Kuat Lentur Beton Yang Menggunakan Air Laut, Pasir Laut Dan Semen PCC M.W. Tjaronge (1), Rita Irmawaty (1), Ivany Cicilia Marthin (2) ABSTRAK : Beton adalah campuran agregat kasar, agregat halus, semen, dan air, dengan atau tanpa bahan campuran tambahan. Menurut Geosystem an Introduction to Physical Geology pada tahun 2003, volume air di muka bumi sebesar 1.386 km 3, dari jumlah tersebut 97% adalah air laut dan 3% adalah air tawar. Dengan minimnya air tawar yang dapat dikonsumsi, National Geographic memprediksi hingga tahun 2025 ada 1,8 milyar orang yang bermukim di daerah yang langka air Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kuat lentur beton dengan menggunakan air laut, pasir laut dan semen PCC. Material yang digunakan adalah semen portland komposit, batu pecah, pasir laut dan air laut yang bersumber dari pantai Barombong-Makassar, dan superplasticizer berbasis polycarboxylate. Nilai faktor air semen yang digunakan adalah 42,5% dengan jumlah air 135 L. Pengujian beton menggunakan metode kuat lentur. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh kuat lentur beton rata-rata umur 7 dan 28 hari berturut-turut adalah 0,98 MPa dan 1,31 MPa. Hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa kuat lentur beton dari umur 7 ke 28 hari mengalami kenaikan sebesar 25% (meningkat sebesar 0,33 MPa). Hal ini juga menunjukkan bahwa tidak terjadi segregasi dan pasta semen dapat mengikat agregat dengan baik. Kata Kunci : Beton Air Laut, Kuat Lentur (1) Pembimbing tjaronge@yahoo.co.jp, ritairmaway@yahoo.com (2) Mahasiswa ivanycicilia94@gmail.com PENDAHULUAN Latar Belakang Beton adalah campuran agregat kasar, agregat halus, semen, dan air, dengan atau tanpa bahan campuran tambahan (admixture). Beton yang digunakan sebagai struktur dalam konstruksi teknik sipil dapat dimanfaatkan untuk banyak hal. Salah satu pemanfaatan beton yaitu pada perkerasan jalan. Konstruksi perkerasan jalan akan mengalami masa kerusakan setelah mengalami masa layan tertentu. Sehingga bahan yang digunakan harus memenuhi kriteria dan persyaratan tertentu sesuai dengan kebutuhan konstruksi jalan yang akan dibuat serta penetuan metode pelaksanaan. Selain itu beban lalu lintas, temperatur permukaan, kondisi cuaca maupun faktor air merupakan unsur yang sangat berperan dalam mempercepat tingkat kerusakan yang dialami. Oleh karena itu, struktur beton harus mampu menahan gaya yang bekerja seperti tekan dan lentur yang diakibatkan oleh tekanan dan energi dari luar. Struktur beton harus aman terhadap gaya-gaya tersebut. Sehingga diperlukan komposisi yang tepat untuk menghasilkan beton dengan kuat lentur yang tinggi. Indonesia merupakan negara nomor lima terbesar di dunia dalam ketersediaan air per kapita. Namun, perkembangan pembangunan saat ini terkhususnya pada daerah sekitaran laut dengan keterbatasan pasokan air tawar menjadi masalah bagi proyek-proyek yang berada di daerah lepas pantai dan laut. Jarak yang jauh antara lokasi proyek dengan sumber air bersih menyebabkan pasokan air bersih terhambat dan membutuhkan biaya yang besar untuk pengadaan air bersih di daerah tersebut. Masalah kekurangan air juga dialami oleh negara lain. National Geographic pada bulan April 2010 dalam edisi khusus tentang air mencatat bahwa satu dari delapan orang di dunia kekurangan akses terhadap air bersih. Menurut Geosystem an Introduction to Physical Geology pada tahun 2003, volume air di muka bumi sebesar 1.386 km 3, dari jumlah tersebut 97% adalah air laut dan 3% adalah air tawar. Dengan minimnya air tawar yang dapat dikonsumsi, National Geographic memprediksi hingga tahun 2025 ada 1,8 milyar orang yang bermukim di daerah yang langka air. Data dari PBB dan organisasi metereologi dunia memprediksi sekitar 5 milyar orang akan kekurangan air bersih bahkan air minum. [17] Hal ini yang kemudian menjadi tantangan buat dunia teknik sipil kedepannya. Sehingga perlu diadakannya riset-riset mengenai penggunaan air laut sebagai bahan pencampuran beton. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kuat lentur beton yang menggunakan air laut, pasir laut dan semen PCC. 1
