bab2 (study analisis pengaruh silikafume dan gula terhadap kuat lentur beton )
TRANSCRIPT
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Beton adalah campuran antara agregat halus ( pasir ), agregat kasar,
semen dan air. Campuran tersebut dibuat dengan komposisi tertentu untuk
menghasilkan beton yang dengan kualitas yang diinginkan. Bahan penyusun
beton dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu bahan aktif dan bahan pasif. Yang
termasuk dalam bahan aktif adalah semen dan air. Kedua bahan aktif ini
berperan sebagai pengikat atau lem dalam beton . Sedangkan yang termasuk
bahan pasif adalah agregat yang berperan sebagai pengisi atau pembentuk
volume beton. Ada juga bahan tambahan khusus yang biasa digunakan untuk
menghasilkan beton dengan mutu kualitas tertentu, biasanya bahan pembantu
tersebut digunakan untuk beton mutu tinggi yang membantu meningkatkan
kekuatan mutu betonnya dan atau menghemat penggunaan semen agar lebih
ekonomis.. Beton mutu tinggi yang dimaksud disini adalah beton yang memiliki
kekuatan diatas 40 Mpa.
Pemilihan dan komposisi bahan baku dalam pembuatan beton akan
mempengaruhi kualitas beton yang dihasilkan untuk itu perlu diadakannya
pengujian beberapa komposisi beton untuk menghasilkan mutu beton yang
diinginkan. Pemilihan, persiapan ,perencanaan dan pengujian beton perlu
dilakukan untuk mendapatkan beton dengan mutu yang diinginkan. Berikut
adalah pembahasan tentang bahan susun beton untuk beton mutu tinggi, yaitu
beton dengan kekuatan diatas 50 Mpa.
5
2.1 Semen
Semen adalah bahan ikat yang mempersatukan agregat halus
(pasir) dan agregat kasar menjadi satu kesatuan yang padat dan kompak.
Selain itu juga semen berfungsi untuk mengisi rongga – rongga diantara agregat
halus (pasir) dengan agregat kasar. Secara umum ada dua macam semen yaitu
semen hidraulis dan semen non hidraulis. Semen hidraulis adalah semen yang
akan mengeras bisa beraksi dengan air, tahan terhadap air dan stabil di dalam
air setelah mengeras, sedangan semen non hidraulis adalah semen yang dapat
mengeras tetapi tidak stabil dalam air. Semen yang biasa digunakan dalam
campuran beton adalah semen portlandcement yaitu semen yang termasuk ke
dalam kelompok semen hidraulis yang didapat dengan cara menghaluskan
klingker yang terdiri atas silikat kalsium yang bersifat hidraulis dan gips sebagai
bahan tambahannya.
Material – material utama semen Portland adalah batu kapur yang
mengandung komponen – komponen utama CaO (kapur),dan tanah liat yang
mengandung komponen – komponen SiO2 (silica), Al2O3(alumina), Fe2O3
(oksida besi), MgO (magnesium), SO3 (sulfur), dan Na2O+ K2O (soda/potash)
yang tergolong sebagai semen hidraulis. Komposisi dari bahan utama
pembuatan semen ada pada Tabel 2.1.
6
Tabel 2.1. Komposisi Bahan Utama Semen
Komposisi Persentase ( % )
Kapur ( CaO )
Silika (SiO2)
Alumina (Al2O3 )
Besi (Fe2O3 )
Magnesia ( MgO )
Sulfur (SO3)
Potash ( Na2O+ K2O )
60 – 65
17 – 25
3 – 8
0,5 – 6
0,5 – 4
1 – 2
0,5 - 1
Sumber : Kardiyono Tjokrodimulyo ( 1996)
Semen Portland di Indonesia terbagi menjadi 5 jennis berdasarkan
tujuan dari penggunaannya, yaitu :
1. Tipe I yaitu semen Portland untuk tujuan umum. Jenis ini paling banyak
diproduksi karena digunakan untuk semua jenis konstruksi.
