KUAT LEKAT DAN PANJANG PENYALURAN BAJA POLOS PADA BETON DENGAN CAMPURAN METAKAOLIN,SLAG DAN KAPUR PADAM SEBAGAI PENGGANTI SEMEN The Bond strength and Development Length Of Bar Reinforcement Of Concrete With Metakaolin, Slag and Lime Mixture as Part OF Cement Replacement SKRIPSI Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : RACHMAN HARI MAJIDI NIM. I 1 1 08546 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2009
KUAT LEKAT DAN PANJANG PENYALURAN BAJA POLOS PADA BETON DENGAN CAMPURAN METAKAOLIN, SLAG DAN KAPUR PADAM SEBAGAI PENGGANTI SEMEN The Bond strength and Development Length Of Bar Reinforcement Of Concrete With Metakaolin, Slag and Lime Mixture as Part OF Cement Replacement SKRIPSI Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : RACHMAN HARI MAJIDI NIM. I 1 1 08546 Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas TeknikUniversitas Sebelas Maret Persetujuan Dosen Pembimbing Dosen Pembimbing I Kusno Adi Sambowo, ST, PhD NIP. 19691026 199503 1 002 Dosen Pembimbing II Ir.A. Mediyanto, MT NIP. 19620118 199512 1 001.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan keselamatan, rahmat dan barokah untuk semua umat-nya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul KUAT LEKAT DAN PANJANG PENYALURAN BAJA POLOS PADA BETON DENGAN CAMPURAN METAKAOLIN, SLAG DAN KAPUR PADAM SEBAGAI PENGGANTI SEMEN. Penyusunan skripsi yang masih jauh dari sempurna ini sangat memberi pengalaman berharga bagi penulis. Semoga dengan terselesaikannya skripsi ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan khususnya bagi kalangan Teknik Sipil dan bagi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada umumnya. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak maka rasanya sulit mewujudkan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terimakasih kepada : 1. Segenap pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Segenap pimpinan Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Kusno Adi Sambowo, ST, PhD selaku dosen pembimbing I. 4. Bapak Ir. Mediyanto, MT selaku dosen pembimbing II. 5. Ibu Ir. Endang Rismunarsi, selaku dosen pembimbing akademis. 6. Tim penguji pendadaran skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. 7. Segenap staf Laboratorium Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. 8. Segenap staf pengajar pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. 9. Keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan moral dan material. vi
10. Rekan-rekan mahasiswa angkatan 1996 sampai 2008 Jurusan Teknik Sipil Non reguler Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 11. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 12. Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan bagi penulis pada khususnya. Surakarta, Juni 2009 Penyusun vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN... ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL... DAFTAR LAMPIRAN... i ii iii iv v vi viii xii xiv xv xviii BAB 1. PENDAHULUAN... 1.1. Latar Belakang Masalah... 1.2. Rumusan Masalah... 1.3. Batasan Masalah... 1.4. Tujuan Penelitian... 1.5. Manfaat Penelitian... 1 1 2 3 4 4 BAB 2. LANDASAN TEORI... 2.1. Tinjauan Pustaka... 2.2. Landasan Teori... 2.2.1. Definisi Beton... 2.2.2. Materi pembentuk Beton... a. Semen... b. Agregat Halus... c. Agregrat Kasar... 5 5 8 8 8 8 9 10 viii
d. Air... 2.2.3 Seman Replika... a. Metakaolin... b. Slag... c. Kapur Padam... d. Aktivator... 2.2.4. Baja Tulangan... 2.2.5. Kuat Tekan Beton..... 2.2.6. Kuat Lekat... 2.2.7. Panjang Penyaluran Beton..... BAB 3. METODE PENELITIAN..... 3.1. Uraian Umum... 3.2. Tempat dan Waktu Penelitian... 3.3. Benda Uji Penelitian... 3.4. Tahap dan Prosedur Penelitian... 3.5. Alat-Alat yang Digunakan... 3.6. Perancangan Campuran Semen Replika... 3.7. Perancangan Campuran Beton... 3.8. Standar Penelitian dan Spesifikasi Bahan Dasar... 3.8.1. Standar Pengujian Terhadap Agregat Halus... 3.8.2. Standar Pengujian Terhadap Agregat Kasar... 3.9. Pengujian Bahan Dasar Beton... 3.9.1. Pengujian Agregat Halus... a. Pengujian Kadar Zat Organik Agregat Halus... b. Pengujian Kadar Lumpur Agregat Halus... c. Pengujian Specific Gravity Agregat Halus... d. Pengujian Gradasi Agregat Halus... 3.9.2. Pengujian Agregat Kasar... a. Pengujian Abrasi Agregat Kasar... c. Pengujian Specific Gravity Agregat Kasar... d. Pengujian commit Gradasi to Agregat user Kasar... 11 12 12 15 17 19 19 21 21 23 27 27 27 27 28 31 32 32 33 33 34 34 34 34 35 37 38 39 39 40 42 ix
