BETON MUTU TINGGI

A.           PENDAHULUAN

Beton merupakan salah satu bahan bangunan yang pada saat ini banyak dipakai di Indonesia dalam bangunan fisik. Karena sifatnya yang unik maka diperlukan pengetahuan yang cukup luas, antara lain mengenai sifat bahan dasarnya, cara pembuatannya, cara evaluasinya dan variasi bahan tambahnya. Selain itu, beton juga dikenal sebagai material dengan kekuatan tekan yang memadai, mudah dibentuk, mudah diproduksi secara lokal, relatif kaku, dan ekonomis. Tapi di sisi lain, beton juga menunjukan banyak keterbatasan baik dalam proses produksi maupun sifat-sifat mekaniknya, sehingga beton pada umunya hanya digunakan untuk konstruksi dengan ukuran kecil dan menengah.

Namun sejak dua dekade terakhir ini, setelah berhasil dikembangkannya berbagai jenis tambahan atau admixtures dan additives untuk campuran beton, terutama water reducer atau plasticizer dan superplastisizer, maka telah terjadi kemajuan yang sangat pesat pada teknologi beton, dengan berhasil memproduksi beton mutu tinggi bahkan sangat tinggi, dan yang pada akhirnya juga telah memperbaiki dan meningkatkan hampir semua kinerja beton menjadi suatu material modern yang berkinerja tinngi.

Sesuai dengan perkembangan teknologi beton yang demikian pesat, ternyata kriteria beton mutu tinggi juga selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat mutu yang berhasil dicapai. Pada tahun 1950an, beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Pada tahun 1960an hingga awal 1970an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat tekan diatas 50 MPa, dan 80 MPa sebagai beton mutu sangat tinggi, sedangkan 120 MPa bisa dikategorikan sebagai beton bermutu ultra tinggi (Supartono 1998).

Di beberapa negara maju sudah sejak lama beton mutu tinggi berhasil diproduksi untuk pekerjaan-pekerjaan khusus. Di Jepang untuk panel cangkang beton pracetak pada sebuah terowongan kereta api, di USA untuk keperluan militer, dan di Eropa untuk struktur jembatan berbentang panjang. Tidak hanya itu, sekarangpun telah digunakan untuk struktur gedung bertingkat tinggi. Di Indonesia beton mutu tinggi dengan kuat tekan rata-rata sebesar 85 MPa baru dapat dibuat di laboratorium pada tahun 1990, dengan bahan tambah superplastisizer dengan nilai slump mencapai 15 cm. Perkembangan teknologi dalam bidang konstruksi di Indonesia terus menerus mengalami peningkatan, hal ini tidak lepas dari tuntutan dan kebutuhan masyarakat terhadap fasilitas infrastruktur yang semakin maju, seperti jembatan dengan bentang panjang dan lebar, bangunan gedung bertingkat tinggi (terutama untuk kolom dan beton pracetak), dan fasilitas lain.

Perencananaan fasilitas-fasilitas tersebut mengarah kepada digunakannya beton mutu tinggi, dimana mencakup kekuatan, ketahanan (keawetan), masa layan dan effisiensi. Dengan beton mutu tinggi dimensi dari struktur dapat diperkecil sehingga berat struktur menjadi lebih ringan, hal tersebut menyebabkan beban yang diterima pondasi secara keseluruhan menjadi lebih kecil pula, jika ditinjau dari segi ekonomi hal tersebut tentu akan lebih menguntungkan. Disamping itu untuk bangunan bertingkat tinggi dengan semakin kecilnya dimensi struktur kolom pemanfaatan ruangan akan semakin maksimal. Porositas yang dihasilkan beton mutu tinggi juga lebih rapat, sehingga akan menghasilkan beton yang relatif lebih awet dan tahan sulfat karena tidak dapat ditembus oleh air dan zat perusak beton. Oleh sebab itu penggunaan beton bermutu tinggi tidak dapat dihindarkan dalam perencanaan dan perancangan struktur bangunan.

B.            PENGERTIAN BETON MUTU TINGGI

Beton mutu tinggi (Hight Strength Concrete) adalah campuran beton dengan berat agregat normal yang memiliki kuat tekan rata-rata diatas 40 Mpa (Mehta & Monteiro 1993). ACI Committee 363 (1992) mendefinisikan beton mutu tinggi  mempunyai nilai kuat tekan 41 MPa atau lebih. Sesuai dengan perkembangan teknologi beton, kriteria beton mutu tinggi juga selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat mutu yang berhasil dicapai. Pada tahun 1950an, beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Pada tahun 1960an hingga awal 1970an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat tekan diatas 50 MPa, dan 80 MPa sebagai beton mutu sangat tinggi, sedangkan 120 MPa bisa dikategorikan sebagai beton bermutu ultra tinggi (Supartono 1998).

