2. landasan teori 2.1 definisi high volume fly ash concrete · berdasarkan makalah dari malhotra...
Post on 18-Jan-2021
5 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Universitas Kristen Petra
6
2. LANDASAN TEORI
2.1 Definisi High Volume Fly Ash Concrete
High Volume Fly Ash Concrete adalah suatu campuran beton yang
menggunakan fly ash 50% atau lebih dari berat binder. Dalam ASTM C618
penggunaan fly ash untuk tipe F dibatasi 15%-20%, sedangkan untuk tipe C
dibatasi 25%-35% dari berat binder. Dengan menggunakan fly ash, dapat
meningkatkan workability, kekuatan maksimum, ketahanan dari sulfat, dan
memperlambat setting time.
Menurut Mehta (2006), definisi karakteristik HVFA adalah sebagai berikut :
1. Kadar fly ash minimal adalah 50% dari berat binder.
2. Kadar air rendah kurang dari 130 kg/m3.
3. Kadar semen pada umumnya tidak lebih dari 200 kg/m3.
4. Untuk campuran beton dengan umur 28 hari kuat tekan 30 MPa atau lebih,
memiliki slump >150 mm dan water cement ratio 0,3 harus menggunakan
superplasticizers untuk mengurangi penggunaan air.
5. Untuk campuran beton dengan slump <150 mm kekuatan beton 28 hari
kurang dari 30 MPa, water cement ratio 0,4 memungkinkan tidak digunakan
superplasticizers.
Berdasarkan makalah dari Malhotra (2002), berbagai variasi dari kadar
air, HVFA ditampilkan di Tabel 2.1, bahwa kontrol kadar air yang paling penting
karena jumlah air bervariasi dalam kisaran sempit antara 100-130 kg/m3 dengan
menggunakan kombinasi dari superplastizer, fly ash, dan agregat lainnya. Agar
beton tersebut mendapatkan kuat tekan yang tinggi, dari percobaan tersebut
didapat, bahwa kadar air tidak terlalu berpengaruh pada kuat tekan beton, justru
peningkatan kadar semen memberikan pengaruh yang besar terhadap kuat tekan
beton. Agar beton HVFA mendapat kuat tekan yang tinggi di sarankan dengan
mengganti ordinary portland cement dengan High Early Strength Portland
Cement dan juga mengganti fly ash dengan pozzolan yang lebih reaktif seperti
silica fume.
Universitas Kristen Petra
7
Tabel 2.1. Proporsi Campuran untuk Beberapa Tingkat Kekuatan
Strength level (MPa) Low Moderate High
28 days 20 30 40
90 days to 1 year 40 50 60
Mix proportions (kg/m3)
Water 120-130 115-125 100-120
Cement, ASTM Type I/II 100-130 150-160 180-200
Fly ash, ASTM Class F 125-150 180-200 200-225
Water/cement 0.40-0.45 0.33-0.35* 0.30-0.32*
Coarse aggregate, 19 mm max 1100-1200 1100-1200 1100-1200
Fine aggregate 800-900 800-900 800-900
*Beton berkekuatan sedang dan tinggi membutuhkan superplasticizer untuk
mendapatkan rasio air/semen yang rendah.
Sumber: Mehta (2006)
Jika dibandingkan dengan beton konvensional, beton HVFA memiliki
kelebihan yaitu ramah lingkungan, kekuatan lebih tinggi, memiliki ketahanan
yang lebih lama, penggunaaan air pada campuran mortar yang lebih sedikit, lebih
ekonomis, dan mengurangi panas hidrasi dari semen sehingga mengurangi resiko
cracking. Beton HVFA memiliki kelebihan ramah lingkungan karena dapat
mengurangi penggunaan semen pada beton, sehingga karbon dioksida yang
dihasilkan dari industri semen juga dapat dikurangi.
