Kata beton dalam bahasa Indonesia berasal dari kata yang sama dalam bahasa Belanda. Kata concrete dalam bahasa Inggris berasal dari bahasa Latin Concretus yang berate tumbuh bersama atau menggabungkan menjadi satu.
Beton adalah material yang rumit. Beton dapat dibuat dengan mudah bahkan oleh mereka yang tidak punya pengertian sama sekali tentang teknologi beton, tetapi pengertian yang salah dari keserdehanaan ini sering menghasailkan persoalan pada produk, antara lain reputasi jelek dari beton sebagai bahan bangunan.
Sebagai material komposit, sifat beton sangat bergantung pada sifat unsur masing-masing serta interaksi mereka.
Ada 3 unsur yang melibatkan : Pasta semen, Mortar, Beton
Unsur terurai
beton komposit
Semen+
Air
+
Agregat halus (pasir)
+
Agregat kasar (kerikil)
Beton mempunyai kuat tekan yang besar sementara kuat tariknya kecil. Oleh karena itu untuk struktur bangunan, beton selalu dikombinasikan dengan tulangan baja untuk memperoleh kinerja yang tinggi. Beton ditambah dengan tulangan baja menjadi beton bertulang.
PRESENTASE BETON
Pada beton yang baik setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar. Demikian pula halnya dengan ruang antar agregat, harus terisi mortar. Jadi kualitas pasta semen/mortar menentukan kualitas beton. Semen unsur kunci dalam beton komposisi 7-15% dari campuran. Kurang dari <7 data-blogger-escaped-beton="" data-blogger-escaped-disebut="" data-blogger-escaped-kurus.="">15 % disebut beton gemuk.
Agregat komposisinya 61-76% dari campuran beton
Keunggulan beton
a. Keterdiaan material dasar
1. Agregat dan air didapatkan dari local
2. Tidak demikian dengan baja harus pabrikasi dan impor
3. Ketersedian kayu masalah lingkungan
b. Kemudahan untuk digunakan
1. Pengangkutan mudah
2. Bisa dipakai untuk berbagai struktur
3. Beton bertulang bisa dipakai untuk struktur berat
c. Kemampuan beradaptasi
1. Bersifat monolit tidak memerlukan sambungan seperti baja
2. Dapat dicetak dengan ukuran dan bentuk berbeda
3. Beton dapat diproduksi dengan berbagai cara yang disesuiakan dengan situasi sekitar
4. Konsumsi energi minimal dibandingkan dengn baja
d. Pemeliharan minimal
Ketahanan beton cukup tinggi, lebih tahan karat tidak perlu dicat, tahan kebakaran.
Kelemahan beton;
1. Berat sendiri yang besar, 2400kg/m3.
2. Kekuatan tariknya rendah
3. Beton cenderung untuk retak
4. Kualitas tergantung cara pelaksanaan dilapangan
5. Struktur beton sulit untuk dipindahkan.
Cara mengatasi kelemahan beton;
1. Membuat beton mutu tinggi
2. Memakai beton bertulang
3. Melakukan perawatan
4. Memakai beton pracetak
5. Mempelajari teknolgi beton
SEMEN
Pengertian
Karena beton terbuat dari agregat yang diikat bersama pasta semen yang mengeras maka kualitas semen sangat mempengaruhi kualitas beton. Pasta semen adalah lem, yang bila semakin tebal tentu semakin kuat. Namun jika semakin tebal juga tidak menjamin lekatan yang baik.
Semen adalah bahan yang bersifat ahdesif maupun kohesif, yaitu bahan pengikat. Menurut Standar Industri Indonesia, SII 0013-1981, definisi semen Portland yaitu semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis bersama bahan-bahan yang biasa digunakan yaitu gypsum.
Fungsi semen untuk bereaksi dengan air menjadi pasta semen. Pasta semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir antar agregat agar terjadi suatu massa yang kompak/padat. Selain itu pasta semen juga untuk mengisi rongga-rongga antara butir-butir agregat. Walaupun volume semen kira-kira 10 persen dari volume beton, namun karena bahan perekat yang aktif dan mempunyai harga paling mahal dari bahan dasar beton yang lain maka perlu dipelajari/diperhatikan secara baik.
Tukang batu Joseph Aspdin dari Inggris (Pulau Portland) adalah pembuat semen Portland yang pertama pada awal abad 19, dengan membakar batu kapur yang dihaluskan dan tanah liat dalam tungku dapur rumahnya. Dari metode kasar ini berkembanglah industri pembuatan semen yang sedimikian halus sehingga satu kilogram semen mengnadung sampai 300 milyar butiran.
Semen Hidrolis dan Non Hidrolis
Ada 2 macam semen;
1. Hidrolis semen yang akan mengeras bila beraksi dengan air, tahan terhadap air (water resistance) dan satabil didalam air setelah mengeras.
2. Non hidrolis semen yang dapat mengeras tetapi tidak stabil dalam air Sebagai perbandingan, lihat perbedaan gypsum dan kapur keras.
- Gypsum mengeras bila beraksi denga air tetapi akan larut dalam air (bukan jenis semen hidrolis)
- Kapur keras tidak mengeras bila beraksi dengan air melainkan akan mengeras bila beraksi dengan CO2. Setelah mengeras maka akan tahan dengan air (bukan jenis semen hidrolis)
Kebutuhan dunia akan semen hidrolis mencapai ratusan juat ton setipa tahun sehinggaharus diproduksi dari material alamiah, daripada bahan kimia murni semata. Salah satu semen hidrolis yang dipakai dalam konstruksi beton adalah semen Portland. Jenis yang lain ; semen alamiah dan semen alumina.
Bahan Dasar
Semen Portland yang dijual dipasaran umumnya berkualisa baik dan dapat dipertanggung jawabkan.