Pada umumnya material beton mutu tinggi adalah sama dengan beton normal dengan nilai porositas beton yang terjadi adalah cukup kecil sehingga didapatkan tingkat kepadatan yang cukup tinggi. Nilai porositas beton ditentukan oleh faktor air semen (fas) dari pasta. Semakin kecil fas, maka semakin kecil porositasnya. Untuk memperkecil porositas beton digunakan mineral tertentu yang berupa mikro silika / karbon seperti fly ash, slag atau silikafume sebagai campuran. Supaya beton lebih padat serta untuk membatasi volume rongga dalam beton, dipakai mineral tertentu untuk campuran seperti superplastisizer, water reducer, fly ash, slag, atau silika fume. Kuat tekan beton optimum yang dapat dicapai sebesar 65, 06 MPa dengan kadar siilicafume10%, kadar superplastisizer 2%, dan slump sebesar 9,20 cm (Pujianto 2010).

C.           MATERIAL DAN PROPORSI CAMPURAN

1)             Pertimbangan Umum

Ada beberapa faktor utama yang bisa menentukan keberhasilan pengadaan beton bermutu tinggi, diantaranya adalah :

a.        Keadaan semen, ialah semen yang digunakan apakah masih baru atau sudah lama tidak digunakan (sudah terbuka terlalu lama). Untuk semen yang sudah terlalu lama tidak digunakan tidak baik untuk bahan pembuatan beton, karena sudah terkontaminasi dengan zat lain yang bisa mempengaruhi kekuatan beton. 

 b.  Faktor air semen (fas) yang rendah, dicari berdasar jenis semen yang dipakai dan kuat tekan rata-rata silinder beton yang direncanakan pada umur 28 hari. Faktor air semen yang rendah, merupakan faktor yang paling menentukan dalam menghasilkan beton mutu tinggi, dengan tujuan untuk mengurangi seminimal mungkin porositas beton yang dihasilkan. Dengan demikian semakin besar volume faktor air-semen (fas) semakin rendah kuat tekan betonnya. Agar beton tidak cepat rusak maka ditetapkan nilai fas maksimum. Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen yang rendah dengan rentang 0,2-0,35. Semakin rendah fas maka porositas beton juga cenderung semakin rendah.

  c.  Kualitas agregat halus (pasir), berbentuk bulat, tekstur halus, modulus kehalusan butir 2,5 s/d 3,80 pada umumnya akan menghasilkan beton mutu tinggi (dengan fas yang rendah), kandungan lumpur pada pasir ≤2,5%, bersih, gradasi yang baik dan teratur (diambil dari sumber yang sama).

d.    Kualitas agregat kasar (batu pecah/krikil);

Porositas rendah

Dari hasil penelitian menunjukan bahwa porositan rendah akan menghasilkan suatu adukan yang seragam, dalam arti mempunyai keteraturan atau keseragaman yang baik pada mutu (kuat tekan) maupun nilai slumpnya. Akan sangat baik bila bisa digunakan agregat kasar dengan tingkat penyerapan air yang kurang dari 1 %. Bila tidak, hal ini bisa menimbulkan kesulitan dalam mengontrol kadar air total pada beton segar. Kadar lumpur untuk agregat kasar sebesar 1%.

Bentuk fisik agregat

Dari beberapa penelitian menunjukan bahwa batu pecah dengan bentuk yang tajam ternyata menghasilkan mutu beton yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan kerikil bulat. Hal ini tidak lain adalah karena bentuk yang tajam bisa memberikan daya lekat mekanik yang lebih baik antara batuan dan mortar. Untuk agregat kasar tidak boleh mengandung butiran-butiran yang pipih dan panjang lebih dari 20% dari berat keseluruhan.

Ukuran maksimum agregat

Dari beberapa penelitian menunjukan bahwa pemakian agregat yang lebih kecil (< 15 mm) bisa menghasilkan mutu beton yang lebih tinggi. Namun pemakaian agregat kasar dengan ukuran maksimum 25 mm masih menunjukan tingkat keberhasilan yang baik dalam produksi beton mutu tinggi.

