04_Buku_TeknologiBetonLanjt_Ed2.pdf

(1)

(2)

TEKNOLOGI BETON LANJUTAN

DURABILITAS BETON

Edisi ke-2

Dr. Rr. M.I. Retno Susilorini, ST., MT.

Kusno Adi Sambowo, Ph.D.

(3)

DURABILITAS BETON Edisi ke-2

Dr. Rr. M.I. Retno Susilorini, ST., MT. Kusno Adi Sambowo, Ph.D.

Hak Cipta dilindungi undang-undang

ISBN 978-602-98015-1-4

Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit

Dicetak oleh Percetakan Surya Perdana Semesta, Semarang Isi di luar tanggungjawab percetakan

(4)

iii

DAFTAR ISI

Daftar Isi

iii

Kata Pengantar

v

BAB 1

PENDAHULUAN

1

1.1. Perkembangan Beton Dari Masa ke Masa 1

1.2. Klasifikasi Beton 5

1.3. Peranan Beton sebagai Bahan Bangunan 6

1.4. Soal Latihan 6

1.5. Pustaka 7

BAB 2

SEMEN, AGREGAT, DAN AIR

8

2.1. Semen 8 2.2. Agregat 16 2.3. Air 21 2.4. Soal Latihan 23 2.5. Pustaka 24

BAB 3

BAHAN TAMBAH

25

3.1. Definisi, Klasifikasi, dan Penggunaan Bahan Tambah 25

3.2. Bahan Tambah Kimia 31

3.3. Bahan Tambah Mineral 34

3.4. Inovasi Bahan Tambah 37

3.5. Soal Latihan 41

(5)

iv

BAB 4

DURABILITAS BETON

43

4.1. Pentingnya Durabilitas Beton 43 4.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi

Durabilitas Beton 45

4.3. Permeabilitas Beton 47 4.4. Beton yang Terkarbonasi 48

4.5. Susut pada Beton 50

4.6. Beton Pasca Bakar

4.7. Serangan-serangan yang Mempengaruhi

Durabilitas Beton 53

4.9. Pustaka 63

BAB 5

BETON BERDURABILITAS TINGGI

64

5.1. Kinerja dan Inovasi Beton

Berdurabilitas Tinggi 64 5.2. Prediksi Durabilitas Beton 67 5.3. Aplikasi Bahan Tambah Berbasis Gula untuk

Beton Berdurabilitas Tinggi 68

(6)

v

KATA PENGANTAR

Pembangunan berkelanjutan mensyaratkan adanya keseimbangan lingkungan untuk mencapai kesejahteraan manusia. Keseimbangan lingkungan dalam bidang konstruksi dapat diperoleh dengan menerapkan ‘teknologi beton hijau’, yang pada dasarnya menginginkan tercapainya beton yang memiliki durabilitas (keawetan) tinggi, ramah lingkungan, dan berkelanjutan. Untuk lebih memahami teknologi beton secara lebih mendalam, buku ini ditulis dengan memfokuskan diri pada durabilitas beton. Sebagai buku yang membahas teknologi beton lanjutan, buku ini meyajikan pendalaman pada aspek-aspek terkait durabilitas beton, di samping itu juga menyajikan beberapa hasil penelitian terpilih tentang durabilitas beton sebagai wawasan ilmu pengetahuan.

Buku “Teknologi Beton Lanjutan - Durabilitas Beton” Edisi ke-2 ini merupakan edisi terbaru yang menyajikan kemajuan teknologi beton dan penelitian-penelitian terkini tentang durabilitas beton. Dalam Edisi ke-2 ini, terdapat perubahan dan tambahan pada Bab 5, yang menyajikan hasil-hasil penelitian terkini dari penulis dan rekan-rekan tentang kinerja beton dengan bahan tambah berbasis gula.

Penulis menghaturkan terimakasih sebesar-besarnya atas dukungan dana dari DP2M Ditjen Dikti melalui Hibah Kompetensi 2010 dan 2011 (Tahun Kedua dan Ketiga) berjudul “Pemanfaatan Material Lokal untuk Teknologi Beton Ramah Lingkungan yang Berkelanjutan”, yang memungkinkan buku “Teknologi Beton Lanjutan - Durabilitas Beton” Edisi ke-2 ini dapat diterbitkan.

Semoga buku ini memberikan kontribusi yang signifikan dalam bidang teknologi beton, khususnya kajian serta penelitian tentang durabilitas beton.

Penulis,

Dr. Rr. M.I. Retno Susilorini, ST., MT. Kusno Adi Sambowo, Ph.D.

(7)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. PERKEMBANGAN BETON DARI MASA KE MASA

Beton merupakan material paling populer di sepanjang sejarah dan menjadi material struktur yang digunakan hampir di seluruh penjuru dunia. Keberadaan beton dari awal masa Mesir Purba dekade terakhir ini (Gambar 1.1.) mengisyaratkan bahwa perkembangan beton (Gambar 1.2.) akan selalu signifikan di sepanjang peradaban manusia.

Gambar 1.1._{Diagram sejarah beton}

(8)

2

Gambar 1.2._{Diagram perkemban}

(http://matse1.matse.

bangan aplikasi beton dari masa ke masa tse.illinois.edu/concrete/3.gif)

(9)

3

Pada awalnya, beton berupa bitumen (aspal) yang digunakan sebagai pengikat (binder) dari bebatuan yang digunakan untuk konstruksi bangunan di kawasan Timur Tengah [1]. Perkembangan beton selanjutnya menjadi signifikan karena munculnya semen Roman dan diaplikasikannya sifat kedap air beton yang digunakan untuk bangunan-bangunan Romawi bersejarah seperti Minturnae Aquaduct (Gambar 1.3.), Colosseum (Gambar 1.4.) dan Pantheon (Gambar 1.4.) di Roma.

Gambar 1.3._{Minturnae Aquaduct}

(http://commondatastorage.googleapis.com/static.panoramio.com/photos/orig inal/25052111.jpgg)

(10)

4

Gambar 1.3._{Colosseum di Roma}

(http://www.destination360.com/europe/italy/images/s/italy-rome-colosseum.jpg)

Gambar 1.4._{Pantheon di Roma}

(http://www.pantheonsbengals.com/sitebuildercontent/sitebuilderpictures/ro man_pantheon.jpg)

(11)

5

Beton makin maju dan berkembang, terutama dengan diaplikasikannya beton bertulang dan berbagai inovasi lainnya seperti beton ringan, beton serat, beton mutu tinggi, dan beton dengan teknologi nano.

1.2. KLASIFIKASI BETON

Beton didefinisikan sebagai campuran antara semen Portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan tambah membentuk massa padat [SNI 03-2834-2000].

Klasifikasi beton umumnya dilakukan berdasarkan berat jenis dan kuat tekannya [2]. Berdasarkan berat jenisnya, beton dibagi atas beton ringan, beton normal, dan beton berat. Beton ringan memiliki berat jenis di bawah 1800 kg/m3, beton normal memiliki berat jenis 2400 kg/m3, dan beton berat memiliki berat jenis di atas 3200 kg/m3. Berdasarkan kuat tekannya, beton dikategorikan sebagai beton mutu rendah, beton mutu sedang, dan beton mutu tinggi. Beton mutu rendah memiliki kuat tekan kurang dari 20 MPa, sedangkan beton mutu sedang memiliki kuat tekan 20-40 MPa, dan beton mutu tinggi memiliki kuat tekan di atas 40 MPa.

(12)

6

1.3. PERANAN BETON SEBAGAI BAHAN BANGUNAN

Beton menjadi bahan bangunan yang paling banyak digunakan di dunia. Beberapa alasan yang mendasari hal tersebut adalah [1, 2]: (1) beton merupakan material yang kedap air; (2) beton mudah dibentuk; dan (3) beton relatif murah dan mudah disediakan. Ketiga keuntungan tersebut menjadi nilai tambah beton, namun terdapat kelemahan beton yang krusial, yaitu beton lemah terhadap gaya tarik. Untuk mengatasi hal itu, maka diproduksi beton bertulang, di mana tulangan baja akan memikul gaya tarik yang bekerja selama pembebanan di masa-layan struktur.

1.4. SOAL LATIHAN

1. Jelaskan sejarah asal-usul perkembangan beton.

2. Bandingkan keunggulan dan kelemahan aplikasi beton sebagai bahan bangunan?

3. Jelaskan contoh-contoh aplikasi beton yang dikategorikan menurut berat jenisnya pada praktek di lapangan.

4. Jelaskan contoh-contoh aplikasi beton yang dikategorikan menurut kuat tekannya pada praktek di lapangan

(13)

7

5. Apakah mengatasi kelemahan beton terhadap gaya tarik cukup dengan memberi tulangan baja saja? Jelaskan disertai contoh yang memadai

1.5. PUSTAKA

[1] Susilorini, Rr. M.I. Retno, dan Suwarno, Dj. (2009). Mengenal dan

Memahami Teknologi Beton. Penerbit Unika Soegijapranata, Semarang.