3.10. Pengujian Baja Tulangan... 3.11. Pembuatan Benda Uji... 3.12. Pengujian Nilai Slump... 3.13. Perawatan (Curing) Benda Uji... 3.14. Pengujian Kuat Desak... 3.15. Pengujian Kuat Lekat... 3.16. Analisis Data dan Pembahasan... 3.16.1. Analisis Regresi... 3.16.2. Uji Normalitas Pengujian Nilai Slump... BAB 4. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 4.1. Hasil Pengujian Bahan Dasar... 4.1.1. Hasil Pengujian Agregat Halus... 4.1.2. Hasil pengujian Agregat Kasar... 4.2. Hasil Hitungan Rancang Campur Beton... 4.3. Hasil Pengujian Nilai Slump... 4.4. Hasil Pengujian Benda Uji... 4.4.1. Hasil Pengujian Kuat Desak... 4.4.2. Hasil Pengujian Baja Polos... 4.4.3. Hasil Pengujian Kuat Lekat... 4.4.4. Hasil Panjang Penyaluran... 4.5. Hasil Pengujian Normalitas... 4.6. Pembahasan... a. Kuat Lekat... b. Panjang Penyaluran... c. Grafik dan Tabel hubungan semen replika A dengan Kuat desak, Kuat lekat, Panjang penyaluran... d. Grafik hubungan Kuat lekat dengan Panjang penyaluran semen replika A... e. Grafik hubungan antara % semen replika A dengan Kuat desak, Kuat lekat, Panjang penyaluran... f. Grafik dan commit Tabel hub. to user semen replika B dengan Kuat 43 44 45 45 46 46 47 47 49 51 51 51 53 54 55 57 57 61 61 79 81 82 82 83 83 85 86 x
desak, Kuat lekat, Panjang penyaluran... g. Grafik hubungan Kuat lekat dengan Panjang penyaluran semen replika B... h. Grafik hub. antara % semen replika B dengan Kuat desak, Kuat lekat, Panjang penyaluran... BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN... 5.1. Kesimpulan... 5.2. Saran... 89 91 92 96 96 98 DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN xiv xi
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Beton banyak dipakai secara luas sebagai bahan bangunan. Bahan tersebut diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air dan agregat pada perbandingan tertentu. Kemajuan teknologi beton ini diperoleh karena semakin banyaknya penggunaan beton dalam suatu pembangunan konstruksi. Kebutuhan beton yang semakin banyak dikarenakan kelebihan-kelebihan dari beton yaitu relatif murah dibanding dengan bahan konstruksi lain, mudah dalam pengerjaan dan perawatannya, mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan, tahan terhadap perubahan cuaca serta tahan terhadap korosi dan lebih tahan api. Seperti yang telah kita ketahui, kebutuhan akan beton akan selalu bertambah, hampir setiap bangunan terutama pada bangunan gedung sangat banyak menggunakan beton. Hal tersebut akan mengakibatkan bertambahnya kebutuhan semen sebagai salah satu bahan utama pembentuk beton yang ketersediaannya di alam masih sangat terbatas. Oleh karena itu perlu kiranya dicari bahan-bahan alternatif pengganti semen yang memenuhi persyaratan teknis dan ekonomis, sehingga kekurangan bahan berupa semen dapat diatasi lebih dini. Metakaolin, slag dan kapur padam, merupakan bahan bahan yang dapat dijadikan sebagai bahan baku pembuatan semen replika. Kapur padam dan metakaolin masih banyak tersedia di alam dan belum digunakan secara maksimal. Sedangkan slag diperoleh dari limbah pengecoran logam yang sudah tidak dapat digunakan lagi, slag adalah lime, silica dan alumina yang bereaksi pada temperatur 1600 0 C, dan berbentuk cairan. Bila cairan didinginkan cara berlahan akan mengkristal yang bisa
