BETON KINERJA TINGGI
(High Performance Concrete)
Ir.Roestaman,M.Sc
KINERJA BETON STRUKTUR
BETON
KONVENSIONAL
BETON KINERJA TINGGI
(High Performance Concrete)
Beton yang dirancang untuk mencapai kriteria
teknis utama kekuatan tekan (compressive strength) yang diinginkan dan kriteria teknis lainnya
yaitu workability dan durability yang sifatnya
biasa/tidak istimewa
Beton Kinerja Tinggi (High Performance Concrete, HPC) adalah beton yang memiliki sifat-
sifat istimewa yang dirancang untuk memenuhi beberapa keuntungan dalam pelaksanaan struktur beton yang tidak selalu
bisa dipenuhi oleh beton konvensional
Menurut The Strategic Highway Research Programme (SHRP) , HPC untuk diaplikasikan dalam pekerjaan jalan raya harus memenuhi kriteria berikut.
- Kekuatan pada 4 jam ≥ 17,5 Mpa - Kekuatan pada 24 jam ≥ 35 Mpa - Kekuatan pada 28 hari ≥ 70 Mpa
- Faktor durabilitas (durability factor) ≥ 80% after 300 cycles of freezing and thawing
- Faktor air-semen (water-cement ratio) ≤ 0,35
DEFINISI BETON KINERJA TINGGI
Menurut Paul Zia, HPC adalah beton yang memiliki kinerja khusus, dan persyaratan keseragaman
(uniformity) yang tidak selalu dapat dicapai hanya oleh material, pencampuran (mixing) normal,
penempatan (placing), dan perawatan (curing)
konvensional. Persyaratan kinerja tersebut meliputi penempatan dan pamadatan tanpa segregasi,
kekuatan awal (early age strength), keteguhan
(toughness), stabilitas volume (volume stability),
masa layan (service life).
Menurut R.N.Swamy, HPC adalah beton yang dirancang untuk memberikan karakteristik kinerja yang diharapkan terhadap beban (load), penggunaan (usage) dan kondisi ekspos (exposure conditions), konsisten dengan kebutuhan biaya (consistent with requirement of cost), masa layan
(service life) dan durabilitas (durability). Karakteristik kinerja tersebut meliputi porositas sangat rendah (very low
porosity), permeabilitas sangat rendah (very low
permeability), ketahanan tinggi terhadap serangan kimia (high resistance to chemical attack), panas hidrasi rendah (low heat of hydration), kuat awal tinggi (high early
strength), workabilitas tinggi (high workability), faktor air- semen rendah (low water-binder ratio), susut plastis dan bliding rendah (low bleeding and plastic shrinkage).
Menurut Civil Engineering Research Foundation (CERP), HPC adalah beton yang memiliki
beberapa atau semua sifat-sifat sebagai berikut yang tinggi/istimewa : mudah dalam
penempatan (ease of placement), sifat-sifat
mekanik jangka panjang (long term mechanical properties), kekuatan awal (early age strength), keteguhan (toughness), stabilitas volume
(volume stability), masa layan panjang dalam
lingkungan yang berat (extended service life in
severe environments).
Menurut American Concrete Institute (ACI), HPC adalah beton yang memenuhi kombinasi persyaratan kinerja spesifik dan keseragaman yang tidak selalu bisa dicapai ketika
menggunakan bahan-bahan konvensional serta praktik-praktik pencampuran (mixing),
pengecoran (placing) dan perawatan (curing)
untuk beton normal
KEGUNAAN BETON KINERJA TINGGI
- Kemudahan penempatan dan pemadatan tanpa mempengaruhi kekuatan
- Sifat mekanik jangka panjang - Kekuatan awal tinggi
- Ketangguhan
- Stabilitas volume
- Kemampuan bertahan dalam lingkungan yang parah - Lebih sedikit material yang digunakan
- Mengurangi pemeliharaan
- Memperpanjang usia struktur
- Estetika
Karakteristik Beton Segar
Workability HPC biasanya baik sekalipun slump nya rendah, lebih kohesif, dan mudah dipompa. Untuk konstruksi dengan jarak tulangan yang rapat
sehingga adukan beton sulit dicorkan dapat dibuat beton yang memadat sendiri (SCC : self-
compacting concrete) yaitu beton yang bisa
mengalir dan memadat dengan berat sendirinya tanpa terjadi segregasi atau bliding. Namun perlu diperhatikan, pemakaian dosis superplasticizer
yang berlebih harus dihindari karena memungkinkan terjadi segregasi.
KARAKTERISTIK BETON KINERJA TINGGI
Karakteristik Beton Keras
- Kekuatan awal tinggi (High early strength)
Beton dengan kekuatan awal tinggi disebut juga fast-track concrete, yaitu beton yang kekuatan rencananya bisa dicapai dalam waktu yang lebih awal (beberapa jam atau beberapa hari) daripada beton normal. Beton dengan kekuatan awal tinggi bisa diperoleh sebagai berikut.