Bahan dasar semen Portland;
- Kelompok calcareous oksida kapur
- Kelompok siliceous oksida silica
- Kelompok argillacous oksida alumina
- Kelompok ferriferous oksida besi
Semen portland dibuat dari 4 bahan diatas, dipilih secara selektif dan dikontrol secara ketat. Setelah pembakaran ditambah gypsum untuk mengatur waktu set (setting time) mortar atau beton.
Untuk pembutan 1 ton semen Portland diperlukan bahan dasar; 1,3 ton batu kapur(limestone)/kapur(chalk) 0,3 ton pasir silica/tanah liat 0,03 ton pasir/kerak besi 0,04 ton gypsum
Proses Pembuatan Semen
Semen portland dibuat dengan melalui beberapa langkah, sehingga sangat halus dan memiliki sifat adhesive maupun kohesif. Semen diperoleh dengan membakar secara bersamaan suatu campuran dari calcareous (yang mengadung kalsium atau batu gamping) dan argillacous (yang mengnadung alumina) dengan perbandingan tertentu. Secara mudahnya kandungan semen Portland ialah; kapur, silica dan alumina. Ketiga bahan tadi dicampur dan dibakar dengan suhu 1550C dan menjadi klinker. Setelah itu kemudian dikeluarkan, didinginkan dan dihaluskan sampai halus menjadi bubuk. Biasanya lalu ditambahkan dengan gips atau kalsium sulfat sebagai bahan pengontrol waktu ikat. Kemudian dikemas dalam kantong dengan berat bervariai 40 kg dan 50 kg.
Proses Kering dan Proses Basah
Secara global ada dua macam proses pembuatan semen yaitu; proses kering ada proses basah. Proses basah cocok untuk material mentah yang gembur seperti kapur dan tanah liat yang sudah siap terurai didalam air untuk membentuk lumpur. Air sebanyak 30% akan dibuang pada tahap awal proses kiln.
Untuk material keras seperti batu kapur dan shale memakai proses kering. Klengasan dibuang pada tahap awal, umunya pada waktu digiling.
Pemilihan proses tergantung sifat material, efisiensi setiap proses dan harga energy. Pada waktu minyak melonjak pada tahun 70-an, proses basah yang mulanya banyak digunakan kemudian diganti dengan proses kering.
Senyawa Kimia
Empat senyawa kimia yang utama;
1. Triklasium silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2
2. Dikalsium silikat (C2S) atau 2CaO.SiO6
3. Trikalsium aluminat (C3A) atau 3 Ca O.Al2O3
4. Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4Ca.Al2O3. Fe2O3
Dua unsur yang utama (C3S dan C2S) biasanya merupakan 70 sampai 80 % dari unsure semen sehingga merupakan bagian yang paling dominan dalam memberikan sifat semen. Bila semen terkena air, C3S segera berhidrasi dan menghasilkan panas. Selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen, terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Sebaliknya C2S beraksi dengan air lebih lambat sehingga berpengaruh terhadap pengerasan semen setelah lebih dari 7 hari. Dan memberikan kekuatan akhir (lihat gambar….). unsure C2S ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan juga mengurangi besar susut pengeringan. Kedua unsure pertama ini membutuhkan air berturut-turur sekita 24 dan 12 % dari masing-masing beratnya untuk terjadinya reaksi kimia, namun saat hidrasi C3S membebaskan kalsium hidroksida hampir 3 kali lebih banyak daripada yang dibebaskan C2s. maka dari itu, jika C3S mempunyai persentase yang lebih tinggi akan menghasilkan proses pengerasan yang cepat pada pembentukan kekuatan awalnya disertai suatau panas hidrasi tinggi. Sebalikya presentase C2s yang lebih tinggi menghasilkan proses pengerasan yang lambat, panas hidrasi sedikit dan ketahanan terhadap kimia yang lebih baik.
Unsure C3A (unsure ketiga) berhidrasi secara exothermic, dan beraksi dengan cepat, memberikan kekuatan seseudah 24 jam. C3A beraksi dengan air sebanyak kira-kira 40 persen beratnta (lebih banyak daripada unsure 1 dan 2), namun karena jumlah unsure ini sedikit maka pengaruh pada jumlah air hanya sedikit. Unsur C3A ini sangat berpengaruh pada panas hidrasi tertinggi, baik selama pengerasan awal maupun pengeresan berikutnya yang panjang. Beton yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung larutan asam sulfat (SO4) akan mudah rusak jika semenya mengnadung C3A, karena kondisi C3A mudah beraksi dengan larutan sulfat. Didalam beton hasil reaksi ini menghasilkan bentuk zat kimia baru yang dinamakan ettringite, volumenya lebih besar (mengembang), sehingga membuat beton retak-retak. Oleh karena itu semen tahan sulfat tidak boleh mengnadung unsure C3A lebih dari 5 persen. Unsur C4AF (unsure keenmpa) kurang begitu besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen atau beton.
Hidrasi Semen
Bilamana semen bersentuhan dengan air maka proses hidrasi berlangsung, dengan arah dari luar ke dalam, maksudnya hasil hidrasi mengendap dibagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi dibagian dalam secara bertahap terhidrasi sehingga volumenya mengecil. Proses permulaan hidrasi tersebut berlangsung lambat, antara 2-5 jam sebelum mengalami percepatan setelah kulit permukaan pecah.
Pada tahap hidrasi berikutnya, pasta semen menjadi gel (suatu butiran sangat halus hasil hidrasi, memiliki permukaan yang amat besar) dan sisa-sisa semen yang tak bereaksi mis kalsium hidroksida Ca(OH)2, air dan beberapa senyawa yang lain. Kristal-kristal dari berbagai senyawa yang dihasilkan membnetuk rangkaian tiga-dimensi yang saling melekat secara random dan kmeudian sedikit demi sedikit mengisi ruangan yang mula0mula ditempati air, lalu menjadi kaku dan muncullah suatu kekuatan yang selanjutnya mengeras menjadi benda yang padat dan kaku. Dengan demikian pasta semen yang telah mengeras memiliki struktur yang berpori, dengan ukuran pori bervariasai dari yang sangat kecil sampai besar. Pori-pori tersebut disebut pori-pori gel.