TINJAUAN PUSTAKA Beton Air Laut Penelitian yang dilakukan Irmawaty, R (2013) tentang pengaruh air laut sebagai air pencampur terhadap sifat mekanik mortar dan beton, menunjukkan bahwa air laut dapat digunakan sebagai air pencampur dan air perendaman. Meskipun pengaturan waktu semen menjadi lebih lama dengan menggunakan air laut. Kekuatan mortar dan beton meningkat ketika menggunakan air lut sebagai air pencampuran. [12] Bahan Penyusun Beton Semen Menurut Standar BS EN 197-1:2011, semen merupakan bahan pengikat hidrolik, yaitu bahan anorganik yang ditumbuk halus dan ketika bercampur dengan air, dengan menggunakan reaksi dan proses hidrasi membentuk pasta yang mengikat dan mengeras, setelah mengeras, tetap mempertahankan kekuatan dan stabilistasnya meskipun di dalam air. Menurut SNI 15-2049-2004, Semen portland adalah semen hidrolis dengan menggiling terak semen portland terutama yang terdiri atas kalsium silikat yang bersifat hidrolis dan digiling bersamasama dengan bahan tambah berupa satu atau lebih kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain. [4] Menurut SNI 15-7064-2004, semen portland komposit terbuat dari pengikat hidrolis hasil penggilingan bersama-sama terak (klinker) semen portland dan gips dengan satu atau lebih bahan anorganik, atau hasil pencampuran antara bubuk semen portland dengan bubuk bahan anorgnaik lain. [5] Semen mengandung empat senyawa kimia utama, yaitu C 3S (3CaO.SiO 2 disebut trikalsium silikat), C 2S (2CaO.SiO 2 disebut dikalsium silikat), C 3A (3CaO.Al 2O 3 disebut trikalsium aluminat), C 4AF (4CaO.Al 2O 3.Fe 2O 3 disebut tetrakalsium aluminoferrit). [21] Agregat Agregat merupakan material yang ditambahkan ke dalam pasta semen dalam proses pembuatan beton untuk mengurangi pemakaian semen. Hal ini dilakukan karena agregat lebih murah dibandingkan dengan semen serta penambahan agregat akan membentuk beton dengan volume yang lebih stabil dan durabilitas yang lebih baik. [16] Ada dua jenis agregat yaitu agregat halus (pasir alami dan buatan), dan agregat kasar (kerikil, betu pecah, atau pecahan-pecahan dari blastfurnace). [15] Admixture Material campuran tambahan (admi xture) adalah material selain air, agregat, atau semen hidrolis. Material ini digunakan sebagai bahan penyusun beton dan ditambahkan pada beton sebelum atau selama pencampurannya untuk memodifikasi properti. [7] Superplasticizer adalah bahan tambah yang berguna untuk mengurangi penggunaan air secara signifikan dalam proses pembuatan beton namun tetap mempertahankan workability-nya. Efek dari penggunaan superplasticizer ini adalah peningkatan pada kekuatan beton, superplasticizer dapat meningkatkan kekuatan awal beton (umur 24 jam) hingga 50 sampai 75 persen. [16] Superplasticizer memiliki peran sebagai agen pengaktif permukaan (surface active agent). Setelah terserap oleh parikel-partikel semen maka superplasticizer akan memodifikasi permukaan partikel-partikel semen yang membuat partikelpartikel semen menjadi lebih tersebar dan tidak menggumpal sehingga mampu membebaskan air yang terperangkap. Proses ini meningkatkan konsistensi pasta semen. Superplasticizer akan aktif selama beberapa waktu dan setelah pengaruhnya habis maka pasta