KAJIAN SERAPAN DAN PENETRASI BETON MUTU TINGGI MEMADAT MANDIRI DENGAN VARIASI KOMPOSISI
METAKAOLIN DENGAN SUPERPLASTICIZER MASTEREASE 3029 KADAR 1,9% DARI BERAT BINDER.
The Study of Absorption and Penetration on High Strength Self Compacting Concrete with Metakaolin Composition Variation with The Composition of 1.9% Superplasticizer
MasterEase 3029 of Binder Weight
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
SILVIANA VALENTIN I0115101
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2019
v
ABSTRACT
Silviana Valentin, 2019, The Study of Absorption and Penetration on High Strength Self Compacting Concrete with Metakaolin Composition Variation, Final Project of Civil Engineering Departement Faculty of Engineering Sebelas Maret University Surakarta.
Infrastructure development in the world will never stop, because infrastructure is the economic driving force for every country. Most infrastructure development demands high quality concrete quality to support the building's resilience, an improvement to support this is by adding pozzolan. Demanding consumer needs in the construction market makes concrete innovations more developed, one of which is the use of self compacting concrete. Making SCC requires more water cement ratio and superplasticizers so that it will affect the pores in the concrete and affect absorption and penetration values. In water buildings such as dams, basements, water tanks and retaining walls, water resistant concrete is needed, because the entry of water into the concrete can cause corrosion of the concrete reinforcement so that it can reduce its service life.The purpose of this study is to determine the effect of the metakaolin and the maximum dosage of metakaolin in HSSCC concrete.
The method used in this study is experimental. In this research the metakaolin substituted is dosage at 12.5%; 15%; 17.5%; 20% and 22.5% as cement substitution.
The spesimens used in this study is cylindrical in diameter 7.5 cm and 15 cm high.
Absorption testing was carried out by drying the test material by oven-baking for 24 hours to get the oven dry weight, and then by soaking the test specimen for 10.5 minutes and 24 hours then weighing the SSD weight. Penetration testing is done by giving pressurized water of 1 kg / cm2 for 48 hours, 3 kg / cm2 for 24 hours and 7 kg / cm2 for 24 hours to find out the depth of water that can penetrate the concrete. then by calculating the water flow rate for 1 hour to calculate the permeability coefficient.
Based on the results of metakaolin research to improve the quality of concrete by reducing the absorption value and penetration depth by substituting 15% of cement content, metakaolin can reduce uptake by 41% at immersion 10 + 0.5 minutes, 20% at 24-hour immersion, and penetration depth of 36 %. Addition of metakaolin will reduce the workability of fresh concrete, but still meets the requirements of self-compacting concrete specified by EFNARC 2000 on fillingability testing parameters with Slumpflow, V-funnel test and passingability parameters with L-Box test.
Keyword: high strength self compacting concrete, metakaolin, absorption, penetration, permeability, filling ability and passingability.
vi
ABSTRAK
Silviana Valentin, 2019, Kajian Serapan dan Penetrasi pada Beton Mutu Tinggi Memadat Mandiri dengan Variasi Komposisi Metakaolin, Tugas Akhir Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pembangunan infrastruktur di dunia tidak akan pernah berhenti, karena infrastruktur adalah roda penggerak ekonomi bagi setiap negara. Sebagian besar pembangunan infrastruktur menuntut kualitas mutu beton yang tinggi untuk mendukung ketahanan bangunan tersebut, perbaikan untuk mendukung hal ini adalah dengan ditambahkannya pozzolan. Menuntut kebutuhan konsumen di pasar konstruksi membuat inovasi beton menjadi lebih berkembang, salah satunya adalah penggunaan self compacting concrete. Pembuatan beton SCC membutuhkan FAS dan superplasticizer yang lebih banyak sehingga akan mempengaruhi pori pada beton dan berpengaruh terhadap nilai serapan dan penetrasi. Pada bangunan air seperti bendungan, basemen, tangki air dan dinding penahan tanah diperlukan beton yang kedap air, karena masuknya air ke dalam beton dapat menyebabkan korosi pada tulangan dan menurunkan masa layan beton.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan metakaolin dan kadar maksimum metakaolin untuk meningkatkan kualitas beton terhadap nilai serapan dan penetrasi beton HSSCC.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental. Dalam penilitian ini pozzolan yang disubtitusikan adalah metakaolin sebesar 12,5%; 15%; 17,5%; 20%
dan 22,5% sebagai subtitusi semen. Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk silinder berdiameter 7,5 cm dan tinggi 15 cm. Pengujian serapan dilakukan dengan mengeringkan benda uji dengan cara dioven selama 24 jam untuk mendapatkan berat kering oven, dilanjutkan dengan merendam benda uji selama 10,5 menit dan 24 jam lalu ditimbang berat SSDnya. Pengujian Penetrasi dilakukan dengan memberikan air yang bertekanan sebesar 1 kg/cm2 selama 48 jam, 3 kg/cm2 selama 24 jam dan 7 kg/cm2 selama 24 jam untuk mengetahui kedalaman air dapat menembus beton.