Pori-pori yang didalam pasta semen yang sudah keras mungkin berhubungan, tapi mungkin tidak.
Jenis jenis Semen Portland
a. Semen Portland
Melihat sifat yang berbeda-beda dari masing-masing komponen ini kita dapat membuat bermacam-macam jenis semen hanya dengan mengubah kadar masing-masing komponennya. Misalnya kita ingin mendapatkan semen yang mempunyai kekuatan awal yang tinggi maka kita perlu menambah kadar C3S dan mengurangi kadar C2S. ASTM (America Standard for Testing Material) menentukan komposisi semen berbagai type sebagai berikut
Tipe I adalah semen Portland untuk konstruksi umum, yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis yang lain
Tipe II adalah semen Portland untuk konstruksi yang agak tahan terhadap sulfat dan panas hidrasi
Tipe III adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat kekuatan awal tinggi Tipe IV adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat panas hidrasi yang rendah.
Tipe V adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat sangat tahan terhadap sulfat
b. Semen portlad Pozzoland
Semen portlland pozzoland (PPC) adalah suatu bahan perekat hidrolis yang dibuat dengan menggiling halus klinker semen portlang dan pozzoland, atau suatu campuran yang merata antara bubuk semen portlang dan bubuk pozzoland selam penggilingan atau pencampuran.
Pozzoland adalah bahan alami atau buatan yang sebagian besar terdiri dari unsur2 silikat (SiO2) dan atau aluminat (Al2O3) yang reaktif. Pozzoland tidak bersifat seperti semen, namun dalam bnetuknya yang halus jika dicampur dengan kapur padam aktif dan air pada suhu kamar akan mengeras dalam beberapa waktu, sehingga membentuk massa yang padat dan sukar larut dalam air.
Semen portlang pozzoland dapat diproduksi dengan salah satu cara berikut;
- Cara pertama Menggiling bersama klinker semen dan pozzoland dengan bahan tambah gips atau kalsium sulfat.
- Cara kedua Mencampur dengan rata gerusan semen dan pozzolan halus.
Penggilingan dua material secara bersama-sama pada cara pertama lebih muda daripada mencampur bubuk kering pozolan sebagaimana cara kedua. Pencampuran bubuk kering pozolan pada cara kedua hanya dilakukan dengan jika cara penggilingan pada cara pertama tidak ekonomis, serta mesin pencampur yang ada dapat menjamin keseragaman hasil pencampuranyya.
Semen portlan pozzolan menghasilkan panas hidrasi lebih sedikit daripada semen biasa. Sifat ketahanan terhadap kotoran dalam air (mis kandungan garam) lebih baik, sehingga cocok jika dipakai;
- Bangunan di air payau atau laut yang selalu berhubungan dengan air yang mengandung sulfat
- Bangunan beton yang memerlukan kekedapan air tinggi, mis dinding ruang basemen, bak penyimpanan air bersih, bangunan sanitasi
- Beton massa (dam, bendungan, fondasi besar) yang membutuhkan panas hidrasi rendah
- Pekerjaan plesteran (mortar) yang memerlukan (adukan morta/beton) yang plastis
Penyimpanan Semen
Semen harus tetap kering. Penyimpanan semen kadang-kadang diperlukan dalam jangka waktu lama, terutama jika distribusi semen tidak teratur. Walaupun semen dapat dijaga mutunya dalam jangka waktu tidak terbatas asalkan uap air dijauhkan dari tempat penyimpanan tersebut, namun semen yang berhubungan dengan udara akan menyerap air dengan perlahan-lahan, dan ini menyebabkan kerusakan. Kerusakan berupa beraksinya permukaan butiran-butiran semen dengan air dan permukaan tersebut mengeras, sehingga mempersulit reaksi butir semen berikutnya.
Semen dalam bentuk curah (bukan dalam kantong) dapat disimpan dalam tempat penyimpanan setinggi 2 meter atau lebih. Biasanya hanya bagian luar saja setebal 5cm yang keras dan harus dibuang sebelum semen dipakai. Semen dalam kantong dapat disimpan dengan aman untuk beberapa bulan jika disimpan di atas lantai dengan alas yang kedap air, dengan dinding dan lantai yang kedap air seta jendela-jendela ditutup dengan sanngat rapat. Sekali semen tersimpan harus tidak boleh terganggu sampai semen akan dipakai.
Akibat tidak sempurnanya penyimpanan semen dalam jangka waktu lama smen menjadi buruk. Semen yang telah disimpan lebih dari 6 bulan sejak dibuat, atau semen dlam kantong di penyimpanan local lebih dari 3 bulan, perlu diperiksa sebelum digunakan dan jika sudah kurang baik sebaiknya tidak dipakai.
AGREGAT
Agregat adalah butiran mineral yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran beton atu mortar. Agregat menempati 70-75% dari total volume beton maka kualitas agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Dengan kualitas yang baik, beton dapat dikerjakan (workable), kuat, tahan lama (durable) dan ekonomis. Mengingat agregat lebih murah daripada semen maka akan ekonomis bila agregat dimasukan sebanyak mungkin selama secara teknis memungkinkan dan kandungan semen nya minimum Cara membedakan jenis agregat yang paling banyak dilakukan dengan didasarkan pada ukuran butir-butirnya. Agregat yang mempunyai ukuran lebih besar disebuta agregat kasar sedangkan agregat yang lebih kecil disebut agregat halus. Sebagai batas antara ukuran butir yang kasar dan yang halus tampaknya belum ada nilai yang pasti, masih berbeda antara satu disiplin ilmu dengan disiplin ilmu yang lain. Didalam teknologi beton nilai batas tersebut ialah 4,75mm atau 4,8 mm. agregat yang butiranya lebih besar dari 4, 75 disebut agregat kasar, sedangkan yang lebih kecil disebut agregat halus. Secara umum agregat kasar disebut sebagai kerikil, kericak, batu oecah, atau split adapaun agregat halus disebut pasir, baik berupa pasir alami yang diperoleh langsung dari sungai atau tanah galian atau hasil dari pemecahan batu. Sedangakan buir ya ng lebih kecil dari 0,075 mm disebut silt dan yang lebih kecil dari 0,002 mm disebut clay.
