PENGUJIAN KUAT TEKAN BETON YANG DIPENGARUHI OLEH LINGKUNGAN ASAM SULFAT Rizal Syahyadi1) Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh lingkungan agresif asam sulfat terhadap kuat tekan beton menggunakan agregat batu pecah dan kerikil dengan bahan pengikat semen portland tipe I dan waterprofing. Faktor air semen (FAS) yang digunakan adalah 0,40. Benda uji dibuat dalam dua jenis yaitu benda uji kontrol yang direndam dalam air normal dan diuji pada umur 28, 31, 35, 42 dan 56 hari. Benda uji terserang sulfat direndam dalam larutan asam sulfat 2,5% dan 5%, dimulai pada saat benda uji berumur 28 hari dengan lama perendaman 3, 7, 14 dan 28 hari. Berkesesuaian dengan umur benda uji kontrol 31, 35, 42 dan 56 hari. Berdasarkan hasil pengujian kekekalan agregat menunjukan agregat kerikil lebih tahan terhadap sulfat dari pada agregat batu pecah. Pengujian kuat tekan menunjukkan benda uji menggunakan agregat batu pecah lebih tahan terhadap sulfat dari pada benda uji menggunakan agregat kerikil, yaitu penurunan kekuatan pada perendaman 28 hari dalam larutan sulfat konsentrasi 2,5% dan 5% adalah sebesar 23,5% dan 32,9% dibandingkan dengan benda uji menggunakan agregat kerikil yaitu mencapai 34,0% dan 51,6% pada perlakuan yang sama. Kata kunci: lingkungan agresif asam sulfat, kuat tekan. PENDAHULUAN Penggunaan beton sebagai salah satu bahan bangunan sangat dominan digunakan pada saat ini, sehingga harus dipertimbangkan dalam hubungannya dengan kualitas yang dituntut untuk suatu tujuan konstruksi. Beton didapat dari pencampuran bahan-bahan agregat kasar, agregat halus, semen dan air dengan perbandingan tertentu. Bahan tersebut akan mengeras karena adanya proses pengikatan kimiawi antara air dan semen. Kekuatan beton sangat dipengaruhi faktor-faktor komposisi campuran, mutu bahan dasar, kondisi temperatur tempat beton mengeras dan cara membuatnya. Dalam hal-hal tertentu campurannya diberi bahan tambahan (admixture) sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai. Dalam campuran beton, biasanya agregat menempati 75 % dari volume total beton dan sifat-sifatnya mempunyai pengaruh besar terhadap prilaku beton yang mengeras. Sifatyang paling penting dari suatu agregat ialah kekuatan hancur dan ketahan terhadap benturan yang dapat mempengaruhi ikatannya dengan pasta semen dan daya tahan terhadap zat-zat kimia tertentu.
Rizal Syahyadi1), Staf Pengajar Teknik Sipil Politeknik Negeri Lhokseumawe
Kuat tekan beton merupakan sifat paling utama dan mencerminkan kemampuan beton menahan beban tekanyang diberikan kepadanya. Berkurangnya kekuatan beton dapat ditimbulkan antara lain dengan adanya senyawa-senyawa kimia di alam bebas, yang biasanya menyerang beton dan agregat yang dipergunakan untuk membuat beton. Salah satu senyawa kimia yang selalu menyerang beton dan agregat\adalah asam sulfat. Sulfat merupakan persenyawaan dari sodium, potasium, magnesium dan kalsium yang bereaksi di dalam tanah atau di dalam air tanah. Konstruksi yang paling mudah terserang oleh sulfat antara lain struktur beton di daerah industri kimia, pondasi, saluran air limbah
dan
terowongan bawah tanah. Bahan tambahan untuk beton (admixture) adalah bahan/zat kimia yang ditambahkan sewaktu beton sedang diaduk atau pada tahap permulaan sewaktu beton masih segar untuk tujuan tertentu. Bahan untuk tambahan konstruksi beton kedap air adalah waterproofing merupakan bahan tambahan khusus. Pemakaian waterproofing berfungsi memperbaiki permeabilitas suatu beton, dalam hal ini diperoleh beton kedap air yang berarti dapat memperlambat agresi Sulfat. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh lingkungan agresif asam sulfat terhadap kuat tekan beton menggunakan agregat batu pecah dan kerikil dengan bahan pengikat semen portland tipe I dan waterproofing. Penelitian ini dilakukan dengan merendam agregat kerikil dan batu pecah ke dalam larutan asam sulfat serta benda uji silinder ukuran 15 cm dan 30 cm. Faktor air semen (FAS) yang digunakan adalah 0,40 dengan perlakuan perendaman asam sulfat konsentrasi 2,5% dan 5%. Manfaat penelitian ini adalah untuk melihat agregat kerikil atau batu pecah yang lebih tahan terhadap serangan sulfat, serta untuk melihat pengaruh secara nyata asam sulfat konsentrasi 2,5% dan 5% terhadap kekuatan tekan beton. Berdasarkan pengujian, agregat kerikil lebih tahan terhadap serangan asam sulfat dari pada agregat batu pecah. Agregat Teknologi beton mengenal dua fraksi agregat yaitu agregat kasar dan agregat halus. Agregat kasar merupakan fraksi utama pembentuk beton, dengan agregat halus sebagai pengisi. Berdasarkan cara memperolehnya. Agregat kasar dibedakan menjadi kerikil dan batu pecah (split). Secara visual batu pecah
