TINJAUAN PUSTAKA. riwayat temperatur beton pada umur awal terhadap nilai kuat tekannya.

Transkripsi

1 Prediksi Kekuatan Beton Berbahan Semen Portland Komposit, Pasir Laut Dan Air Laut Menggunakan Metode Kematangan M.W. Tjaronge (1), Rita Irmawaty (1), M. Ikram Herawan (2) ABSTRAK : Penggunaan air laut dan pasir laut sebagai bahan dalam pembuatan beton tetap harus memperhatikan kualitas beton itu sendiri. Salah satu cara mengontrol kualitas beton sedini mungkin dengan menggunakan koefisien faktor pengali kekuatan yang terdapat dalam PBI 1971 untuk mendapatkan dasar kuat tekan umur 28 hari. Kenaikan kekuatan beton dari umur awal hingga umur 28 hari sangat bervariasi. Rasio antara umur awal terhadap umur akhir hanya dipengaruhi oleh satu koefisien nilai maka hasil yang didapatkan menjadi tidak akurat. Penggunaan metode kematangan untuk memprediksi kekuatan beton umur 28 hari dengan menggunakan data temperatur dan kuat tekan beton di umur awal di nilai tepat untuk mengetahui kekuatan beton yang berbahan Semen Portland Komposit, Pasir Laut dan Air Laut. Untuk menguji keakuratan dari hasil persamaan prediksi tersebut, dilakukan penelitian di laboratorium dengan membuat sebanyak 19 sampel yang terdiri dari 15 sampel untuk di uji kuat tekannya dan 4 sampel yang di ukur temperaturnya untuk umur dasar 24 jam. Dari hasil pengujian diperoleh persamaan untuk memprediksi kuat tekan beton dengan umur dasar 24 jam yaitu S M = Sm (log M log m) rentang perbedaan yang diperoleh dari hasil proyeksi pada umur 28 hari adalah 0.995%. Kata kunci: Prediksi, Kuat Tekan, Pasir Laut, Air Laut, Metode Kematangan (1) Pembimbing tjaronge@yahoo.co.jp, Rita_irmaway@yahoo.co.id (2) Mahasiswa ikramherawan17@yahoo.co.id, PENDAHULUAN Di Indonesia terdapat pulau-pulau yang terisolir dan sulit memperoleh air tawar sehingga perlu dipertimbangkan untuk menggunakan air laut sebagai air pencampuran beton. Agregat halus yang digunakan pada campuran beton umumnya berupa pasir sungai, untuk membawanya ke lokasi pulaupulau terpencil akan meningkatkan biaya konstruksi. Salah satu cara mengontrol kualitas beton sedini mungkin yaitu dengan menggunakan koefisien faktor pengali kekuatan yang terdapat dalam PBI 1971 untuk mendapatkan dasar kuat tekan umur 28 hari, selain itu terdapat ketentuan apabila tidak ditentukan dengan percobaan maka untuk keperluan perhitungan-perhitungan kekuatan atau pemeriksaan mutu beton, perbandingan kekuatan beton pada berbagai umur terhadap beton yang berumur 28 hari dapat diambil menurut koefisien[14]. Kenaikan kekuatan beton dari umur awal hingga umur 28 hari sangat bervariasi [9]. Rasio antara umur awal terhadap umur akhir hanya dipengaruhi oleh satu koefisien nilai maka hasil yang didapatkan menjadi tidak akurat [9]. Didasarkan oleh hal tersebut diusulkan penggunaan metode kematangan untuk memperkirakan kekuatan beton umur 28 hari dengan menggunakan data temperatur dan kuat tekan beton di umur awal[9]. Penelitian ini bertujuan menentukan hubungan antara riwayat temperatur beton pada umur awal terhadap nilai kuat tekannya. TINJAUAN PUSTAKA Metode Kematangan Konsep kematangan didasarkan pada kenyataan bahwa peningkatan kekuatan beton bergantung pada tingkat hidrasi beton, dapat diwakili oleh fungsi suhu dalam beton dari waktu ke waktu[5]. Dengan demikian, konsep kematangan memberikan metode dimana kekuatan beton dapat ditentukan tanpa melakukan tes fisik [5]. Kematangan didefinisikan sebagai tingkat hidrasi semen dalam campuran beton yang diukur dengan menghitung