Konferensi Nasional Teknik Sipil I (KoNTekS I) – Universitas Atma Jaya Yogyakarta Yogyakarta, 11 – 12 Mei 2007
SIKA®VISCOCRETE® SEBAGAI DISPERSAN UNTUK SELF COMPACTING CONCRETE Handi Prajitno PT. Sika Indonesia
ABSTRAK Dengan Sika®ViscoCrete® Teknologi dimungkinkan untuk membuat beton dengan pemadatan mandiri atau umum dikenal dengan istilah self compacting concrete atau sering disingkat SCC. Dalam banyak hal SCC telah mampu memberikan solusi dan keuntungan bagi konstruksi beton, terutama menghindari kesalahan akibat kurangnya alat penggetar (vibrator) beton. Pada struktur tertentu bahkan alat penggetar tidak diijunkan. Dengan demikian kesalahan manusia akibat alat penggetar dapat diabaikan. Sika®ViscoCrete® Teknologi adalah merupakan inivasi concrete admixture pada jenis superplasticizer generasi baru yang terbuat dari polymer polycarboxylate yang memiliki efek dispersi dan efek steric yang kuat, yang mampu membuat beton segar mempertahankan kelecakannya (workability) dalam jangka waktu relatif lama. Dalam makalah ini dijelaskan bagaimana polymer polycarboxylates bekerja dengan efektif untuk menjaga agar partikel semen tetap tertahan sehingga proses penggumpalan tidak segera terjadi supaya beton segar tetap memiliki workabilitas yang lama. Dengan menerapkan cara kerja SCC maka aplikasi pada desain beton pracetak menjadi lebih terjamin kwalitasnya. Lebih dari itu, desain artistik yang mempunyai tingkat kesulitan tinggi akibat rapatnya penulangan atau tipisnya struktur dapat diatasi pelaksanaannya dengan memakai SCC. Kata kunci: self compacting concrete
1. PENDAHULUAN Concrete admixture adalah sesuatu selain air, semen dan agregat yang ditambahkan kedalam campuran beton segar sebelum atau sesudah mixing. Sika®ViscoCrete® adalah Superplasticizing admixture yang fungsinya adalah mengurangi sejumlah besar pemakaian air pada beton segar. Dipakai untuk meningkatkan kelecakan beton segar (improve the workability of fresh concrete) dan untuk meningkatkan mutu beton terutama pada beton mutu tinggi. Memungkinkan membuat beton segar mudah mengalir dan melakukan pemadatan mandiri (self compacting concrete). Percampuran antara air dengan semen akan mengakibatkan reaksi kimia / hidrasi. Air akan diserap oleh permukaan granular semen yang dengan cepat akan membuat granular semen menjadi lunak. Kemudian terbentuk permukaan tipis gel disekitar granular. Karena proses waktu lambat laun lapisan gel tersebut menjadi solid kemudian berhidrasi dan akhirnya mengeras. Apabila air campuran mengandung admixture maka yang terjadi adalah molekul admixture akan diserap oleh granular semen yang lunak tersebut kemudian dengan segera akan menyelimuti granular semen dan meningkatkan muatan negatif pada permukaan granular semen yang mengakibatkan gaya tolak menolak antar partikel semen (electrostatic repulsion). Selanjutnya granular semen akan mengalami efek dispersi yang akan mempengaruhi kelecakan beton segar.
