Durabilitas Beton

Zona Lingkungan Laut

Zona-zona lingkungan laut terbagi menjadi:

1.    Zona atmosfir laut

• Korosi dipengaruhi jumlah partikel garam yang terbawa angin dan mengendap

• Rentan retak karena perubahan suhu

2.    Zona terpercik (splash zone)

• Selalu dibasahi percikan air laut

• Rentan retak abrasi, erosi, benturan, dan reaksi kimia (paling agresif)

3.    Zona pasang ssurut (tidal zone)

• Endapan garam dapat tertinggal pada struktur

• Korosi pada baja disebabkan organisme laut

• Rentan retak abrasi, erosi, benturan dan reaksi kimia

4.    Zona terendam (submerged zone)

• Kerusakan akibat zat kimia (sulfat, klorida, karbon dioksida)

• Ada kandungan sulfida dan amoniak

Kerusakan Beton

Beton dapat mengalami kerusakan akibat faktor fisika dan faktor kimia. Faktor fisika dapat berupa pengikisan dan retak-retak. Sedangkan faktor kimia dapat berupa korosi dan karbonasi. Kerusakan beton biasanya tidak hanya terdiri dari satu mekanisme kerusakan saja, tetapi bisa terdiri dua/lebih mekanisme.

Faktor Fisika

Penyebab pengikisan permukaan

• Benturan: beban yang datang tiba-tiba, dihasilkan dari kecepatan benda-yang-menabrak-beton yang sangat besar sehingga menimbulkan impuls yang besar juga.

• Abrasi: kerusakan disebabkan pasir, kerikil, atau benda padat lainnya.

• Erosi: kerusakan disebabkan air, angin, dan hujan.

• Kavitasi: kerusakan disebabkan hantaman air berkecepatan tinggi yang diperngaruhi kualitas beton, lekatan agregat kasar dan pasta semen, serta ukuran maksimum agregat kasar.

Penyebab Retak-retak

Pada beton segar:

1. Plastic shrinkage: air yang menguap lebih cepat dari pada bleeding, maka permukaan akan menyusut 
2. Crazing: retak halus tidak menembus ke permukaan hanya berupa masalah kosmetik

Pada beton yang telah mengeras: 

1. Drying shrinkage:

• Campuran air lebih besar untuk proses hidrasi. Air yang tersisa menguap, maka beton menyusut

• Menyebabkan tarikan oleh tulangan

• Merupakan penyebab retak yang tidak dapat dihindari

2.    Thermal shrinkage

• Kenaikan suhu akibat panas hidrasi

• Perbedaan temperatur, interior panas sedangkan permukaan dingin

• Mengakibatkan tegangan Tarik

3. Kritalisasi Garam

• Stress akibat kristalisasi garam pada beton permeabel menyebabkan retak-retak

4. Beban siklik

• Akibat angin, arus, dan gelombang

• Dipengaruhi lekatan agregat dan pasta semen

• Semakin kecil ukuran agragat, semakin tinggi ketahanan fatigue

5. Kebakaran

• Mengurangi kuat tekan beton, modulus elastisitas, dan kuat lekat pada baja

• Tergantung tinggi suhu dan lama

6. Pembekuan dan pencairan

• Biasanya terjadi di daerah dingin.

Faktor Kimia
 

Kerusakan Akibat Korosi

Korosi dimulai ketika terjadi kerusakan pada lapisan oksida pelindung tulangan karena terakumulasinya ion klorida dalam konsentrasi tertentu pada permukaan tulangan atau karena karbonasi. Mekanisme kedua jenis korosi ini unik karena aksi utamanya adalah menyerang tulangan beton dan relatif tidak menyerang material betonnya sendiri. Korosi yang disebabkan oleh ion klorida dapat mengakibatkan berkurangnya luas penampang baja tulangan sebelum tanda - tanda kerusakan akibat korosi terlihat pada permukaan beton. 