Pada penggunaannya, beton HVFA diharapkan membutuhkan biaya yang
lebih murah dari beton konvensional, meningkatkan kekuatan, workability,
durability, dan memperlambat setting time 2 - 3 jam sehingga dapat memberikan
waktu yang lebih lama untuk pekerjaan pengecoran. Di sisi lain, beton HVFA
ternyata juga memiliki kekurangan yaitu proses hardening yang lebih lama bila
dibandingkan dengan beton konvensional, sehingga membuat kita tidak bisa
memperkirakan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk melepas bekisting dan
melakukan curing pada beton tesebut.
Universitas Kristen Petra
8
2.2 Material Pendukung High Volume Fly Ash Concrete
2.2.1 Fly Ash
Definisi menurut Nugraha, Antoni (2007), fly ash (abu terbang) adalah
material yang berasal dari sisa pembakaran batu bara yang tidak terpakai.
Menurut ASTM C618-86, terdapat dua jenis abu terbang:
a. Kelas F, dihasilkan dari pembakaran batu bara jenis antrasit dan
bituminuous.
b. Kelas C, dihasilkan dari batu bara jenis lignite dan sub-bituminuous.
Jenis ini memiliki kadar kapur yang tinggi.
Menurut ACI Manual of Concrete Practice 1993 Parts 1 226.3R-3:
a. Kelas C
Fly ash yang mengandung CaO di atas 10% yang dihasilkan dari
pembakaran lignite atau sub-bitumen batu bara (batu bara muda).
• Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 50%
• Kadar CaO mencapai 10%
b. Kelas F
Fly ash yang mengandung CaO lebih kecil dari 10% yang dihasilkan
dari pembakaran anthracite atau bitumen batu bara.
• Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 70%
• Kadar CaO mencapai 50%
c. Kelas N
Pozzolan alam atau hasil pembakaran yang dapat digolongkan antara
lain tanah diatomic, opaline chertz dan shales, tuff dan abu vulkanik,
yang mana biasa diproses melalui pembakaran atau tidak melalui
pembakaran. Selain itu juga mempunyai sifat pozzolan yang baik.
Di bawah ini adalah gambar dari material fly ash, seperti terlihat pada
Gambar 2.1.
Universitas Kristen Petra
9
Gambar 2.1. Fly ash
2.2.2 Pozolan Portland Cement
Semen portland pozolan adalah suatu semen hidrolis yang terdiri dari
campuran yang homogen antara semen portland dengan pozolan halus, yang di
produksi dengan menggiling klinker semen portland dan pozolan bersama-sama,
atau mencampur secara merata bubuk semen portland dengan bubuk pozolan, atau
gabungan antara menggiling dan mencampur, dimana kadar pozolan 6 % sampai
dengan 40 % massa semen portland pozolan. Pozolan adalah bahan yang
mengandung silika atau senyawanya dan alumina, yang tidak mempunyai sifat
mengikat seperti semen, akan tetapi dalam bentuknya yang halus dan dengan
adanya air, senyawa tersebut akan bereaksi secara kimia dengan kalsium
hidroksida pada suhu kamar membentuk senyawa yang mempunyai sifat seperti
semen. (SNI 15-0302-2004).
Di bawah ini adalah gambar dari pozolan portland cement, seperti terlihat
pada Gambar 2.2.
2
p
s
m
k
r
d
d
m
s
s
t
p
b
b
2.2.3 Pas
Agr
pengontrolan
satu agregat
menentukan
keawetan b
rongga-rong
dikontrol de
diharapkan.
menyebabka
slump (kelec
Pas
sumber end
tergantung
pengambilan
bermutu bai
beton sangat
G
sir
regat merup
n yang baik
t yaitu pasi
n mudahnya
beton (durab
gga antar ag
engan teliti a
Tetapi ap
an kurangny
cakan) yang
sir yang bia
dapan yang
dari asal
n pasir aka
ik. Agregat
t dipengaruh
ambar 2.2. P
pakan bagia
k supaya did
ir yang mer
pengerjaan
bility). Sela
gregat kasar
agar beton y
pabila terla
ya pasta sem
disyaratkan
sa dipergun
bermacam-
pembentuka
an cukup m
menempati
hi oleh kualit
10
Pozolan port
an terbesar
dapatkan kua
rupakan agr
(workability
ain itu, pasi
r, karena it
yang dihasilk
alu banyak
men. Selain it
.