berbeda dengan kerikil. Batu pecah bersudut tajam dan permukaannya kasar. Batu pecah merupakan hasil dari mesin pemecah batu, karena itu ukuran butiran batu pecah dapat diproduksi sesuai dengan keperluan. Sedangkan kerikil berbentuk relatif bulat, permukaannya licin dan ukuran butirannya bervariasi sesuai lokasi asalnya. Dipohusodo (1996) menyatakan bahwa untuk mencapai kuat tekan beton yang baik perlu diperhatikan kepadatan dan kekerasan massanya, karena semakin padat dan keras massa agregat, akan semakin tinggi kekuatan dan durability beton yang dibentuknya. Menurut Murdock dan Brook (1991), kondisi yang mutlak perlu di dalam memproduksi beton yang tahan agresi kimia adalah bahwa material pembentuk beton sendiri harus tinggi kualitasnya. Semen Semen adalah suatu jenis bahan yang memiliki sifat kohesif dan adhesif yang mampu mengikat pertikel-pertikel agregat menjadi suatu massa yang padat. Proses pengikatan terjadi jika dicampur dengan air, oleh sebab itu maka semen ini dikatakan semen hidrolis (hydraulic cement) yang lebih umum dikenal dengan semen portland (Soroka, 1979). Menurut Neville (1999), komponen-komponen utama dari semen portland adalah Oksida Kapur (CaO), Oksida Silika (SiO2), Oksida Alumina (Al2O3) dan Oksida Besi (Fe2O3). Keempat komponen utama pada semen portland ini akan membentuk senyawa-senyawa kimia yaitu Trikalsium Silikat (3CaO.SiO2) disingkat C3S, Dikalsium Silikat (2CaO.SiO2) disingkat C2S, Trikalsium Aluminat (3CaO.Al2O3)
disingkat
C 3H
dan
Tetrakalsium
Aluminat
Ferrit
(4CaO.Al2O3.Fe2O3) disingkat C4AF. Pada Anonim (1994) diuraikan bahwa pada semen portland tipe I senyawa sulfat biasanya menyerang Ca(OH)2 bebas yang dihasilkan dari proses hidrasi pada semen. Senyawa Sulfat tersebut akan bereaksi dengan Ca(OH)2 membentuk Kalsium Sulfat dan selanjutnya bereaksi dengan Kalsium Aluminat Hidrat sehingga terjadi pemuaian yang akan melemahkan struktur beton. Reaksi kimia yang terjadi pada proses hidrasi semen antara lain: 2(3CaO.SiO2) + 6H2O
3CaO.2SiO2.3H2O + 3 Ca(OH)2
2(3CaO.SiO2) + 4H2O
3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
3CaO.Al2O3 + 6H2O Waterproofing
3CaO.Al2O3.6H2O
Waterproofing merupakan bahan tambahan khusus yang berfungsi mengurangi permeabilitas pada beton. Penambahan waterproofing pada campuran beton bertujuan untuk mencegah penembusan air ke dalam beton. Menurut Neville (1999) beberapa waterproofing difungsikan sebagai penambah reaksi hydropobic yang berpengaruh menghalangi pori-pori melalui sebuah kompoonen persenyawaan. Asam Sulfat (H2SO4) Asam Sulfat didefiniskan sebagai zat yang bila dilarutkan dalam air mengalami penguraian dengan pembentukan ion hidrogen sebagai satu-satunya ion positif. Pengaruh dari serangan sulfat tidak hanya mengakibatkan terjadinya penyebaran bidang retak di permukaan beton saja tetapi juga akan berakibat berkurangnya volume dan kekuatan beton tersebut. Kerusakan biasanya bermula pada bagian tepi dan sudut dari beton, kemudian diikuti keretakan dan kerapuhan pada permukaannya yang berakibat beton mudah hancur (Neville, 1999). Dasar dari serangan sulfat ini adalah pembentukan gypsum (Kalsium Sulfat) dan ettringite (Kalsium Sulfoaluminat). Hasil dari kedua molekul tersebut bersifat menambah volume sehingga terjadi pengembangan yang akhirnya merusak beton, maka cairan Sulfat yang berada di air tanah dan tanah yang berisi Sodium, Kalsium atau Magnesium Sulfat akan bereaksi dengan Ca(OH)2 dan CH3 dan berturut-turut akan membentuk gypsum dan ettringite. Reaksi dari beberapa Sulfat adalah sebagai berikut: -
Sodium Sulfat Ca(OH)2 + Na2SO4 . 10H2O
-
CaSO4 . 2H2O + 2NaOH + 8H2O
Kalsium Sulfat 2(3CaO. Al2O3. 6H2O) + 3(CaSO4.2H2O) + 16H2O
3CaSO4 .
