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