[2] Mehta, P Kumar, dan Monteiro, PJM. (1993). Concrete – Structure,

(14)

8

BAB 2

SEMEN, AGREGAT, DAN AIR

2.1. SEMEN

Yang lazim disebut dengan semen adalah semen hidraulik, yang didefinisikan sebagai semen yang mengeras bila bereaksi dengan air dan membentuk produk yang kedap air [1]. Semen Portland yang banyak dijumpai di pasaran termasuk jenis semen hidraulik. ASTM C150 mendefinisikan Semen Portland sebagai semen hidraulik yang diproduksi dari penghancuran klinker yang mengandung kalsium silika hidraulik, biasanya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai hasil penggilingan tambahan. Klinker (Gambar 2.1.) berbentuk butiran berdiameter 5-25 mm yang dihasilkan saat campuran bahan mentah dari komposisi awal dipanaskan dengan suhu tinggi [1].

Semen Portland tersusun atas 4 senyawa utama seperti yang disajikan pada Tabel 2.1 [2].

(15)

9

Tabel 2.1. Senyawa utama dalam semen Portland (Neville, 1999)

senyawa Komposisi oksida singkatan

Trikalsium silikat 3CaO.SiO2 C3S

Dikalsium silikat 2CaO.SiO2 C2S

Trikalsium aluminat 3CaO.Al2O3 C3A

Tetrakalsium aluminoferrite 3CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF

Pabrikasi semen modern memiliki proses produksi seperti disajikan Gambar 1.2., namun pada dasarnya prinsip pembuatan semen dapat dijelaskan sebagai berikut. Proses pembuatan semen Portland diawali dengan menggiling bahan baku berupa campuran CaO, SiO2, dan

Al2O3 dan bahan tambahan lain, baik dalam keadaan kering maupun

basah [3]. Campuran ini disebut slurry. Selanjutnya, slurry dituangkan ke ujung atas dari klin yang diletakkan dengan kemiringan tertentu. Diameter klin berkisar 5-7 m dan panjang klin dapat mencapai 230 m. Selama proses tersebut, klin dipanaskan, dan campuran tadi mengalir dari ujung klin atas ke bawah dengan pengaturan yang sesuai. Suhu campuran dinaikkan terus (disebut suhu clinkering) hingga mencapai fusi awal. Suhu tersebut terus dipertahankan sampai campuran dapat membentuk semen Portland pada suhu 2700oF. Butiran ini disebut klinker dengan diameter berkisar 1/16 hingga 2 in. Pada tahap selanjutnya, klinker didinginkan, kemudian dihancurkan hingga berbentuk serbuk. Selama proses penghancuran menjadi serbuk, ditambahkan sedikit

(16)

10

gypsum untuk mengontrol waktu pengerasan di lapangan. Biasanya gypsum kalsium ditambahkan kurang lebih 2-4%.

(a) (b)

Gambar 2.1. Perbedaan antara semen dan klinker (http://matse1.matse.illinois.edu/concrete/3.gif)

Gambar 2.2. Diagram proses produksi semen modern

(http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/cctc/summaries/pass/image s/pass_schematic.jpg)

(17)

11

Sifat-sifat senyawa dalam semen (Tabel 2.1.) sangat penting untuk dikaji. Senyawa C2S dan C3S biasanya menempati 70-80% dari proporsi

semen sehingga mendominasi sifat dan kinerja semen [2, 3]. Bila semen tercampur dengan air dan mneghasilkan panas, maka C3S akan segera

berhidrasi dan menyumbangkan kontribusi besar dalam pengerasan semen sebelum umur 14 hari.

Dalam proses hidrasi, senyawa C2S lebih lambat bereaksi dengan

air sehingga hanya berpengaruh terhadap perkerasan semen setelah berumur 7 hari [2, 3]. Senyawa C2S membuat semen lebih tahan terhadap

serangan kimia dan dapat mengurangi susut akibat pengeringan.

Untuk senyawa C3A, hidrasi secara isotermis dan bereaksi sangat

cepat, memberikan kekuatan setelah 1 hari setelah bereaksi dengan air sebanyak kurang lebih 40% dari beratnya [2, 3]. Jumlah unsur ini realtif sedikit sehingga sedikit pula berpengaruh pada jumlah air. Semen yang mengandung senyawa C3A lebih dari 10% akan rentan terhadap serangan

sulfat dan akan menyebabkan retak-retak pada beton.

Senyawa yang paling kurang berpengaruh terhadap proses pengerasan semen atau beton adalah C4AF.

Selain empat senyawa pokok yang terdapat dalam semen (Tabel 2.1), terdapat beberapa senyawa lain dalam semen yang memberikan pengaruh terhadap kinerja hidrasi maupun pengerasan semen, yaitu MgO, SO3, NaO dan K2O sehingga dilakukan beberapa pembatasan.

(18)

12

MgO bereaksi dengan air maka akan terjadi penambahan volume beton yang dapat menyebabkan beton mengalami retak-retak. Senyawa SO3

diperbolehkan kadarnya 2.5-3% saja. Fungsi dari senyawa adalah sebagai pengatur pengikatan semen. Bila kadar gypsum terlalu tinggi, maka selama berlangsungnya proses pengerasan, akan timbul pengembangan volume beton yang menimbulkan keretakan. Senyawa NaO dan K2O

selalu dijumpai dalam bahan baku penyusun semen yang dapat menimbulkan retak-retak pada beton dan dapat merusak keseluruhan beton. Dengan demikian, kadar senyawa NaO dan K2O dibatasi kurang

atau sama dengan 0.6%.

Beberapa jenis semen menurut ASTM C150 [1-3] dapat dijelaskan sebagai berikut.

a. Tipe I, adalah semen Portland standar yang digunakan untuk semua bangunan beton yang tidak mengalami perubahan cuaca yang drastis ataupun dibangun dalam lingkungan yang agresif

b. Tipe II, adalah semen Portland yang digunakan untuk konstruksi pembetonan massa seperti dam, yang panas hidrasinya tertahan dalam bangunan untuk jangka waktu yang lama. Bila semen yang digunakan adalah semen standar, maka saat proses pendinginan akan timbul tegangan-tegangan akibat perubahan suhu yang dapat mengakibatkan retak-retak pada bangunan. Untuk itu diperlukan semen khusus, yaitu tipe II, yaitu semen yang dapat mengeluarkan panas hidrasi rendah

(19)

13

disertai kecepatan penyebaran yang rendah juga. Semen tipe II ini disebut juga dengan Modified Portland Cement yang memiliki ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi

c. Tipe III, adalah jenis semen Portland yang cepat mengeras, yang cocok untuk pengecoran beton pada suhu rendah. Pada proses produksi, butiran semen tipe III ini digiling lebih halus untuk mempercepat proses hidrasi, yang diikuti percepatan pengerasan serta percepatan penambahan kekuatan. Kekuatan tekan 3 hari semen tipe III adalah sama dengan kekuatan tekan semen tipe I pada umur 7 hari. Panas hidrasi semen tipe III memiliki panas hidrasi 50% lebih tinggi daripada semen tipe I. Semen ini memiliki kekuatan awal tinggi dan biasanya digunakan untuk konstruksi jalan

d. Tipe IV, adalah jenis semen Portland yang menimbulkan panas hidrasi rendah dengan persentasi maksimum untuk C2S

sebesar 35%, C3A sebesar 7%, dan C3S sebesar 40%. Tipe ini

tidak lagi banyak diproduksi karena digantikan oleh tipe II e. Tipe V, adalah jenis semen Portland yang bersifat tahan

terhadap serangan sulfat dan mengeluarkan panas. Bangunan beton yang didirikan di daerah pasang surut dan besar kemungkinannya terserang serangan sulfat dianjurkan memakai semen tipe V

(20)

14

Hidrasi semen terjadi bila semen dicampur dengan air, di mana hidrasi berlangsung dalam 2 arah, ke luar dan ke dalam [3]. Hasil hidrasi akan mengendap secara bertahap di bagian luar dan inti semen yang belum tehidrasi di bagian dalam. Proses hidrasi sangat rumit, sehingga tidak semua reaksi dapat diketahui secara detail dan mendalam. Reaksi kimia dari proses hidrasi dari senyawa C2S dan C3S dapat dinyatakan

sebagai berikut.

2CS + 6H → CSH + 3Ca OH (2.1.)

2CS + 4H → CSH + Ca OH (2.2.)

Kinerja semen dalam hal kemudahan pengerjaan (workability), pengerasan, dan kekuatan tergantung pada beberapa parameter kontrol kualitas [4] yang meliputi kehalusan semen (SA dan residu 45 micron), kehilangan pengapian (loss of ignition, LOI), alkalis dari klinker dan SO3,

klinker bebas kapur, komposisi senyawa klinker, SO3 dari semen dan

(21)

15

Gambar 2.3. Relasi kekuatan mortar (EN 196-1) dan beton (BS 4550) (Newmann dan Choo, 2003)

Produser semen di UK mengganti uji beton BS 4550 dengan uji mortar EN 196-1 sebagai penilaian kekuatan semen [4]. Gambar 2.3. menunjukkan bahwa kekuatan mortar dan kekuatan beton akan berkorelasi secara linier, meskipun pengaruh adanya agregat kasar pada beton menjadi suatu kajian yang cukup kompleks.