sejarah suhu hidrasi. Memperkirakan kekuatan potensial benda uji didasarkan pada kekuatan yang diukur pada umur awal 24 jam atau lebih [17]. Asumsi yang melekat pada metode kematangan adalah bahwa dua sampel beton dengan kematangan yang sama akan memiliki kekuatan yang sama meskipun masing-masing, mungkin telah terpapar pada kondisi perawatan yang berbeda. Ada dua fungsi kematangan yaitu fungsi Nurse-Saul dan fungsi Arrhenius. Nurse-Saul mengasumsikan bahwa laju reaksi kimia dalam peningkatan kekuatan beton linear dengan suhu. Persamaan yang menggambarkan hubungan ini sering disebut sebagai fungsi kematangan Nurse-Saul [3], seperti pada Persamaan (1). M (t) = - ). (1) 1

2 Keterangan : M (t) : faktor temperatur waktu pada umur t (derajat-jam) Δ t : rentang waktu Tn : temperatur beton rata-rata selama rentang waktu Δt ( o C) To : temperatur datum ( o C) Hubungan antara kekuatan umur awal benda uji dan kekuatan yang dicapai pada umur berikutnya dengan perawatan standar tergantung pada bahan yang dikandung dalam beton. Dalam metode ini diasumsikan terdapat hubungan antara kekuatan dan logaritma faktor temperatur-waktu. Pengalaman menunjukan bahwa adanya hubungan ini terjadi untuk umur uji antara 24 jam sampai dengan 28 hari dalam kondisi perawatan standar [17]. Mencari persamaan pendugaan dengan menggunakan rumus ASTM C (Standard Test Method For Measuring Early- Age Compressive Strength and Projecting Later-Age Strength 1 ) dan Standar Nasional Indonesia Metode Pengujian untuk mengukur nilai kuat tekan Beton pada umur awal dan memproyeksikan kekuatan pada umur berikutnya S M = S m + b (log M log m)......(2) Keterangan : S M : kekuatan yang diproyeksikan pada faktor temperatur-waktu M S m : kuat tekan yang ditukar pada faktor temperatur-waktu m b : tangen dari garis hubungan kuat tekan dan faktor temperatur-waktu dalam satuan tekanan (MPa). M : faktor temperature-waktu dalam kondisi pemeliharaan standar m : faktor temperature-waktu pada pengujian awal Material Penyusun Beton Semen Semen Portland komposit merupakan bahan pengikat hidrolis hasil penggilingan bersama-sama terak semen Portland dan gips dengan satu atau lebih bahan anorganik, atau hasil pencampuran antara bubuk semen Portland dengan bubuk bahan anorganik lain. Bahan anorganik tersebut antara lain terak tanur tinggi (blas furnace slag), pazolan, senyawa silikat, batu kapur, dengan kadar total bahan anorganik 6% - 35% dari massa semen portland komposit. Syarat kimia untuk semen Portland komposit kandungan SO3 maksimum 4%, komposisi kimia yang lain sama dengan komposisi kimia semen Portland [15]. Agregat Agregat merupakan komponen beton yang paling berperan dalam menentukan besarnya kekuatan beton. Agregat adalah bahan berbutir, seperti pasir, kerikil, batu pecah dan slag tanur (blast-furnace slag), yang digunakan dengan media perekat untuk menghasilkan beton atau mortar semen hidrolis [16]. Pada beton biasanya terdapat sekitar 60% sampai 80% volume agregat [12]. Sifat agregat bukan hanya mempengaruhi sifat beton, akan tetapi juga mempengaruhi ketahan (durability, daya tahan terhadap kemunduran mutu akibat siklus dari pembekuan-pencairan). Oleh karena agregat lebih murah dari semen maka logis dengan menggunakannya dengan presentase setinggi mungkin. Dengan demikian agregat biasa diatur tingkatannya berdasarkan ukuran dan suatu campuran yang layak terhadap presentase agregat kasar dan agregat halus [20]. Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung, agregat merupakan material granular, misalnya pasir, kerikil, batu pecah, dan kerak tungku pijar yang dipakai bersamasama dengan suatu media pengikat untuk membentuk beton atau adukan semen hidrolik. Agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Pada beton konvensional, agregat menempati 70% sampai 75% dari total volume beton [16]. 1. Agregat Kasar agregat kasar dapat diidentifikasi sebagai kerikil yang merupakan hasil disintegrasi alami batuan atau berupa batu pecah yang dihasilkan oleh industri pemecah batu dan mempunyai ukuran butir antara 5 mm sampai 40 mm [16]. 2. Agregat Halus Agregat halus adalah agregat yang mempunyai ukuran butir terbesar 5 mm. Agregat halus dapat berupa pasir alam sebagai hasil disintegrasi alami batuan atau pasir yang dihasilkan oleh industri pemecah batu [16]. Air Air merupakan bahan dasar pembuat beton yang diperlukan untuk bereaksi dengan semen Portland dan menjadi bahan pelumas antar butir- butir agregat, agar dapat mudah 2

3 dikerjakan (diaduk, dituang dan dipadatkan). Dalam pembuatan beton, air merupakan salah satu faktor penting, karena air dapat bereaksi dengan semen, yang akan menjadi pasta pengikat agregat. Air juga berpengaruh terhadap kuat tekan beton, karena kelebihan air akan menyebabkan penurunan pada kekuatan beton itu sendiri. Air pada campuran beton akan berpengaruh terhadap: 1) Sifat workability adukan beton. 2) Besar kecilnya nilai susut beton. 3) Kelangsungan reaksi dengan semen Portland, sehingga dihasilkan kekuatan selang beberapa waktu. 4) Perawatan keras adukan beton guna menjamin pengerasan yang baik. Air untuk pembuatan beton minimal syarat sebagai air minum yaitu tawar, tidak berbau, bila dihembuskan dengan udara tidak keruh dan lain-lain, tetapi tidak berarti air yang digunakan untuk pembuatan beton harus syarat sebagai air minum. Untuk kasus tertentu seperti pada daerah yang terisolir air tawar atau pada kotakota yang sudah susah memperoleh air bersih, maka tidak menutup kemungkinan air laut dapat digunakan sebagai bahan pencampur beton. Penggunaan air laut dimungkinkan untuk digunakan dengan syarat menggunakan semen campur dan memberikan kekebalan pada baja tulangan atau inhibitor[13]. Pengaruh klorida air laut pada beton Dalam proses hidrasi semen yang bercampur dengan air laut akan mempengaruhi ikatan kimianya dengan membentuk fase baru dalam mikrostruktur beton sehingga mempengaruhi sifat mekanis beton terutama pada durabilitas beton. Serangan klorida merupakan penyebab utama dari kerusakan struktur beton yang berpotensi dalam pembentukan mekanisme karat. Apabila ion klorida yang terkandung dalam air bereaksi dengan semen, maka sebagian produk hidrasi semen akan mengikat ion klorida dalam beton baik melalui pengikatan secara kimiawi maupun melalui adsorbsi secara fisik. Ion klorida yang tidak terikat oleh produk hidrasi akan menjelajah melalui pori-pori beton dan terpenetrasi kedalam lapisan galvanis baja [8]. Ambang batas klorida adalah jumlah dimana klorida terikat sudah mencapai titik maksimum dalam arti bahwa sudah tidak ada lagi unsur atau senyawa dari semen yang dapat mengikat klorida. Ketika konsentrasi klorida berada pada ambang batas tertentu tercapai pada interface penguatan beton, korosi dari besi beton baja mulai bereaksi. Britis Standard dalam Corrosion Science memberikan batas klorida untuk beton bertulang 0,4% dari berat semen[1]. Peranan hidrasi semen dalam pengikatan klorida Parameter paling penting yang mempengaruhi kapasitas pengikatan klorida adalah komposisi dari semen tersebut. Isi C 3 A akan