Al2O3 . 3CaSO4. 31H2O + Ca(OH2) Kalsium Sulfat hanya menyerang Kalsium Aluminat Hidrat, membentuk Kalsium Sulfo Aluminate (3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 31H2O) yang dikenal dengan ettringate. -
Magnesium Sulfat 3CaO . 2SiO2(aq) + 3 MgSO4
3CaSO4 . 2H2O + 3 Mg(OH)2 +
2SiO2(aq) -
Reaksi dari Asam Sulfat itu sendiri Ca(OH)2 + H2SO4
CaSO4 + 2H2O
Kuat Tekan Beton Kuat tekan beton dipengaruhi oleh faktor air semen, tingkat pemadatan, mutu material, efisiensi perawatan, suhu dan umur beton. Kuat tekan diperoleh dari data hasil uji tekan silender beton diameter 15 cm dan tinggi 30 cm dengan mengambil data beban maksimum yang dapat ditahan benda uji. Sifat teganganregangan dari beton tergantung dari umur pada saat pembebanan, agregat, semen, jenis dan ukuran benda uji (Wang dan Salmon, 1990). Tegangan benda uji menurut Timoshenko (1958) dihitung dengan menggunakan persamaan:
P ………………………………………………………………. (1) A
Keterangan:
=
tegangan benda uji (kg/cm2);
P
=
beban yang ditema benda uji (kg);
A
=
luas penampang benda uji (cm2).
Besarnya regangan benda uji menurut Timoshenko (1958) dihitung dengan persamaan:
L ……………………………………………………………… (2) L Keterangan:
=
regangan;
L
=
besarnya perpendekan yang terjadi (cm);
L
=
panjang mula-mula (cm).
METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dilakukan meliputi pekerjaan persiapan, pengukuran berat jenis agregat, pengukuran absorbsi agregat dan volume agregat, pemeriksaan susunan butir agregat dan kandungan bahan organik, pemeriksaab kekekalan agregat terhadap pengaruh larutan sulfat, rancangan campuran beton, pembuatan beton, pemeriksaan adukan beton, perawatan beton, pengujian kekuatan tekan beton dan analisa data. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen, agregat kasar, agregat halus, air water proofing dan Asam Sulfat (H2SO4). Semen yang digunakan adalah semen portland tipe I produksi PT. Semen Andalas Indonesia (PT. SAI). Pemeriksaan dilakukan secara visual terhadap
kantung semen dan tidak terdapat butiran-butiran yang keras pada semen tersebut. Agregat kasar yang digunakan adalah kerikil dan batu pecah, keduanya lolos saringan diameter 2,54 cm. Agregat halus yang digunakan adalah pasir halus dan pasir kasar. Air yang digunakan untuk campuran dan perawatan beton adalah air yang bersih, tidak mengandung lumpur, minyak, benda terapung dan garam-garam yang dapat merusak beton. Bahan kimia yang digunakan adalah waterproofing jenis plastocrete normal yang digunakan dalam campuran beton sebanyak 250 cc per 50 kg semen. Asam Sulfat (H2SO4) dengan kepekaan 98 % dan diencerkan dengan air tawar hingga mencapai 2,5 % dan 5 %. Benda uji yang digunakan adalah silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm.Alat-alat yang digunakan adalah timbangan Maruto tipe C.158.A kapasitas 5000gram, oven, satu set saringan buatan Maruto Testing Machine, Jepang yang disesuaikan dengan ASTM E 11-70. ukuran saringan berturut-turut dari 25,4mm s/d 0,149 mm. Pengujian beban dilakukan dengan memberikan beban terpusat dari hydraulic jack kapasitas 100 ton yang disalurkan melalui Load Cell tope 100 CLP B berkapasitas 1 MN. Pembebanan di lakukan secara bertahap dengan menggunakan hydraulic hand pump bertekanan 700kg/cm2. HASIL DAN PEMBAHASAN Salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan tekan beton adalah jenis dan bentuk bidang permukaan agregat. Seperti yang dijelaskan oleh Murdok dan Brook (1991), agregat dengan bentuk permukaan persegi dan kasar memiliki bidang kontak gesekan antar agregat lebih besar dari pada agregat dengan bentuk permukaan