2 digunakan untuk agregat, dan apabila didinginkan secara mendadak akan membentuk granulated glass yang sangat reaktif, yang cocok untuk pembuatan semen slag. Untuk menambah daya kerekatan kapur padam dan slag digunakan metakaolin yang banyak mengandung SiO 2 (54,64 %) dan Al 2 O 3 (42,87 %) yang merupakan unsur utama pembentuk semen sehingga nantinya dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen. Metakaolin terbentuk dari hasil pembakaran mineral kaolin pada kisaran suhu 450 0 C 900 0 C, dan metakaolin akan terbentuk secara sempurna pada kisaran suhu 700-800 0 C (RMC Group, 1996). Metakaolin adalah suatu produk pemanasan kaolin. Metakaolin dapat memperbaiki struktur pori-pori beton, karena metakaolin berfungsi sebagai bahan pengisi pori. Metakaolin mengurangi volume pori-pori ukuran kapiler (0,05 10 µm) yang secara normal berhubungan dengan permeabilitas. Metakaolin dapat menekan reaksi alkali-silika dan mengurangi penetrasi clorida sehingga resiko terjadi korosi pada beton yang bersentuhan langsung dengan clorida berkurang. Karena efek keuntungan pada kualitas pasta semen, metakaolin meningkatkan kuat tekan pada umur 28 hari. Daya tahan terhadap abrasi juga meningkat dengan penggunaan metakaolin. Ditinjau dari unsur-unsur yang ada yang terkandung dalam slag, kapur padam, metakaolin dapat digunakan sebagai bahan pengganti semen, dan pengujian ini di fokuskan pada pengaruh bahan-bahan tersebut dalam prosentase tertentu diharapkan didapat semen replika yang bisa memenuhi syarat struktur beton ditinjau dari Kuat lekat dan panjang penyaluran.
3 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Berapa Kuat lekat dan panjang penyaluran beton dengan campuran metakaolin, slag dan kapur padam sebagai pengganti semen? 2. Bagaimana kadar komposisi yang tepat, sehingga dihasilkan semen replika yang memenuhi standar terhadap nilai Kuat lekat dan panjang penyaluran beton? 1.3 Batasan Masalah Untuk membatasi objek penelitian supaya tidak melebar terlalu jauh, dan memberikan langkah langkah yang sistematis, maka penelitian ini dibatasi oleh hal hal sebagai berikut : 1. Metakaolin dibuat dari kaolin dengan perlakuan panas 450 ºC - 900 ºC pada temperatur tetap selama 6 jam. 2. Variasi penggantian kadar semen dengan campuran metakaolin, slag dan kapur padam (semen replika) sebesar 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%. 3. Perbandingan metakaolin, slag dan kapur padam adalah 4:5:1, dan 1:1:1 4. Aktivator yang digunakan adalah Sodium Karbonat (Na 2 CO 3 ). 5. Perbandingan semen replika dengan activator adalah 1: 0,05. 6. Baja tulangan yang digunakan untuk pengujian Kuat lekat dan panjang penyaluran beton adalah baja tulangan polos dengan diameter 12 mm. Penancapan pada silinder beton sepanjang 15 cm. 7. Semen yang digunakan adalah semen tipe I. 8. Umur beton pengujian adalah umur 28 hari. 9. Benda uji untuk pengujian kuat Lekat dan panjang penyaluran berupa silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. 10. Reaksi kimia yang timbul akibat pengurangan semen tidak dibahas lebih mendalam.
4 11. Adukan yang di hasilkan dianggap homogen. 1. Pengujian yang dilakukan adalah uji bahan dasar, pengujian nilai slump, uji Kuat lekat dan Panjang penyaluran beton. 2. Jumlah masing masing sampel adalah 4 buah. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh campuran metakaolin, slag dan kapur padam sebagai bahan pengganti semen terhadap Kuat lekat dan Panjang penyaluran beton yang dihasilkan 1.5 Manfaat Penelitian 1.5.1 Manfaat teoritis: 1. Memberikan kontribusi bagi perkembangan ilmu bahan struktur. 2. Menambah pengetahuan tentang beton terutama penggunaan campuran metakaolin, slag dan kapur padam sebagai bahan pengganti semen. 3. Menambah pengetahuan tentang beton ditinjau dari parameter pengujian kuat lekat dan panjang penyaluran beton. 1.5.2. Manfaat praktis: 1. Diharapkan akan di hasilkan bahan alternatif pengganti semen yang memenuhi standar teknis dan ekonomis. 2. Dapat memberikan solusi terhadap pemanfaatan bahan lokal dan limbah yang melimpah.
