Beton

1. Pengenalan  Beton

Beton merupakan material suatu bahan bangunan yang terdiri dari campuran udara(3-6%), 

semen(10-12%), air(14-18%), pasir(20-27%) dan agregat(40-45%). kadar campuran utama dan bahan lain yang dicampurkan pada campuran beton dapat mempengaruhi workability(kemudahan campuran untuk mengikuti cetakan saat baru di cor), durability(daya tahan beton) dan waktu pengerasan. Beton memiliki kelebihan, yaitu kekuatan tekan yang tinggi dan kelemahannya adalah kekuatan tarik yang lemah. Dengan kelebihan dan kelemahan tersebut, maka beton merupakan material yang kuat jika diberikan tekanan yang tinggi namun tidak kuat jika diberikan kekuatan tarik yang dapat menyebabkan beton pecah atau retak.akibat beban, susut yang tertahan dan perubahan temperatur. Untuk menutupi kekurangan tersebut, maka beton diberikan tulangan seperti baja atau bambu.

2. Beton Bertulang

Beton bertulang adalah kombinasi dari beton yang didalamnya terdapat tulangan seperti baja. Dengan adanya Baja tulangan ini, kekuatan tarik yang diberikan pada beton akan ditahan oleh baja tulangan sehingga beton tahan dengan beban yang menyebabkan tegangan tarik.Setelah diberikan baja tulangan, maka beton bertulang memiliki kelebihan seperti berikut:
1. Kekuatan tekan yang tinggi
2. Tahan api dan air
3. Sangat kaku
4. Pemeliharaan yang mudah
5. Umur material yang panjang
6. Mudah diproduksi
7. Mudah dibentuk
8. Ekonomis
9. Tidak perlu tenaga kerja khusus

Walaupun memiliki kelebihan yang sangat banyak seperti diatas, Beton bertulang masih ada kerugiannya seperti berikut:
1. Memerlukan cetakan atau bekisting yang harus digunakan sampai betonnya mengering, yang                 biayanya cukup tinggi.
2. Materialnya berat
3. Struktur umumnya berdimensi besar
4. Volume yang dapat berubah seiring berjalannya waktu

Untuk meminimalisir kekurangan tersebut, maka ada kriteria-kriteria yang sebaiknya dipenuhi untuk menghasilkan beton berkualitas tertinggi. Pada saat beton masih basah, kriterianya adalah sebagai berikut:
1. Konsistensi campuran
2. Adukan harus cukup kohesif

Sedangkan saat sudah mengeras kriterianya adalah berikut:
1. Kekuatan tekan beton harus sesuai yang disyaratkan
2. Durabilitas beton sesuai yang disyaratkan

3. Sifat Mekanik Beton

1. Kekuatan tekan 

Kekuatan Beton dapat memberi gambaran kesluruhan tentang kualitas beton karena kekuatan terkait langsung dengan struktur hidrasi dari pasta semennya. Namun kekuatan tekan beton yang tinggi belum berarti memiliki durabilitas yang tinggi karena durabilitas beton ditentukan dari permeabilitas beton dan karateristik selimut beton tersebut. Kekuatan tekan (fc') ditentukan berdasarkan tes benda uji silinder beton(15x30 cm) usia 28 hari yang menjadi parameter kontrol untuk ukuran kualitas beton yang dipengaruhi oleh:

1. Perbandingan semen & air

2. Tipe semen

3. Admixtures

4. Agregat

5. Kelembapan selama curing

6. Temperatur selama curing

7. Umur beton

8. Kecepatan pembebanan


Dua faktor utama yang menentukan kekuatan tekan beton adalah:
1. perbandingan air dan semen
2. tingkat kepadatan beton

Hubungan antara kuat tekn beton dengan perbandingan air semen adalah semakin rendah perbandingan anatara keduanya, semakin tinggi kekuatannya. Tetapi kekuatan beton tidak selalu ditentukan dari perbandingan semen dan air, namun kekuatannya lebih ditentukan dari jenis dan tingkat pemadatannya. jika perbandingan air dan semennya terlalu rendah pun, maka workabilitas campuran pun lebih rendah juga sehingga semakin sulit untuk dikerjakan.

Semen juga memiliki beberapa tipe seperti berikut:
1. Tipe I (semen biasa/normal): tidak memiliki karakteristik spesial, digunakan untuk konstruksi biasa
2. Tipe II (semen panas sedang): digunakan pada lingkungan yang terekspos sulfat dengan kadar yang       sedang
3. Tipe III (semen cepat mengeras): digunakan ketika suatu struktur membutuhkan kekuatan awal yang     tinggi.
4. Tipe IV (semen panas rendah): Digunakan untuk struktur yang memerlukan panas hidrasi rendah           (struktur masif: dam, bendungan, dll)
5. Tipe V (semen tahan sulfat): Digunakan untuk lingkungan yang memiliki kadar sulfat yang tinggi           (footing, basement walls, etc).