(22)

16

2.2. AGREGAT

Agregat berfungsi sebagai bahan pengisi beton [3] yang melekat dengan bantuan pasta semen. Agregat terdiri dari agregat kasar (Gambar 2.3. dan 2.4.) dan agregat halus (Gambar 2.4.). Beberapa karaktersitik agregat yang patut mendapat perhatian [1, 3] adalah porositas, distribusi gradasi dan ukuran, penyerapan kelembabn, bentuk dan tekstur permukaan, kekuatan pecah, modulus elastisitas, dan keberadaan zat-zat yang dapat merusak beton.

Gambar 2.3. Agregat kasar - split

(23)

17

Gambar 2.4. Agregat kasar dan agregat halus http://www.statetestingllc.com/Images/aggregates-02.gif

Agregat dapat dikategorikan menurut berat volumenya, asalnya, dan berat jenisnya [1-3]. Menurut berat volumenya, agregat diklasifikasikan sebagi pasir dan kerikil, agregat ringan, dan agregat berat. Pasir dan kerikil adalah agregat dengan berat volume 1520-1680 kg/m3, sedangkan agregat ringan memiliki berat volume kurang dari 1120 kg/m3, dan agregat berat memiliki berat volume lebih besar daripada 2080 kg/m3.

Kategori agregat menurut asalnya [1-3] adalah agregat mineral alami dan agregat buatan (sintesis). Agregat mineral alami adalah agregat yang diperoleh dan dihasilkan oleh alam, misalnya pasir, kerikil, dan batu pecah. Agregat alami diperoleh dari alam yang telah mengalami pengecilan secara alamiah (kerikil) atau dapat juga diperoleh dengan cara

(24)

18

memecah batu alam. Dalam hal ini, pasir alam terbentuk dari pecahan batu sehingga dapat diperoleh dari dalam tanah, dasar sungai atau tepi laut. Agregat yang menurut asalnya dikategorikan sebagai agregat buatan (sintesis) diproses secara termal, atau merupakan hasil sampingan atau ikutan dari produksi suatu bahan.

Agregat menurut berat jenisnya diklasifikasikan menjadi agregat normal, agregat berat, dan agregat ringan [1, 3]. Yang termasuk ke dalam agregat normal adalah agregat dengan berat jenis 2.5-2.7 t/m3, misalnya granit, kuarsa, dan sebagainya. Agregat berat adalah agregat dengan berat jenis lebih dari 2.8 t/m3, misalnya magnetik, barytes, atau serbuk besi; sedangkan yang masuk ke dalam kategori agregat ringan adalah agregat dengan berat jenis kurang dari 2.0 t/m3, misalnya untuk agregat ringan alami adalah diotomite, purnice, volcanic cinder, agregat ringan buatan adalah tanah bakar, abu terbang, busa terak tanur tinggi.

Persyaratan mutu agregat (gradasi, kadar lumpur, kandungan zat yang merugikan) yang ditetapkan oleh ASTM C33 dapat dijelaskan sebagai berikut [1, 3]:

1. Agregat halus

a. Kadar lumpur atau bagian yang lebih kecil dari 75 mikron (dalam % berat) maksikmum untuk beton yang mengalami abrasi sebesar 3.0 dan untuk beton jenis lain sebesar 5.0 b. Kadar gumpalan tanah liat dan partikel yang mudah

(25)

19

c. Kandungan arang dan lignin untuk permukaan beton yang dianggap penting adalah sebesar maksimum 0.5% dan untuk beton jenis lainnya maksimum sebesar 1.0%

d. Agregat halus harus bebas dari kotoran organik dan bila diuji dengan larutan NaSO4 harus memenuhi standar

warna (tidak lebih tua dari warna standar), kecuali:

i. Warna sedikit lebih tua disertai munculnya sedikit arang, lignin, atau sejenisnya

ii. Dilakukan uji kuat tekan mortar antara mortar yang menggunakan agregat tersebut dengan mortar yang menggunakan pasir silika, dan hasil uji menunjukkan bahwa kuat tekan mortar agregat tersebut tidak kurang dari 95% kuat tekan mortar dengan pasir silika

iii. Agregat halus tersebut akan digunakan untuk beton yang mengalami lembab terus menerus iv. Dilakukan uji kekekalan dengan larutan garam

sulfat; jika dipakai Natrium Sulfat, maka bagian yang hancur maksimum 10%, sedangkan jika memakai larutan Magnesium Sulfat maksimum 15%

(26)

20

e. Gradasi agregat halus disajikan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Gradasi agregat halus

(Susilorini dan Suwarno, 2009; Mehta dan Monteiro, 1993)

UKURAN LOBANG

AYAKAN PERSEN LOLOS KUMULATIF

(mm) (%) 9.50 100 4.75 95-100 2.36 80-100 1.18 50-85 0.60 25-60 0.30 10-30 0.15 2-10

f. Untuk dapat digunakan sebagai campuran beton, persen lolos kumulatif dari agregat halus tidak boleh melebihi 45%, sedangkan modulus kehalusan agregat halus harus berada dalam kisaran 2.3 - 3.1

2. Agregat kasar

a. Agregat kasar yang digunakan untuk beton yang mengalami basah dan lembab terus menerus atau yang berhubungan dengan tanah basah, tidak boleh mengandung bahan yang bersifat alkalis dalam semen dan kadarnya tidak boleh menyebabkan pemuaian yang berlebihan dalam mortar atau beton

(27)

21

b. Gradasi agregat kasar adalah sesuai dengan Tabel 2 ASTM C33

c. Kadar bahan atau partikel yang berpengaruh buruk pada beton disajikan oleh Tabel 1 ASTM C33

d. Sifat fisika yang mencakup kekerasan butir diuji dengan mesin Los Angeles dan sifat kekal (soundness) seperti yang ditetapkan Tabel 3 ASTM C33

Penilaian agregat dari tempat penimbunan (quarry) menuntut adanya inspeksi berkala dan pengujian yang relevan [4]. Contoh agregat yang diambil harus representatif dan obyektif.

2.3. AIR

Air sangat berperan dalam campuran beton karena akan berkontribusi dalam reaksi kimia dengan semen [5]. Beberapa pendapat menyatakan bahwa jenis air yang paling sesuai untuk campuran beton adalah air yang memiliki standar air minum, namun pada kenyataannya tidak semua jenis air dengan standar air minum memberikan kinerja yang baik untuk campuran beton. Penggunaan air di daerah pantai, air dengan kualitas buruk dan mengandung kotoran dan bakteri jelas dihindari.

Secara garis besar, persyaratan air yang digunakan dalam campuran beton dapat disampaikan sebagai berikut [3, 5]:

(28)

22

a. Air yang digunakan dalam campuran beton harus bersih, tidak boleh mengandung minyak, asam, alkali, garam-garam, dan zat organik atau bahan-bahan lain yang dapat merusak beton atau baja tulangan

b. Air yang dipakai dalam campuran beton pratekan, atau beton dengan logam aluminium yang tertanam di dalamnya, atau beton bertulang biasa, tidak boleh mengandung ion chlorida. Kadar ion chlorida tidak boleh melebihi 500 mg per liter air. Kadar chlorida maksimum terhadap berat semen yang disyaratkan adalah 0.06% untuk beton pratekan, 0.05% untuk beton bertulang yang selamanya berhubungan dengan ion chlorida, 1% untuk beton bertulang yang selamanya kering atau terlindung dari basah, dan untuk jenis konstruksi beton bertulang lain adalah sebesar 0.30%

c. Air tawar yang tidak memenuhi standar air minum sebaiknya tidak boleh digunakan untuk campuran beton, kecuali:

i. Pemilihan campuran beton yang akan dipakai berdasarkan kepada campuran beton yang menggunakan air dari sumber yang sama yang telah menunjukkan bahwa mutu beton yang disyaratkan dapat dipenuhi

ii. Dilakukan uji banding antara mortar yang menggunakan air tersebut dan mortar yang memakai air bersih yang dapat diminum atau

(29)

23

air murni (aquadest), dengan uji kuat tekan kubus mortar sesuai ASTM C109

iii. Air pada butir ii dapat dipakai sebagai campuran beton jika kuat tekan mortar yang menggunakan air tersebut pada umur 7 hari dan 28 hari adalah sebesar minimum 90% dari kuat tekan mortar dengan air tawar atau air murni

2.4. SOAL LATIHAN

(disarikan dari Mehta dan Monteiro, 1993)

1. Jelaskan tentang pentingnya kehalusan semen dan cara penentuannya.

2. Jelaskan mengapa semen tipe IV membatasi kadar C2S minimum

sebesar 40% dan kadar C3A maksimum sebesar 7%?