5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Pozzolan adalah bahan alam atau buatan yang sebagian besar terdiri dari unsur-unsur silikat dan atau aluminat yang reaktif (Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesia, PUBI-1982). Pozzolan sendiri tidak mempunyai sifat semen, tetapi dalam keadaan halus (lolos ayakan 0,21 mm) bereaksi dengan air dan kapur padam pada suhu normal (24-27ºC) menjadi suatu massa padat yang tidak larut dalam air. (Kardiyono Tjokrodimuljo, 1996) Metakaolin (MK) sebagai salah satu jenis pozzolan, ukuran rata-rata partikelnya lebih kecil daripada ukuran rata-rata partikel semen. MK akan bekerja mengisi ruang antar butiran semen, sehingga secara fisik memperkuat ikatan antar partikel. Sebagai tambahan MK itu sendiri akan bereaksi secara optimal dengan kristal kalsium hidroksida menghasilkan kalsium silikat dan kalsium aluminat hidrat. (Kusno Adi Sambowo, 2002) Lekatan yang baik serta kesamaan koefisien muai merupakan suatu alasan utama bahwa beton dan baja tulangan adalah kombinasi teknis yang baik. Kerja sama kedua material ini, masing-masing melaksanakan fungsi yang paling sesuai yaitu baja melawan tegangan tarik dan beton melawan tegangan tekan (Vis, 1993) Salah satu anggapan yang digunakan dalam perancangan dan analisa struktur beton bertulang ialah bahwa ikatan antara baja dan beton yang mengelilinginya berlangsung sempurna tanpa terjadi pergeseran. Berdasarkan atas anggapan tersebut dan juga sebagai akibat lebih lanjut, pada waktu komponen struktur beton bertulang bekerja 5
6 menahan beban akan timbul tegangan lekat yang berupa shear interlock pada pemukaan singgung antara batang tulangan dengan beton (Istimawan Dipohusodo, 1994) Ikatan efektif antara beton dan tulangan mutlak perlu, karena penggunaan secara efisien kombinasi baja dan beton tergantung pada pelimpahan tegangan beton pada baja. Kuat ikatan atau pengukuran efektivitas kuatnya pegangan antara beton dan baja, paling baik ditentukan sebagai tegangan yang ada. Terjadinya pergelinciran yang sangat kecil, ikatan awal ditahan oleh adhesi (daya pelekatan dua buah benda yang berlainan jenis), tetapi setelah pergelinciran dimulai maka adhesi hilang dan ikatan yang berikutnya ditahan oleh ketahanan terhadap geseran secara mekanik.(l.j. Murdock dan K.M. Brook, 1991). Menurut (E. G. Nawy, 1996), Beton Mutu Tinggi (High Strength Concrete) adalah beton dengan kuat tekan yang lebih besar dari 6000 psi atau 42 MPa pada umur 28 hari Menurut (L. Wahyudi dan Syahril A. Rahim, 1999), Pada umumnya beton mutu tinggi dengan f c > 40 MPa memiliki sifat-sifat sebagai berikut : Kandungan semen tinggi Rasio air-semen rendah Penggunaan agregat yang mutunya lebih kuat Agregat berkadar air rendah Penggunaan material pozzolan : fly ash, silicafuem dan lain sebagainya Faktor yang mempengaruhi beton mutu tinggi adalah interaksi antara dua fase yaitu agregat dan mortar. Adanya peretakan-mikro dalam (internal microcracking) yang dimulai dengan terjadinya retak-ikatan (bond crack) antara agregat dan mortar yang berkembang dan menjalar dengan bertambahnya tegangan.