Dalam praktek agregat digolongkan dalam 3 kelompok;
1. Batu, ukuran lebih dari 40mm
2. Kerikil, ukuran antara 5 – 40mm
3. Pasir, ukuran antara 0,25 – 5 mm
Agregat alami dan Agregat Buatan
Agregat diperoleh dari sumber daya alam yang telah mengalami pengecilan ukuran secara alami (mis kerikil) atau dapat diperoleh dengan cara memecah batu alam, membakar tanah liat dsb.
Agregat alami dapat diklarifikasikan kedalam sejarah terbentuknya peristiwa geologi yaitu agregat beku, agregat sedimen, dan agregat metamorf.
Pasir alam terbentuk dari pecahan batu karena beberapa sebab. Pasir dapar diperoleh dari dalam tanah, pada dasar sungai atau tepi laut. Oleh karena itu pasir dapat digolongkan dalam;
1. Pasir galian
2. Pasir sungai
3. Pasir pantai
Bila agregat alami jauh dari lokasi pekerjaan, maka dapat dipakai agregat buatan (agregat tiruan). Agregat buatan dapat berupa batu pecah, pecahan genteng/bata, tanah liat bakar, fly ash dsb.
Sebelum barang-barang bekas/buangan tersebut dipakai, maka perlu dipertimbangkan dulu thd hal-hal berikut;
a. Tinjaun ekonomis,
b. Tinjaun sifat teknis
Barang buangan/limbah, kadang-kadang memerlukan biaya yang tidak sedikit jika harus dipisahkan/dipilih dari bahan yang lain atau kotoran yang melekat.
Berat Jenis Agregat
Berat jenis ialah rasio antara massa padat agregat dan massa air dengan volume yang sama (tanpa satuan)
Karena butiran agregat umunya mengandung pori-pori yang ada dalam butiran dan tertutup/ tidak saling berhubungan, maka berat agregat dibedakan menjadi;
1. Berat jenis mutlak, jika volume benda padatnya tanpa pori
2. Berat jenis semu, jika benda padatnya termasuk pori tertutupnya
Rumus; Bj = Wb:Wa
Dengan
Wb = berat butir agregat
Wa = berat air dengan volume air sama dengan volume butir agregat. Berdasarkan berat jenisnya agregat dibedakan;
1. Agregat normal bj 2,5 sampai 2,7 2. Agregat berat > bj 2,8 3. Agregat ringan < bj 2,0
Berat Satuan dan Kepadatan
Berat satuan agregat ialah berat agregat dalam satu satuan volume bejana, dinyatakan dalam kg/ltr atau ton/m3. Jadi berat satuan ialah berat agregat dalam satuan bejana (dalam bejana terdiri atas volume butir (meliputi pori tertutup) dan volume pori terbuka)
Wb = berat butir-butir agregat dalam bejana
Vt = Vb + Vp
Vt = volume total bejana
Vb = volume butir agregat dalam bejana
Vp = volume pori antara butir-butir agregat dalam bejana.
Porositas
Kepampatan (kepadatan)
Dalam rumus-rumus tersebut maka didapat hubungan nilai kepadatan dan prositas; yaitu
Ukuran Maksimum Butir Agregat
Untuk mengurangi jumlah semen (agar biaya pembuatan beton berkurang) dibutuhkan ukuran butir-butir maksimum agregat yang sebesar-besarnya. Walaupun demikian, besar ukuran maksimum agregat kasar tidak dapat terlalu besar, karena ada factor-faktor lain yang membatasi.
Factor lain yang membatasi; jarak bidang samping cetakan, dimensi plat beton yang dibuat, serta jarak bersih anata baja tulangan beton, yaitu;
1. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari ¾ kali jarak bersih antar baja tulangan. 2. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari 1/3 kali tebal plat 3. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari 1/5 jarak terkecil antara bidang samping cetakan.
Dengan pertimbangan diatas, maka ukuran maksimum butir agregat untuk beton bertulang umunya sebesar 10mm, 20mm, atau 40 mm. untuk beton massa biasa dipakai ukuran maksimum sebesar 75 mm atau 150 mm.
Gradasi
Gradasi ialah distribusi ukuran butiran dari agregat. Sebagai pernyataan gradasi dipakai nilai persemtase dari berat butiran yang tertinggal atau lewat didalam suatu susunan ayakan/saringan.
Agregat yang diayak berurutan menurut ayakan standar, yang disusun mulai dari yang ayakan terbesar kebagian paling atas sampai ke ayakan terkecil bagina paling bawah. Agregat diletakan dibagian ayakan paling atas, setekah digetarkan cukup lama, berat agregat yang tertahan pada setiap ayakan dicatat, dihitung presentasenya.
Pada Perencanaan Campuaran dan Pengendalian Mutu Beton (1994) agregat halus dapat dibagi menjadi empat jenis menurut gradasinya yaitu pasir halus, agak halus, agak kasar dan kasar. Adapun untuk gradasi kasar (kerikil atau batu pecah atau split) yang baik masuk didalam batas-batas.
Gradasi Agregat Campuran
Gradasi campuran distribusi ukuran butiran agregat yang terdiri dari agregat halus dan agregat kasar.
Gradasi Agregat khusus
a. Gradasi sela gradasi dengan salah satu fraksi atau lebih yang berukuran tertentu tidak ada.
b. Gradasi seragam agregat yang terdiri dari butiran-butiran yang sama besar (fraksi tunggal).
Modulus Halus Butir
Modulus halus butir (Finensess Modulus) ialah suatu indek yang dipakai untuk ukuran kehalusan atau kekerasan butir-butir agregat. Makin besar nilai modulus halus menunjukan bahwa makin besar ukurn butir-butir agregatnya.