3. Jika anda seorang insinyur yang diminta merehabilitasi perkerasan jalan, jelaskan metode kerja anda, alat yang digunakan, zat-zat berbahaya yang perlu dihindarkan, analisis biaya antara mendaur-ulang perkerasan lama dengan memakai agregat baru untuk perkerasan yang baru.

(30)

24

4. Mengapa air yang digunakan dalam campuran beton harus menjamin tercapainya kinerja beton yang kuat dan berkelanjutan?

2.5. PUSTAKA

Properties, and Materials. Prentice-Hall, New Jersey.

[2] Neville, AM. (1999). Properties of Concrete, Fourth and Final Edition, Pearson Eduaction Ltd., Essex, England.

[4] Newmann, John dan Choo, Ban Seng. (2003). Advanced Concrete Technology – Consituent Material, Elsevier, Ltd., Burlinton, MA.

[5] Shetty, MS. (2005). Concrete Technology – Theory and Practice. S Chand & Company Ltd., India.

(31)

25

BAB 3

BAHAN TAMBAH

3.1. DEFINISI, KLASIFIKASI, DAN PENGGUNAAN BAHAN

TAMBAH

Gambar 3.3=1. Aplikasi bahan tambah cair di batch (http://www.mapei-betontechnik.com/0uploads/bilder405.jpg)

Terdapat perbedaaan mendasar antara terminologi bahan tambah (admixture) dan aditif (additive). ASTM C125 mendefinisikan sebagai bahan tambah sebagai material selain air, agregat, semen

(32)

26

hidraulik, dan perkuatan serat, yang digunakan sebagai penyusun beton atau mortar dan ditambahkan ke dalam campuran segera sebelum dan selama pencampuran [1]; sedangkan aditif didefinisikan sebagai material yang ditambahkan saat penggilingan klinker semen di pabrik [2]. Bahan tambah bisa tersusun atas satu atau lebih bahan kimia, dan dapat berbentuk bubuk ataupun cairan (Gambar 3.1.).

Meluasnya pemakaian dan inovasi bahan tambah (Gambar 3.1. dan 3.2.) merupakan suatu indikasi bahwa produk ini mampu memberikan keuntungan fisik dan ekonomi [3] sehubungan dengan produksi beton sebagai bahan bangunan. Namun perlu dicatat bahwa pemakaian bahan tambah tidak akan mampu memperbaiki mutu beton yang sudah terlanjur buruk, atau kesalahan dalam hal transportasi beton dari batch ke site, pengecoran, maupun pemadatan.

Gambar 3.2. Beberapa contoh produk bahan tambah beton

(33)

27

Gambar 3.3. Contoh bahan tambah tipe A (water reducing)

(http://image.made-in-china.com/2f0j00DMNaIPmzOYpG/Sodium- Naphthalene-Sulfonate-Formaldehyde-Condensate-NSF-Concrete-Admixture.jpg)

Jenis-jenis bahan tambah menurut ASTM C494 digolongkan sebagai berikut:

1. Tipe A, water-reducing admixture, yaitu bahan tambah yang bersifat

mengurangi jumlah air dalam campuran beton yang konsistensinya tertentu

2. Tipe B, retarding admixture, yaitu bahan tambah yang bersifat

menghambat pengikatan beton

3. Tipe C, accelerating admixture, yaitu bahan tambah yang bersifat

mempercepat pengikatan beton dan peningkatan kekuatan awal beton

(34)

28

4. Tipe D, water-reducing and retarding admixture, yaitu bahan

tambah yang bersifat mengurangi jumlah air untuk campuran beton yang konsistensinya tertentu dan menghambat pengikatan beton

5. Tipe E, water-reducing and accelerating admixture, yaitu bahan

tambah yang bersifat mengurangi jumlah air untuk campuran beton yang konsistensinya tertentu dan mempercepat pengikatan beton

6. Tipe F, water-reducing, high range admixture, yaitu bahan tambah

yang bersifat mengurangi jumlah air untuk campuran beton yang konsistensinya tertentu sebanyak 12%

7. Tipe G, water-reducing, high range and retarding admixture, yaitu

bahan tambah yang bersifat mengurangi jumlah air untuk campuran beton yang konsistensinya tertentu sebanyak 12% atau lebih dan menghambat pengikatan beton

Bahan tambah bekerja melalui beberapa cara yang dijelaskan sebagai berikut [4].

a. Terjadi reaksi kimia selama proses hidrasi semen, yang menyebabkan percepatan atau perlambatan laju reaksi saat fase semen

b. Terjadi absorpsi pada permukaan semen, umumnya menyebabkan dispersi partikel (plasticizing action atau

superplasticizing action)

c. Terjadi peningkatan tegangan tarik pada permukaan air, sehingga meningkatkan penangkapan udara (air entrainment)

(35)

29

d. Mempengaruhi rheologi air, biasanya meningkatkan viskusitas plastis atau kohesi campuran

e. Mengaplikasikan bahan kimia pada beton keras yang dapat mempengaruhi sifat-sifat tertentu, khususnya korosi,

f. Mempengaruhi kebutuhan air, yaitu menyebabkan terjadinya plastisisasi (plasticizing) dan pengurangan air (water reducing) g. Mengubah laju pengerasan beton, yaitu menyebabkan

terjadinya percepatan (accelerating) atau perlambatan (retarding)

h. Mengubah kandungan udara (air content), dengan meningkatkatkan atau menurunkan penangkapan air (air

entrainment)

i. Mengubah viskusitas plastis (plastic viscousity), yaitu kohesi atau tahanan dalam hal terjadinya bleeding dan segregasi campuran

(36)

30

Gambar 3.4. Rheology beton akibat pengaruh campuran material (Newmnn dan Choo, 2003)

Jenis material dan perencanaan campuran akan menentukan rheologi dasar dari campuran beton [4]. Rheologi beton di lapangan diukur dengan uji slump, untuk menguji kekentalan campuran beton. Untuk menguji pengaruh bahan tambah, di laboratorium dipergunakan peralatan untuk menguji laju tegangan geser dan regangan geser campuran beton. Uji tersebut menghasilkan tegangan leleh yang serupa dengan nilai slump dan viskusitas plastis yang memberikan nilai numerik untuk kohesi. Dari perhitungan rheologi tersebut, dapat diperoleh informasi pengaruh masing-masing bahan penyusun campuran seperti ditunjukkan Gambar 3.4. Dengan menambahkan air ke dalam campuran, maka lelehakan menurun (namun slump meningkat) demikian juga viskusitas plastis, yang berarti memperbesar kemungkinan terjadinya

(37)

31 bleeding dan segregasi. Bahan tambah yang terdispersi (plasticizer dan

superplasticizer) akan menurunkan leleh namun bisa jadi meningkatkan

atau mernurunkan viskusitas plastis, tergantung pada sifat sekunder bahan tambah tersebut.

3.2. BAHAN TAMBAH KIMIA

Bahan tambah kimia meliputi semua jenis bahan tambah menurut ASTM C494 seperti diuraikan pada subbab 3.1. Saat ini telah banyak pula diimplementasikan bahan tambah penangkap udara (air-entraining

admixture) adalah material bahan penyusun beton (lihat Gambar 3.5.)

yang digunakan untuk menangkap udara, juga bahan tambah pengurang air (water-reducing admixture) seperti yang disajikan Gmbar 3.6., yaitu bahan tambah yang berfungsi mengurangi jumlah air dalam campuran beton untuk menghasilkan beton dengan konsistensi tertentu [1]. Baik bahan tambah penangkap udara dan bahan tambah pengurang air dikategorikan ke dalam bahan kimia permukaan-aktif (surface-active

(38)

32

Gambar 3.5. Gambar mikro dari udara terperangkap pada beton dengan udara terperangkap (air-entrained concrete)

(http://www.cement.org/tech/images/air_entrained.jpg)

Gambar 3.6. bahan tambah pengurang air (water-reducing admixture)

(http://2.imimg.com/data2/WE/RB/IMVENDOR-2134006/dsc_1028-250x250.jpg)

(39)

33

Bahan tambah penangkap udara (air-entraining admixture) merupakan bahan organik yang ditambahkan ke dalam campuran beton yang menyebabkan gelembung udara berdiameter 0.25-1 mm terperangkap dan terdistribusi merata [5]. Nilai tambah yang dihasilkan oleh pemakaian bahan tambah penangkap udara adalah meningkatnya kuat tekan, kemudahan pengerjaan, waktu pengikatan, dan keawetan beton.

Inovasi bahan tambah pengurang air (water-reducing admixture) merupakan bahan tambah yang terbuat dari material organik yang larut dalam air [5]. Jenis ini mengurangi jumlah air yang diperlukan untuk mencapai konsistensi tertentu atau tingkat kemudahan pengerjaan tertentu. Yang tergolong dalam jenis ini adalah plasticizer. Bahan tambah pengurang air (water-reducing admixture) dengan kinerja tinggi disebut dengan water-reducin, high range admixture atau superplasticizer.