Menggunakan semen Type III atau high-early-strength cement
Menggunakan kadar semen tinggi (400 – 600) kg/m3
Menggunakan faktor air-semen rendah (0,2 – 0,45)
Mengkondisikan temperatur tinggi pada beton segar
Mengkondisikan temperatur yang lebih tinggi untuk perawatan beton
Menggunakan bahan tambah kimiawi
Menggunakan silica fume
- Kekuatan tinggi (High strength)
Beton dengan kekuatan tinggi mampu menahan beban yang lebih besar daripada beton normal. Defenisi beton kekuatan tinggi berubah dari tahun ke tahun.
Menurut American Concrete Institute (ACI) beton kekuatan tinggi adalah beton dengan kekuatan tekan di atas 6000 psi (41 Mpa) pada benda uji silinder. Eurocode 2
mendefinisikan beton mutu tinggi dengan 50 – 60 Mpa pada benda uji kubus, bahkan untuk tujuan tertentu
mengizinkan kekuatan beton hingga 105 Mpa pada benda uji kubus. Beton kekuatan tinggi dapat dicapai dengan
mengurangi air campuran sehingga nilai faktor air-semen dan slump kecil tapi bisa dipadatkan dengan derajat
kepadatan tinggi.
- Modulus elastisitas tinggi (High modulus of elasticity)
Dengan modulus elastisitas yang lebih tinggi berarti beton dapat menahan tegangan yang
lebih tinggi tapi beton menjadi getas dan mudah retak. Modulus elastisitas rendah menunjukkan beton akan melentur dan sangat mudah
berdeformasi.
- Kekuatan abrasi tinggi
(High abrasion resistance)
Beton dengan kekuatan abrasi tinggi dapat dipenuhi oleh beberapa faktor, utamanya penggunaan bahan-bahan terpilih, proporsi campuran, capaian kekuatan, dan
pelaksanaan.
-
Durabilitas tinggi (High durability) dan permeabilitas rendah (Low permeability)
Durabilitas beton dipengaruhi oleh beberapa faktor,
antara lain kelembaban relatif (relative humidity), tekanan air hidrostatis (hydrostatic water pressure), resapan air
(water absorption), permeabilitas uap air (water vapour permeability), dan resapan kapiler (capillary absorption).
Beton dengan faktor air-semen yang rendah dan
penggunaan waterproof admixtures serta dengan tingkat kepadatan tinggi akan menghasilkan beton dengan
permeabilitas rendah yang memungkinkan beton memiliki durabilitas tinggi dan tahan terhadap serangan kimiawi (chemical attack).
MATERIAL YANG DIGUNAKAN DALAM BETON KINERJA TINGGI
Portland cement :
- Semen dengan kandungan C3A yang tinggi harus dihindari untuk HPC karena umumnya dapat
menyebabkan kehilangan flow yang cepat dalam beton segar
- Kehalusan semen merupakan critical parameter. Dengan meningkatnya kehalusan semen akan meningkat juga
perkembangan kekuatan awal beton, tetapi bisa mengurangi sifat rheology
- Harus ada kesesuaian antara semen dan retarder yang digunakan
Blended cement, flay ash/slag/silica
fume/calcined clay/metakaolin/calcined shale
Bahan ini adalah bahan tambah mineral (mineral
admixtures) yaitu bahan bukan semen tetapi bisa bersifat menjadi bahan pengikat seperti semen setelah bereaksi dengan unsur kapur yang sudah ada dalam semen Portland yang memberikan pengaruh terhadap kekuatan dan
durabilitas beton mutu tinggi.
Bahan tambah mineral merupakan bagian penting dari HPC.
Bahan-bahan ini digunakan untuk berbagai maksud,
bergantung pada sifat-sifatnya. Jenis bahan tambah mineral pozolan yang biasa digunakan adalah fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS), dan silica fume (SF).
Agregat Kasar
Agregat dengan gradasi yang optimal (optimally graded aggregates) untuk
meningkatkan kemudahan pengerjaan (workability).
Parameter-parameter penting agregat kasar yang berpengaruh terhadap kinerja beton adalah bentuk (shape), tekstur (texture), dan ukuran maksimum (maximum size) agregat. Dalam hal beton normal,
apabila agregat lebih kuat dari kekuatan pasta, kekuatan agregat bukan merupakan faktor utama untuk mencapai kekuatan beton.
High range water reducers/ Superplasticizers
Bahan tambah kimia (admixture) yang mampu
mengurangi air campuran dengan kadar cukup tinggi tapi menghasilkan adukan beton mengalir yang sangat mudah dikerjakan (flowability).
Superplasticizer digunakan secara luas dalam HPC dengan nilai rasio air-material semen sangat rendah.