Pada umunya modulus halus untuk agregat halus = 1,5 – 3,8, modulus halus untuk agregat kasar = 6 - 8.
Agregat Campuran
Agregat campuran ialah hasil pencampuran agregat halus dan agregat kasar. Pencampuran agreagat halus dan kasar untuk memperoleh agregat yang memenuhi persyaratan adukan beton.
Untuk mendapatkan gradasi agregat campuran yang memenuhi syarat untuk adukan beton, maka perbandingan berat antara agregat halus dan agregat kasar harus dihitung, cara menghitung perbandingan berat dapat dilakukan dengan cara;
1. Rumus mhb;
Wh:Wk=(mk-mc):(mc-mh)
Dengan
Wh=berat agregat halus
Wk=berat agregat kasar
mk=modulus halus butir agregat kasar
mc=modulus halus butir agregat campuran
mh= modulus halus butir agregat halus
2. Coba-coba, dengan berdasarkan hasil hitungan rumus mhb kemudian dengan table (lihat Tabel 3.11). hasil hitungan hitungan dengan table kemudian dibandingkan dengan Tabel 3.4 sampai 3.7 atau gambar grdasi campuran Gb 3.3. apabila hitungan kurang memuaskan, maka hitungan diulang dengan sedikit perubahan perbandingan sebelunya. Demikian seterusnya berulang-ulang sampai diperoleh hasil campuran yang baik (ditengah-tengah kurva gregat campuran)
Pengertian
Karena beton terbuat dari agregat yang diikat bersama pasta semen yang mengeras maka kualitas semen sangat mempengaruhi kualitas beton. Pasta semen adalah lem, yang bila semakin tebal tentu semakin kuat. Namun jika semakin tebal juga tidak menjamin lekatan yang baik.
Semen adalah bahan yang bersifat ahdesif maupun kohesif, yaitu bahan pengikat. Menurut Standar Industri Indonesia, SII 0013-1981, definisi semen Portland yaitu semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis bersama bahan-bahan yang biasa digunakan yaitu gypsum.
Fungsi semen untuk bereaksi dengan air menjadi pasta semen. Pasta semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir antar agregat agar terjadi suatu massa yang kompak/padat. Selain itu pasta semen juga untuk mengisi rongga-rongga antara butir-butir agregat. Walaupun volume semen kira-kira 10 persen dari volume beton, namun karena bahan perekat yang aktif dan mempunyai harga paling mahal dari bahan dasar beton yang lain maka perlu dipelajari/diperhatikan secara baik.
Tukang batu Joseph Aspdin dari Inggris (Pulau Portland) adalah pembuat semen Portland yang pertama pada awal abad 19, dengan membakar batu kapur yang dihaluskan dan tanah liat dalam tungku dapur rumahnya. Dari metode kasar ini berkembanglah industri pembuatan semen yang sedimikian halus sehingga satu kilogram semen mengnadung sampai 300 milyar butiran.
Semen Hidrolis dan Non Hidrolis
Ada 2 macam semen;
1. Hidrolis semen yang akan mengeras bila beraksi dengan air, tahan terhadap air (water resistance) dan satabil didalam air setelah mengeras.
2. Non hidrolis semen yang dapat mengeras tetapi tidak stabil dalam air Sebagai perbandingan, lihat perbedaan gypsum dan kapur keras.
- Gypsum mengeras bila beraksi denga air tetapi akan larut dalam air (bukan jenis semen hidrolis)
- Kapur keras tidak mengeras bila beraksi dengan air melainkan akan mengeras bila beraksi dengan CO2. Setelah mengeras maka akan tahan dengan air (bukan jenis semen hidrolis)
Kebutuhan dunia akan semen hidrolis mencapai ratusan juat ton setipa tahun sehinggaharus diproduksi dari material alamiah, daripada bahan kimia murni semata. Salah satu semen hidrolis yang dipakai dalam konstruksi beton adalah semen Portland. Jenis yang lain ; semen alamiah dan semen alumina.
Bahan Dasar
Semen Portland yang dijual dipasaran umumnya berkualisa baik dan dapat dipertanggung jawabkan.
Bahan dasar semen Portland;
- Kelompok calcareous oksida kapur
- Kelompok siliceous oksida silica
- Kelompok argillacous oksida alumina
- Kelompok ferriferous oksida besi
Semen portland dibuat dari 4 bahan diatas, dipilih secara selektif dan dikontrol secara ketat. Setelah pembakaran ditambah gypsum untuk mengatur waktu set (setting time) mortar atau beton.
Untuk pembutan 1 ton semen Portland diperlukan bahan dasar; 1,3 ton batu kapur(limestone)/kapur(chalk) 0,3 ton pasir silica/tanah liat 0,03 ton pasir/kerak besi 0,04 ton gypsum
Proses Pembuatan Semen
Semen portland dibuat dengan melalui beberapa langkah, sehingga sangat halus dan memiliki sifat adhesive maupun kohesif. Semen diperoleh dengan membakar secara bersamaan suatu campuran dari calcareous (yang mengadung kalsium atau batu gamping) dan argillacous (yang mengnadung alumina) dengan perbandingan tertentu. Secara mudahnya kandungan semen Portland ialah; kapur, silica dan alumina. Ketiga bahan tadi dicampur dan dibakar dengan suhu 1550C dan menjadi klinker. Setelah itu kemudian dikeluarkan, didinginkan dan dihaluskan sampai halus menjadi bubuk. Biasanya lalu ditambahkan dengan gips atau kalsium sulfat sebagai bahan pengontrol waktu ikat. Kemudian dikemas dalam kantong dengan berat bervariai 40 kg dan 50 kg.
Proses Kering dan Proses Basah
Secara global ada dua macam proses pembuatan semen yaitu; proses kering ada proses basah. Proses basah cocok untuk material mentah yang gembur seperti kapur dan tanah liat yang sudah siap terurai didalam air untuk membentuk lumpur. Air sebanyak 30% akan dibuang pada tahap awal proses kiln.