ISBN 979.9243.80.7
131
Handi Prajitno
2. DISPERSAN (SUPERPLASTICISER) Superplasticizer generasi pertama seperti lignosulfonates (LS) dan sulfonated naphthalene formaldehyde (SNF) sampai sekarang masih banyak dipakai untuk meningkatkan kualitas beton. Sampai saat sekarang superplasticizer jenis SNF dan LS ini masih dapat diandalkan dan bekerja dengan baik dengan kemampuan mengurangi air sampai dengan 20 %. Yang perlu mendapat perhatian dari superplasticizer jenis SNF dan LS ini adalah kemampuan untuk mempertahankan kelecakan beton segar adalah sangat terbatas dan bahkan cenderung cepat kehilangan kelecakan dalam waktu yang relatif singkat. Sika®ViscoCrete® Technologi adalah hasil pengembangan terbaru daripada superplasticizer yang memiliki performa tinggi dengan bahan dasar polymer dari polycarboxylates. Efek water reducing daripada ViscoCrete ini jauh lebih kuat dibandingkan dengan konfensional superplasticizer seperti yang tersebut diatas. Pengurangan jumlah air yang dihasilkan dapat mencapai 40 %. Lebih dari itu bahan ini juga memiliki kemampuan untuk menjaga kelecakan beton segar lebih lama. Sika®ViscoCrete® Technologi yang terbuat dari jenis polycarboxylates ini memiliki dua sifat pengaruh sekaligus terhadap hidrasi semen yaitu ”efek dispersi” dan ”efek sterik”. Efek dispersi yang menghasilkan electrostatic repulsion telah dijelaskan sebelumnya, sedangkan mekanisme efek sterik dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada efek sterik, molekul polycarboxylates memiliki ikatan rantai yang panjang (long side chain) yang akan membentuk halangan sterik atau steric repulsion yang akan meningkatkan kemampuan semen partikel untuk saling tetap menjaga jarak diantaranya. Kombinasi antara electrostatic repulsion dengan steric repulsion menghasilkan istilah electrosteric stabilization; yang mana istilah ini seringkali dipakai untuk menggambarkan bagaimana sebenarnya superplasticizer sebagai dispersan. Kontribusi besarnya pengaruh dispersan ini dipengaruhi oleh bentuk profil polymer yang terdapat diantara permukaan semen partikel, dan besarnya kekuatan ion (ionic strength) yang ada dalam larutan. Mengingat ionic strength yang ada pada semen sendiri cukup besar (hingga 0.1 mol/L)1, sedangkan electrostatic repulsion sendiri tidaklah cukup kuat untuk menahan jarak antar partikel semen. Untuk menahan kedekatan jarak antara pertikel semen dibutuhkan gaya yang relative cukup long range. Dengan polymer polycarboxylate yang menghasilkan electrosteric stabilization yang cukup kuat untuk tetap menahan dan menjaga jarak antar partikel semen maka akibatnya tidak hanya menimbulkan efek dispersi yang sangat bagus tetapi juga menyebabkan kelecakan beton segar dapat bertahan lama, workability time lebih stabil dan tahan lama. Slump loss menjadi kecil atau tidak ada sama sekali dalam waktu relative lama.
1
Robert J. Flatt, Nicos Martys,and Lennart Bergström The Rheology of Cementitious
Materials, 2004 (hlm.315)
132
ISBN 979.9243.80.7
Sika®Viscocrete® Sebagai Dispersan Untuk Self Compacting Concrete
Tabel 1. Perbandingan Polycarboxylate Dengan Naphthalene Raw materials
NAPHTHALENE
Properties Chain Arm Ca Absorption to cement grain Dosage for spread 48 (w/c=46) Range Water reduction
Na Short Long 10-20 A Direct 0.9 % HRWR Up to 20 %
POLYCARBOXYLATE Polymer Long Short 100 A Partial 0.3 % UHRWR Up to 40 %
3. SELF COMPACTING CONCRETE Pemakaian self compacting concrete dalam bidang konstruksi akan meningkatkan kualitas struktur beton dengan mengeliminir salah satu kesalahan manusia yang diakibatkan oleh alat penggetar. SCC menggantikan pemadatan manual dengan pemadatan semi otomatis. Untuk membuat campuran beton SCC dibutuhkan campuran desain yang sedikit berbeda dibandingkan dengan beton biasa. Juga diperlukan kontrol kualitas yang lebih terutama pada saat awal pelaksanaan pembuatan campuran desain. Sebelum campuran beton SCC diproduksi, harus dipastikan bahwa beton segar memenuhi kriteria seperti kelecakan, homogen tidak segregasi, dan tidak bleeding serta memiliki kemampuan mengalir mandiri. Metoda pengukuran workability telah dikembangkan, baik untuk keperluan di laboratorium maupun untuk di lapangan. Dengan metoda test yang benar akan dapat diketahui kondisi workability, segregasi, viscosity, blocking dan SCC mix yang baik. Ada dua jenis pengukuran yang dapat digunakan dan cukup mewakili kondisi workability beton SCC adalah ‘Slump-Flow’ dan ‘L-Shape Box’. Dengan kedua jenis alat ukur ini, akan dapat diperoleh suatu gambaran beton SCC yang cukup ideal untuk diproduksi.