Tujuan utama menggunakan superplasticizer adalah : - Menghasilkan beton dengan kepadatan tinggi untuk
menjamin permeabilitas sangat rendah dengan ketahanan yang memadai terhadap kondisi udara yang sangat dingin - Meminimalkan efek panas hidrasi dengan merendahkan kadar semen
- Menghasilkan beton dengan kadar air rendah dan
workabilitas tinggi untuk menjamin kuat lekat yang tinggi
High range water reducers/ Superplasticizers
- Meminimalkan rangkak (creep) dan susut (shrinkage) dengan cara merendahkan rasio air- semen
- Menghasilkan beton dengan porositas paling rendah agar terlindung dari serangan luar (external attack)
- Menjaga kadar alkali cukup rendah untuk perlindungan terhadap reaksi alkali-agregat dan menjaga kadar sulfat dan klorida serendah mungkin untuk mencegah terjadinya korosi tulangan
- Menghasilkan beton yang bisa dipompa tanpa terjadi segregasi
- Mengatasi masalah berkurangnya workabilitas dalam beton serat (fibre concrete) dan
beton tembak (shotcrete)
- Menghasilkan beton daktilitas tinggi
Hydration control admixtures/ Retarders
Bahan tambah kimia (admixture) yang berfungsi
untuk mengontrol/menunda pengikatan (setting) beton.
Dalam HPC, penggunaan retarder disarankan untuk meminimalkan kehilangan konsistensi adukan beton segar (slump loss). Bila digunakan secara bersamaan dengan superplastisizer, retarder harus sesuai
(compatible) dengan superplastisizer. Oleh karena itu penggunaan retarder dalam HPC hanya jika kondisinya terpaksa (lebih disarankan menggunakan bahan tambah mineral.
Accelerators
Bahan tambah kimia (admixture) yang berfungsi untuk mempercepat pengikatan
(setting) beton.
6.7 Corrosion inhibitors
Bahan yang berfungsi untuk mencegah terjadinya korosi tulangan beton.
6.8 Shrinkage reducers
Bahan yang berfungsi untuk mengurangi susut beton.
6.9 ASR inhibitors
Bahan untuk mencegah terjadinya alkali-silica-reactivity.
6.10 Polymer/latex modifiers
Bahan polimer atau sejenisnya untuk mencapai durabilitas beton.
SPESIFIKASI DALAM BETON KINERJA TINGGI
● High strength : 70 – 140 Mpa @ 28 to 91 days, Test Method ASTM C 39
● High early compressive strength : 20 – 30 Mpa @ 3 – 12 hours or 1 – 3 days,
ASTM C 39
● High early flexural strength : 2 – 4 Mpa @ 3 – 12 hours or 1 – 3 days, ASTM C 78
● Abrasion resistance : 0 – 1 mm depth or wear, ASTM C 944
● Low permeability : 500 to 2000 coulombs, ASTM 1202
● Chloride penetration : less than 0,07% Cl at 6 months, AASHTO T 259/260
● High modulus of elasticity : More than 40 Gpa, ASTM 469
Seperti pengujian beton keras (hardened concrete) pada beton konvensional, pada beton kinerja tinggi juga diperlukan pengujian untuk membuktikan kinerja
yang didapatkan apakah sesuai dengan kinerja yang diharapkan
PENGUJIAN-PENGUJIAN BETON KINERJA TINGGI
Pengujian Slump Flow
digunakan untuk beton yang memiliki tingkat kekentalan yang sangat rendah
(flowing).
Pengujian slump flow dinilai akan lebih tepat digunakan karena yang diukur adalah diameter beton yang
terbentuk akibat pengaruh tingkat kekentalannya, serta waktu yang dibutuhkan untuk membentuk diameter
tertentu, Pengujian Slump Flow
Pengujian ini dimaksudkan untuk memeriksa
segregasi/pemisahan yang mungkin terjadi antara agregat
kasar dengan campuran beton yang lain, pada saat beton segar harus melewati sela-sela
tulangan yang ada pada struktur beton bertulang yang
dilaksanakan
Pengujian J - Ring
Pengujian L - Box
Pengujian ini dilaksanakan untuk melihat sejauh mana beton segar sanggup mengalir dan mengisi cetakan untuk mencapaiketinggian beton tertentu.
Karakteristik dari pengujian L Box ini perlu diamati untuk
menentukan apakah campuran beton yang dibuat mampu
mengisi bagian tertentu pada cetakan yang tidak
memungkinkan pengisian dari bagian atasnya secara langsung
Dalam pengujian ini campuran beton segar dimasukkan ke dalam mulut bagian atas dan menutup mulut keluar di corong Funnel bagian bawah. Kemudian tutup dibuka dan dihitung waktu yang diperlukan sampai lubang pada corong mulai terbuka
akibat beton yang mengalir
keluar. Kondisi beton juga dilihat secara visual terhadap
kemungkinan terjadinya
pemisahan antara agregat kasar dengan mortar dan pasta.
Pengujian V Funnel
Kekedapan (impermeability) beton, stabilitas material terhadap serangan dari luar maupun
dari dalam harus menjadi elemen penting dalam penentuan kinerja keawetan beton.
Pengujian Durabilitas Beton
Pengujian permeabilitas beton keras Pengujian difusi klorida
