STUDI KASUS

LOW CALCIUM ALUMINATE PADA SEMEN UNTUK MENINGKATKAN DAYA TAHAN BETON TERHADAP SULFAT

Baiti Rahma Maudina : 1206262986 Nadira Aprilliani : 1206262954

Putri Maudy Kusumah : 1206262840

ASISTEN : Afdol Pranata

DOSEN : Dr. Cindy Priadi, S.T., MSc

NILAI :

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-

Nya makalah studi kasus ini dapat kami selesaikan dengan baik dan tepat waktu.

Makalah ini kami buat sebagai tugas besar dari mata kuliah Kimia Lanjut. Makalah ini dibuat

berdasarkan informasi-informasi yang penulis dapat dari beberapa jurnal yang tersedia dari

internet.

Dalam penyusunan makalah ini, kami mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena

itu, dengan segenap hati kami berterima kasih kepada:

1. Dosen mata kuliah Kimia Lanjut Dr. Cindy Priadi, S.T., MSc.

2. Asisten Dosen Afdol Pranata

3. Rekan-rekan program studi S1 Teknik Sipil dan Teknik Lingkungan beserta pihak-

pihak lain yang telah membantu kami baik langsung maupun tidak langsung.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kami

mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak agar dapat dijadikan

pelajaran bagi kami sehingga kelak kami dapat membuat makalah studi kasus yang lebih

baik.

Depok, 2014

Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.......................................................................................... i

DAFTAR ISI........................................................................................................ ii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1.Latar belakang................................................................................................. 1

1.2.Perumusan Masalah......................................................................................... 1

1.3.Tujuan penulisan.............................................................................................. 2

1.4.Batasan Masalah.............................................................................................. 2

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Pengertian Beton............................................................................................. 3

2.2. Komposisi Beton

2.2.1. Semen Portland

1. Jenis-jenis semen Portland........................................................ 3

2.Sifat fisik semen Portland.......................................................... 5

2.2.2. Agregat

1. Agregat Halus........................................................................... 8

2. Agregat Kasar........................................................................... 9

2.2.3. Air................................................................................................... 10

2.3. Sifat-sifat Beton

2.3.1. Sifat Fisik Beton............................................................................. 11

2.3.2. Sifat Mekanik.................................................................................. 12

2.4 Deskripsi Sulfat

2.4.1 Sumber Sulfat di Alam.................................................................... 12

2.4.2 Sifat Kimiawi Sulfat........................................................................ 12

2.4.3 Dampak Sulfat terhadap Beton........................................................ 14

2.5 Deskripsi Kalsium Alumina

2.5.1 Sumber Kalsium Alumina di Alam.................................................. 15

2.5.2 Sifat Kimiawi Kalsium Alumina...................................................... 15

2.6 Pencampuran Kalsium Alumina pada Semen

2.6.1 Proses Pencampuran Kalsium Alumina dengan Semen (Reaksi).... . 16

2.6.2 Kelemahan Campuran Semen yang mengandung Kalsium Alumina 16

BAB III. PENUTUP

3.1 Kesimpulan..................................................................................................... 18

3.2 Saran............................................................................................................... 18

REFERENSI........................................................................................................ 19

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Beton adalah salah satu material yang paling banyak digunakan sebagai

konstruksi bangunan. Bangunan yang dibangun menggunakan beton diharapkan lebih

kuat dan tahan lama dibandingkan dengan konstruksi bangunan yang dibangun

dengan material lainnya. Sebagai material yang kuat, beton tersusun dari beberapa

bahan baku lainnya. Bahan baku tersebut antara lain semen, agregat halus, dan agregat

kasar. Agregat halus dan agregat kasar didapatkan dari alam. Sementara semen

terbentuk dari susunan bahan-bahan kimia yang bergabung dalam suatu reaksi kimia.

Dengan kenyataan tersebut, semen bisa bereaksi kembali secara kimia dengan bahan-

bahan yang berada di sekitar semen tersebut.

Salah satu faktor yang mempengaruhi kuaalitas beton adalah sulfat. Sulfat

yang dapat ditemukan di sekitar konstruksi bangunan yang terbuat dari beton bisa

bereaksi dengan semen yang merupakan salah satu bahan baku pembuatan beton.

Kandungan sulfat berada di air tanah, air laut limbah industri. Sulfat dapat merusak

pondasi, basement, terowongan yang berhubungan langsung dengan tanah. Dengan

kenyataan yang telah dipaparkan tersebut, maka penulis akan membahas topik tentang

low Calcium Aluminate pada Cement untuk Meningkatkan Daya Tahan Beton

terhadap Sulphate.