Dilanjutkan dengan menghitung laju aliran air selama 1 jam untuk menghitung koefisen permeabilitasnya.
Berdasarkan hasil penelitian metakaolin meningkatkan kualitas beton dengan menurunkan nilai serapan dan kedalaman penetrasi dengan mensubtitusi 15% dari kadar semen, metakaolin dapat menurunkan serapan sebesar 41% pada perendaman 10+0,5 menit, 20% pada perendaman 24 jam, dan kedalaman penetrasi sebesar 36% . Penambahan metakaolin akan menurunkan workability dari beton segar, tetapi masih memenuhi syarat beton memadat mandiri yang ditetapkan oleh EFNARC 2000 pada parameter pengujian fillingability dengan uji Slumpflow, V-funnel dan pada parameter passingability dengan uji L-Box.
Kata Kunci: beton mutu tinggi memadat mandiri, metakaolin, serapan, penetrasi, filling ability dan passingability.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak banyak kendala yang sulit untuk penyusun hadapi sehingga dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Supriyono dan Ibu Sumarni. Terima kasih atas dukungan yang telah diberikan dari segi semangat, doa dan materi selama ini.
2. Wibowo, ST, DEA, selaku dosen Pembimbing 1 skripsi dan Ir. Antonius Mediyanto, MT, selaku dosen pembimbing 2 skripsi. Terimakasih atas semua waktu, bimbingan, serta bantuannya selama penyusunan skripsi.
3. Dr. Bambang Setiawan S.T., M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik.
Terimakasih atas semua waktu, bimbingan, serta bantuannya selama penyusunan skripsi.
4. Staff pengelola / laboran Laboratorium Bahan Konstruksi dan Rekayasa Struktur Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
5. Team Beton Skripsi Metakaolin. Terimakasih atas kerja sama dan semangat dalam pengerjaan skripsi selama ini.
6. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS 2015.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan, semoga skripsi ini dapat berguna bagi pihak- pihak yang membutuhkan, khususnya bagi penulis sendiri.