nakan untuk
-macam ko
annya di w
menentukan
i 70-75% d
tas agregat y
Un
tland cemen
dari beton
alitas beton
regat halus
y), kekuatan
ir juga ber
tu gradasi d
kan dapat se
k pasir ya
tu, kebutuha
campuran
ondisinya. Je
wilayah en
untuk men
dari total vo
yang dipilih.
niversitas Kr
t
n sehingga
yang mema
yang sanga
(strength), d
fungsi untu
dan mutu p
esuai dengan
ang diguna
an air bertam
mortar, dipe
enis batuan
ndapan, mau
ghasilkan b
olume beton
risten Petra
diperlukan
adai. Salah
at berperan
dan tingkat
uk mengisi
pasir harus
n apa yang
akan akan
mbah untuk
eroleh dari
nnya, yang
upun cara
beton yang
n, sehingga
G
2
i
(
k
d
b
k
k
m
m
(
G
Di
Gambar 2.3.
2.2.4 Ker
Ker
in) dan ukur
(2,5 in), jika
kerikil terseb
dari 4-64 mm
Ker
batu-batuan.
kerikil dapa
kerikil yang
manusia, ke
menghancur
(Wikipedia e
Di
Gambar 2.4.
bawah ini
.
rikil
rikil adalah b
ran terkeciln
a kerikil ter
but termasuk
m/0.16-2,5 in
rikil dibentu
. Akibat aru
at terbentuk
g ada di al
erikil seringk
rkan batu-ba
ensiklopedia
bawah ini a
.
adalah gam
Gam
batuan yang
nya (sekitar 1
sebut memi
k sub granul
n maka kerik
uk sebagai ha
us sungai da
dalam jumla
lam menjad
kali diprodu
atuan yang k
a bebas, 2010
adalah gamb
11
mbar dari ma
mbar 2.3. Pa
g mempunya
1/12 dari sat
liki ukuran
la dan jika k
kil tersebut d
asil dari keru
an ombak y
ah yang cuk
di tidak cuk
uksi dengan
keras, seperti
0)
bar dari mat
Un
aterial pasir
asir
ai batas ukur
tu inci) dan t
lebih besar
kerikil memi
disebut deng
usakan karen
ang ada me
kup besar. K
kup untuk p
n cara melak
i sandstone,
terial keriki
niversitas Kr
r, seperti ter
ran antara 2 m
tidak lebih d
2-4 mm/0.0
iliki ukuran
gan koral.
na iklim dan
engakibatkan
Ketika keber
pemenuhan
kukan peng
limestone, a
l, seperti ter
risten Petra
rlihat pada
mm (0,079
dari 64 mm
079-0,16 in
lebih besar
n erosi dari
n timbunan
adaan batu
kebutuhan
ggalian dan
atau basalt.
rlihat pada
Universitas Kristen Petra
12
Gambar 2.4. Kerikil
2.2.5 Air
Air yang digunakan untuk pembuatan mortar/beton harus bersih dan
tidak mengandung minyak, tidak mengandung alkali, garam, zat organis yang
dapat merusak beton atau baja tulangan. Air tawar yang biasanya diminum baik
air yang diolah oleh PDAM atau air dari sumur yang tanpa diolah dapat digunakan
untuk membuat mortar. Air merupakan salah satu bahan dalam pembuatan beton
yang diperlukan sebagai pembentuk pasta dan menjadi bahan pelumas antara
butir-butir agregat agar dapat mudah dikerjakan dalam proses pengadukan,
penuangan, maupun pemadatan.