Beton bersifat basa karena mengandung ion hidroksil (OH^-), kondisi ini karena ion hidroksil yang terkandung pada air pori beton dapat bereaksi dengan tulangan baja membentuk lapisan pelindung pasif atau pasif film pada permukaan tulangan. Pengendali proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk ke dalam beton melalui selimut beton, disebabkan ion klorida yang amat agresif dapat menghancurkan lapisan pasif. 

Ada dua proses yang bisa menghancurkan lapisan pasif, yaitu:

• Reaksi karbon dioksida (CO₂) dengan ion hidroksil pada beton, mekanismenya dikenal dengan sebutan karbonasi 
• Penetrasi ion klorida (Cl^-) ke dalam beton

Mekanisme Korosi pada Baja Tulangan

Korosi dari baja tulangan pada beton adalah proses elektrokimia sel elektro-kimia terbentuk ketika terdapat perbedaan potensial sepanjang tulangan beton. Proses elektro kimia melibatkan pembentukan daerah anoda dan katoda di dua lokasi yang berbeda di sepanjang baja tulangan yang sama.

Proses korosi tulangan beton

Pembentukan karat mengakibatkan peningkatan volume beton pada permukaan tulangan di daerah perbatasan tulangan dan beton (steel concrete), jika tidak di akomodasi maka akan terjdi retak-retak.

Kerusakan yang diakibatkan oleh pembentukan karat pada beton bertulang

Kerusakan Akibat Karbonasi

Karbonasi adalah korosi pada beton bertulang yang disebabkan oleh gas karbon dioksida (CO₂) Karbon dioksida dalam air laut dapat berasal dari penyerapan CO₂ di atmosfir atau dari pembusukan tanaman laut.

Penetrasi dari CO₂ ke dalam tulangan beton

Waktu yang dibutuhkan oleh proses karbonasi dari permukaan beton sampai mencapai lapisan pasif adalah fungsi dari:

• Ketebalan selimut beton 
• Karakteristik beton
• Laju difusi CO₂ ke dalam beton

Depasivasi tulangan oleh CO₂ amat tergantung pada kandungan air/kelembaban beton. Laju karbonasi sebenarnya lebih tergantung pada mikrostruktur permukaan beton pada saat diffuse CO₂ berlangsung. Perawatan (curing) yang kurang tepat akan meningkatkan porositas beton yang dapat meningkatkan laju karbonasi.

Perancangan Campuran Beton

1. Pemilihan nilai slump 
2. Pemilihan ukuran agregat kasar 
3. Estimasi kebutuhan air pencampur dan kandungan udara
4.  Pemilihan perbandingan air semen 
5. Penentuan jumlah semen
6.  Estimasi volume agregat kasar berdasar ukuran agregat maksimum dan modulus kehalusan agregat halus
7. Estimasi kandungan agregat halus
8. Koreksi kandungan air pada agregat

Standar Teknik

American Society for Testing and Material (ASTM)

ASTM merupakan organisasi internasional sukarela yang mengembangkan standardisasi teknik untuk material, produk, sistem dan jasa. ASTM berpusat di Amerika Serikat dan dibentuk pertama kali pada tahun 1898. Sekarang ini, ASTM mempunyai lebih dari 12.000 buah standar.

1.  ASTM C136: Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates

Metode pengujian ini digunakan terutama untuk menentukan gradasi bahan yang diusulkan untuk digunakan sebagai agregat atau sedang digunakan sebagai agregat. Hasilnya digunakan untuk menentukan kesesuaian distribusi ukuran partikel dengan persyaratan spesifikasi yang berlaku dan untuk menyediakan data yang diperlukan untuk kontrol produksi berbagai produk agregat dan campuran yang mengandung agregat.

2.  ASTM C33: Standard Specification for Concrete Aggregates

Spesifikasi ini mendefinisikan pesyaratan untuk grading dan kualitas agregat halus dan kasar untuk digunakan dalam beton.

3. ASTM C131: Standard Test Method for Resistance to Degradation of Small-Size Coarse Aggregate by Abration and Impact in the Los Angeles Machine

Tes ini digunakan sebagai indicator kualitas relative atau kompetensi berbagai sumber yang memiliki komposisi mineral agregat serupa.