Superplasticizer digolongkan sebagai bahan tambah tipe F, dan bila juga

memiliki kinerja memperlambat pengikatan beton, maka termasuk ke dalam bahan tambah tipe G.

(40)

34

3.3. BAHAN TAMBAH MINERAL

Bahan tambah mineral didefiniskan sebagai material yang mengandung silika, yang ditambahkan ke dalam campuran beton dalam jumlah yang besar, sekitar 20-100% dari berat semen, sering disebut sebagai pozzolan [1]. Sebagian pozzolan digunakan dalam bentuk bahan mentah, atau diaktivasi secara termal terlebih dahulu. Saat ini, produk sampingan (by product) dari industri telah menghasilkan bahan tambah mineral.

Pozzolan didefinisikan sebagai bahan yang mengandung senyawa silika atau silika alumina dan alumina yang tidak memiliki sifat mengikat seperti semen, namun bentuknya halus, dan dengan adanya air maka senyawa-senyawa tersebut akan bereaksi dengan kalsium hidroksida pada suhu normal, membentuk senyawa kalsium silikat hidrat dan kalsium hidrat yang bersifat hidraulis dan mempunyai angka kelarutan yang cukup rendah [5].

RockTron [6] membagi jenis pozzolan menurut asalnya menjadi dua kategori yaitu pozzolan alam dan pozzolan artifisial. Pozzolan alam meliputi debu vulkanis (volcanic ash), pumice, tufa (tuff), diatomaceous

earth, dan opaline shale; sedangkan pozzolan artifisial meliputi fly ash,

dan produk abu terbang yang berasal dari pembakaran batu bara pada pembangkit listrik, abu sekam padi (rice husk ash), debu bata (brick dust),

(41)

35

kaolin berkapur (calcined kaolin), condensed silica fume, GGBS dan beberapa slag metalurgis.

Gibbons [6] mengklasifikasikan pozzolan menurut asal dan sifatnya menjadi 6 jenis. Jenis pertama merupakan material alam yang sangat reaktif dan halus yang berasal dari gunung berapi; meliputi ‘puozzolana’ dari Puozzoli, Itali, volvic pozzolan dari Perancis tenggara, trass dari Rhinelands dan tufa dari Pulau Aegean, serta pumice-giling. Jenis kedua merupakan produk tanah liat berkapur suhu rendah yang berasal dari produk tanah liat yang digiling halus dan dibakar dengan suhu rendah. Jenis ketiga merupakan produk tanah liat atau kaolin yang diproduksi sebagai pozzolan yang digunakan bersama-sama dengan semen Portland. Jenis keempat merupakan terak mineral (mineral slag); termasuk di antaranya adalah terak furnice yaitu produk samping dari peleburan yang masih memerlukan penggerusan agar menjadi reaktif. Terak furnice mengandung silika, alumina, kapur dan mineral lain dengan komposisi yang bervariasi; digunakan sebagai bahan tambah dalam beton. Jenis kelima merupakan abu organik; meliputi terak batubara, abu batubara, abu tanaman (misal abu sekam padi), abu tulang, dan lain-lain. Jenis keenam merupakan produk pasir alam dan batu pecah tertentu; antara lain pasir berlempung (argillaceous) yang mengandung schist,

basalt, feldspar dan mica, memiliki sedikit sifat pozzolanik, serta

(42)

36

Pozzolan memiliki mutu yang baik jika jumlah kadar SiO2 + Al2O3 +

Fe2O3 tinggi dan sangat reaktif dengan kapur [5]. ASTM C618

membedakan mutu pozzolan sebagai berikut.

a. Tipe N, pozzolan alam atau hasil pembakaran. Pozollan alam yang termasuk dalam jenis ini adalah tanah diatomic, ophaline cherts, sales, tuff, abu vulkanik atau purnicite yang diproses dengan atau tanpa pembakaran. Di samping itu, yang termasuk dalam tipe ini adalah berbagai material hasil pembakaran yang mempunyai sifat pembakaran yg baik. b. Tipe C, abu terbang (fly ash) yang mengandung CaO di atas

10% yang dihasilkan dari pembakaran lignite atau sub-bitumen batubara

c. Tipe F, abu terbang (fly ash) yang mengandung CaO di atas 10% yang dihasilkan dari pembakaran anthracite atau bitumen batubara

Dalam hal proses pembentukannya, ASTM C593 membedakan jenis pozzolan sebagai berikut [5].

a. Pozzolan alam, merupakan material alam hasil sedimentasi dari abu atau lava gunung berapi yang mengandung silika aktif, yang bila dicampur dengan kapur padam akan menghasilkan pemuaian

b. Pozzolan buatan

i. Abu terbang (fly ash), merupakan hasil pemisahan sisa pembakaran yang halus dari pembakaran batubara

(43)

37

yang dialirkan dari ruang pembakaran melalui ketel berupa semburan asap

ii. Abu sekam padi (rice husk ash), merupakan limbah dari tanaman padi

Semen yang memakai pozzolan akan memiliki sifat-sifat sebagai berikut [5].

a. Panas hidrasi akan turun karena pozzolan akan mengurangi kandungan C3A di dalam semen

b. Faktor air semen akan meningkat dengan adanya pozzolan c. Kemudahan pengerjaan beton yang memakai semen pozzolan

akan meningkat

d. Mempercepat waktu pengikatan e. Meningkatkan kekuatan beton

3.4. INOVASI BAHAN TAMBAH

Berbagai inovasi bahan tambah telah dilakukan sejak beberapa dekade terakhir. Dalam bab ini akan disajikan beberapa inovasi bahan tambah terpilih.

Inovasi pozzolan alam jenis balsatic pumice yang berasal dari wilayah Cukurova dimanfaatkan dengan baik di Turki. Binici, et. al. [6] meneliti tentang panas hirasi awal dari semen-campuran

(44)

38

dan ground balsatic pumice (GBP). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengurangan panas hidrasi dicapai oleh spesimen dengan butir yang lebih kasar dengan volume bahan tambah sebesar 30% dengan nilai Blaine sebesar 2800 + 30 cm2/g. Dengan panas hidrasi yang rendah ini maka beton dengan campuran ground granulated-blast furnace slag (GGBF) dan ground balsatic pumice (GBP) dapat digunakan untuk konstruksi beton massa.

Hasil penelitian (Susilorini, 2003; Susilorini, et. al, 2002; Pramono dan Wibowo, 2002; Setiawan dan Purnomo, 2002 dalam [6]) menunjukkan bahwa trass Muria Kudus dapat dimanfaatkan sebagai agregat alternatif untuk menggantikan agregat halus pasir Muntilan dalam campuran beton dengan komposisi tertentu. Uji laboratorium menunjukkan bahwa kandungan SiO2 pada trass Muria Kudus yang

digunakan dalam penelitian tersebut adalah sebesar 42,02%, sedangkan kandungan Al2O3 adalah sebesar 28,08%. Perbandingan volume (1:2:3)

untuk (semen:trass Muria Kudus:split) adalah perbandingan campuran beton yang optimal untuk kinerja kuat tekan, kuat tarik-belah, maupun modulus elastisitas. Secara keseluruhan, beton dengan agregat halus trass Muria Kudus menunjukkan kinerja yang lebih baik dibandingkan beton normal, terutama untuk kinerja kuat tarik-belah yang mencapai nilai 70% lebih tinggi dibandingkan beton normal. Hasil pengujian kuat tekan dan kuat tarik-belah (Pramono dan Wibowo, 2002; Susilorini, et. al., 2002; Susilorini, 2003 dalam [6]) menunjukkan bahwa kuat tekan optimal dicapai beton dengan campuran Trass Muria Kudus sebesar

(45)

39

29,802 MPa yang melebihi syarat kuat rencana (19 MPa). Di samping itu, modulus elastisitas beton dengan campuran Trass Muria Kudus memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan beton normal (Setiawan dan Purnomo, 2002; Susilorini, et. al., 2002; Susilorini, 2003 dalam [6]).

Penelitian bahan tambah (admixture) berbasis gula untuk campuran beton dengan memanfaatkan sukrosa, gula pasir, dan larutan tebu dapat dijelaskan sebagai berikut. Bahan tambah diaplikasikan pada campuran beton dengan tujuan meningkatkan beberapa sifat dan kinerja beton. Bahan tambah pemercepat (accelerator), menurut ASTM tipe C, maupun pemerlambat (retarder), menurut ASTM tipe D, secara khusus dikaji dalam penelitian Susilorini [7, 8]. Bahan tambah pemercepat digunakan untuk mempercepat waktu pengikatan semen dan pengerasan beton sedangkan bahan tambah pemerlambat digunakan untuk tujuan sebaliknya. Dosis bahan tambah pemerlambat yang umum digunakan dalam campuran beton berkisar antara 0.03%-0.15% dari berat semen (Jayakumaranma, 2005 dalam [6]), sedangkan dosis di atas 0.25% dari berat semen akan menimbulkan percepatan pengikatan semen yang signifikan.