menentukan jumlah fase AFm, sementara jumlah dari C 3 S dan C 2 S dapat dihubungkan dengan jumlah CSH yang diperoleh pada hidrasi [10]. Hidrat utama dari pasta semen adalah C- S-H gel (tobermorite), Ca(OH) 2, Aft (C 3 A. 3CaSO 4.32H 2 O), dan AFm (C 3 A.3CaSO 4.10H 2 O). Dari hidrat, Aft dan Ca(OH) 2 memiliki kapasitas kecil untuk mengikat klorida, C-S-H memiliki permukaan yang sangat besar dan mampu mengikat berbagai macam ion termasuk ion klorida. Selanjutnya, kapasitas pengikatan klorida C-S- H tergantung pada komposisi kimia dan luas permukaan serta jenis larutan klorida dan kondisi eksperimental [11]. Berdasarkan ke dua fase hidrasi yang dapat mengikat klorida yang lebih banyak (CSH dan AFm), memiliki dua mekanisme pengikatan klorida utama yaitu melalui adsorpsi secara fisik dan melalui reaksi kimia. Fase CSH diketahui mengikat klorida melalui penyerapan, sedangkan AFm mengikat klorida melalui reaksi kimia membentuk garam Friedel. Penelitian yang dilakukan oleh M. W. Tjaronge, dkk. (2013 dan 2014) serta penelitian Erni (2014, dan 2015) menunjukkan bahwa pasir laut dan aggregat kasar dari sungai mampu diikat oleh pasta yang terbuat dari air laut dan semen Portlan komposit untuk menghasilkan kuat tekan beton struktural [6,7,8,18,19]. METODOLOGI PENELITIAN Gambar 1 memperlihatkan diagram alir penelitian 3

4 Pemeriksaan Agregat Halus MULAI Dasar Teori dan Jenis Penelitian Penyiapan Alat Pengadaan Material Pemeriksaan Agregat Kasar Memenuhi Spesifikasi Perencanaan Mix Design Pengujian Nilai Slump Pengukuran temperatur dan perawantan benda Uji Pengujian kuat tekan Analisa data Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 1. Diagram alir penelitian Mencari Persamaan Pendugaan Pemeriksaan Air Laut Tidak Tidak 1) Tentukan faktor temperatur-waktu dengan peralatan pencatat kematangan atau dapat dihitung riwayat temperatur beton dengan cara membagi umur ke dalam rentang waktu yang sesuai; temperatur beton rata-rata selama masing-masing rentang waktu dikalikan dengan panjang rentang waktu dan hasilnya dijumlahkan untuk mendapatkan nilai faktor temperaturwaktu atau menggunakan Persamaan ASTM C1074 (Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method 1 ) dan Standar Nasional Indonesia (Metode Pengujian untuk mengukur nilai kuat tekan Beton pada umur awal dan memproyeksikan kekuatan pada umur berikutnya) 2) Siapkan kertas semi-log, 3 siklus dimana sumbu y menyatakan tekanan dan sumbu x (skala logaritma) menyatakan factor temperatur waktu pada waktu pengujian (dimulai dari 100 o C jam dan berakhir pada o C jam. 3) Plot nilai kuat tekan yang diperoleh dari hasil pengujian terhadap factor temperatur-waktu. Gambarkan garis lurus yang mewakili titik-titik yang sudah diplotkan. Garis lurus yang mewakili dapat juga dicari secara menual dengan cara menarik garis melalui titik-titik yang terdekat dengan garis yang akan dibuat, atau alternatif lain yaitu dengan menggunakan analisis regresi. 4) Tentukan nilai b yang merupakan tangen dari garis yang didapat di langkah nomor 3 yaitu jarak vertical antara perpotongan garis dengan permulaan dan akhir dari satu siklus pada sumbu x dibagi dengan jarak siklus tersebut dalam satuan tekanan (MPa). 5) Cari persamaan pendugaan dengan menggunakan rumus pada Persamaan ASTM C (Standard Test Method For Measuring Early-Age Compressive Strength and Projecting Later-Age Strength 1 ) dan Standar Nasional Indonesia (Metode Pengujian untuk mengukur nilai kuat tekan Beton pada umur awal dan memproyeksikan kekuatan pada umur berikutnya) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian kuat tekan mengacu pada SNI 1974:2011( Cara uji kuat tekan beton dengan benda uji silinder ) yang dilakukan pada umur 1, 2, 3, 7, dan 28 hari dengan ukuran diameter 100 mm dan tinggi 200 mm 4