semen menjadi lebih kaku. [24] Peranan hidrasi semen dalam pengikatan klorida 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 Portland komposit untuk menghasilkan kuat tekan beton struktural [9,10,11,22,23]. Kuat Lentur Kuat lentur adalah kemampuan balok beton yang diletakkan pada dua perletakan untuk menahan gaya dengan arah tegak lurus sumbu benda uji, yang diberikan padanya sampai benda uji patah dan dinyatakan dalam Mega Pascal (MPa) gaya tiap satuan luas. Metode pengujian kuat lentur di laboratorium dengan menggunakan balok uji yaitu beton yang berpenampang bujur sangkar dengan panjang total balok empat kali lebar penampangnya (SNI 03-4431-2011). Rumus-rumus perhitungan yang digunakan untuk menghitung kuat lentur adalah: a. Untuk pengujian dimana bidang patah terletak di daerah pusat (daerah 1/3 jarak titik perletakan bagian tengah), maka kuat lentur beton dihitung menurut persamaan sebagai berikut. =.. (1) 2
5. Admixture yaitu Superplasticizer berbasis polycarboxylate Gambar 1 Patah pada 1/3 bentang tengah b. Untuk pengujian dimana patahnya benda uji ada diluar pusat (daerah 1/3 jarak titik perletak an bagian tengah), dan jarak antara titik pusat dan titik patah kurang dari 5% dari jarak antara titik perletakan maka kuat lentur beton dihitung menurut persamaan sebagai berikut. =.. (2) Pengujian Kuat Lentur Pengujian kuat lentur pada balok dilakukan dengan memberikan pembebanan pada dua titik (SNI 4431:2011). Pengujian dilakukan menggunakan Universal Testing Machine (UTM) berkapasitas 1000 kn dan LVDT untuk membaca lendutan yang terjadi pada balok. Pada pengujian ini balok diletakkan diatas dudukan batang baja dan diatas balok diletakkan beban berupa silinder baja pada dua titik dan lempengan baja. Beban Maksimum (kn) selanjutnya digunakan untuk menentukan tegangan lentur beton (f r) Gambar 2 Patah di luar 1/3 bentang tengah dan garis-garis patah pada <5% dari bentang METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Gowa. Jenis penelitian ini adalah penelitian eksperimen di Laboratorium berupa pengujian kuat lentur beton yang menggunakan pasir laut, air laut dan semen PCC. Waktu penelitian selama kurang lebih 4 bulan yakni mulai bulan Maret Juni 2016. Alat Penelitian Alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu timbangan, oven, ayakan, mesin penggetar ayakan, corong konik, kerucut Abrams, mesin pencampur bahan, cetakan benda uji berbentuk balok ukura 10 x 10 x 40 cm, Universal Testing Machine, Data Logger, LVDT, dan alat bantu (vibrator, catok semen, piknometer, pengukur waktu, ember, mistar dan computer set). Bahan Penelitian Penelitian ini menggunakan bahan yang terdiri dari : 1. Semen PCC (Portland Composite Cement). 2. Agregat halus (pasir laut) asal pantai Barombong, Sulawesi Selatan. 3. Agregat kasar (batu pe cah) asal Bili-bili, Sulawesi Selatan. 4. Air yang digunakan untuk campuran adalah air laut asal pantai Barombong, Sulawesi Selatan. Gambar 3 Pengujian kuat lentur beton HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Agregat Hasil pengujian karakteristik agregat halus (pasir laut) dan agregat kasar (batu pecah) diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil rekapitulasi karakteristik agregat No. Karakteristik Agregat 1 Diameter Agregat Halus (Pasir Laut) 0,14 5 Agregat Kasar (Batu Pecah) 5,01-20 mm mm 2 Modulus Kehalusan 1.50 8.10 3 Berat Jenis Spesifik* ) a. Berat Jenis Nyata 2.41 2.63 b. Berat Jenis Dasar 2.56 2.82 Kering c. Berat Jenis Permukaan 2.47 2.70 4 Penyerapan Air 2.46% 2.57% 5 Berat Volume a. Kondisi Lepas 1.42 1.80 b. Kondisi Padat 1.69 1.90 6 Kadar Lumpur 1,50% 0.50% 7 Kadar Organik No. 1 (Rendah) Ket : *Diuji dengan menggunakan air laut. - 3