7 Pada beton mutu tinggi, jumlah retak-mikro ikatan lebih sedikit karena sifat kompatibilitas kekuatan dan sifat elastis agregat dengan mortar yang lebih baik dan makin tingginya kekuatan lekatan tarik (tensile bond stress). Kekuatan terhadap beban tetap lebih tinggi, Hubungan tegangan-regangan linear mencapai prosentase yang lebih tinggi terhadap kekuatan beton dibanding dengan beton normal.(wahyudi dan Syahril A. Rahim, 1999) Beton pada dasarnya adalah campuran dari dua bagian yaitu agregat dan pasta. Pasta terdiri dari semen Portland dan air, yang mengikat agregat ( pasir dan kerikil/batu pecah ) menjadi suatu massa seperti batuan, ketika pasta tersebut mengeras akibat reaksi kimia antara semen dan air. ( Paulus, 1989 : 5 ) Jika semen Portland dicampur dengan air, maka komponen kapur dilepaskan dari senyawanya. Banyaknya kapur yang dilepas ini sekitar 20% dari berat semen. Kondisi terburuknya adalah terjadi pemisahan struktur yang disebabkan oleh lepasnya kapur dari semen. Situasi ini dapat dicegah dengan suatu mineral silika seperti pozzolan. Mineral yang ditambahkan ini bereaksi dengan kapur bila ada uap air membentuk bahan padat yang kuat yaitu kalsium silikat ( Nawy, 1990:17 ) Bahan kombinasi beton bertulang dimungkinkan karena adanya beberapa sifat yang baik yaitu kerjasama antara beton dengan baja tulangan. Sifat yang paling penting adalah beton dan baja mempunyai tegangan lekat dan tegangan luncur yang sangat besar. Tegangan lekat ditempat kontak baja dan beton. Jika tegangan lekat melebihi harga batas, besi akan berubah tempat atau bergeser. Perubahan ini menimbulkan tegangan luncur yang ingin menahan pergesara (Rossena, 1954:30 ) Salah satu dasar anggapan yang digunakan dalam perancangan dan analisis struktur beton bertulang ialah bahwa ikatan antara baja dan beton yang mengelilingnya berlangsung sempurna tanpa terjadi penggelinciran atau pergeseran. Berdasarkan atas anggapan tersebut dan sebagai akibat lebih lanjut pada waktu komponen struktur
8 beton bertulang bekerja menahan beban akan timbul teganagn lekat yang berupa shear interlock pada permukaan singgung antara batang tulangan dengan beton ( Istimawan, 1994:181 ) 2.2 LANDASAN TEORI 2.2.1 Pengertian beton Beton adalah batuan buatan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air, agregat halus dan agregat kasar serta dengan atau tanpa bahan tambahan dengan perbandingan tertentu. Campuran tersebut bila dituang ke dalam cetakan kemudian dibiarkan, maka akan mengeras seperti batuan. 2.2.2 Materi pembentuk beton a. Semen portland Semen adalah bahan pengikat yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker ( bahan ini terutama terdiri dari bahan bahan silikat yang bersifat hidrolis ), dengan batu gips sebagai bahan tambahan. Dalam beton semen berfungsi untuk merekatkan butir butir agregat agar terjadi suatu massa yang kompak dan padat. Tabel 2.1. Unsur semen Porland Oksida % Kapur ( Cao) Silika ( SiO2) Alumunia (Al2O3) Besi ( Fe2O3) Magnesia ( MgO) Sulfur (SO3) Soda Potash ( Na2O+K2O) 60-65 17-25 3-8 0,5-6 0,5-4 1-2 0,5-1 (Sumber: Kardiyo Tjokrodimulyo 1996:6)
9 Namun demikian pada dasar nya ada 4 unsur yang paling menentukan yaitu: 1. Trikalsium Silicate (C3S) Senyawa ini mengalami hidrasi sangat cepat disertai pelepasan sejumlah besar panas, menyebabkan pengerasan awal, kurang tahan terhadap agresi kimiawi, yang paling menonjol adalah mengalami desintregasi oleh sulfat air tanah dan juga kemungkinan yang sangat besar terjadi retakretak karena perubahan volume. 2. Dicalsium Silicate (C2S) Formasi senyawa ini berlangsung perlahan dengan pelepasan panas lambat. Senyawa ini berpengaruh terhadap proses peningkatan kekuatan terjadi pada umur 14 hari sampai dengan 28 hari dan seterusnya. Dengan kadar C2S banyak maka akan memiliki ketahanan terhadap agresi kimiawi yang relatief tinggi. 