Surakarta, Juli 2019
Penyusun
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
MOTTO ... iv
ABSTRACT ... v
ABSTRAK ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Batasan Masalah... 5
1.4 Tujuan Penelitian ... 6
1.5 Manfaat Penelitian ... 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 8
2.1 Tinjauan Pustaka ... 8
2.2 Landasan Teori... 11
2.2.1 Beton ... 11
2.2.1.1 Sifat Beton ... 11
2.2.1.2 Kelebihan dan Kekurangan Beton ... 12
2.2.2 Beton Mutu Tinggi (High Strength Concrete) ... 12
2.2.3 Beton Memadat Mandiri ... 13
2.2.3.1 Sifat Beton Memadat Mandiri ... 14
2.2.3.2 Kelebihan dan Kekurangan Self Compacting Concrete ... 15
2.2.4 Beton Kedap Air ... 16
ix
2.2.4.1 Definisi Beton Kedap Air ... 16
2.2.4.2 Spesifikasi bahan ... 17
2.2.5 Mekanisme Masuknya Air ke Dalam Beton ... 19
2.2.6 Serapan Air ... 21
2.2.6.1 Serapan Air sebagai Faktor Durabilitas ... 21
2.2.6.2 Faktor yang Mempengaruhi Serapan Air ... 22
2.2.7 Penetrasi dan Permeabilitas Beton ... 24
2.2.8 Bahan Penyusun High Strength Self Compacting Concrete ... 25
2.2.8.1 Semen Portland ... 25
2.2.8.2 Agregat Kasar ... 27
2.2.8.3 Agregat Halus ... 29
2.2.8.4 Air ... 31
2.2.8.5 Superplasticizer ... 32
2.2.8.6 Metakaolin ... 33
2.2.9 Rancang Campur High Strength Self Compacting Concrete ... 35
2.2.10 Kriteria Pengujian Beton ... 36
2.2.10.1 Pengukuran Beton Segar ... 37
2.2.10.2 Pengukuran Beton Keras ... 38
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 40
3.1 Tinjauan Umum ... 40
3.2 Benda Uji ... 41
3.3 Alat Uji ... 42
3.3.1 Alat untuk Pengujian Standar Bahan Dasar Beton ... 42
3.3.2 Alat untuk Mengukur Benda Uji ... 48
3.4 Bahan Uji ... 53
3.5 Tahapan Penelitian ... 57
3.5.1 Perencanaan Penelitian ... 57
3.5.2 Pelaksanaan Penelitian ... 57
3.6 Diagram Alir Penelitian ... 60
3.7 Standarisasi Pengujian Bahan Dasar Penyusun Beton ... 64
3.8 Pengujian Bahan Dasar Beton ... 65
3.8.1 Agregat Halus ... 65
x
3.8.1.1 Pengujian Gradasi ... 65
3.8.1.2 Pengujian Kadar Lumpur ... 66
3.8.1.3 Pengujian Kadar Zat Organik ... 67
3.8.1.4 Pengujian Spesific Gravity ... 68
3.8.2 Agregat Kasar ... 69
3.8.2.1 Pengujian Abrasi ... 69
3.8.2.2 Pengujian Gradasi ... 70
3.8.2.3 Pengujian Spesific Gravity ... 71
3.9 Pembuatan dan Pengujian Metakaolin ... 72
3.9.1 Pembuatan Metakaolin ... 72
3.9.2 Pengujian Metakaolin ... 74
3.10 Perancangan Campuran Beton SCC ... 74
3.11 Pembuatan Benda Uji ... 74
3.12 Pengujian Beton Segar ... 76
3.12.1 Pengujian Slump Flow ... 76
3.12.2 Pengujian V-funnel ... 77
3.12.3 Pengujian L – Box ... 78
3.13 Perawatan Benda Uji ... 79
3.14 Pengujian Benda Uji Beton Keras ... 80
3.14.1 Pengujian Serapan Beton ... 80
3.14.2 Pengujian Penetrasi dan Permeabilitas Beton ... 81
3.15 Analisis Data ... 82
3.16 Kesimpulan dan Saran ... 82
BAB 4 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 83
4.1 Tinjauan Umum ... 83
4.2 Hasil Pengujian Bahan Penyusun HSSCC ... 83
4.2.1 Pengujian Agregat Halus ... 83
4.2.2 Pengujian Agregat Kasar ... 84
4.2.3 Pengujian Kandungan Kimia Metakaolin ... 85
4.3 Mix Design High Strength Self Compacting Concrete ... 86
4.4 Hasil Pengujian dan Analisis Data Beton Segar (workability) ... 86
4.4.1 Pengujian Flow Table ... 87
xi
4.4.2 Pengujian V-Funnel ... 89
4.4.3 Pengujian L-Box ... 89
4.5 Hasil Pengujian dan Analisis Data Beton Keras ... 92