Karakteristik Air Laut Komposisi kimia yang terkandung pada air laut pantai barombong yang diuji di laboratorium Oceanografi Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Hasanuddin Makassar diperlihatkan pada Tabel 2. Tabel 2. Komposisi kimia air laut pantai barombong Berat Salinitas Komposisi Kimia (mg/l) Jenis ph (gr/cm 3 (%) ) Cl- 1,029 8,53 18 5303,70 Tabel 2 menunjukkan bahwa kandungan Cl - (klorida) lebih mendominasi dengan nilai 5303,70 mg/l. Kadar ion Cl - (klorida) larut air maksimum dalam beton berdasarkan adalah 1 % dari berat semen. Superplasticizer Superplasticizer yang digunakan dalam pengujian ini. Kadar superplasticizer yang digunakan dalam pencampuran beton adalah sebesar 800-1500 ml per 100 kg semen. Mix Design Concrete Rancangan campuran beton normal dengan penambahan superplasticizer menggunakan faktor air semen 42,5%. Tabel 3. Komposisi campuran beton untuk 1 m 3 No. Material Berat (Kg) 1 Air laut (w) 131.8 2 Semen (c) 317.64 3 Pasir laut 786.76 4 Batu pecah 1163.5 5 Superplasticizer 3.38 Total 2403.1 Keterangan : sp = superplasticizer Nilai Slump Nilai slump merupakan indeks untuk mengukur tingkat kelecakan atau keenceran pada campuran beton sekaligus merupakan ukuran mudah tidaknya suatu adukan beton untuk dikerjakan. Hasil Pada pengujian ini, nilai slump yang dihasilkan memenuhi nilai slump rencana yaitu 5 ± 2 cm. Hasil pengamatan visual menunjukkan bahwa beton segar tidak mengalami segregasi dan bleeding. Hal ini juga menunjukkan bahwa beton segar telah tercampur dengan baik. Gambar 4 Pengujian nilai slump Berat Volume Beton Segar Dari hasil penelitian diperoleh berat volume beton segar 2162,5 kg/m 2 dan berat volume teori 2403,1 kg/m 2. Hasil menunjukkan bahwa terdapat selisih antara berat volume beton segar dengan berat volume beton teori yaitu terdapat selisih 240,6 kg/m 3 atau 10%. Kuat Lentur Pengujian kuat lentur beton dilakukan pada saat beton berumur 7 dan 28 hari dengan menggunakan balok berukuran 100 mm x 100 mm x 400 mm, masing-masing sebanyak 3 buah seperti yang tercantum dalam Tabel 4.7. Pengujian kuat lentur mengacu pada SNI 4431:2011 (cara uji kuat lentur beton normal dengan dua titik pembebanan). Kuat Lentur Rata-Rata (MPa) 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 70 mm 42.5 Faktor Air Semen (%) 7 Hari 28 Hari Gambar 5 Persentase kuat lentur rata-rata antara umur 7 dan 28 hari dengan faktor air semen 42,5% Gambar 5 menunjukkan bahwa hubungan kuat lentur dan umur beton berbanding lurus, dimana semakin bertambah umur beton maka semakin besar nilai kuat lentur yang dicapai. Hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa kuat lentur beton dari umur 7 ke 28 hari mengalami kenaikan sebesar 25% (meningkat sebesar 0,33 MPa). Peningkatan kuat lentur dipengaruhi oleh bahan-bahan penyusun beton, metode pencampuran, perawatan benda uji termasuk juga umur beton, dan keadaan pada saat dilakukan percobaan. 4
Pola Keruntuhan Hal lain yang diamati setelah pengujian kuat lentur adalah mengamati pola keruntuhan yang terjadi pada benda uji. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan pada benda uji, sebahagian besar menunjukkan keruntuhan yang terjadi pada daerah 1/3 tengah bentang. Hal ini menunjukkan bahwa benda uji tersebut mampu menahan beban lentur dan tidak menyebabkan keruntuhan geser pada benda uji balok. Hasil pengamatan ini menjadi dasar perhitungan kuat lentur dengan menggunakan rumus sesuai acuan. Pola keruntuhan benda uji diperlihatkan pada Gambar 6. Gambar 6 Pola keruntuhan pada pengujian kuat lentur KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan lentur beton