4. SLUMP FLOW TEST Slump-flow test dapat dipakai baik di laboratorium maupun di lapangan; dan dengan memakai alat ini dapat diperoleh kondisi workability dan segregasi daripada beton segar. Disarankan menggunakan slump-flow test di lapangan untuk menguji workabilitas beton SCC.
Gambar 1. Slump Flow Test Didalam perencanaan test workability, parameter atau range daripada workability sangat tergantung dari kebutuhan konstruksi. Kebutuhan workability untuk pengecoran konstruksi bidang vertical berbeda dengan bidang horizontal. Demikian juga untuk hal-hal yang khusus seperti exposed concrete. Dengan slump-flow dapat ISBN 979.9243.80.7
133
Handi Prajitno
diukur besaran diameter alir beton segar. Nilai slump-flow beton SCC bervariasi antara 600 - 725 mm. Kriteria yang umum dipakai untuk penentuan awal workability beton SCC berdasarkan tipe konstruksi adalah sebagai berikut : untuk konstruksi vertikal, disarankan menggunakan ukuran nilai slump-flow antara 650 mm sampai 725 mm. Sedangkan untuk konstruksi horisontal disarankan menggunakan nilai slump-flow antara 600 mm sampai 650 mm.
5. L-SHAPE-BOX TEST2 Dengan menggunakan L-Shape Box, dapat diketahui kemungkinan adanya blocking beton segar saat mengalir, dan juga dapat dilihat viskositas beton segar yang bersangkutan. Dengan L-Shape-Box test akan didapat nilai blocking ratio. Blocking ratio didapat dari perbandingan antara H2 / H1. Semakin besar nilai blocking ratio, semakin baik beton segar mengalir dengan viskositas tertentu. Untuk test ini kriteria yang umum dipakai baik untuk tipe konstruksi vertikal maupun untuk konstruksi horisontal disarankan mencapai nilai blocking ratio = 0.8
Gambar 2. L-Box untuk mengukur blocking, gap 34 mm.
6. KOMPOSISI Secara umum SCC membutuhkan fines content yang memiliki ukuran ≤ 0,125 mm lebih tinggi daripada beton normal. Pada umumnya ukuran diameter coarse agregate maximum antara 10 – 20 mm. Juga memungkinkan digunakan ukuran coarse agregate yang lebih besar (30 mm). Batu kali maupun batu pecah, kedua-duanya dapat dipakai. Water Cement ratio tetap dijaga sesuai dengan batas yang diijinkan karena tetap akan berpengaruh terhadap kekuatan beton, porositas, permeabilitas dan durabilitas beton. Pada dasarnya semua jenis semen dapat dipakai untuk beton SCC sesuai dengan kebutuhan fines content ataupun kwalitas beton yang diinginkan. Fly Ash, powdered limestone dan Silica Fume juga dapat dipakai sebagai binder komponen. Diperlukan concrete admixture dengan kekuatan water reducer yang sangat tinggi untuk mencapai workabilitas, kohesifitas dan homogenitas beton secara bersamaan. 1. Aggregate Ukuran maximum terkecil/butir halus partikel sekitar 12 – 20 mm adalah lebih baik, tetapi pada prinsipnya semua agregat memungkinkan untuk digunakan. 2
Örjan Petersson, Swedish Cement and Concrete Research Institute, 1999 (hlm.4)
134
ISBN 979.9243.80.7
Sika®Viscocrete® Sebagai Dispersan Untuk Self Compacting Concrete
Tabel 2. Contoh ukuran agregat Ukuran pecahan partikel 0/ 4 mm 4/ 8 mm 8/16 mm 16/32 mm
SCC 0/8 mm 60 % 40 % -
SCC 0/16 mm 53 % 15 % 32 % -
SCC 0/32 mm 45 % 15 % 15 % 30 %