2. Tipe II yaitu semen Portland modifikasi, memiliki sifat setengah sifat tipe
IV dan setengah tipe V
3. Tipe III yaitu semen Portland dengan kekuatan awal tinggi. Kekuatan 28
hari umumnya dapat dicapai dalam 1 minggu. Semen jenis digunakan
ketika acuan harus dibongkar secepat mungkin atau ketika struktur harus
dapat cepat dipakai
4. Tipe IV yaitu semen Portland dengan panas hidrasi rendah dipakai untuk
kondisi dimana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus minimum.
Misalnya pada bangunan masif seperti bendungan gravitasi yang besar.
Pertumbuhan kekuatannya lebih lambat daripada semen tipe I.
7
5. Tipe V yaitu semen Portland tahan sulfat, dipakai untuk menghadapi aksi
sulfat yang ganas. Biasanya dipakai didaerah tanah atau airnya memiliki
kandungan sulfat yang tinggi.
Tabel.2.2. Jenis – jenis semen Portland dan sifatnya.
Tipe
semen
Sifat
pemakaia
n
Kadar senyawa ( %)Kehalusan
Blaine
(m2/kg)
Kuat
satu
hari
(kg/cm3
)
Panas
hidrasi
(J/kg)C3S C2S C3A C4AF
I Umum 50 24 11 8 350 1000 330
II Modifikasi 42 33 5 13 350 900 250
IIIKekuatan
awal60 13 9 8 450 2000 500
IV
Panas
hidrasi
rendah
25 50 5 12 300 450 210
VTahan
sulfat40 40 9 9 350 900 250
Sumber : Antoni, Paul nugraha (2007)
Semen dan air akan mengalami proses kimia aktif yang dapat mengikat agregat
halus dan agregat kasar. Agregat halus dan agregat kasar disini berperan
sebagai bahan tambahan atau bahan pengisi saja untuk mencegah perubahan
–perubahan volume beton setelah pengadukan selesai dan memperbaiki
keawetan beton yang dihasilkan. Dalam hal ini semen bisa dikatakan juga
8
sebagai lem pada beton. Berdasarkan peraturan SNI 03-2847-2002 semen
yang digunakan dalam campuran beton yaitu :
1. Semen Portland (SNI 15-2049-1994 )
2. Spesifikasi semen blended hidrolis ( ASTM C 595 ) kecuali tipe S
dan SA yang tidak diperuntukan sebagai unsur pengikat utama
struktur beton
3. Spesifikasi semen hidrolis ekspansif ( ASTM C 845 )
2.2 Agregat halus ( pasir )
Agregat halus ( pasir ) sebagai hasil disintegrasi alami batuan atau pasir
yang dihasilkan oleh industry pemecah batu dan mempunyai ukuran butir
terbesar 5.0 mm (SNI 03 – 2847 – 2002 ). Pasir menurut ukurannya terbagi
menjadi pasir lembut ( 0 – 1 mm ) dan pasir kasar ( 1 mm – 5 mm ).
Berdasarkan peraturan SNI 03 – 2847 – 2002 yang digunakan dan mengacu
pada ATSM C33 persyaratan gradasi agregat halus dapat dilihat dari tabel 2.3.
sebagai berikut ini :
Tabel 2.3. Persyaratan gradasi agregat halus
Ukuran saringan (mm) Persentase lolos (%)
9
9,50
4,75
2,36
1,18
0,60
0,30
0,15
100
95-100
80- 95
55-85
25-60
10-30
2-10
Sumber : Bahan dan Pratek Beton Murdock & Brook, 1979
Walau bukan sebagai bahan aktif dalam proses menjadi batu atau beton,
kualitas dari pasir juga ikut mempengaruhi kualitas beton yang dihasilkan. Pasir
biasanya berasal dari dasar sungai sehingga seringkali pasir mengandung
kotoran seperti lumpur dan kotoran organis.Kedua kotoran ini bisa
memepengaruhi kualitas beton yang dihasilkan, untuk itu pasir seperti ini harus
dicuci terlebih dahulu sebelum digunakan untuk membuat beton.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan pasir
sebagai salah satu bahan pembuat beton menurut prof.ir.R.Roosseno yaitu :
1. Ada atau tidaknya campuran dan kotoran dalam pasir
2. Cukup kerasnya bahan pasir
3. Kandungan air dalam pasir
4. Analisis saringan pasir
Tidak semua pasir bisa digunakan untuk bahan pembuatan beton, butir – butir
pasir yang digunakan harus bersifat kekal dan tidak pecah oleh pengaruh cuaca
seperti hujan atau panas matahari.