Untuk material keras seperti batu kapur dan shale memakai proses kering. Klengasan dibuang pada tahap awal, umunya pada waktu digiling.
Pemilihan proses tergantung sifat material, efisiensi setiap proses dan harga energy. Pada waktu minyak melonjak pada tahun 70-an, proses basah yang mulanya banyak digunakan kemudian diganti dengan proses kering.
Senyawa Kimia
Empat senyawa kimia yang utama;
1. Triklasium silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2
2. Dikalsium silikat (C2S) atau 2CaO.SiO6
3. Trikalsium aluminat (C3A) atau 3 Ca O.Al2O3
4. Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4Ca.Al2O3. Fe2O3
Dua unsur yang utama (C3S dan C2S) biasanya merupakan 70 sampai 80 % dari unsure semen sehingga merupakan bagian yang paling dominan dalam memberikan sifat semen. Bila semen terkena air, C3S segera berhidrasi dan menghasilkan panas. Selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen, terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Sebaliknya C2S beraksi dengan air lebih lambat sehingga berpengaruh terhadap pengerasan semen setelah lebih dari 7 hari. Dan memberikan kekuatan akhir (lihat gambar….). unsure C2S ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan juga mengurangi besar susut pengeringan. Kedua unsure pertama ini membutuhkan air berturut-turur sekita 24 dan 12 % dari masing-masing beratnya untuk terjadinya reaksi kimia, namun saat hidrasi C3S membebaskan kalsium hidroksida hampir 3 kali lebih banyak daripada yang dibebaskan C2s. maka dari itu, jika C3S mempunyai persentase yang lebih tinggi akan menghasilkan proses pengerasan yang cepat pada pembentukan kekuatan awalnya disertai suatau panas hidrasi tinggi. Sebalikya presentase C2s yang lebih tinggi menghasilkan proses pengerasan yang lambat, panas hidrasi sedikit dan ketahanan terhadap kimia yang lebih baik.
Unsure C3A (unsure ketiga) berhidrasi secara exothermic, dan beraksi dengan cepat, memberikan kekuatan seseudah 24 jam. C3A beraksi dengan air sebanyak kira-kira 40 persen beratnta (lebih banyak daripada unsure 1 dan 2), namun karena jumlah unsure ini sedikit maka pengaruh pada jumlah air hanya sedikit. Unsur C3A ini sangat berpengaruh pada panas hidrasi tertinggi, baik selama pengerasan awal maupun pengeresan berikutnya yang panjang. Beton yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung larutan asam sulfat (SO4) akan mudah rusak jika semenya mengnadung C3A, karena kondisi C3A mudah beraksi dengan larutan sulfat. Didalam beton hasil reaksi ini menghasilkan bentuk zat kimia baru yang dinamakan ettringite, volumenya lebih besar (mengembang), sehingga membuat beton retak-retak. Oleh karena itu semen tahan sulfat tidak boleh mengnadung unsure C3A lebih dari 5 persen. Unsur C4AF (unsure keenmpa) kurang begitu besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen atau beton.
Hidrasi Semen
Bilamana semen bersentuhan dengan air maka proses hidrasi berlangsung, dengan arah dari luar ke dalam, maksudnya hasil hidrasi mengendap dibagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi dibagian dalam secara bertahap terhidrasi sehingga volumenya mengecil. Proses permulaan hidrasi tersebut berlangsung lambat, antara 2-5 jam sebelum mengalami percepatan setelah kulit permukaan pecah.
Pada tahap hidrasi berikutnya, pasta semen menjadi gel (suatu butiran sangat halus hasil hidrasi, memiliki permukaan yang amat besar) dan sisa-sisa semen yang tak bereaksi mis kalsium hidroksida Ca(OH)2, air dan beberapa senyawa yang lain. Kristal-kristal dari berbagai senyawa yang dihasilkan membnetuk rangkaian tiga-dimensi yang saling melekat secara random dan kmeudian sedikit demi sedikit mengisi ruangan yang mula0mula ditempati air, lalu menjadi kaku dan muncullah suatu kekuatan yang selanjutnya mengeras menjadi benda yang padat dan kaku. Dengan demikian pasta semen yang telah mengeras memiliki struktur yang berpori, dengan ukuran pori bervariasai dari yang sangat kecil sampai besar. Pori-pori tersebut disebut pori-pori gel.
Pori-pori yang didalam pasta semen yang sudah keras mungkin berhubungan, tapi mungkin tidak.
Jenis jenis Semen Portland
a. Semen Portland
Melihat sifat yang berbeda-beda dari masing-masing komponen ini kita dapat membuat bermacam-macam jenis semen hanya dengan mengubah kadar masing-masing komponennya. Misalnya kita ingin mendapatkan semen yang mempunyai kekuatan awal yang tinggi maka kita perlu menambah kadar C3S dan mengurangi kadar C2S. ASTM (America Standard for Testing Material) menentukan komposisi semen berbagai type sebagai berikut
Tipe I adalah semen Portland untuk konstruksi umum, yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis yang lain
Tipe II adalah semen Portland untuk konstruksi yang agak tahan terhadap sulfat dan panas hidrasi
Tipe III adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat kekuatan awal tinggi Tipe IV adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat panas hidrasi yang rendah.
Tipe V adalah semen Portland untuk konstruksi dengan syarat sangat tahan terhadap sulfat
b. Semen portlad Pozzoland
Semen portlland pozzoland (PPC) adalah suatu bahan perekat hidrolis yang dibuat dengan menggiling halus klinker semen portlang dan pozzoland, atau suatu campuran yang merata antara bubuk semen portlang dan bubuk pozzoland selam penggilingan atau pencampuran.