2.2.6 Superplasticizer
Superplasticizer adalah chemical admixture berjenis High Range Water
Reducer (HRWR) berbasis polycarboxylate yang berfungsi untuk menyebarkan
(mendispersikan) partikel semen menjadi merata dan memisahkan menjadi
partikel-partikel halus sehingga reaksi pembentukan kalsium silikat hidrat (CSH)
menjadi lebih merata dan aktif. Daya alir pasta semen akan meningkat sehingga
menyebabkan beton segar menjadi dapat mengalir dan memadat dengan
mengandalkan berat sendiri.
Keuntungan penggunaan Superplasticizer
a) Pada beton segar ( Fresh concrete)
• Meningkatkan workability.
Universitas Kristen Petra
13
• Meningkatkan homogenitas beton.
b) Pada beton keras ( Hardened Concrete)
• Meningkatkan densitas beton.
• Meningkatkan kuat tekan beton.
• Meningkatkan durabilitas beton.
• Mengurangi terjadinya susut dan retak.
• Mengurangi terjadinya karat pada besi tulangan.
Kerugian penggunaan Superplasticizer
a) Harga relatif mahal.
b) Dapat mengakibatkan segregasi dan bleeding bila mix design tidak
dikontrol dengan baik.
c) Slump loss perlu diperhatikan.
2.3 Metode Percobaan
2.3.1 Slump
Pengujian slump merupakan suatu teknik untuk memantau homogenitas
dan workability adukan beton segar dengan suatu kekentalan tertentu yang
dinyatakan dengan satu nilai slump. Nilai slump umumnya meningkat sebanding
dengan nilai kadar air campuran beton, dengan demikian berbanding terbalik
dengan kekuatan beton. Cara pengujian slump yaitu dengan memasukkan satu
campuran beton segar ke dalam sebuah cetakan yang memiliki bentuk kerucut
terpancung dan dipadatkan dengan batang penusuk. Cetakan diangkat dan beton
dibiarkan sampai terjadi penurunan pada permukaan bagian atas beton. Jarak
antara posisi permukaan semula dan posisi setelah penurunan pada pusat
permukaan atas beton diukur dan dilaporkan sebagai nilai slump beton.
2.3.2 Setting Time
Setting time adalah tahap awal pada perkerasan campuran beton segar
dimana terjadi perubahan dari bentuk cair menjadi bentuk padat. Pada setting time
beton terdapat 2 fase yaitu waktu pengikatan awal (initial setting) dan waktu
pengikatan akhir (final setting). Initial setting adalah keadaan dimana mortar
mempunyai ketahanan penetrasi sebesar 3,5 MPa (500 psi), sedangkan final
Universitas Kristen Petra
14
setting adalah keadaan dimana mortar mempunyai ketahanan penetrasi sebesar
27,6 MPa (4000 psi). Untuk uji kekuatan setting time digunakan alat yang disebut
dengan penetrometer. Proses pengukuran setting time beton dengan menggunakan
penetrometer dilakukan dengan memasukkan jarum dengan ukuran yang sesuai
ke dalam cetakan tergantung pada keadaan pengerasan mortar, diberi tekanan
gaya vertikal ke bawah pada alat tersebut sampai jarum menembus mortar pada
kedalaman 1 inci (25 mm), kemudian dibaca hasil tekanan yang dihasilkan oleh
alat tersebut. Proses ini dilakukan secara bertahap dan seragam sampai tekanan
pada mortar mencapai 27,6 Mpa. (Nugraha, Antoni, 2007).
2.3.3 Kuat Tekan
Kekuatan tekan merupakan kuat desak yang dicapai oleh benda uji (pasta
binder, mortar, atau beton) pada umur tertentu. Uji kuat tekan bertujuan untuk
mengetahui kuat tekan dari benda uji yang sudah mengeras. Pengujian ini
umumnya dilakukan pada saat umur benda uji mencapai 3, 7, 14 dan 28 hari.
Kekuatan tekan dapat diukur dalam satuan MPa ataupun satuan lainnya seperti
kg/cm2.