Penelitian-penelitan terdahulu (Susilorini, 2009; Susilorini, et. al., 2008; 2009; Etmawati and Yuwono, 2008; Ganis and Nugraha, 2008; Nikodemus and Setiawan, 2008; Syaefudin and Nugraha, 2008; Birru and Windya, 2009; Aprilia and Maulana, 2009 dalam [7, 8]) membuktikan bahwa pada dosis tertentu gula dapat mempercepat atau justru memperlambat waktu pengikatan semen dan pengerasan beton serta

(46)

40

meningkatkan kinerja kuat tekan mortar dan beton. Perlu dicatat bahwa ampas tebu mengandung 30-50% selulosa dan 20-24% lignin (Viera, et.al., 2007 dalam [7, 8]). Adanya lignin dalam ampas tebu dan air perasannya diindikasikan memberikan kontribusi lekatan bila larutan tebu dicampurkan ke dalam adukan beton. Bahan tambah berbasis gula dalam campuran beton bersifat meningkatkan ikatan C-S-H sehingga akan meningkatkan nilai kuat tekannya seiring waktu hingga dicapai nilai optimal dari kuat tekan tersebut.

Penelitian Susilorini [7, 8] telah menghasilkan beberapa komposisi bahan tambah (admixture) berbasis gula untuk campuran beton (Susilorini, 2009, 2010). Dalam penelitian tersebut, telah diuji 16 komposisi untuk memperoleh komposisi optimal dengan uji kuat tekan mortar dan beton. Hasil uji kuat tekan beton dari ke-16 komposisi menyimpulkan adanya 6 komposisi optimal bahan tambah berbasis gula yang mampu meningkatkan kuat tekan beton. Dari ke-6 komposisi optimal tersebut, 5 komposisi bersifat sebagai pemerlambat dan 1 komposisi sebagai pemercepat. Bahan tambah berbasis gula untuk campuran beton yang menggunakan sukrosa, gula pasir, dan larutan tebu, adalah bahan tambah yang ramah lingkungan, mampu meningkatkan kuat tekan beton serta memiliki keawetan, sehingga membuktikan bahwa bahan tambah berbasis gula ini juga berkelanjutan. Komposisi optimal bahan tambah beton berbasis gula ini telah diajukan pendaftaran patentnya.

(47)

41

3.5. SOAL LATIHAN

1. Jelaskan tentang peranan bahan tambah dalam industri beton dan beton siap pakai (ready mix).

2. Jelaskan mengenai jenis-jenis bahan tambah dan fungsi penggunaannya.

3. Jelaskan tentang water-reducing admixture dan penggunaannya. 4. Bandingkan peranan bahan tambah pemerlambat dengan peranan

superplasticizer pada beton

(48)

42

3.6. PUSTAKA

[4] Newmann, John dan Choo, Ban Seng. (2003). Advanced Concrete Technology – Consituent Material, Elsevier, Ltd., Burlinton, MA.

[6] Susilorini, Rr. M.I. Retno, dan Suryoatmono, Bambang. (2007). “Trass, Masa Depan Bagi Pozolan Alam Sebagai Agregat Alternatif Untuk Campuran Beton”, Prosiding Seminar Nasional KK Struktur - Institut Teknologi Bandung, pp. 96-106.

[7] Susilorini, Rr. M.I. Retno. (2009). “Pemanfaatan Material Lokal untuk Teknologi Beton Ramah Lingkungan yang Berkelanjutan”, Laporan Akhir, DP2M, Ditjen Dikti.

[8] Susilorini, Rr. M.I. Retno, dan Sambowo, Kusno Adi. (2010). “Pemanfaatan Material Lokal untuk Teknologi Beton Ramah Lingkungan yang Berkelanjutan”, Laporan Akhir, DP2M, Ditjen Dikti.

(49)

43

BAB 4

DURABILITAS BETON

4.1. PENTINGNYA DURABILITAS BETON

ACI Committee 201 [1] mendefinisikan durabilitas beton dengan semen Portland sebagai kemampuan beton untuk menahan cuaca, serangan kimia, abrasi, atau proses pengrusakan lain; dengan demikian durabilitas beton akan mempertahankan bentuk asli, kualitas, dan kemampuan layan saat terekspose di lingkungan. Pendapat menarik dikemukakan oleh Newmann dan Choo [2], durabilitas tidak hanya sekedar berhenti pada terminologi ‘baik’ atau ‘lebih baik’. Durabiltas bukanlah sifat (properties), melainkan perilaku (behaviour) yang menyatakan kinerja beton saat terekspose dengan lingkungan (Gambar 4.1.). Dengan demikian, ‘masa-layan’ (service life) dapat menjadi deskripsi durabilitas yang lebih tepat.

(50)

44

Gambar 4.1._{Elemen beton pada konstruksi dermaga yang mengelupas}

akibat terekspose lingkungan air laut

(http://www.carrasquilloassociates.com/images/gallery/durability_05.jpg)

Masa-layan didefinisikan sebagai waktu selama beton memenuhi persyaratan kinerjanya dengan pemeliharaan yang ditentukan. Definisi masa-layan dapat disajikan dengan grafik relasi kinerja-waktu seperti yang diperlihatkan Gambar 4.2.

(51)

45

Gambar 4.2._{Definisi masa-layan dalam relasi kinerja-waktu}

(Newmann dan Choo, 2003)

4.2. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI DURABILITAS

BETON

Durabilitas beton sangat dipengaruhi oleh berbagai hal, antara lain permeabilitas beton, kerusakan alamiah (fisik) dan kerusakan kimia, pengaruh cuaca, serta korosi pada tulangan baja (Gambar 4.3.) yang tertanam di dalam beton [3]. Lingkungan agresif sangat berperan dalam menurunkan kinerja durabilitas beton. Isu durabilitas beton menjadi hal yang sangat penting sehingga diakomodasi oleh ACI-08 dalam salah satu bagiannya.

(52)

46

Gambar 4.3._{Contoh kasus kerusakan elemen beton akibat korosi pada tulangan}

yang terekspose lingkungan agresif (Lobo, 2007)

Gambar 4.4._{Contoh kasus kerusakan elemen beton serangan sulfat}

(http://imgs.ebuild.com/cms/CONCRETE%20PRODUCER%20MAGAZINE/2007/Ja nuary/CP070101036L5.jpg)

(53)

47

4.3. PERMEABILITAS BETON

Gambar 4.5._{Pemodelan permeabilitas beton}

(http://dcnonl.com/images/archivesid/24408/601.jpg)

Salah satu tolok ukur dalam durabilitas beton adalah permeabilitas. Permeabilitas didefinisikan sebagai sifat yang menyatakan laju aliran cairan dalam benda padat berporus [1]. Dalam hal beton,

(54)

48

adanya agregat dengan permeabilitas rendah dalam pasta semen diharapkan dapat mengurangi permeabilitas sistem karena partikel agregat harus memotong saluran tempat mengalirnya cairan dalam matriks pasta semen [1, 4]. Beton yang kedap air diartikan sebagai beton yang awet [5] dan memiliki koefisien permeabilitas sebesar k = 10-10 cm/det.

4.4. BETON YANG TERKARBONASI

Karbonisasi pada beton merupakan proses penetrasi dari CO2 dari

udara ke dalam beton dan bereaksi dengan Ca(OH)2 dan membentuk

CaCO3 [4]. Sesungguhnya CO2 tidak bersifat reaktif, namun dengan

adanya kelembaban maka CO2 berubah menjadi asam karbonik cair yang

menyerang beton dan mengurangi alkalinitas beton. Udara yang mengandung CO2 akan terpenetrasi ke dalam beton, mengkarbonisasi

beton, dan mengurangi alkalinitas beton. Dalam hal ini, pH (derajat keasaman) dari pori-pori air pada pasta semen keras akan menurun nilainya dari 13 menjadi 9. Bila Ca(OH)2 terkarbonisasi seluruhnya maka

pH akan menurun lagi menjadi sekitar 8.3. Dalam keadaan pH yang rendah, maka lapisan pelindung akan rusak sehingga tulangan baja terekspose dan terjadi korosi. Dengan demikian karbonisasi pada beton seperti yang disajikan Gambar 4.6. dan 4.7. menjadi penyebab utama korosi tulangan baja di samping oksigen dan kelembaban.

(55)

49

Gambar 4.6._{Beton yang terkarbonisasi pada bangunan gedung}

(http://www.williamjmarshall.co.uk/carbconc.jpg)

Gambar 4.7._{Beton yang terkarbonisasi berwarna pink}

(56)

50

4.5. SUSUT PADA BETON

Susut (shrinkage) pada beton (Gambar 4.8.) menjadi salah satu penyebab retak dan menurunnya kinerja beton [4]. Susut dapat diakibatkan oleh susut kering (drying shrinkage) dan susut akibat karbonasi (carbonation shrinkage) [6].