licin dan bulat. Dalam hal ini batu pecah lebih menguntungkan dari pada kerikil. Peningkatan kadar Sulfat menyebabkan penurunan kekuatan yang lebih besar. Penurunan kekuatan akibat serangan Sulfat konsentrasi 5 % lebih besar dari pada serangan Sulfat konsentrasi 2,5 %. Serangan Sulfat pada beton tidak hanya mengakibatkan terjadinya penyebaran bidang retak, tetapi juga akan berakibat berkurangnya berat pada beton tersebut. Perbedaan penurunan kekuatan tekan pada beton yang terserang Sulfat dengan konsentrasi 2,5 % dan 5 % terlihat sangat berbeda. Hal ini diakibatkan adanya perbedaan tingkat serangan Sulfat pada beton. Senyawa Sulfat yang menyerang senyawa Kalsium Hidroksida yang merupakan hasil dari proses hidrasi
pada semen akan membentuk gypsum, kemudian gypsum yang terbentuk akan menyerang senyawa Trikalsium Aluminat pada beton dan membentuk senyawa ettingite yang dapat memperlemah ikatan beton. Semakin tinggi kadar Sulfat yang menyerang beton, akan semakin banyak terbentuk gysum, sehingga semakin banyak pula ettringite yang memperlemah beton. Hal inilah yang menyebabkan beton terserang sulfat dengan konsentrasi 5% lebih lemah dari pada beton terserang Sulfat konsentrasi 2,5%. Persentase penurunan kekuatan tekan dan berat benda uji yang terserang Sulfat 2,5% dan 5% dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Persentase Penurunan Kekuatan Tekan dan Berat Benda Uji Akibat Terserang Sulfat Benda Uji Umur Benda 2,5 % 5% 2,5 % 5% Material Uji (Umur Perendaman) % Penurunan % Penurunan % Penurunan % Penurunan Kekuatan Kekuatan Berat Berat 31 (3) 3,824 5,827 0,233 1,923 Batu 35 (7) 8,512 15,541 0,930 2,213 Pecah 42 (14) 17,329 26,987 1,238 2,919 18 (28) 23,493 32,855 1,798 5,206 31 (3) 9,974 29,319 1,617 2,779 35 (7) 24,994 37,221 2,055 4,870 Kerikil 42 (14) 28,348 40,514 2,159 5,131 18 (28) 34,026 51,603 3,077 6,717 Penurunan kekuatan beton yang menggunakan agregat batu pecah hanya mencapai 32,85 % (pada umur 28 hari perendaman dalam larutan Asam kosentrasi 5 %), sedangkan kekuatan beton yang menggunakan agregat kerikil lebih banyak mengalami penurunan yaitu sebesar 51,60 % (pada 28 hari perendaman dalam larutan Asam kosentrasi Sulfat
5 %).
KESIMPULAN 1. Lamanya serangan Sulfat (umur perendaman benda uji) berpengaruh nyata terhadap kuat tekan beton; 2. Benda uji menggunakan agregat batu pecah lebih kuat dari pada benda uji menggunakan kerikil; 3. Persentase penurunan kekuatan benda uji menggunakan agregat batu pecah pada perendaman larutan Asam Sulfat konsentrasi 2,5 % dan 5 % untuk umur
28 hari adalah 23,49 % dan 32,85 %. Sedangkan benda uji yang menggunakan agregat kerikil mengalami penurunan kekuatan sebesar 34,02 % pada perlakuan yang sama. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim, 1994, Kumpulan Makalah Seminar Sehari Tentang Portland Pozzolan Cement, Universitas Syiah Kuala dan PT. Semen Andalas Indonesia, Banda Aceh. 2. Dipohusodo, I., 1994, Struktur Beton Bertulang Berdasarkan SK SNI T-151993-03, Gramedia, Jakarta. 3. Murdock, L. J., dan K. M. Brook, 1991, Bahan dan Praktek Beton, Edisi Keempat, Terjemahan Ir. Stephanus Hindarko, Penerbit Erlangga, Jakarta. 4. Neville, A. M., 1999, Properties of Concrete, Fourth Edition, Longman, England. 5. Soroka, I., 1979, Portland Cement Paste and Concrete, McGraw Hill Book Company. 6. Timeshenko,
S.,
1958,
Dasar-Dasar
Perhitungan
Kekuatan
Beton,
Terjemahan Gulo, D. H, Penerbit Restu agung, Jakarta. 7. Wang, C. K., dan Salmon, C. G., 1990, Desain Beton Bertulang, Terjemahan Binsar Hariandja, Edisi Keempat, Jilid I, Penerbit Erlangga, Jakarta.