Bersih dan kuat tekan hancur yang tinggi

Gradasi yang baik dan teratur (diambil dari sumber yang sama)

e.         Penggunaan admixture dan aditif mineral dalam kadar yang tepat, adalah bahan atau zat kimia yang ditambahkan di dalam adukan beton pada tahap mula-mula sewaktu beton masih segar. Tujuan penggunaan bahan tambah untuk beton (admixture) secara umum adalah untuk memperoleh sifat-sifat beton yang diinginkan, sesuai dengan tujuan/keperluannya. Sifat-sifat beton yang dapat diperbaiki antara lain: memperbaiki kelecakan beton segar, mengatur faktor air semen pada beton segar, mengurangi penggunaan semen, mencegah terjadinya segregasi dan bleeding, mengatur waktu pengikatan aduk beton, meningkatkan kuat desak beton keras, meningkatkan sifat kedap air pada beton keras, meningkatkan sifat tahan lama pada beton keras (lebih awet atau tahan lama dengan tahan terhadap pengaruh zat kimia, tahan terhadap gesekan dan sebagainya)

f.        Prosedur yang benar dan cermat pada keseluruhan proses produksi beton. Untuk menghasilkan beton bermutu tinggi maka dibutuhkan prosedur yang benar dan cermat pada keseluruhan proses produksi beton yang meliputi : pengujian agregat,  pengadukan,  pengangkutan, pengecoran, dan perawatan.

g.         Pengawasan dan pengendalian yang ketat pada keseluruhan prosedur dan mutu   pelaksanaan.

(ASTM 1995; ASTM 1985)

2)             Konsep Campuran

Penggunakan beton mutu tinggi sebagai elemen suatu konstruksi harus mempertimbangkan proporsi campuran yang akan digunakan. Pada dasarnya bahan beton untuk beton mutu tinggi hampir sama dengan beton normal, yakni pasta (semen), agregat kasar (batu pecah), agregat halus (pasir) dan air. Akan tetapi untuk memudahkan pengerjaan, membatasi jumlah volume rongga yang akan mempengaruhi kekuatan suatu beton tersebut. Maka digunakan bahan kimia tambahan dan bahan mineral tambahan tertentu dalam campuran beton, seperti Superplastisizer (SP)/water reducer, fly ash (abu terbang), dan silica fume ( mikrosilika).

3)             Fly Ash

Abu terbang atau fly ash adalah hasil sampingan dari pembakaran batu bara pada pembangkit listrik tenaga uap. Dapat digunakan sebagai bahan campuran untuk semen karena kandungan mineralnya hampir sama dengan semen. Fly ash juga dapat digunakan sebagai pengganti semen. Beberapa keuntungan penggunaan Fly Ash yaitu :

a.  Mengurangi keberadaan unsur kalsium-hidroksida di dalam beton, yang merupakan bagian yang lemah pada beton, serta menggantikannya setelah bereaksi dengan SiO2 menjadi kalsium-silikat-hidrat ( CSH gel ) yang selanjutnya memberikan peningkatan kekuatan beton.

b.  Pozzolan yang berbutir halus akan mengisi pori-pori sehingga porositasnya menjadi rendah. pengujian SEM memperlihatkan bahwa rongga pada benda uji dengan menggunakan campuran fly ash lebih kecil dibandingkan dengan beton biasa tanpa fly ash (Kurniawandy et al. 2011).

c.  Pengurangan kalsium-hidroksida oleh SiO2 akan mengurangi sensitivitas terhadap ketahan sulfat yang juga didukung oleh meningkatnya kerapatan beton yang pada akhirnya akan meningkatkan kekedapan terhadap air.

4)             Superplastisizer

Beton berkekuatan tinggi dapat dihasilkan dengan pengurangan kadar air, akibat pengurangan kadar air akan membuat campuran lebih padat sehingga pemakaian Superplastisizer sangat diperlukan untuk mempertahankan nilai slump yang tinggi. Beberapa jenis superplastisizer terbuat dari sulfonat organik yang dapat mengurangi banyak air pada campuran beton, tetapi dapat menambah nilai slump. Dosis yang disarankan 1 – 2% dari berat semen, tetapidosis yang berlebihan dapat mengurangi kekuatan beton (Nawy 2010). Keistimewaan penggunaan superplastisizer dalam campuran pasta semen maupun campuran beton antara lain:

a.  Menjaga kandungan air dan semen tetap konstan sehingga didapatkan campuran dengan workability tinggi.

b.  Mengurangi jumlah air dan menjaga kandungan semen dengan kemampuan kerjanya tetap sama serta menghasilkan faktor air semen yang lebih rendah dengan kekuatan yang lebih besar.

c.  Mengurangi kandungan air dan semen dengan faktor air semen yang konstan tetapi meningkatkan kemampuan kerjanya sehingga menghasilkan beton dengan kekuatan yang sama tetapi menggunakan semen lebih sedikit.

d.  Tidak ada udara yang masuk. Penambahan 1% udara kedalam beton dapat menyebabkan pengurangan strength rata-rata 6%. Untuk memperoleh kekuatan yang tinggi, diharapkan dapat menjaga ”air content” didalam beton serendah mungkin.

e  Penggunaan superplastisizer menyebabkan sedikit bahkan tidak ada udara masuk kedalam beton. 

f. Tidak adanya pengaruh korosi terhadap tulangan