10
2.3 Agregat kasar
Agregat kasar atau biasa disebut kerikil adalah agregat yang berasal dari
disintegrasi alami dari batuan atau berupa batu pecah yang diperoleh dari
industry pemecah batu dan mempunyai ukuran butir 5 mm sampai 40 mm (SNI
03 – 2847 – 2002 ).
Berdasarkan ASTM C33 gradasi agregat kasar dapat dilihat pada tabel 2.4
sebagai berikut :
Tabel 2.4. Persyaratan gradasi agregat kasar
Ukuran saringan (mm) Persentase lolos (%)
25
19
12,5
9,5
4,75
2,36
95-100
-
25-60
-
0-10
0-5
Sumber : Bahan dan Pratek Beton Murdock & Brook, 1979
Agregat kasar yang baik untuk digunakan sebagai bahan beton yaitu yang
berbentuk bersudut atau sisi – sisinya tajam dan tidak bulat pipih. Agregat kasar
dalam pembuatan beton termasuk kedalam kategori bahan tidak aktif.
Agregat kasar yang digunakan sebagai bahan pembuat beton memiliki
kriteria sebagai sebagai berikut :
1. Terdiri dari butir – butir keras dan tidak berpori. Dengan adanya pori akan
membuat air mudah masuk. Agregat kasar yang mengandung butir –
butir pipih hanya dapat dipakai jika jumlah butirannya tidak melebihi 20 %
11
berat agregat seluruhnya. Butir – butir agregat kasar tersebut harus
bersifat kekal yaitu tidak pecah oleh pengaruh cuaca.
2. Tidak mengandung lumpur lebih dari 1 % dan jika lebih maka agregat
harus dicuci sebelum digunakan dalam pembuatan beton.
3. Tidak mengandung zat – zat yang merusak beton, seperti zat – zat yang
reaktif dengan alkali.
4. Kekerasan dari butir – butir agregat diperiksa dengan bejana penguji dari
rudellof, atau dengan mesin penguas Los Angeles dimana tidak boleh
kehilangan berat lebih dari 50 %.
5. Terdiri dari butir – butir yang beraneka ragam besarnya atau bergradasi
baik.
6. Besara butiran maksimum tidak boleh lebih dari 1/5 jarak terkecil antara
bidang – bidang samping cetakan, 1/3 tebal pelat, atau ¾ dari jarak
bersih minimum antar tulangan yang ada.
2.4 Air
Salah satu bahan utama dalam pembuatan beton adalah air. Air
diperlukan untuk proses kimia pembuatan menjadi beton yang bereaksi saat
bertemu dengan semen. Tidak semua air dapat digunakan dalam pembuatan
beton, mutu dan sifat air akan ikut berpengaruh terhadap kualitas beton yang
dihasilkan. Maka dari itu air tidak boleh mengandung kotoran, kotoran yang
dimaksud bisa berupa lempung, kotoran organis, garam dan asam.
Berdasarkan peraturan SNI 03 – 2847 – 2002 syarat air yang digunakan
dalam pembuatan beton, yaitu :
1. Air yang digunakan pada campuran beton harus bersih dan bebas dari
bahan – bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam,
12
bahan organik, atau bahan – bahan lainnya yang merugikan terhadap
beton atau tulangan.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada beton
yang didalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang
terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam
jumlah yang membahayakan.
3. Air yang tidak dapat diminum tidak boleh digunakan pada beton, kecuali
ketentuan berikut terpenuhi :
3.1 Pemilihan proporsi campuran beton harus didasarkan pada
campuran beton yang digunakan air dari sumber yang sama.
3.2 Hasil pengujian pada umur 7 dan 28 hari pada kubus uji mortar
yang dibuat dari adukan air yang tidak dapt diminum harus
mempunyai kekuatan sekurang – kurangnya sama dengan 90 %
dari kekuatan benda uji yang dibuat dengan air yang dapat
diminum. Perbandngan uji kekuatan tersebut harus dilakukan pada
adukan serupa, terkecuali pada air pencampur, yang dibuat dan
diuji sesuai dengan “ Metode uji kuat tekan untuk mortar semen
hidrolis ( Mneggunakan specimen kuus dengan ukuran sisi 50 mm )
( ASTM C 109 ).