Jenis semen yang sering digunakan adalah blended portland semen karena desainer dapat menentukan sendiri campuran semen yang diinginkan.

Faktor lain yang menentukan kekuatan beton adalah:
1. perbandingan semen terhadap agregat
2. Gradasi, tekstur permukaan, bentuk, kekuatan  dan kekakuan agregat kasar
3. ukuran maksimum agregat kasar

Menurut penelitian Walker dan Bloem (1960) kekuatan beton merupakan hasil dari:
1. Kekuatan mortar semen
2. lekatan antara mortar semen dengan agregat kasar
3. kekuatan agregat kasar

2. Modulus elastisitas 

Modulus elastisitas beton adalah konstanta elastis dari material beton yang besarnya dapat ditentukan dari kurva hubungan tegangan-regangan yang merupakan kemiringan atau tangen dari kurva tersebut. Modulus awal, yaitu slope atau kemiringan kurva tegangan regangan di titik awal kurva(Ec). Modulus tangen, yaitu slope atau kemiringan di suatu titik singgung(tangen point) pada kurva tegangan regangan, misalkan pada kekuatan 50% dari kekuatan ultimate. Modulus secan, yaitu garis yang menghubungkan titik awal kurva dengan titik lain pada kurva, misal titik dengan tegangan 0.5 fc ’ .

  

Modulus elastisitas yang tinggi berarti kekakuan beton tsb tinggi, sedang modulus elastisitas yang rendah berarti beton tsb bersifat lebih ductile. Modulus elastisitas beton (berat normal) bervariasi antara 20000 sampai 30000 MPa, tergantung dari kuat tekannya. Modulus elastisitas juga dipengaruhi oleh karakteristik bahan penyusunnya terutama modulus elastisitas dari agregat kasarnya

3. Susut(shrinkage) 

Untuk mengurangi susut:

1. Gunakan air secukupnya

2. Permukaan beton harus terus dibasahi selama pengeringan

3. pengecoran elemen besar dilangsungkan secara bertahap

4. gunakan sambungan struktur untuk mengontrol lokasi retak

5. gunakan tulangan susut

6. gunakan agregat yang padat dan tidak berongga

4. Rangkak(creep) 

Rangkak didefinisikan sebagai peningkatan regangan dengan bertambahnya waktu pada kondisi tegangan yang konstan. Pada struktur beton bertulang, rangkak akan menimbulkan deformasi yang permanen.

Pada saat struktur dibebani, deformasi elastis akan langsung terjadi pada struktur. Pada saat mengalami beban ini, beton akan terus berdeformasi sejalan dengan waktu. Deformasi tambahan ini disebut dengan rangkak atau plastic flow. Jika beban terus bekerja, deformasi akan terus bertambah, hingga deformasi akhir dapat mencapai dua atau tiga kali deformasi elastis. Jika beban dipindahkan, struktur akan kehilangan deformasi elastisnya, tetapi hanya sebagian kecil dari deformasi tambahan/ rangkak yang akan hilang. Sekitar 75% dari rangkak terjadi pada tahun pertama.

5. Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik beton hanya berkisar antara 9-15% dari kuat tekannya, tergantung dari jenis tes yang digunakan ketika pengujian

1. Kekuatan tarik (modulus of rupture): fr = PL/(bh2)

2. Kekuatan tarik belah – split test (tensile flexural strength): ft = 2P/(πLd)

5. Semen

Semen portland diberi nama portland ada sejarahnya.Semen pada awalnya merupakan hasil percampuran batu kapurdan abu vulkanis. Pertama kali ditemukan di zaman kerajaan Romawi, tepatnya di Pozzuoli,dekat teluk Napoli, Italia. Bubuk itu dinamai pozzuolana. Kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin),yang artinya kira-kira "memotong menjadi bagianbagian kecil takberaturan". Meski sempat populer di zamannya, nenek moyang semen madein Napoli ini tak berumur panjang. Menyusul runtuhnya Kerajaan Romawi,sekitar abad pertengahan (tahun 1100 - 1500 M) resep ramuan pozzuolana sempat menghilang dari sejarah. Kemudian pada abad ke-18 (atau sekitar tahun 1700-an M), John Smeaton insinyur asal Inggris,menemukan kembali ramuan kuno berkhasiat luar biasa ini. Dia membuat adonandengan memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menarasuar Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris. Tetapi, bukan Smeaton yang akhirnyamematenkan proses pembuatan cikal bakal semen ini. Joseph Aspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris, pada 1824 mengurus hak patenramuan, yang kemudian dia sebut semen portland. Dinamai begitu karena warnahasil akhir olahannya mirip tanah liat PulauPortland, Inggris. Hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyak terdapat di toko-toko bangunan.