Pozzoland adalah bahan alami atau buatan yang sebagian besar terdiri dari unsur2 silikat (SiO2) dan atau aluminat (Al2O3) yang reaktif. Pozzoland tidak bersifat seperti semen, namun dalam bnetuknya yang halus jika dicampur dengan kapur padam aktif dan air pada suhu kamar akan mengeras dalam beberapa waktu, sehingga membentuk massa yang padat dan sukar larut dalam air.
Semen portlang pozzoland dapat diproduksi dengan salah satu cara berikut;
- Cara pertama Menggiling bersama klinker semen dan pozzoland dengan bahan tambah gips atau kalsium sulfat.
- Cara kedua Mencampur dengan rata gerusan semen dan pozzolan halus.
Penggilingan dua material secara bersama-sama pada cara pertama lebih muda daripada mencampur bubuk kering pozolan sebagaimana cara kedua. Pencampuran bubuk kering pozolan pada cara kedua hanya dilakukan dengan jika cara penggilingan pada cara pertama tidak ekonomis, serta mesin pencampur yang ada dapat menjamin keseragaman hasil pencampuranyya.
Semen portlan pozzolan menghasilkan panas hidrasi lebih sedikit daripada semen biasa. Sifat ketahanan terhadap kotoran dalam air (mis kandungan garam) lebih baik, sehingga cocok jika dipakai;
- Bangunan di air payau atau laut yang selalu berhubungan dengan air yang mengandung sulfat
- Bangunan beton yang memerlukan kekedapan air tinggi, mis dinding ruang basemen, bak penyimpanan air bersih, bangunan sanitasi
- Beton massa (dam, bendungan, fondasi besar) yang membutuhkan panas hidrasi rendah
- Pekerjaan plesteran (mortar) yang memerlukan (adukan morta/beton) yang plastis
Penyimpanan Semen
Semen harus tetap kering. Penyimpanan semen kadang-kadang diperlukan dalam jangka waktu lama, terutama jika distribusi semen tidak teratur. Walaupun semen dapat dijaga mutunya dalam jangka waktu tidak terbatas asalkan uap air dijauhkan dari tempat penyimpanan tersebut, namun semen yang berhubungan dengan udara akan menyerap air dengan perlahan-lahan, dan ini menyebabkan kerusakan. Kerusakan berupa beraksinya permukaan butiran-butiran semen dengan air dan permukaan tersebut mengeras, sehingga mempersulit reaksi butir semen berikutnya.
Semen dalam bentuk curah (bukan dalam kantong) dapat disimpan dalam tempat penyimpanan setinggi 2 meter atau lebih. Biasanya hanya bagian luar saja setebal 5cm yang keras dan harus dibuang sebelum semen dipakai. Semen dalam kantong dapat disimpan dengan aman untuk beberapa bulan jika disimpan di atas lantai dengan alas yang kedap air, dengan dinding dan lantai yang kedap air seta jendela-jendela ditutup dengan sanngat rapat. Sekali semen tersimpan harus tidak boleh terganggu sampai semen akan dipakai.
Akibat tidak sempurnanya penyimpanan semen dalam jangka waktu lama smen menjadi buruk. Semen yang telah disimpan lebih dari 6 bulan sejak dibuat, atau semen dlam kantong di penyimpanan local lebih dari 3 bulan, perlu diperiksa sebelum digunakan dan jika sudah kurang baik sebaiknya tidak dipakai.
AGREGAT
Agregat adalah butiran mineral yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran beton atu mortar. Agregat menempati 70-75% dari total volume beton maka kualitas agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Dengan kualitas yang baik, beton dapat dikerjakan (workable), kuat, tahan lama (durable) dan ekonomis. Mengingat agregat lebih murah daripada semen maka akan ekonomis bila agregat dimasukan sebanyak mungkin selama secara teknis memungkinkan dan kandungan semen nya minimum Cara membedakan jenis agregat yang paling banyak dilakukan dengan didasarkan pada ukuran butir-butirnya. Agregat yang mempunyai ukuran lebih besar disebuta agregat kasar sedangkan agregat yang lebih kecil disebut agregat halus. Sebagai batas antara ukuran butir yang kasar dan yang halus tampaknya belum ada nilai yang pasti, masih berbeda antara satu disiplin ilmu dengan disiplin ilmu yang lain. Didalam teknologi beton nilai batas tersebut ialah 4,75mm atau 4,8 mm. agregat yang butiranya lebih besar dari 4, 75 disebut agregat kasar, sedangkan yang lebih kecil disebut agregat halus. Secara umum agregat kasar disebut sebagai kerikil, kericak, batu oecah, atau split adapaun agregat halus disebut pasir, baik berupa pasir alami yang diperoleh langsung dari sungai atau tanah galian atau hasil dari pemecahan batu. Sedangakan buir ya ng lebih kecil dari 0,075 mm disebut silt dan yang lebih kecil dari 0,002 mm disebut clay.
Dalam praktek agregat digolongkan dalam 3 kelompok;
1. Batu, ukuran lebih dari 40mm
2. Kerikil, ukuran antara 5 – 40mm
3. Pasir, ukuran antara 0,25 – 5 mm
Agregat alami dan Agregat Buatan
Agregat diperoleh dari sumber daya alam yang telah mengalami pengecilan ukuran secara alami (mis kerikil) atau dapat diperoleh dengan cara memecah batu alam, membakar tanah liat dsb.
Agregat alami dapat diklarifikasikan kedalam sejarah terbentuknya peristiwa geologi yaitu agregat beku, agregat sedimen, dan agregat metamorf.
Pasir alam terbentuk dari pecahan batu karena beberapa sebab. Pasir dapar diperoleh dari dalam tanah, pada dasar sungai atau tepi laut. Oleh karena itu pasir dapat digolongkan dalam;
1. Pasir galian
2. Pasir sungai
3. Pasir pantai
Bila agregat alami jauh dari lokasi pekerjaan, maka dapat dipakai agregat buatan (agregat tiruan). Agregat buatan dapat berupa batu pecah, pecahan genteng/bata, tanah liat bakar, fly ash dsb.