5 masing-masing sebanyak 3 buah seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kuat Tekan Ratarata Beban Kuat Umur Hancur Tekan (hari) (kn) (MPa) Perhitungan Prediksi Kuat Tekan Beton umur dasar 24 jam Perhitungan Kumulatif Faktor Temperatur waktu Dari data hasil pengukuran temperatur di peroleh Kumulatif Faktor Temperatur Waktu pada umur 1 hari (24 jam) sebesar 701,26 C.jam. Faktor Temperatur-Waktu diperoleh berdasarkan persamaan ASTM C1074 (Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method 1 ) Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kumulatif faktor Temperatur-Waktu Waktu ( hari ) Perhitungan Faktor Temperatur- Waktu ( C.jam ) 24 jam x 28,3 C + 701,26 24 jam x 28,3 C ,46 96 jam x 28,3 C , jam x 28,3 C ,46 Kumulatif faktor Temperatur- Waktu ( C.jam ) 1.380, , , ,66 Hubungan antara Kuat Tekan dan Faktor Temperatur-Waktu Hubungan antara Kuat Tekan dan Faktor Temperatur-Waktu dapat dilihat dari garis lurus yang mewakili titik-titik yang telah diplot dan di dapat persamaan dari trandline data = 3,3216ln(x)-16,345 dimana y adalah kuat tekan dan x adalah Faktor Temperatur- Waktu Menentukan nilai Persamaan Pendugaan (Nilai b) Nilai Persamaan Pendugaan ( Nilai b ) merupakan tangen dari garis pendugaan dan merupakan jarak vertikal antara perpotongan garis dengan permulaan dan akhir dari satu siklus dalam sumbu-x dibagi dengan jarak siklus tersebut dalam satuan tekanan. Dengan menggunakan trandline dari hasil hubungan antara kuat tekan dan faktor temperatur-waktu nilai b dapat diketahui, dimana: = 1000 C.jam maka : = 3,3216ln(1000)-16,345 = 6,59 MPa = C.jam maka : = 3,3216ln(10000)-16,345 = 14,25 MPa Sehingga nilai b = - = 14,24 6,59 = 7,65 MPa Perhitungan Kuat Tekan Beton Umur 28 hari dengan Umur Prediksi 24 jam Perhitungan Kuat Tekan Beton umur 28 hari dengan umur dasar 24 jam menggunakan persamaan ASTM C (Standar Test Method For Measuring Early- Age Compressive Strength and Projecting Later-Age Strengt ) = + b( log M log m ) dimana : b = 7,65 MPa m = 701,26 C.jam M = ,66 C.jam = 6,34 MPa maka : = + b( log M log m ) = 6,34 + 7,65(log19.039,66 log701,26) = 17,31 MPa Dari perhitungan diatas diperoleh nilai prediksi kuat tekan beton umur 28 hari dengan umur dasar 24 jam sebesar 17,31 MPa. Sedangkan nilai kuat tekan langsung yang di peroleh di laboratorium sebesar 17,48 MPa. Rentang perbedaan yang diperoleh dari hasil proyeksi pada umur 28 hari adalah : 17,48 MPa 17,31 MPa = 0,17 MPa Persentase perbedaan = x 100% = 0,99% Dengan selisih nilai kuat tekan kurang dari 1 %, maka prediksi kuat tekan dengan metode kematangan memberikan hasil yang memuaskan 5

6 PENUTUP Kesimpulan 1. Hubungan riwayat temperatur dan kuat tekan terhadap kematangan beton mengikuti sebuah fungsi logaritmik dimana nilai kematangan untuk umur dasar 24 jam sebesar 7.65 MPa 2. Dari hasil pengujian untuk beton dengan kuat tekan hancur rata-rata 17 MPa diperoleh persamaan untuk memprediksi kuat tekan beton dengan umur dasar 24 jam ( 1 hari ) yaitu S M = Sm (log M log m) UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini merupakan salah satu dari rangkaian penelitian mengenai penggunaan air laut, pasir laut sebagai material beton yang dikembangkan di Laboratorium Eco Material dan Beton, Jurusan teknik sipil Universitas Hasanuddin. Ucapan terima kasih untuk diskusi-diskusi dari saudara Ir.Hamka MT (mahasiswa Program Studi S3 Teknik Sipil Universitas Hasanuddin ) yang topik penelitian disertasinya adalah tinjauan koefisien kuat tekan pada beton berbahan Semen Portland Komposit, air laut dan pasir laut DAFTAR PUSTAKA 1. Ann, K. Y., Song, H.W Chloride threshold level for corrosion of steel in Concrete Science Direct. 