2.5 Bahan tambah ( zat aditif )
Bahan tambahan pembantu peningkatan kualitas beton dapat berupa
bahan kimia pembantu dan bahan mineral pembantu.
Menurut ASTM bahan kimia pembantu adalah material disamping
agregat dan semen hidraulis yang ditambahkan ke dalam adukan beton
sebelum atau selama proses pengecoran. Sedangkan menurut kelompok Eropa
CEN, berdasarkan ISO dan Federasi Asosiasi Admixture Beton Eropa, material
13
yang ditambahkan selama proses pencampuran beton dalam kuantitas tidak
lebih dari 5 % dari berat semen dari beton untuk mengubah sifat campuran dan
atau keadaan keras. Dalam pembahasan ini bahan kimia pembantu yang
dibahas adalah gula yang berperan sebagai retarder. Retarder adalah bahan
kimia pembantu untuk memperlambat waktu pengikat sehingga campuran akan
tetap mudah dikerjakan untuk waktu yang lebih lama.
Dalam pencampuran beton bahan kimia pembantu retarder ( gula )
memiliki beberapa kegunaan dalam kualitas beton yaitu :
1. Mengurangi kecepatan evolusi panas ( untuk pengecoran yang luas
dalam cuaca panas )
2. Menghindari sambungan dingin yaitu penyambungan yang terjadi
pada pengecoran beton massif dimana pengecoran lapisan demi
lapisan memakan waktu yang cukup lama atau pengecoran yang
terganggu
3. Menjaga workabilitas beton pada pembuatan beton jadi ( ready mix )
4. Berguna pada saat penuangan yang sulit dan tidak umum, seperti
pengecoran pier dan pondasi besar.
Selain memiliki keunggulan, retarder juga memiliki beberapa kelemahan,
antara lain :
1. Mengakibatkan pendarahan ( bleeding )
2. Memperbesar susut plastis
3. Memiliki tendensi pengurangan kekuatan pada umur dini ( 1 sampai 3
hari )
Selain bahan kimia pembantu yang dapat membantu peningkatan
kualitas beton, juga digunakan bahan mineral pembantu yang mengandung
komponen aktif yang bersifat pozzolanik ( material pozzolan ), yaitu komponen
yang dapat bereaksi dengan kapur bebas ( kalsium hidroksida ) yang
dilepaskan semen saat proses hidrasi dan membentuk senyawa yang bersifat
14
mengikat pada temperature normal dengan adanya air. Perbedaan reaksi
hidrasi dan reaksi pozzolaniak yaitu :
Semen Portland
C3
semen+
Hair
cepat →
C-S-Hgel kalsium silikat hidrat
+CHkalsium hidroksida
Material Pozzolan
Pozzolan+ CHkalsium hidroksida
+ Hair
lambat →
C-S-Hgel kalsium silikat hidrat
Reaksi pozzolanik berlangsung secara lambat dari pada reaksi hidrasi pada
semen Portland sehingga lebih berpengaruh pada kekuatan akhir dari
beton.Karena panas hidrasi yang dihasilkan dari reaksi ini jauh lebih kecil dari
reaksi hidrasi semen Portland sehingga efektif untuk pengecoran pada cuaca
panas atau beton massif.Penambahan material pozzolan ini juga berpengaruh
terhadap kelecakan beton. Dengan bertambahnya partikel halus ini
memungkinkan terjadi bleeding pada beton segar akan berkurang karena
kelebihan air akan terserap oleh partikel – partikel halus. Kebutuhan air pada
beton dapat meningkat untuk kelecakan yang sama karena ukuran partikel
material pozzolan yang halus.
Material pozzolan dapat berupa material yang sudah terjadi secara alami
ataupun yang didapat dari hasil sisa industri.Karena umumnya harganya yang
lebih murah dari semen maka biasanya bahan pozzolan ini digunakan sebagai
bahan pengganti semen. Penggunaan material pozzolan ini perlu diperhatikan
15
komposisi pemakaiannya dengan komposisi semen yang digunakan dalam
pencampuran beton. Pemakaian bahan pozzolan membutuhkan bahan kimia
pembantu ( superplasticizer ) dalam pemakaiannya agar didapat kelecakan
yang baik.Berikut adalah tabel material pozzolan pada umumnya.