Semen portland adalah salah satu jenis semen hidrolik yang paling banyak digunakan untuk pekerjaan konstruksi beton, sedang yang dimaksud dengan semen hidrolik adalah semen yang akan mengeras jika bereaksi dengan air dan mempunyai kemampuan mengikat. Bahan utama (raw materials) penyusun semen portland adalah kapur (CaO), silika (SiO2) serta oksida besi dan aluminium (Fe2O3 dan Al2O3).

6. Proses Pembuatan Semen

Berikut adalah proses pembuatan semen:

1. Proses penyiapan bahan baku

2. Proses pengolahan bahan

3. Proses pembakaran dan pendinginan

4. Proses penggilingan akhir

5. proses pengemasan

7. Senyawa Utama Portland

Senaywa utama dari semen portland adalah tricalcium silicate, dicalcium silicate, tricalcium aluminate, tetracalcium aluminoferrite. Selain 4 senyawa utama tadi, semen portland juga mengandung senyawa-senyawa lain dalam jumlah kecil, seperti: MgO, TiO2, Mn2O3, K2O dan Na2O. Diantara senyawa minor tsb, dua senyawa minor yang harus menjadi perhatian adalah K2O (0.5- 1.2%) dan Na2O (0.2-0.4%), senyawa ini disebut alkalis, bisa merusak bila melebihi kadarnya.

8. Hidrasi Semen Portland

Hidrasi adalah reaksi yang terjadi saat semen dicampur dengan air. Pada proses hidrasi terjadi reaksi kimia antara mineral semen dengan air, membentuk produk hidrasi yang membuat semen memiliki kemampuan mengikat. Proses hidrasi terjadi secara simultan antara komponen- komponen mineral yang terkandung dalam semen tapi dengan laju yang berbeda-beda.

1. Komposisi C3S dan C2S jumlahnya antara 70%- 80% dari berat semen dan merupakan komponen         utama dalam semen, kedua senyawa inilah yang menentukan sifat fisika dari semen dalam proses           hidrasi.

2. Senyawa C3S jika terkena air akan cepat bereaksi dan menghasilkan panas. Senyawa C2S lebih             lambat bereaksi dengan air dan hanya berpengaruh terhadap semen setelah umur 7 hari. C2S                 memberikan ketahanan terhadap serangan kimia dan mempengaruhi susut terhadap pengaruh panas       akibat lingkungan.

3. Reaksi hidrasi
    Untuk C3S:
    2 C3S + 6 H → C3S2H3 + 3 Ca(OH)2
    Massa yang diperlukan dan dihasilkan:
    100 + 24 → 75 + 49
    Untuk C2S::
    2 C2S + 4 H → C3S2H3 + Ca(OH)2
    Massa yang diperlukan dan dihasilkan:
   100 + 21 → 99 + 22
4. Dari reaksi hidrasi dapat dilihat bahwa C3S dan C2S memerlukan air dengan jumlah yang hampir           sama (masing-masing 24% dan 21% dari beratnya) untuk bereaksi, tetapi C3S membebaskan               kalsium hidroksida hampir dua setengah kali lipat besarnya dari yang dibebaskan C2S.
5. Jika kandungan C3S lebih banyak maka akan terbentuk semen dengan kekuatan awal yang tinggi           serta panas hidrasi yang tinggi pula, sedangkan
6. jika kandungan C2S lebih banyak maka akan terbentuk semen dengan kekuatan awal yang rendah tapi     memiliki ketahanan yang tinggi terhadap serangan kimia.
7. Senyawa ketiga, C3A walaupun jumlahnya relatif kecil tetapi pengaruhnya terhadap perilaku dan             karakteristik semen menarik untuk diketahui. C3A bereaksi amat cepat dengan air dan menyebabkan       pasta semen mengeras dengan cepat, fenomena ini sering disebut dengan flash set. Bahayanya semen     bisa pecah kalau diserang garam sulfat dari laut.
8. Untuk meghindari hal ini, maka ditambahkan gypsum pada saat proses pembuatan semen. Jumlah         gypsum yang ditambahkan harus sedemikian sehingga setelah semua gypsum bereaksi hanya tersisa       sedikit C3A. Kelebihan gypsum akan menyebabkan ekspansi yang mengakibatkan gangguan pada           pasta semen.
9. Panas Hidrasi
    panas yang timbul pada saat proses hidrasi, dinyatakan dalam kalori/gram. Panas hidrasi terlalu tinggi     dapat menyebabkan keretakan thermal → merupakan masalah bagi struktur beton berukuran besar         atau yang memiliki kandungan semen yang tinggi. Total panas yang dihasilkan bergantung pada             komposisi semennya. Untuk memperoleh jenis semen yang sesuai untuk suatu pekerjaan tertentu,         perlu diketahui karakteristik panas hidrasi yang akan dihasilkan. Panas hidrasi dapat dikurangi dengan     membatasi kandungan semen serta kontrol komposisi semen (misalnya, mengurangi kandungan C3A     dan C3S) serta kontrol kehalusan semen.
10.Laju hidrasi bergantung pada kehalusan semen, makin tinggi kehalusan semen, makin cepat laju              hidrasinya dan makin cepat pengembangan kekuatan awal beton. Kehalusan semen yang tinggi akan      mengurangi bleeding, yaitu naiknya air campuran ke permukaan. Tapi kehalusan semen yang tinggi        juga akan menyebabkan pasta semen mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk mengalami      susut dan retak-retak.