Gambar 4.8._{Beton yang mengalami susut}

(http://www.superseal.ca/pics/cf_foundation-cracks.jpg)

Susut akibat karbonasi dapat dijelaskan sebagai berikut [6]. Keberadaan CO2 menyebabkan massa beton mengembang. Pada saat

(57)

51

beton mengering, dan beton terkarbonasi secara simultan, maka pengembangan massa. Penyebab susut akibat karbonasi ditengarai disebabkan oleh melarutnya kristal Ca(OH)2 akibat tegangan tekan dan

tersimpannya CaCO3 di area bebas tegangan sehingga pasta semen keras

sementara waktu tertekan dan mengembang. Bila proses karbonasi berlanjut pada terjadinya dehidrasi C-S-H, maka akan terjadi susut akibat karbonasi.

4.6. BETON PASCA BAKAR

Kebakaran membawa dampak yang serius terhadap bangunan gedung yang terbuat dari beton, seperti yang disajikan Gambar 4.9. Secara umum, material beton relatif lebih tahan api dibandingkan kayu dan plastik, juga baja. Namun demikian, untuk memberikan kinerja durabilitas terhadap api yang signifikan, tetap diperlukan beberapa persyaratan untuk durabilitas beton pasca bakar yang memadai.

Komposisi bahan penyusun beton sangat penting untuk diperhatikan dalam hal durabilitas beton pasca bakar karena pasta semen dan agregat mengandung komponen yang dapat berdekomposisi setelah pemanasan [1]. Di samping itu, beberapa aspek dari beton seperti permeabilitas, dimensi elemen, laju peningkatan suhu, menjadi faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam beton pasca bakar.

(58)

52

Gambar 4.9._{Struktur beton yang rusak akibat kebakaran}

(http://www.norcalblogs.com/watts/images/580-880_steel.jpg)

Pengaruh peningkatan suhu terhadap kekuatan beton tidak terlalu signifikan sampai dengan 250oC, namun di atas suhu 300oC beton akan kehilangan kekuatan secara nyata [4]. Pada suhu di atas 400oC, beton keras terhidrasi akan kehilangan air dalam Ca(OH)2 bebas, dan

meninggalkan CaO. Jika CaO tersebut basah atau terkena udara lembab, maka akan terjadi rehidrasi pada Ca(OH)2 yang dibarengi pengembangan

(59)

4.7. SERANGAN-SERANGAN

DURABILITAS BETON

Serangan-serangan kimiaw mempengaruhi durabilitas beton. B dibahas dalam subbab ini debagai be serangan asam, serangan alkali, dan se

Gambar 4.10._{Struktur beton yang m}

(http://theconstructor.org/wp-conten

53

N

YANG

MEMPENGARUHI

iawi terhadap beton sangat . Beberapa serangan kimiawai akan ai berikut, antara lain serangan sulfat,

n serangan air laut.

ng mengelupas akibat serangan sulfat ntent/uploads/2010/04/image55.png)

(60)

54

Serangan sulfat (Gambar 4.10. dan 4.11.) disebabkan reaksi kimia dari ion sulfat sebagai bahan agresif komponen alumina dari semen Portland [5]. Dengan volume air tertentu, reaksi dari sulfat akan menyebabkan pengembangan beton (Gambar 4.11.) yang akan menimbulkan retak-retak dengan pola tak teratur.

Gambar 4.11._{Potongan penampang beton terkena serangan sulfat}

(http://www.understanding-cement.com/images/thaumasite.jpg)

Sulfat terdapat di dalam tanah maupun air tanah dalam bentuk kalsium, sodium, potasium, magnesium [4]. Serangan sulfat terhadap

(61)

55

beton lebih disebabkan oleh sulfat cair daripada sulfat padat, yang bereaksi dengan pasta semen terhidrasi. Di antara semua jenis sulfat, magnesium sulfat dinilai paling merusak beton.

Mekanisme serangan sulfat dapat dijelaskan sebagai berikut [5]. Serangan sulfat diawali dengan pembentukan gypsum (calcium sulfat) dan ettringite (calcium sulphoaluminate) yang memiliki sifat menambah volume sehingga terjadi pengembangan volume beton yang akhirnya merusak beton. Reaksi pembentukan ettringite terjadi karena adanya gypsum yang ditambahkan ke dalam campuran beton untuk mencegah flash set. Untuk mengatasi serangan sulfat, maka perlu dipilih semen dengan kadar C3A rendah, yaitu semen tipe V, atau dapat juga digunakan

semen pozzolan.

Jenis serangan kimia yang lain adalah serangan asam. Beton tidak sepenuhnya tahan terhadap serangan asam (Gambar 4.12. dan 4.13.). Asam, baik dalam konsentrasi kecil maupun besar, cepat atau lambat akan mendisintegrasi beton. Senyawa yang paling rentan terhadap serangan asam adalah Ca(OH)2 dan C-S-H. Seranngan asam ini akan

sangat merusak jika pH di bawah 4.5 [4].

Mekanisme serangan asam terjadi dengan mengubah unsur-unsur bahan semen yang tidak larut ke dalam air menjadi unsur-unsur yang larut ke dalam air, sehingga mudah menghilang dari dalam beton [5]. Bila beton terkena serangan asam sulfur, maka akan terbentuk calcium sulfat yang kemudian bereaksi dengan fase kalsium aluminat dalam semen akan

(62)

56

menyebabkan terjadinya kristalisasi yang kemudian akan mengakibatkan volume beton mengembang (Gambar 4.14.).

Gambar 4.12._{Elemen beton yang terkena serangan asam}

(http://bauerepoxies.com/assets/images/Lihir-102.jpg)

Gambar 4.13._{Konstruksi pintu air dengan tiang beton}

yang terkena serangan asam

(63)

57

Gambar 4.14._{Potongan penampang beton}

yang terkena serangan asam

(http://www.concrete-experts.com/images/AKK_30.jpg)

Jenis serangan kimiawi yang lain adalah serangan alkali. Serangan alkali merupakan reaksi antara ion-ion hidroksil dengan pori-pori air dalam beton dan jenis bebatuan mineral tertentu yang timbul dan menjadi bagian dari agregat [4]. Serangan alkali menghasilkan pengembangan volume dan pola retak tipikal seperti disajikan Gambar 4.15. dan 4.16. dengan lebar retak berkisar 0.1-10 mm.

(64)

58

Gambar 4.15._{Potongan penampang beton}

yang terkena serangan alkali silika

(http://www.drmor.com/learn/img/asr_orng_200x148.gif)

Gambar 4.16._{Elemen beton yang terkena serangan alkali}

(65)

59

Mekanisme serangan alkali dapat dijelaskan sebagai berikut. Beton mendapat gangguan berupa rekasi kimia dari silika aktif yang terdapat pada bahan agregat alkali yang terdapat dalam semen Portland yang berupa Na2O dan K2O [5]. Reaksi tersebut membentuk gel

alkali-silika yang menyerap air dengan cara osmosis sehingga terjadi pengembangan volume. Bila gel alkali-silika tersebut dilapisi pasta semen, maka akan terjadi tegangan dalam pasta semen yang mengakibatkan timbulnya retak-retak dengan pola tak teratur namun terdistribusi merata. Kecepatan rekasi pembentukan gel silika-alkai dangat tergantung pada ukuran partikel silika. Partikel silika yang berukuran 20-30 µm akan mengembang dalam waktu 8 minggu.

Pencegahan serangan alkali dapat dilakukan dengan cara [5, 6] antara lain:

a. Mencegah terjadinya kontak antara beton dengan udara b. Menggunakan semen Portland yang mengandung alkali

kurang dari 0.6%

c. Menggunakan semen tipe I dan fly ash semen (PFA) minimum 25% dengan pembatasan kadar alkali dari semen kurang dari 3 kg/m3

(66)

60

Serangan air laut umumnya menjadi salah satu penyebab dari menurunnya durabilitas beton di lingkungan pantai maupun lepas pantai. Berbagai senyawa kimia yang terkandung dalam air laut maupun organisme laut dapat merusak konstruksi beton (Gambar 4.17 dan 4.18.).

Gambar 4.17._{Elemen beton yang terekspose air laut}

(http://www.concretethinker.com/Content/ImageLib/ 15714%20conf%20bridge.jpg)

Gambar 4.18._{Elemen beton yang terkena serangan organisme laut}

(67)

61

Air laut mengandung 3.5% garam dari keseluruhan beratnya [1, 4].

Konsentrasi ion Na+ dan Cl- sangat tinggi, sekitar 11.000-20.000 mg/l sedangkan

Mg2+ dan SO42- sekitar 1400-2700 mg/l. Nilai pH dari air laut bervariasi sekitar

7.5-8.4 dengan nilai rerata 8.2. Air laut juga mengandung CO2. Dari kandungan senyawa kimia yang terdapat dalam air laut, berbagai serangan kimia dapat terjadi dan merusak beton, yaitu serangan sulfat, serangan asam, serangan CO2, dan serangan chlorida.