yang menggunakan superplasticizer sebagai bahan pengencer dengan faktor air semen 42,5% diperoleh kesimpulan bahwa hasil kuat lentur beton pada umur beton 7 hari diperoleh kuat lentur rata-rata 0,98 MPa dan pada umur beton 28 hari diperoleh kuat lentur rata-rata 1,31 MPa. Hal ini juga menunjukkan bahwa tidak terjadi segregasi dan pasta semen dapat mengikat agregat dengan baik. DAFTAR PUSTAKA 1. Adiwijaya, dkk. 2013. Effects of Seawater Mixing and Curing on Strength and Carbonation of Fly Ash Concrete. Journal of Structures and Materials in Civil Engineering. ISSN 1340-2579. Japan. 2. ASTM. 2002. Standard Specification for Concrete Aggregates ASTM C.33. Annual Books of ASTM Standards. USA 3. BSNI. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847- 2002. BSNI. Bandung. 4. BSNI. 2004. Semen Potland SNI 15-2049- 2004. BSNI. Jakarta 5. BSNI. 2004. Semen Portland Komposit SNI 15-7064-2004. BSNI. Jakarta 6. BSNI. 2011. Cara Uji Kuat Lentur Beton Normal Dengan Dua Titik Pembebanan SNI 4431:2011. BSNI. Jakarta. 7. BSNI. 2013. Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung SNI 2847:2013. BSNI. Jakarta. 8. Chen, J., dkk. 2013. Experimental Study of Effects of Water-Cemen Ratio and Curing Time on Nonlinear Resonance of Concrete. Materials and Structures (2015) 48:423-433. 9. 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 18087-18095. 10.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 2373-2377. 11.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 1119 12.Irmawaty, Rita. 2013. Effect Of Seawater As Mixing Water On The Mechanical Properties Of Mortar and Concrete. 13.Marinescu, M.V.A. and Brouwers, H.J.H. 2010. Free And Bound Chloride Contents In Cementitious Materials. June 2010. 8th fib Phd Symposium in Kgs. Lyngby. Denmark. 14.Mohammed, T.U., Hamada, H. and Yamaji, T. 2004. Performance of seawater-mixed Concrete in the Tidal Environment. Cement and Concrete Research 34 : 593-603. Japan. 15.Nawy, E. G. 2010. Beton Bertulang - Suatu Pendekatan Dasar. PT. Refika Aditama. Bandung. 16.Neville, A. M. 2005. Properties of Concrete. Prentice Hall. Malaysia. 17.Otsuki, N., Furuya, D., Saito, T. dan Todokoro, Y. 2011. Possibility of Sea Water as Mixing Water in Concrete. 36 th Conference on Our World in Concrete & Structures. Singapore. 18.Shah, A., dkk. 2013. Effect of High Range Water Reducers (HRWR) on The Prope rties and Strength Development Characteristics of Fresh and Hardened Concrete. IJST Transactions of Civil Engineering Vol. 37 No. C pp 513-517. 5
19.Tjaronge, M. W.,dkk. 2006. Slump Flow dan Kuat Lentur Self Compacting Concrete (SCC) Dengan Kandungan Superplasticizer Yang Bervariasi. Media Teknik Sipil/Januari 2006. 20.Tjaronge, M. W., dkk. 2011. Effect of Sea Water on The Strength of Porous Concrete Containing Portland Composite Cement and Microfilament Polypropylene Fiber. Proceedings of the Sixth International Conference on Asian and Pacific Coasts (APAC 2011). Hong Kong, China. 21.Tjaronge, M. W. 2012. Teknologi Bahan Lanjut Semen dan Beton Berongga. CV. Telaga Zamzam. Makassar. 22.Tjaronge M.W, Hamada. H., R. Irmawaty and Y Sagawa. 2013. 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, 24-26 September, Bali, Indonesia. 23.Tjaronge. M.W, Rita Irmawaty, Sakti Adji Adisasmita, Arwin Amiruddin, dan Hartini. 2014. Compressive Strength and Hydration Process of Self Compacting Concrete (SCC) Mixed with Seawater, Marine Sand, and Portland Composite Cement, Advanced Materials Research. 935(2014): 242-246 24.Tjaronge, M. W. 2014. Teknologi Material Beton yang Berwawasan Lingkungan dan Aplikasinya Pada Pembangunan Berkelanjutan. Orasi Ilmiah. Makassar. 6