan (N)
A = luas permukaan benda uji (mm2)
2.2.11. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan hubungan linier antara tegangan dan regangan untuk suatu batang yang mengalami tarik atau tekan.
Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku (stiff).
Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat diubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Modulus elastisitas adalah kemiringan kurva tegangan- regangan di dalam daerah elastis linier pada sekitar 40% beban puncak (ultimate load) (Gere & Timoshenko, 1997).
Factor-faktor yang mempengaruhi modulus elastisitas menurut Nawy (1990) : a. Kelembaban
Beton dengan kandungan air yang lebih tinggi mempunyai modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada beton dengan spesifikasi yang sama.
b. Agregat
Nilai modulus elastisitas dan proporsi volume agregat dalam campuran mempengaruhi modulus elastisitas beton. Semakin tinggi modulus elastisitas agregat dan semakin besar proporsi agregat dalam beton, semakin tinggi pula modulus elastisitas beton tersebut.
c. Umur beton
Modulus elastisitas semakin besar seiring dengan bertambahnya umur beton, seperti kuat tekannya, namun modulus elastisitas bertambah lebih cepat dari pada kuat tekannya.
commit to user d. Mix Design beton
Jenis beton memberikan nilai modulus elastisitas yang berbeda pada umur dan kekuatan yang sama.
Modulus elastisitas yang sebenarnya atau modulus elastisitas pada suatu waktu tertentu dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) (Mudrock dan Brook, 1991)
Modulus Elastisitas (E) = f
………(2.2) Dengan :
Tegangan (σ) = j ………(2.3)
Regangan (ε) = Ϩ
Ϩ ……….(2.4)
Dengan :
P = beban yang diberikan (kg)
A = luas penampang melintang (mm2) Δl = perubahan panjang akibat beban P (mm) L = panjang mula-mula (mm)
Berdasarkan rekomendasi ASTM C 469-94, perhitungan modulus elastisitas yang digunakan adalah modulus chord, adapun perhitungan modulus chord (Ec) dapat dilihat pada persamaan berikut:
Modulus Elastisitas (Ec) =
r,rrrrd……….(2.5)
Dengan :
Ec = modulus elastisitas (MPa)
S2 = tegangan sebesar 40 % x fc’ (MPa)
S1 = tegangan yang bersesuaian dengan regangan arah longitudinal tegangan sebesar 0,00005 (MPa)
ε
2 = regangan longitudinal akibat tegangan S2Angka 0,00005 merupakan ketetapan yang ditetapkan ASTM
commit to user 2.2.12. Benda Uji
Standar benda uji yang digunakan untuk pengujian kuat tekan beton di laboratorium umumnya adalah silinder 15 x 30 cm (ASTM C-39).
Selain benda uji silinder, kuat tekan beton juga dapat menggunakan benda uji kubus berukuran 15cm x 15cm x 15cm (British Standard) dan 20 cm x 20 cm x 20 cm (PBI 1971 N.I.-2). Untuk benda uji kubus, mutu beton dinyatakan dengan huruf K dengan angka di belakangnya yang menyatakan kekuatan karakteristik beton yang bersangkutan dalam satuan kg/cm2 (PBI 1971 N.I.-2).
Dalam penelitian ini digunakan cetakan silnder ukuran 3/6 inci (diameter 7,62 cm dan tinggi 15,24 cm). Pemilihan cetakan ukuran 3/6 inci disesuaikan dengan alat uji tekan yang ada di laboratorium bahan Teknik Sipil UNS dan juga alat pengaduk betonnya. Karena batasan alat uji tekan hanya mencukupi untuk batas kuat tekan 100 MPa. Sedangkan jika digunakan ukuran silinder 15 x 30 cm dengan umur 28 hari akan menghasilkan kuat tekan yang lebih besar dari 100 MPa. Selain itu alat bor yang digunakan juga tidak mampu mengaduk adonan dengan volume yang terlalu besar. Penggunaan cetakan silinder 3/6 inci ini, untuk kuat tekannya nanti akan dikonversikan ke dalam silinder 15 x 30 cm.
Menurut ASTM C-42, perbedaan l/d (length/diameter) mempengaruhi hasil kuat tekan beton seperti terlihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Hubungan Antara Rasio l/d dan Kuat Tekan l/d Faktor Koreksi Kuat Tekan
2,00 1,00
1,75 0,98
1,50 0,96
1,25 0,93
1,00 0,87
Sumber : ASTM C 42/C 42M-04
commit to user Tabel 2.6. Konversi Ukuran Benda Uji
No Bentuk Benda Uji Ukuran Koefisien Kekuatan
1 Silinder 2/4 inch 109%
2 Silinder 3/6 inch 106%
3 Silinder 6/12 inch 100%
4 Silinder 8/16 inch 96%
5 Silinder 12/24 inch 91%
6 Silinder 18/36 inch 86%
7 Silinder 24/48 inch 84%
8 Silinder 36/72 inch 82%
Sumber : ACI Committee 611