Masalah yang patut mendapat perhatian dalam hal serangan air laut terhadap beton adalah serangan chlorida yang dapat menimbulkan korosi tulangan baja. Page dan Page [7] membuktikan bahwa persentase chlorida terhadap berat semen akan makin meningkat seiring timbulnya korosi, seperti disajikan Gambar 4.19.

Gambar 4.19._{Kurva relasi ambang chlorida dan saat timbulnya korosi}

(68)

62

4.8. SOAL LATIHAN

1. Jelaskan tentang durabilitas dan pentingnya durabilitas beton. 2. Mengapa durabilitas beton memegang peranan penting dalam

kontrol kualitas beton? Jelaskan pengaruh permeabilitas terhadap durabilitas beton.

3. Jelaskan proses terjadinya serangan sulfat, serangan asam, serangan air laut, dan serangan alkali pada beton.

4. Jelaskan bagaimana mengatasi masalah korosi pada bangunan di tepi pantai dan lepas pantai.

5. Apakah perbaikan mungkin dilakukan pada struktur beton yang terkena serangan sulfat? Jelaskan.

(69)

63

4.9. PUSTAKA

[2] Newmann, John dan Choo, Ban Seng. (2003). Advanced Concrete Technology – Concrete Properties, Elsevier, Ltd., Burlinton, MA.

[3] Lobo, Colin L. (2007). New Perspektif on Concrete Durability, Concrete in Focus Magazine, pp. 24-30.

[7] Page, CL., dan Page, MM. (2007). Durability of Concrete and Cement Composites, Woodhead Publishing Ltd., England.

(70)

64

BAB 5

BETON BERDURABILITAS TINGGI

5.1. KINERJA DAN INOVASI BETON BERDURABILITAS

TINGGI

Durabilitas beton yang tinggi berarti beton tersebut memiliki kinerja keawetan yang tinggi, sifat kedap air yang tinggi, serta ketahanan yang tinggi pula terhadap serangan-serangan yang dapat mengakibatkan kerusakan pada beton.

Beton mutu tinggi (HPC, high performance concrete) sering diidentikkan memiliki durabilitas tinggi (high durability) pula seperti terlihat pada Gambar 5.1. Durabilitas tinggi dapat dicapai beton antara lain dengan menambahkan abu terbang (fly ash) sekitar 25-60% ke dalam semen, yang dikenal dengan sebutan High Volume Fly ash Concrete (HVLC) [1].

Upaya lain meningkatkan durabilitas normal menjadi tinggi antara lain dapat dilakukan dengan memakai plasticizer, meniadakan partikel lumpur dan kotoran organik dalam campuran beton, menerapkan metode perawatan progresif, menggunakan semen Portland Pozzolan,

(71)

65

Semen Portland dengan panas hidrasi-rendah, serta mengaplikasikan gelembung di dalam beton [2].

Gambar 5.1. Konstruksi beton kedap air membutuhkan durabilitas tinggi (http://www.wakmc.com/e107_images/custom/iimage011.jpg)

Upaya lain untuk meningkatkan durabilitas beton agar memiliki kinerja keawetan yang tinggi adalah mencampurkan bahan tambah berbasis gula [3, 4] yang terdiri dari campuran gula pasir, sukrosa, dan larutan tebu, yang mampu meningkatkan kuat tekan mortar dan beton dalam lingkungan normal dan lingkungan agresif (air laut, air payau, air ‘rob’, dan larutan NaCl) seperti yang diperlihatkan Gambar 52. Dan 5.3..

(72)

66

Gambar 5.2. Benda uji mortar dirawat dengan air rob (Susilorini dan Sambowo, 2010)

Gambar 5.3. Benda uji beton dirawat dengan air laut (Susilorini dan Sambowo, 2010)

(73)

67

Inovasi bahan tambah berbasis gula yang dilakukan Susilorini, et. al. membawa terobosan baru yang signifikan [3-5]. Kinerja beton dengan bahan tambah berbasis gula akan didiskusikan lebih lanjut pada sub bab 5.3. berikut.

5.2. PREDIKSI DURABILITAS BETON

Prediksi durabilitas beton dilakukan dengan membangun model-model yang relevan. Model yang tengah dikembangkan oleh Heiyantuduwa dan Alexander [6] adalah pengembangan UCT Service Life

Model, yang memodelkan prediksi seumur hidup dari struktur beton di

lingkungan air laut dengan menggunakan South African Durability Index

Approach. Model sebelumnya, yaitu diformulasi ulang dan dikalibrasi

secara primer untuk menyediakan basis analisis durabilitas dan desain struktur beton di lingkungan air laut yang memperhitungkan ketersediaan material yang berbeda dalam kisaran yang lebih luas, seperti halnya keadaan di Afrika Selatan. Model ini memberikan hasil yang baik dengan mengedepankan kinerja jangka panjang struktur beton baru di lingkungan air laut.

Model lain untuk prediksi durabilitas beton di lingkungan air laut dikemukakan oleh Mackechnie tentang prediksi masuknya chlorida ke dalam beton [6]. Dalam model ini beton dengan abu terbang (fly ash) dan slag memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap ekspose air laut dibandingkan dengan beton dengan semen Portland biasa.

(74)

68

5.3. APLIKASI BAHAN TAMBAH BERBASIS GULA UNTUK

BETON BERDURABILITAS TINGGI

Bahan tambah yang dimasukkan ke dalam campuran beton menjadi satu faktor penting lain yang turut menentukan kinerja beton secara keseluruhan. Bahan tambah kimiawi maupun alami telah banyak diproduksi, Beberapa penelitian terdahulu [7-16] telah mengkaji peranan dan kinerja bahan tambah alami berbasis gula dalam campuran beton yang ternyata dapat meningkatkan kinerja beton, namun belum ada penelitian yang memanfaatkan campuran gula pasir, sukrosa, dan larutan tebu sebagai bahan tambah beton. Untuk itu penulis bersama rekan-rekan melakukan penelitian-penelitian, dari penelitian awal hingga lanjut untuk mengkaji kinerja beton dengan bahan tambah berbasis gula.

Penelitian awal yang dilakukan penulis dan rekan-rekan [17-26] membuktikan bahwa pada dosis tertentu gula dapat mempercepat atau justru memperlambat waktu pengikatan semen dan pengerasan beton serta meningkatkan kinerja kuat tekan mortar dan beton. Perlu dicatat bahwa ampas tebu mengandung 30-50% selulosa dan 20-24% lignin [13]. Adanya lignin dalam ampas tebu dan air perasannya diindikasikan memberikan kontribusi lekatan bila larutan tebu dicampurkan ke dalam adukan beton. Bahan tambah berbasis gula dalam campuran beton bersifat meningkatkan ikatan C-S-H sehingga akan meningkatkan nilai kuat tekannya seiring waktu hingga dicapai nilai optimal dari kuat tekan tersebut.

(75)

69

Sifat dan kinerja bahan penyusun dari bahan tambah berbasis gula dapat dijelaskan sebagai berikut [27-29]. Gula yang merupakan bahan penyusun terpenting dalam bahan tambah pada penelitian ini merupakan disakarida. Disakarida merupakan dua molekul yang diikat melalui pemeluapan. Sukrosa yang terdapat dalam gula pasir merupakan gabungan satu molekul glukosa dengan satu molekul fruktosa. Tanaman tebu (genus saccharum) dikenal sebagai bahan utama produksi gula pasir di Indonesia. Secara umum, batang tebu masak mengandung 67-75% air, 8-16%, sukrosa 8-16%, 0.5-20% gula reduksi, 0.5-1% material organik, 0.2-0.6% senyawa anorganik, 0.5-1% senyawa nitrogenik, 0.3-0.8% abu, dan 10-16% serat [15]. Tebu juga mengandung 30-50% selulosa dan 20-24% lignin [16]. Dengan kandungan tersebut, larutan tebu yang diekstrak dari batang tebu masak dicoba digunakan sebagai bahan tambah beton. Pengaruh penambahan material berbasis gula yang berupa sukrosa, gula pasir, dan larutan tebu pada campuran beton terbukti sangat signifikan, yaitu mempercepat maupun memperlambat waktu pengerasan beton, serta meningkatkan kuat tekan beton [7-16].

Mekanisme lekatan antara bahan tambah berbasis gula dalam ses hidrasi dapat dijelaskan sebagai berikut [27-31]. Penambahan gula ke dalam campuran beton akan menyebabkan interaksi antara gula dan C3A

[30]. Dalam kasus pemerlambatan pengerasan beton, interaksi ini akan menghambat pembentukan secara cepat fase kubik C3AH6 dan

menyebabkan pembentukan fase heksagonal C4AH13 [12-13]. Gula