9. Beberapa Jenis Semen Portland

Ada beberapa jenis semen berdasarkan komposisinya:

1. Tipe I (semen biasa/normal) 

Kandungan C3S 45-55% 

Kandungan C3A 8-12% 

Kehalusan -> 350 -400 m2/kg

2. Tipe II (semen panas sedang): 

Kandungan C3S 45-55% 

Kandungan C3A 5-7% 

Kehalusan -> 300 m2/kg 

Ketahanan terhadap sulfat cukup baik

Panas hidrasi tidak tinggi

3. Tipe III (semen cepat mengeras): 

   Kandungan C3S >55% 

   Kandungan C3A >12% 

   Kehalusan -> 500 m2/kg

   Laju pengerasan awal tinggi

   Untuk rasio air semen yang sama, penggunaan semen tipe III akan menghasilkan kuat tekan 28 hari      yang lebih rendah dengan penggunaan semen tipe 1

   Tidak baik untuk beton mutu tinggi

4. Tipe IV (semen panas rendah):
   Kandungan C3S maks 35%
   Kandungan C3A maks 7%
   Kandungan C2S 40-50%
   Kehalusan butir lebih kasar dari tipe I Digunakan bila menginginkan panas hidrasi yang rendah
5. Tipe V (semen tahan sulfat):
   Kandungan C3S 45-55%
   Kandungan C3A <5%
   Kehalusan -> 300 m2/kg
   Panas hidrasi rendah
   Ketahanan terhadap sulfat tinggi Laju pengerasan rendah

10. Jenis Semen Lainnya

1. High Alumina cement dapat menghasilkan beton dengan kecepatan pengerasan yang cepat dan tahan       terhadap serangan sulfat, asam akan tetapi tidak tahan terhadap serangan alkali. Semen tahan api juga     dibuat dari High Alumina Cement, semen ini juga mempunyai kecepatan pengerasan awal yang lebih       baik dari semen Portland tipe III. Bahan baku semen ini terbuat dari batu kapur dan bauxite,                 sedangkan penggunaannya aseperti Heat resistance concrete, Corrosion resistance concrete

2. Semen anti bakteri adalah campuran yang homogen antara semen Portland dengan “anti bacterial           agent” seperti germicide. Bahan tersebut ditambahkan pada semen Portland untuk “Self                         Desinfectant” beton terhadap serangan bakteri dan jamur yang tumbuh. Sedangkan sifat-sifat kimia       dan fisiknya hampir sama dengan semen Portland tipe I.

3. Oil well cement adalah semen Portland semen yang dicampur dengan bahan retarder khusus seperti       asam borat, casein, lignin, gula atau organic hidroxid acid. Fungsi dari retarder disini adalah untuk         mengurangi kecepatan pengerasan semen, sehingga adukan dapat dipompakan kedalam sumur               minyak atau gas. Pada kedalaman 1800 sampai dengan 4900 meter tekanan dan suhu didasar sumur       minyak tinggi. Karena pengentalan dan pengerasan semen itu dipercepat oleh kenaikan temperature         dan tekanan, maka semen yang mengental dan mengeras secara normal tidak dapat digunakan pada       pengeboran sumur yang dalam.

4. Semen campur dibuat karena dibutuhkannya sifatsifat khusus yang tidak dimiliki oleh semen                 portland. Untuk mendapatkan sifat khusus tersebut diperlukan material lain sebagai pencampur.Jenis       semen campur : 

    1. Semen Portland Pozzolan (SPP) 

    2. Portland Blast Furnace Slag Cement 

    3. Semen Mosonry 

    4. Semen Portland Campur (SPC)