3. Tricalsium Aluminat (C3A) Senyawa ini mengeras dalam beberapa jam dengan melepas sejumlah panas.kuantitas yang terbentuk dalam ikatan menentukan pengaruhnya terhadap kekuatan beton pada awal umurnya terutama dalam 14 hari pertama. 4. Tetracalsium Alumunium Alumunoferit (C4AF) Senyawa ini kurang penting karena tidak tampak pengaruhnya terhadap kekuatan dan sifat-sifat semen keras lainnya. C4AF hanya berfungsi untuk menyepurnakan reaksi pada dapur pembakaran pembentukan semen. b. Agregat Halus Agregat halus adalah pasir alam sebagian hasil desintegrasi dari batu batuan atau pasir buatan yang dihasilkan oleh pemecah batu, dimana butirannya terdiri dari butiran sebesar 0,15 mm sampai 5 mm.( Kardiyo Tjokrodimulyo 1996 : 13) Pasir di dalam campuran beton sangat menentukan dalam hal kemudahan pengerjaan (Workability), kekuatan ( Strenght) dan tingkat keawetan(durability) dari beton yang
10 dihasilkan. Oleh karena itu, pasir sebagai agregat halus harus benar-benar memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan. Tabel 2.2. Batas Susunan Agregat Halus Saringan Ukuran Lolos Saringan 3/8 9.5mm 100 No.4 4.75mm 90-100 No.8 2.38mm 80-100 No.30 0.595mm 25-65 No.50 0.297mm 10-30 No.100 0.149mm 5-10 No.200 0.074mm 5 Sumber : PBI 1971 NI-2-1971 c. Agregat Kasar Agregat kasar menempati 70-71% dari total volume beton, maka kualitas agregat kasar sangat mempengaruhi kualitas beton, Bentuk tekstur dan gradasi agregat mempengaruhi kelecakan, pengikatan dan pengerasan pada kondisi beton segar, sedang sifat fisik, kimia dan mineral mempengaruhi kekuatan, kekerasan dan ketahanan pada saat beton keras.(istiawan Dipohusodo,1994:5) Maksud penggunaan agregat kasar dalam adukan beton adalah untuk mengurangi terjadinya penyusutan pada pengerasan beton, menghemat penggunaan semen, serta memberikan kekuatan dan perkerasan pada beton. Selain itu bila gradasi yang dimiliki agregat kasar yang baik akan didapat beton yang padat dan kompak.
11 Tabel 2.3. Batas Susunan Agregat Kasar Saringan Ukuran Lolos Saringan 2 in 50 mm 100 1,5 in 38 mm 95-100 3/4 in 19 mm 35-70 3/8 in 9,5 mm 19-30 No. 4 4,75 mm 0-5 Sumber : PBI 1971 NI-2-1971 d. Air Air dalam dunia konstruksi merupakan bahan yang penting, dalam beton sendiri air dibutuhkan baik saat beton maíz dalam keadaan segar ataupun saat beton telah mengeras. Pada saat pembuatan beton, air mempunyai dua fungsí yang pertama adalah untuk bereaksi dengan semen dan menyebabkan terjadinya pengikatan antara pasta semen dengan agregat dan yang kedua adalah air untuk bahan pelumas antara batir-butir agregat agar mudah untuk dikerjakan dan dipadatkan. Sedangkan pada saat beton telah mengeras, airdigunakan untuk curing (perawatan). Air untuk campuran beton tidak boleh mengandung lumpur dan senyawa-senyawa yang berbahaya misal sulfat, florida, garam, minyak, gula atau bahan-bahan kimia lain, karena hal tersebut dapat menurunkan mutu beton. 2.2.3. Semen Replika Semen replika adalah istilah untuk material pengganti semen atau semen tiruan yang diharapkan mempunyai perilaku sama seperti semen Portland biasa. Semen replika dalam proses hidrasi juga membutuhkan air dalam menjalankan fungsinya sebagai bahan pengikat antara agregat sehingga diharapkan menghasilkan beton layaknya memakai semen partlad biasa.