4.  ASTM C88: Standard Test Method for Soundness of Aggregates by Use of Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate

Metode pengujian ini menyediakan prosedur untuk membuat perkiraan awal kesegaran/kekuatan  agregat untuk digunakan dalam beton dan keperluan lainnya.

5. ASTM C227: Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement-Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method)

Hasil pengujian yang dilakukan menggunakan metode ini menyediakan informasi pada kemungkinan bahwa kombinasi semen-agregat berpotensi akan reaktivitas alkali-silika berbahaya yang mengakibatkan ekspansi beton yang merusak.

6. ASTM C289: Standard Test Method for Potential Alkali-Silica Reactivity of Aggregates (Chemical Method)

Metode pengujian ini telah ditarik kembali pada Januari 2016. Metode pengujian ini meliputi penentuan kimiawi potensi reaktivitas agregat dengan alkali dalam beton semen-Portland.

7. ASTM C40: Standard Test Method for Organic Impurities in Fine Aggregates for Concrete

Metode pengujian ini digunakan dalam membuat penentuan awal dari penerimaan agregat halus terhadap persyaratan spesifikasi C33 yang berhubungan dengan kotoran organic. Tujuan utama metode tes ini memberikan peringatan bahwa jumlah merugikan dari kotoran organik dapat hadir.

8. ASTM C117: Standard Test Method for Materials Finer than 75 μm (No. 200) Sieve in Mineral Aggregates by Washing

9. ASTM C123: Standard Test Method for Lightweight Particles in Aggregate

Metode tes ini digunakan untuk menentukan kesesuaian bahan ringan di agregat halus dan kasar. Metode uji berguna dalam identifikasi partikel agregat berpori dalam kegiatan penelitian atau analisis petrogafi.

American Concrete Institute (ACI)

ACI adalah perkumpulan masyarakat teknik dan organisasi pengembangan standar. ACI didirikan pada tahun 1904 dan berpusat di Farmington Hills, Michigan, USA. Misi ACI adalah “ACI mengembangkan dan menyebarluarskan pengetahuan berbasis consensus pada beton dan penggunaannya.”

1.  ACI 318: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary

Memberikan persyaratan minimum untuk bahan, desain, dan detail bangunan beton structural dan struktur tanpa bangunan.

Standards Australia (AS)

Standards Australia adalah organisasi standar yang didirikan pada tahun 1922 dan berpartisipasi dalam kegiatan standar terkait yang memberikan manfaat bagi bangsa.

1. AS 2758.1: Aggregates and Rock for Engineering Purposes – Concrete Aggregates

Memberikan dasar untuk menentukan persyaratan untuk agregat yang digunakan dalam beton. Persyaratan berhubungan dengan kualitas batu, grading, daya tahan dan property agregat lainnya termasuk agregat ringan.

2. AS 1141: Methods for Sampling and Testing Aggregates

Standar ini menetapkan metode untuk penentuan distribusi ukuran partikel dalam agregat kasar dan halus dan pengisi aspal dengan cara penyaringan.

3.  AS 1379: Specification and Supply of Concrete

Menetapkan persyaratan minimum untuk bahan, pabrik, dan peralatan yang digunakan dalam penyediaan beton; produksi dan pengiriman beton di kondisi plastis; spesifikasi, sampling, pengujian, dan kesesuaian dengan sifat tertentu beton plastis dan keras; serta keseragaman pencampuran.

Standar Nasional Indonesia (SNI)

SNI merupakan satu-satunya Standar yang berlaku secara nasional di Indonesia dan dirumuskan oleh Panitia Teknis dan detetapkan oleh Badan Standardisasi Nasional (BSN).

1. SNI 03-1968-1990: Agregat Halus dan Kasar, Metode Pengujian Analisis Saringan

2. SNI 03-2417-2008: Agregat, Metode Pengujian Keausan dengan Mesin Abrasi Los Angeles

3. SNI 03-3407-2008: Metode Pengujian Sifat Kekekalan Bentuk Batu terhadap Larutan Natrium Sulfat dan Magnesium Sulfat

4. SNI 03-2816-1992: Metode Pengujian Kotoran Organik dalam Pasir untuk Campuran Mortar atau Beton

5. SNI 03-3416-1994: Agregat, Metode Pengujian Partikel Ringan

British Standard (BS)

British Standards adalah standar yang dihasilkan oleh BSI Group yang didirikan berdasarkan Royal Charter (dan secara resmi ditunjuk sebagai Badan Standar Nasional untuk UK).