49: ASTM C Standard Specification for Portland Cement 1 3. ASTM C Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method Annual Book of ASTM Standards, West Conshohocken, Pennsylvania. 4. ASTM C Standard Test Method for Measuring Early-Age Compressive Strength and Projecting Later-Age Strength. Annual Book of ASTM Standards, West Conshohocken, Pennsylvania. 5. Carino, N. J. _1991_. The maturity method. CRC handbook on nondestructive testing of concrete, V. M. Malhotra and N. J. Carino eds., Chap. 5, CRC, Boca Raton, Fla., Erniati, M.W. Tjaronge, Rudy Djamaluddin, Victor Sampebulu, Microstructure Characteristics of Self Compacting Concrete using Sea Water, International journal of Applied Engineering Research: Vol 9. Number 22 (2014) pp Erniati, M.W. Tjaronge, Rudy Djamaluddin, Victor Sampebulu, Compressive Strength and Slump Flow of Self Compactig Concrete Uses Fresh Water and Sea Water, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences: Vol 10. Number 6(2015) pp Erniati, M.W. Tjaronge, Rudy Djamaluddin, Victor Sampebulu, Porosity and Microstructure Phase of Self Compacting Concrete Using Sea Water as Mixing Water and Curing, submitted on International Conference on Key Engineering Materials (ICKEM 2015) March 21-23, 2015, it will be published on Advanced Material Research, vol K. W. Day, Concrete Mix Design, Quality Control and Specification 3 rd Edition, London and New York: Taylor & Francis (2006). 10. Marinescu, M.V.A. and Brouwers, H.J.H., Free and Bound Chloride Contents in cementitious materials. June th fib Phd Symposium in Kgs. Lyngby, Denmark. 11. Mien, V. T., Nawa, T. and Chanh, N. V Contributions Of C-S-H And AFm Hydrates To Chloride Binding Isotherms Of Various Cements. The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA. 12. Nawi, Edward. G. Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Jilid I. Bandung: Refika Aditama Otsuki, N., Furuya, D., Saito, T. and Todokoro, Y Possibility of Sea Water as Mixing Water in Concrete. 36th Conference on Our World in Concrete & Structures. Singapore. 14. Peraturan Beton Bertulang Indonesia Bandung : Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan (1971) 15. Standar Nasional Indonesia Semen Portland Komposit. 16. Standar Nasional Indonesia Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung 17. Standar Nasional Indonesia Metode Pengujian untuk mengukur nilai kuat tekan Beton pada umur awal dan memproyeksikan kekuatan pada umur berikutnya 6

7 18. Tjaronge M.W, Hamada. H., R. Irmawaty and Y Sagawa Influence of the Curing Method on Compressive Strength and Porosity of Concrete Mixed With Sea Water, Marine Sand and Fly Ash, The 7th International Conference On Asian and Pasific Coasts, September, Bali, Indonesia. 19. Tjaronge. M.W, Rita Irmawaty, Sakti Adji Adisasmita, Arwin Amiruddin, dan Hartini Compressive Strength and Hydration Process of Self Compacting Concrete (SCC) Mixed with Seawater, Marine Sand, and Portland Composite Cement, Advanced Materials Research. 935(2014): Wang, C.K. dan Salmon, C.G.,Disain Beton Bertulang. Edisi Ke-4, Jilid 1,. Erlangga. Jakarta 7