Butir halus ≤ 0.125 mm (semen, additives and pasir) SCC 0/ 4 mm ≥650 kg/m³ SCC 0/ 8 mm ≥550 kg/m³ SCC 0/16 mm ≥ 500 kg/m³ SCC 0/32 mm ≥475 kg/m³ 2. Binder content Bersarkan pada jumlah butir halus, jumlah semen dan agregat dapat ditentukan tergantung pada mutu beton yang diinginkan dan pasir yang digunakan : Semen and additives content (total) SCC 0/ 4 mm 550–600 kg/m³ SCC 0/ 8 mm 450–500 kg/m³ SCC 0/16 mm 400–450 kg/m³ SCC 0/32 mm 375–425 kg/m³ 3. Water content Perlakuan factor air semen pada beton SCC sama dengan beton normal, dimana semakin kecil faktor air semen maka semakin tinggi kualitas beton yang dihasilkan, baik kekuatannya, porositasnya, permeabilitynya dan durabilitynya. Jumlah air dalam SCC tergantung pada mutu beton yang diinginkan dan dapat ditentukan sebagai berikut: Water content > 200 l/m³ 180 to 200 l/m³ < 180 l/m³
Beton Mutu Rendah Beton Mutu Standar Beton Mutu Tinggi
4. Concrete admixtures Diperlukan concrete admixture dengan kekuatan water reducer yang sangat tinggi untuk mencapai workabilitas, kohesifitas dan homogenitas beton secara bersamaan. Untuk melakukan penyesuaian jumlah air dan memastikan homogenitas beton tetap bersifat kohesif , dapat digunakan Sika®ViscoCrete® superplasticizers generasi ketiga. Beberapa manfaat SCC pada dunia konstruksi adalah sebagai berikut: Untuk kontraktor: • • • • • • •
Tidak perlu alat penggetar (vibrator) Waktu pengecoran lebih singkat Pekerjaan finishing lantai lebih ringan Tenaga kerja lebih sedikit Menghemat waktu pemakaian alat-alat berat (crane, con’c pump, dsb) Dapat mengatasi problem pengecoran pada daerah padat tulangan. Kecil sekali kemungkinan terjadinya honeycomb.
ISBN 979.9243.80.7
135
Handi Prajitno
• •
Sangat cocok untuk pekerjaan perbaikan beton baik kecil maupun besar Menghilangkan kebisingan daripada vibrator.
Untuk Ready Mix Concrete • • • •
Kesempatan untuk kompetitif. Memungkinkan adanya tambahan turnover. Waktu tuang beton dari truck mixer lebih singkat. Beton mudah dipompa.
Untuk industri pre-cast concrete • • •
Pengecoran lebih cepat, kapasitas produksi meningkat. Tenaga kerja sedikit. Elemen yang tipis dan rumit dapat teratasi dengan mudah.
Untuk konsultan & owner. • • • • •
Mempersingkat waktu progress proyek. Memungkinkan pembuatan detail permukaan yang rumit. Dapat dibuat super flat floor, sehingga memudahkan finishing. Durability beton meningkat. Vibrator & compaction tidak lagi menjadi kriteria design.
7. KESIMPULAN Dengan adanya ViscoCrete teknologi sebagai dispersan generasi baru campuran beton telah memungkinkan untuk membuat beton segar dengan pemadatan mandiri serta memiliki durabilitas tinggi pada pada beton keras. Molekul polymer yang ada pada dispersan ini memiliki efek dispersi dan efek sterik. Sifat yang dimiliki oleh dispersan ini berdampak pada dunia konstruksi terutama pada sector industry beton. Yang pertama tidak lagi diperlukan alat penggetar (vibrator) yang berdampak pada ekologi dan yang kedua desain yang artistik tidak lagi menjadi hambatan dalam pelaksanaan terutama pada beton pracetak.
136
ISBN 979.9243.80.7