2.4 Ultrasonic Cleaner untuk Menggetar Mortar
Pencampuran beton menggunakan teknologi ultrasonic memberikan
manfaat yang besar untuk beton precast, dan perencanaan beton. Keuntungan
yang didapat dengan menggunakan teknologi ultrasonic adalah : hidrasi lebih
cepat, setting time lebih cepat, dosis penggunaan superplasticizer yang lebih
sedikit, serta kuat tekan beton yang lebih tinggi.
Teknologi ultrasonic adalah teknologi yang mampu memencarkan
material mikron dan material nano di dalam cairan. Metode pencampuran
ultrasonic ini menggunakan gaya geser cavitational sehingga pencampuran beton
lebih efektif daripada pencampuran menggunakan mixer. Untuk semen, silica
fume, dan fly ash getaran ultrasonic dapat meningkatkan kinerja bahan-bahan
tersebut, seperti meningkatkan distribusi partikel dan kontak dengan air. Selama
hidrasi yang terjadi antara reaksi semen dengan air fase struktur C-S-H
mengalami perkembangan. Gambar 2.5. di bawah ini menunjukkan struktur mikro
Universitas Kristen Petra
15
dalam pasta semen setelah 5 jam dari hidrasi. Dalam pasta semen yang digetar
dengan ultrasonic, panjang fase C-S-H hampir 500nm, sedangkan pada pasta yang
tidak digetar menggunakan ultrasonic, panjang fase C-S-H hanya sekitar 100nm.
(Peters, Stöckigt, Rößler, 2009).
Menggunakan ultrasonic Tanpa menggunakan ultrasonic
Gambar 2.5. Mikrostruktur pasta semen setelah 5 jam berhidrasi
Sumber: Peters, Stöckigt, Rößler (2009)
Dari percobaan yang dilakukan oleh Peters, Stöckigt, Rößler (2009),
penggunaan teknologi ultrasonic memberikan efek terhadap campuran beton
antara lain :
• Getaran ultrasonic adalah teknik yang berguna untuk mempercepat
pembentukan fase pengaturan CSH dan dengan demikian kekuatan awal pasta
semen portland meningkat.
• Karena kemungkinan untuk meningkatkan fluiditas oleh aplikasi ultrasonic,
dosis superplasticizer dapat dikurangi.
• Masukan yang efisien tentang Power-Ultrasound (PUS) hanya dapat dicapai
untuk penundaan semen, jadi proses pencampuran beton harus bervariasi jika
menginginkan aplikasi PUS.
Grafik hasil percobaan PUS terhadap temperature hidrasi, setting time
dan kuat tekan dapat dilihat pada Gambar 2.6, 2.7, dan 2.8.
Universitas Kristen Petra
16
Gambar 2.6. Temperatur hidrasi
Sumber: Peters, Stöckigt, Rößler (2009)
Gambar 2.7. Setting time
Sumber: Peters, Stöckigt, Rößler (2009, p. 10)
Gambar 2.8. Kuat tekan
Sumber: Peters, Stöckigt, Rößler (2009)
g
b
s
d
Ala
gambar di ba
Gamba
Tan
berukuran 1
sebesar 40
digunakan d
Gamba
at yang digu
awah ini.
ar 2.9. Alat y
Sum
ngki alat u
150x137x150
KHz. Di b
dalam penelit
ar 2.10. Alat
unakan dala
yang digunak
Ultrasou
mber: Peters
ltrasonic cl
0 mm deng
bawah ini a
tian ini.
t ultrasonic c
17
am penelitia
kan dalam p
und on the F
s, Stöckigt, R
leaner yang
gan kapasita
adalah gamb
cleaner yang
Un
an sebelumn
penelitian Inf
Fluidity
Rößler (2009
g digunakan
as 2,5 L da
bar alat ult
g digunakan
niversitas Kr
nya dapat d
fluence of Po
9)
n dalam pen
an memilik
trasonic cle
dalam pene
risten Petra
ilihat pada
ower-
nelitian ini
i frekuensi
eaner yang
elitian
top related