Sebelum barang-barang bekas/buangan tersebut dipakai, maka perlu dipertimbangkan dulu thd hal-hal berikut;
a. Tinjaun ekonomis,
b. Tinjaun sifat teknis
Barang buangan/limbah, kadang-kadang memerlukan biaya yang tidak sedikit jika harus dipisahkan/dipilih dari bahan yang lain atau kotoran yang melekat.
Berat Jenis Agregat
Berat jenis ialah rasio antara massa padat agregat dan massa air dengan volume yang sama (tanpa satuan)
Karena butiran agregat umunya mengandung pori-pori yang ada dalam butiran dan tertutup/ tidak saling berhubungan, maka berat agregat dibedakan menjadi;
1. Berat jenis mutlak, jika volume benda padatnya tanpa pori
2. Berat jenis semu, jika benda padatnya termasuk pori tertutupnya
Rumus; Bj = Wb:Wa
Dengan
Wb = berat butir agregat
Wa = berat air dengan volume air sama dengan volume butir agregat. Berdasarkan berat jenisnya agregat dibedakan;
1. Agregat normal bj 2,5 sampai 2,7 2. Agregat berat > bj 2,8 3. Agregat ringan < bj 2,0
Berat Satuan dan Kepadatan
Berat satuan agregat ialah berat agregat dalam satu satuan volume bejana, dinyatakan dalam kg/ltr atau ton/m3. Jadi berat satuan ialah berat agregat dalam satuan bejana (dalam bejana terdiri atas volume butir (meliputi pori tertutup) dan volume pori terbuka)
Wb = berat butir-butir agregat dalam bejana
Vt = Vb + Vp
Vt = volume total bejana
Vb = volume butir agregat dalam bejana
Vp = volume pori antara butir-butir agregat dalam bejana.
Porositas
Kepampatan (kepadatan)
Dalam rumus-rumus tersebut maka didapat hubungan nilai kepadatan dan prositas; yaitu
Ukuran Maksimum Butir Agregat
Untuk mengurangi jumlah semen (agar biaya pembuatan beton berkurang) dibutuhkan ukuran butir-butir maksimum agregat yang sebesar-besarnya. Walaupun demikian, besar ukuran maksimum agregat kasar tidak dapat terlalu besar, karena ada factor-faktor lain yang membatasi.
Factor lain yang membatasi; jarak bidang samping cetakan, dimensi plat beton yang dibuat, serta jarak bersih anata baja tulangan beton, yaitu;
1. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari ¾ kali jarak bersih antar baja tulangan. 2. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari 1/3 kali tebal plat 3. Ukuran maksimum butir agregat tidak boleh lebih besar dari 1/5 jarak terkecil antara bidang samping cetakan.
Dengan pertimbangan diatas, maka ukuran maksimum butir agregat untuk beton bertulang umunya sebesar 10mm, 20mm, atau 40 mm. untuk beton massa biasa dipakai ukuran maksimum sebesar 75 mm atau 150 mm.
Gradasi
Gradasi ialah distribusi ukuran butiran dari agregat. Sebagai pernyataan gradasi dipakai nilai persemtase dari berat butiran yang tertinggal atau lewat didalam suatu susunan ayakan/saringan.
Agregat yang diayak berurutan menurut ayakan standar, yang disusun mulai dari yang ayakan terbesar kebagian paling atas sampai ke ayakan terkecil bagina paling bawah. Agregat diletakan dibagian ayakan paling atas, setekah digetarkan cukup lama, berat agregat yang tertahan pada setiap ayakan dicatat, dihitung presentasenya.
Pada Perencanaan Campuaran dan Pengendalian Mutu Beton (1994) agregat halus dapat dibagi menjadi empat jenis menurut gradasinya yaitu pasir halus, agak halus, agak kasar dan kasar. Adapun untuk gradasi kasar (kerikil atau batu pecah atau split) yang baik masuk didalam batas-batas.
Gradasi Agregat Campuran
Gradasi campuran distribusi ukuran butiran agregat yang terdiri dari agregat halus dan agregat kasar.
Gradasi Agregat khusus
a. Gradasi sela gradasi dengan salah satu fraksi atau lebih yang berukuran tertentu tidak ada.
b. Gradasi seragam agregat yang terdiri dari butiran-butiran yang sama besar (fraksi tunggal).
Modulus Halus Butir
Modulus halus butir (Finensess Modulus) ialah suatu indek yang dipakai untuk ukuran kehalusan atau kekerasan butir-butir agregat. Makin besar nilai modulus halus menunjukan bahwa makin besar ukurn butir-butir agregatnya.
Pada umunya modulus halus untuk agregat halus = 1,5 – 3,8, modulus halus untuk agregat kasar = 6 - 8.
Agregat Campuran
Agregat campuran ialah hasil pencampuran agregat halus dan agregat kasar. Pencampuran agreagat halus dan kasar untuk memperoleh agregat yang memenuhi persyaratan adukan beton.
Untuk mendapatkan gradasi agregat campuran yang memenuhi syarat untuk adukan beton, maka perbandingan berat antara agregat halus dan agregat kasar harus dihitung, cara menghitung perbandingan berat dapat dilakukan dengan cara;
1. Rumus mhb;
Wh:Wk=(mk-mc):(mc-mh)
Dengan
Wh=berat agregat halus
Wk=berat agregat kasar
mk=modulus halus butir agregat kasar
mc=modulus halus butir agregat campuran
mh= modulus halus butir agregat halus
2. Coba-coba, dengan berdasarkan hasil hitungan rumus mhb kemudian dengan table (lihat Tabel 3.11). hasil hitungan hitungan dengan table kemudian dibandingkan dengan Tabel 3.4 sampai 3.7 atau gambar grdasi campuran Gb 3.3. apabila hitungan kurang memuaskan, maka hitungan diulang dengan sedikit perubahan perbandingan sebelunya. Demikian seterusnya berulang-ulang sampai diperoleh hasil campuran yang baik (ditengah-tengah kurva gregat campuran)