4.5.1 Pengujian Berat Jenis Beton ... 92
4.5.2 Pengujian Kuat Tekan Beton ... 95
4.5.3 Pengujian Serapan Beton ... 97
4.5.4 Pengujian Penetrasi dan Permeabilitas Beton ... 107
4.6 Pembahasan ... 115
4.6.1 Hubungan antara Nilai Kuat Tekan HSSCC dengan Serapan HSSCC. 115 4.6.2 Hubungan antara Nilai Kuat Tekan HSSCC dengan Koefisien Permeabilitas HSSCC ... 116
4.6.3 Hubungan antara Nilai Serapan HSSCC dengan Koefisien Permeabilitas HSSCC ... 118
4.6.4 Reaksi Pozzolanik Metakaolin ... 120
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 121
5.1 Kesimpulan ... 121
5.2 Saran ... 122
DAFTAR PUSTAKA ... 123 LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Absorbtion (Penyerapan) ... 19
Gambar 2.2 Permeabilitas... 20
Gambar 2.3 Difusi ... 20
Gambar 2.4 Flow table dan abrams cone ... 36
Gambar 2.5 V-funnel... 36
Gambar 2.6 L – Box ... 37
Gambar 2.7 Sketsa Rangkaian Alat Pengujian Penetrasi dan Permeabilitas .... 39
Gambar 3.1 Ayakan Agregat ... 42
Gambar 3.2 Mesin Shive Shaker ... 43
Gambar 3.3 Conical Mould ... 43
Gambar 3.4 Mesin Los Angeles ... 44
Gambar 3.5 Oven ... 44
Gambar 3.6 Timbangan dengan kapasitas 5 kg ... 45
Gambar 3.7 Timbangan dengan Kapasitas 15 kg ... 45
Gambar 3.8 Timbangan Konvensional Kapasitas 50 kg ... 46
Gambar 3.9 Pipa PVC diameter 7,5 cm dan Tinggi 15 cm ... 46
Gambar 3.10 Concrete Mixer ... 47
Gambar 3.11 Papan Alir dan Kerucut Abrams ... 48
Gambar 3.12 V-funnel ... 49
Gambar 3.13 L-Box ... 49
Gambar 3.14 Ember untuk Merendam Benda Uji ... 50
Gambar 3.15 Timbangan Kapasitas 15 kg ... 50
Gambar 3.16 Satu Set Alat Pemberi Air Bertekanan pada Uji Penetrasi ... 51
Gambar 3.17 Satu Set Alat Pengukur Penurunan Air untuk Uji Permeabilitas ... 52
Gambar 3.18 Universal Testing Machine ... 52
Gambar 3.19 Agregat Kasar Berukuran 10 mm dan 6,75 mm ... 53
Gambar 3.20 Agregat Halus ... 54
Gambar 3.21 Semen OPC tipe 1 ... 55
Gambar 3.22 Kaolin dan Metakaolin ... 56
xiii
Gambar 3.23 Superplasticizer ... 57
Gambar 3.24 Diagram Alir Penelitian ... 60
Gambar 3.25 Diagram Alir Analisis Data dan Pembahasan ... 63
Gambar 3.26 Pembakaran Metakaolin ... 73
Gambar 3.27 Benda Uji untuk Pengujian Serapan ... 75
Gambar 3.28 Benda Uji untuk Pengujian Penetrasi dan Permeabilitas ... 75
Gambar 3.29 Setup Slump Flow ... 77
Gambar 3.30 Setup pada V-funnel ... 78
Gambar 3.31 Setup pada L – Box ... 79
Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Diameter Sebaran dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 88
Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara T500 dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 88
Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Waktu Alir V – funnel dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 90
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Nilai h2/h1 dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 96
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Nilai Kuat Tekan dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 96
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Nilai Serapan Air dengan Subtitusi Kadar Metakaolin pada Perendaman 10+0,5 menit . ... 102
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Nilai Serapan Air dengan Subtitusi Kadar Metakaolin pada Perendaman 24 jam ... 102
Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Waktu Perendaman dengan Nilai Serapan Air ... 105
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Nilai Kedalaman Penetrasi dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 109
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Koefisien Permeabilitas dengan Subtitusi Kadar Metakaolin ... 113
Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara Kuat Tekan dan Serapan ... 116
xiv
Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara Kuat Tekan dan Kedalaman Penetrasi . ... 117 Gambar 4.12 Grafik Hubungan antara Serapan dan Kedalaman Penetrasi ... 119
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kriteria Range Nilai Self Compacting Concrete ... 15
Tabel 2.2 Gradasi Agregat Halus ... 17
Tabel 2.3 Gradasi Agregat Kasar ... 17
Tabel 2.4 Minimum Kandungan Butiran Halus dalam 1 m3 Beton ... 18
Tabel 2.5 Ketentuan Minimum untuk Beton Bertulang Kedap Air ... 18
Tabel 2.6 Susunan Unsur Semen Portland ... 26
Tabel 2.7 Syarat Gradasi Agregat Kasar ... 28
Tabel 2.8 Standar Gradasi Agregat Halus ... 30
Tabel 2.9 Rasio Air dengan Bahan Bersifat Semen Maksimum dengan Superplasticizer ... 32
Tabel 2.10 Range mix design yang disarankan oleh The European Guidelines for Self-Compacting Concrete (2005) ... 35
Tabel 3.1 Kode dan Jumlah Kebutuhan Benda Uji Serapan dan Penetrasi Beton ... 41
Tabel 3.2 Standar Pengujian Bahan Dasar Penyusun Beton ... 64
Tabel 3.3 Tabel Perubahan Warna pada Uji Kadar Zat Organik Pasir ... 67
Tabel 4.1 Rekapitulasi Pengujian Agregat Halus ... 84
Tabel 4.2 Rekapitulasi Hasil Pengujian Agregat Kasar ... 84
Tabel 4.3 Analisis Kuantitatif Pengujian XRF Metakaolin ... 85
Tabel 4.4 Rekapitulasi Mix Design atau Rancang Campur Adukan Beton ... 86
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Flow Table (Diameter Aliran) ... 87
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Flow Table (T500rata - rata) ... 87
Tabel 4.7 Hasil Pengujian V-funnel ... 89
Tabel 4.8 Hasil pengujian L- Box ... 91
Tabel 4.9 Rekapitulasi Hasil Pengujian Berat Volume Benda Uji Serapan HSSCC metakaolin ... 93
Tabel 4.10 Rekapitulasi Hasil Pengujian Berat Volume Benda Uji Penetrasi dan Permeabilitas HSSCC metakaolin ... 94
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton ... 95
xvi
Tabel 4.12 Hasil Pengujian Serapan Beton Perendaman 10+0,5 menit ... 98
Tabel 4.13 Hasil Pengujian Serapan Beton Perendaman 24 jam ... 99
Tabel 4.14 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Serapan pada Setiap Waktu ... 101
Tabel 4.15 Serapan Rerata pada Perendaman 10+0,5 menit dan 24 jam ... 105
Tabel 4.16 Hasil Pengujian Penetrasi dan Permeabilitas High Strength Compacting Concrete ... 107
Tabel 4.17 Nilai Kedalaman Pengujian Penetrasi ... 108
Tabel 4.18 Perhitungan Permeabilitas Beton ... 111
Tabel 4.19 Hasil Uji Kuat Tekan dan Serapan ... 115
Tabel 4.20 Hasil Uji Kuat Tekan dan Kedalaman Penetrasi ... 117
Tabel 4.21 Hasil Pengujian Serapan dan Kedalaman Penetrasi ... 118
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A : Hasil Pengujian Agregat Halus Lampiran B : Hasil Pengujian Agregat Kasar Lampiran C : Hasil Pengujian Metakaolin
Lampiran D : Data dan Perhitungan Mix Design HSSCC Lampiran E : Hasil Pengujian Serapan Air
Lampiran F : Hasil Pengujian Permeabilitas Beton Lampiran G : Dokumentasi Penelitian