12 Material-material yang digunakan dalam pembuatan semen replika secara teknis dan ekonomis harus dapat memenuhi persyaratan sebagai pengganti semen. Bahan pembentuk semen replika adalah metakaolin, slag dan kapur padam. a. Metakaolin Metakaolin terbentuk dari hasil pembakaran mineral kaolin pada kisaran suhu 450 0 C 900 0 C, dan metakaolin akan terbentuk secara sempurna pada kisaran suhu 700-800 0 C (RMC Group, 1996). Metakaolin adalah suatu produk pemanasan (kalsinasi) kaolin. Tabel 2.4. Komposisi Kimia Kaolin Senyawa Kadar SiO 2 70,60% Al 2 O 3 17,44% Fe 2 O 3 0,38% CaO 2,33% H 2 O 1,85% Na 2 O 2,19% K 2 O 0,60% MgO 0,81% MnO 0,22% TiO 2 0,17% HD 3,53% Sumber : Dinas Pertambangan DIY
13 Proses kalsinasi kaolin menjadi metakaolin menurut reaksi kimia : panas Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Al 2 O 3 2.SiO 2 + 2H 2 O (kaolin) (metakaolin) (air) Metakaolin dapat memperbaiki struktur pori-pori beton, karena metakaolin berfungsi sebagai bahan pengisi pori. Metakaolin mengurangi volume pori-pori ukuran kapiler (0,05 10 µm) yang secara normal berhubungan dengan permeabilitas. Metakaolin dapat menekan reaksi alkali-silika dan mengurangi penetrasi clorida sehingga resiko terjadi korosi pada beton yang bersentuhan langsung dengan clorida berkurang. Karena efek keuntungan pada kualitas pasta semen, metakaolin meningkatkan kuat tekan pada umur 28 hari. Daya tahan terhadap abrasi juga meningkat dengan penggunaan metakaolin. Reaksi metakaolin pada beton saat semen portland bereaksi dengan air, maka hasil utama dari proses tersebut adalah C S H (Calsium Silicate Hydrates), yang merupakan bahan stabil yang membentuk kekerasan, kekuatan dan keawetan dari susunan semen pada beton. Pada proses tersebut juga terbentuk Ca(OH) 2 atau kapur yang berbentuk kristal. Dalam jangka panjang kapur dalam beton cenderung melemahkan karena kapur mudah larut dalam air dan mudah bereaksi dengan asam sulfat. Material pozzolan yang mengandung partikel silika yang akan bereaksi dengan kapur saat proses hidrasi akan mengurangi efek merugikan dari kapur yang ada dibeton. Karena metakaolin adalah pozzolan yang Pengaruh metakaolin pada kuat tekan beton. Beberapa penelitian tentang pengaruh metakaolin terhadap kuat tekan beton telah dilakukan dibeberapa negara Eropa dan Asia yang menggunakan metakaolin dari negara masing-masing. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh RMC Group, 1996, menggunakan metakaolin Inggris diperoleh kuat tekan yang dicapai oleh beton
14 pada umur 28 hari dengan persentase penggantian metakaolin 5-10%, meningkat bila dibanding dengan beton normal. Penelitian P.A.M Basheer, 1999, menggunakan metakaolin dari Inggris pada berbagai nilai faktor air semen dan persentase penggantian semen kemudian didapat bahwa beton dengan metakaolin mempunyai kuat tekan lebih tinggi. Dari penelittian-penelitian tersebut dapat diidentifikasikan beberapa faktor dasar yang mempengaruhi peranan metakaolin dalam kekuatan beton. Pertama sebagai pengisi (filler effect) yang mempercepat hidrasi semen pada 24 jam pertama. Kedua reaksi pozzoland (pozzolanic reaction), yang mempunyai efek maksimum pada 7-14 hari pertama untuk persentase metakaolin 5%-30%. Tingkat dimana perolehan kekuatan yang meningkat akan berkurang setelah 14 hari, walaupun perolehan kekuatan setelah 90 hari masih ada. Beberapa penelitian juga menemukan hal sama pada mortar dengan 15% metakaolin dimana perolehan kekuatan berlanjut setelah 180 hari. Selain itu suhu pada saat perawatan (curing) juga berpengaruh terhadap perkembangan kekuatan beton. B.B. Sabir (2001) mengemukakan bahwa pada beton dengan metakaolin sampai 15%, curing pada suhu 50 0 C akan menghasilkan kekuatan awal (7 hari) yang meningkat dibanding dengan curing pada suhu 20 0 C. Kadar optimum penggantian semen dengan metakaolin pada beton dengan fas 0,35 dan curing suhu 20 0 C adalah 10%. Kadar ini akan dikurangi sekitar 5% untuk beton dengan perawatan pada suhu 50 0 C dan fas 0,45. sangat reaktif maka kandungan Calcium Hidroxide (Ca(OH) 2 ) dibeton akan dihilangkan.