Tabel.2.2. Material pozzolan pada umumnya.
Kategori Material umum Komponen aktif
Material alami
Abu vulkanis murniAluminosilicate glass
Abu vulkanis terkena
cuaca ( tuff, trass dll )
Aluminosilicate glassZeolite
Batu apung (pumice ) Aluminosilicate glass
Fosil kerang
( diatomaceus earth )
Amorphous hydrated silica
Opaline chert dan
shales
( Batu sedimen )
Hydated silica gel
Material sisa industri
Fly ash – tipe FAluminosilicate glass
Fly ash – tipe C Calcium aluminosilicate glass
16
Slilika fumeAmorphous silica
Rice husk ashAmorphous silica
Calcined clay Amorphous alumino silicate (metakaolin)
Sumber : Antoni, Paul nugraha (2007)
Salah satu bahan material pozzolan yang sering digunakan untuk
meningkatkan mutu beton untuk mencapai beton mutu tinggi yaitu silica fume.
Silika fume adalah produk samping dari proses fusi ( smelting ) dalam produksi
silicon metal dan amalgam ferrosilicon ( pada pabrik pembuat microchip
computer ). Silika fume yang sering dipakai untuk campuran beton adalah yang
mengandung lebih dari 75 % silicon. Ukuran silica fume umumnya sekitar 0,1 –
0,2 micrometer. SIlika fume dapat berupa bubuk, dipadatkan atau cairan yang
dicampur dengan air 50 %. Silika fume yang digunakan sebagai bahan
tambahan harus sesusai dengan “spesifikasi untuk silica fume untuk digunakan
pada beton dan mortar – hidrolis “( ASTM C 1240 ). Silika fume bisa digunakan
sebagai pengganti semen, yaitu untuk mengurangi kadar penggunaan semen,
selain itu silica fume juga sebagai bahan tambahan untuk memperbaiki sifat
beton, baik beton segar maupun keras. Untuk beton normal dengan kadar
semen di atas 250 kg/m3, kebutuhan air bertambah dengan ditambahkanya
silica fume. Potensi kekuatan beton dengan campuran silica fume yaitu 3
sampai 5 kali lebih tinggi dari semen Portland per unit massa sehingga untuk
kekuatan yang sama, umur 28 hari memberikan faktor air – semen yang lebih
besar. Panas hidrasi yang dihasilkan juga menjadi 2 kali lebih besar, tetapi
karena potensi kekuatan tinggi, evolusi panas total bisa lebih rendah jika kadar
total semen dikurangi.
17
2.6 Uji kuat lentur beton
Kuat lentur adalah kemampuan suatu balok atau pelat benda uji untuk melawan kegagalan patah ( bending ), yang secara spesifik diuji dengan pembebanan terhadap suatu benda uji ( berbentuk balok ) dengan perletakan beban menggunakan jarak sepertiga dari panjang benda uji. Unsur beton yang terkandung didalamnya ikut berpengaruh dalam menghasilkan kuat lentur yang diinginkan. Pengujian kuat lentur secara normal digunakan untuk menentukan karakteristik perkerasan beton dan hasilnya dinyatakan dalam modulus of rupture. Perhitungan pengujian kuat lentur balok beton yaitu :
1. Bila titik belah terletak pada jarak diantara sepertiga bentang yang ditengah, maka modulus rupture nya yang terjadi adalah :
R=P . Lb d2
Keterangan :
R = Kuat lentur (kg/cm2)
P = Beban yang menyebabkan terbelahnya balok (kg)
L = Jarak diantara 2 titik tumpuan, (cm)
b = Lebar balok ( cm)
d = Tinggi balok (cm)
2. Bila keruntuhan terjadi diluar sepeertiga bentang yang ditengah, tetapi jarak sisanya tidak lebih dari 5 % dari jarak dua tumpuan, maka tegangan lenturnya yaitu :
R=3 P .a
bd2
Keterangan :a = Jarak rata – rata antara titik terbelahnya balok ke titik tumpuan terdekat.
18