1. BS 3148:1980: Methods of Test For Water For Making Concrete

Menjelaskan 2 metode. Tes tidak memberikan informasi mengenai daya tahan jangka panjang beton dan lampiran merangkum pengetahuan saat ini dengan mengingat air dapat dinilai untuk kesesuaian dalam tujuan ini.

European Standards (EN)

European Standards adalah dokumen yang telah diratifikasi oleh salah satu dari tiga Standardisasi Organisasi Eropa, CEN, CENELEC, atau ETSI; diakui sebagai yang kompeten di bidang standardisasi teknis sukarela.

1. ES ENV 206:1992: Metode Pengujian Workabilitas Slump

Material Beton

PENDAHULUAN

• Beton merupakan campuran pasir, kerikil, atau batu pecah, semen, dan air. Bahan lain ditambahkan ke dalam campuran beton untuk meningkatkan workability (kemudahan untuk diolah), durability (ketahanan), dan waktu pengerasan. Beton memiliki kekuatan tekan tinggi namun memiliki kekuatan tarik rendah (9%-15% kuat tekan). Beton mengalami 4 proses yang terdiri dari dicampur, diaduk, dituang, dan dikeringkan. Beton dapat retak karena tegangan tarik akibat beban, susut yang tertahan, atau perubahan temperatur. 
• Untuk membuat beton tahan tarik, material baja ditanamkan ke dalan campuran beton. Beton bertulangmerupakan kombinasi beton dan baja. Baja tulangan memberikan kekuatan tarik yang tidak dimiliki beton, juga dapat memberi tambahan kekuatan tekan pada struktur beton.

KEUNTUNGAN BETON BERTULANG

1. Kekuatan tekan tinggi dibanging material lain
2. Tahan api dan air
3. Sangat kaku
4. Pemeliharaan relatif murah
5. Umur bangunan panjang
6. Mudah diproduksi
7. Berbagai bentuk elemen struktur
8. Tidak perlu tenaga kerja dilatih khusus
9. Ekonomis terutama untuk pondasi, basement

KERUGIAN BETON BERTULANG

1. Memerlukan baja tulangan karena kekuatan tarik rendah
2. Memerlukan cetakan/bekisting serta form work sampai beton mengeras (biaya tinggi)
3. Struktur umum berat karena kekuatan yang rendah per unit berat
4. Berdimensi besar karena kekuatan yang rendah per unit volume
5. Properties dan karakteristik bervariasi
6. Berubah volum sejalan waktu (susut, rangkak)

WORKABILITY

• Jumlah air yang digunakan (lebih banyak air, lebih tinggi workability)
• Jumlah semen yang digunakan, mengikuti jumlah air sehingga w/c ratio terjaga
• Gradasi campuran pasir dan kerikil
• Pemakaian butiran bulat, menambah workability
• Pemakaian butiran maksimum, menambah workability
• Cara pemadatan
• Kadar udara

DURABILITY

• Kekuatan, bergantung pada w/c ratio
• Susut (shrinkage)

KRITERIA AGAR BETON BERKUALITAS BAIK

Beton dalam keadaan basah (beton segar/fresh concrete)

• Konsistensi campuran
• Adukan yang kohesif

Beton dalam keadaan sudah mengeras (hardened  concrete)

• Kekuatan tekan beton
• Durabilitas beton

SIFAT MEKANIK BETON

-Kekuatan Tekan (fc')

• Dijadikan acuan dalam perencanaan campuran beton
• Kekuatan tidak selalu berbanding lurus dengan durabilitas
• Kekuatan beton bisa memberi gambaran keseluruhan kualitas beton tersebut
• Kekuatan tekan beton merupakan elemen kinerja utama untuk perencanaan struktural

Dipengaruhi oleh:

• W/c ratio
• Tipe semen
• Admixtures
• Agregat
• Kelembaban selama curing/perawatan
• Temperatur
• Umur beton
• Kecepatan pembebanan

Faktor penentu kekuatan tekan beton

1. Perbandingan air semen (w/c ratio), dan
2. Tingkat kepadatan/kekompakan beton

Artinya, semakin rendah w/c ratio, semakin tinggi kuat tekan beton

-Modulus Elastisitas (Ec)

Adalah konstanta elastis dari material beton.