15 Tabel 2.5. Komposisi kimia Metakaolin Oksida % Kapur ( Cao) Silika ( SiO2) Alumunia (Al2O3) Besi ( Fe2O3) Magnesia ( MgO) Na2O K2O 1.90 73.35 15.74 4.28 0.48 1.60 1.35 (Sumber: Laboratorium Kimia Analitik Fak.MIPA UGM, DIY) b. Slag Slag diperoleh dari limbah pengecoran logam yang sudah tidak dapat digunakan lagi, slag adalah lime, silica dan alumina yang bereaksi pada temperatur 1600 0 C, dan berbentuk cairan. Bila cairan didinginkan cara berlahan akan mengkristal yang bisa digunakan untuk agregat, dan apabila didinginkan secara mendadak akan membentuk granulated glass yang sangat reaktif, yang cocok untuk pembuatan semen slag. Slag adalah kerak yang berasal dari bahan sisa dari pembuatan besi (pig iron), dimana prosesnya memakai dapur tanur (furnance) yang bahan bakarnya dari udara yang ditiupkan (blast) yang dihasilkan oleh industri besi dan baja (blast furnance slag). Yang membedakan antara ladle slag dengan slag yang umumnya biasa digunakan (melt down slag), selain ukurannya yang halus adalah proses terbentuknya ladle slag itu sendiri. Jika pada melt down slag terbentuk dari proses pertama yaitu proses peleburan besi baja, di mana besi-besi bekas dan biji besi dilebur menjadi satu dan menghasilkan terak pertama yang disebut melt down slag. Kemudian besi bekas dan biji besi yang telah mengalami proses peleburan tersebut diproses kembali yaitu proses pemurnian di mana pada proses pemurnian ini ditambah gamping, karbid dan flour spar sehingga menyisakan terak yang kedua yang disebut ladle slag, yang berbentuk butiran yang sangat halus. Mula-mula ladle slag terdiri dari FeO 2, SiO 2 dan
16 CaO dalam kadar rendah. CaO dan SiO 2 mempunyai titik leleh terendah yaitu 1713 0 K dan 1709 0 K (1440 0 C dan 1436 0 C). Komposisi tersebut mulai berubah saat pencairan CaO dan SiO 2. Cairan Dolomite (CaMg) CO 2 dan Flour Spar (CaF 2 ) ditambahkan untuk menurunkan suhu pencairan slag. (Pancoworo dan Wijanarko, 1998). Menurut data yang diperoleh dari PT. Ispat, pabrik pengolah besi di Surabaya, komposisi kimia ladle slag jika dirata-ratakan selama periode januari sampai dengan september 2001 dan dibandingkan dengan kandungan yang sama pada melt down slag dalam periode yang sama dapat dilihat dalam tabel 2.7 sebagai berikut : Tabel 2.6. Perbandingan Melt Down Slag dan Ladle Slag Senyawa Ladle Slag Melt Down Slag CaO SiO2 MgO Sumber : PT. Ispat Indo 57,05 % 26,14 % 7,37 % 31,04 % 13,55 % 5,93 % Unsur CaO dan SiO 2 adalah unsur yang berpengaruh pada campuran beton, baik itu sebagai beton normal ataupun beton sebagai akibat penambahan suhu. Dalam hal ini CaO bebas dalam campuran beton akan bereaksi dengan air selama proses hidrasi. Reaksi Kimia yang terjadi adalah sebagai berikut : ^ CaO + H 2 O Ca (OH) 2 ^ Ca (OH) 2 + SiO 2 + H 2 O CaO.SiO 2.2H 2 O (CSH) Dapat dijabarkan sebagai berikut : 1. Saat kapur (CaO) bereaksi dengan air akan menghasilkan kapur yang berbentuk kristal (Ca (OH) 2, Calcium Hidroxite) yang mempunyai volume besar sehingga menyebabkan beton mengembang.
17 2. Kemudian SiO 2 (mempunyai sifat sangat reaktif) dalam campuran beton akan menginkat Ca (OH) 2 tersebut dan membentuk Calsium Cilicate Hydrate (CSH atau CaO.SiO 2,2H 2 O) yang bersifat padat. 3. Selain itu mengapa slag bila dicampur dengan air akan mengeras. Hal ini kerena slag mengandung silika amorf yang membentuk senyawa kalsium hidroksilikat. 4. Untuk mempercepat proses pengikatan awal, didalam campuran adukan beton tersebut ditambahkan aktivator Na 2 CO 3. Dalam penelitian ini akan dicoba pemaanfaatan sisa pembakaran dari bijih baja yang berupa slag baja sebagai salah satu bahan dalam semen replika untuk pengganti semen dengan persentase tertentu di dalam beton. Yang nantinya juga akan diberikan semacam aktivator sebagai zat yang akan berfungsi sebagai peningkat kecepatan slag untuk reaktif terhadap unsur-unsur pembentuk beton sehingga menjadi sebuah campuran beton. Tabel 2.7. Komposisi kimia Slag Oksida % Kapur ( Cao) 7.81 Silika ( SiO2) 46.83 Alumunia (Al2O3) 14.28 Besi ( Fe2O3) 4.87 Magnesia ( MgO) 23.66 Na2O 2.18 K2O 0.32 (Sumber: Laboratorium Kimia Analitik Fak.MIPA UGM, DIY) c. Kapur Padam Kapur Padam berasal dari batuan yang sebagian besar terdiri dari mineral kalsit atau Batu kapur (CaCO 3 ), Batu kapur baik yang berwarna putih atau keabu abuan