-Susut (shrinkage)

• Perubahan (penurunan) volume yang tidak berhubungan dengan beban. Tingkat susut pada beton berbanging lurus dengan faktor air semennya dan berbanding terbalik dengan ukuran agregat kasarnya.
• Saat adukan beron mengeras, sebagian air menguap. Akibatnya beton akan menyusut dan retak.
• Retak dapat mengurangi kekuatan elemen struktur dan menyebabkan baja tulangan terbuka.
• Susut berlangsung pada waktu yang lama.
• Semakin luas permukaan betun yang terbuka, semakin tinggi tingkat susut yang terjadi.
• Besarnya susut tergantung dari komposisi beton *kandungan air, volume dan jenis agregat kasar serta jenis semen).

Untuk mengurangi susut:

• Gunakan air secukupnya pada campuran beton
• Permukaan beton harus terus dibasahi selama pengeringan berlangsung (curing)
• Pengecoran elemen besar dilangsungkan secara bertahap
• Gunakan sambungan struktur untuk engontrol lokasi retak
• Gunakan tulangan susut
• Gunakan agregat yang padat dan tidak berongga

-Rangkak (creep)

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

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

-Kekuatan Tarik

• Kuat tarik beton hanya berkisar 9-15% kuat tekannya
• fr = PL/(bh^2)
• Kekuatan tarik belah - split test

SEMEN

• Semen portland adalah salah satu jenis semen hidrolik. Semen hidrolik adalah semen yang akan mengeras jika bereaksi dengan air dan mempunyai kemampuan mengikat.
• Bahan utama penyusun semen portlan adalah kapur (CaO), silika (SiO2) serta oksida besi dan aluminium (Fe2O3 dan Al2O3).

Proses Pembuatan Semen:

1. Proses penyiapan bahan baku
2. Proses pengolahan bahan
3. Proses pembakaran & pendinginan
4. Proses penggilingan akhir
5. Proses pengemasan (packing)

Bahan Baku Pembuatan Semen

1. Batu kapur
2. Tanah liat (clay)

Bahan Tambahan Pembuatan Semen

1. Pasir besi (Fe2O3)atau copper slag (Fe.SiO3, Ca2Fe, CuO)
2. Pasir silika (SiO2)
3. Limestone high grade (CaCO3)

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 mineral yang terkandung dallam semen tapi dengan laju yang berbeda-beda.

Panas Hidrasi

• Adalah panas yang timbul pada saat proses hidrasi, dinyatakan dalam kalori/gram. 
• Panas hidrasi terlalu tinggi dapat menyebabkan keretakan thermal yang merupakan masalah bagi struktur beton berukuran besar atau memiliki kandungan semen tinggi.
• Total panas yang dihasilkan bergantung pada komposisi semennya.
• Untuk memperoleh jenis semen yang sesuai, perlu diketahui karakteristik panas hidrasi yang akan dihasilkan.
• Panas hidrasi dapat dikurangi dengan membatasi kandungan semen serta kontrol komposisi semen serta kontrol kehalusan semen.

Jenis Semen Portland

Berdasarkan komposisinya (ASTM C-150):

• Tipe I (semen biasa/normal)
• Tipe II (semen panas sedang)
• Tipe III (semen cepat mengeras)
• Tipe IV (semen panas rendah)
• Tipe V (semen tahan sulfat)

Jenis Semen Lainnya

• Water Proofed Cement
• White Cement
• High Alumina Cement
• Semen Anti Bakteri
• Oil Well Cement
• Blended Cement