2. Perumusan Masalah

Apa pengertian dari beton dan material apa yang dipakai untuk pembuatan beton?

Bagaimana sifat beton dan faktor apa sajakah yang dapat mempengaruhi sifat

tersebut?

Apa pengaruh sulfat terhadap ketahanan beton?

Apa pengaruh penambahan Kalsium Aluminate terhadap beton dan bagaimana

proses pencampurannya?

3. Tujuan Penulisan

Mengetahui pengertian beton

Mengetahui sifat-sifat fisik dan sifat-sifat mekanik beton dan faktor-faktor yang

mempengaruhinya

Mengetahui sifat kimiawi sulfat dan sumbernya di alam

Mengetahui pengaruh sulfat terhadap ketahanan beton

Memahami Kasium Alumina dan manfaatnya terhdap beton

Mengetahui proses pencampuran kalsium alumina dengan semen

Mengetahui bagaimana proses Kalsium Alumina berguna untuk mengatasi sulfat

yang mengurangi kualitas beton dalam lapangan

4. Batasan Masalah

Pada makalah ini, penulis hanya membahas satu bahan yang dapat

mempengaruhi kualitas beton terhadap ketahanan sulfat. Penulis membatasi masalah

yang dibahas yaitu hanya dengan satu faktor yang mempengaruhi ketahanan beton,

yaitu kalsium alumina. Selain itu, penulis membatasi bahwa ketahan yang dimaksud

adalah ketahanan terhadap sulfat.

BAB I

PENDAHULUAN

5. Latar Belakang

Beton adalah salah satu material yang paling banyak digunakan sebagai

konstruksi bangunan. Bangunan yang dibangun menggunakan beton diharapkan lebih

kuat dan tahan lama dibandingkan dengan konstruksi bangunan yang dibangun

dengan material lainnya. Sebagai material yang kuat, beton tersusun dari beberapa

bahan baku lainnya. Bahan baku tersebut antara lain semen, agregat halus, dan agregat

kasar. Agregat halus dan agregat kasar didapatkan dari alam. Sementara semen

terbentuk dari susunan bahan-bahan kimia yang bergabung dalam suatu reaksi kimia.

Dengan kenyataan tersebut, semen bisa bereaksi kembali secara kimia dengan bahan-

bahan yang berada di sekitar semen tersebut.

Salah satu faktor yang mempengaruhi kuaalitas beton adalah sulfat. Sulfat

yang dapat ditemukan di sekitar konstruksi bangunan yang terbuat dari beton bisa

bereaksi dengan semen yang merupakan salah satu bahan baku pembuatan beton.

Kandungan sulfat berada di air tanah, air laut limbah industri. Sulfat dapat merusak

pondasi, basement, terowongan yang berhubungan langsung dengan tanah. Dengan

kenyataan yang telah dipaparkan tersebut, maka penulis akan membahas topik tentang

low Calcium Aluminate pada Cement untuk Meningkatkan Daya Tahan Beton

terhadap Sulphate.

6. Perumusan Masalah

Apa pengertian dari beton dan material apa yang dipakai untuk pembuatan beton?

Bagaimana sifat beton dan faktor apa sajakah yang dapat mempengaruhi sifat

tersebut?

Apa pengaruh sulfat terhadap ketahanan beton?

Apa pengaruh penambahan Kalsium Aluminate terhadap beton dan bagaimana

proses pencampurannya?

7. Tujuan Penulisan

Mengetahui pengertian beton

Mengetahui sifat-sifat fisik dan sifat-sifat mekanik beton dan faktor-faktor yang

mempengaruhinya

Mengetahui sifat kimiawi sulfat dan sumbernya di alam

Mengetahui pengaruh sulfat terhadap ketahanan beton

Memahami Kasium Alumina dan manfaatnya terhdap beton

Mengetahui proses pencampuran kalsium alumina dengan semen

Mengetahui bagaimana proses Kalsium Alumina berguna untuk mengatasi sulfat

yang mengurangi kualitas beton dalam lapangan

8. Batasan Masalah

Pada makalah ini, penulis hanya membahas satu bahan yang dapat

mempengaruhi kualitas beton terhadap ketahanan sulfat. Penulis membatasi masalah

yang dibahas yaitu hanya dengan satu faktor yang mempengaruhi ketahanan beton,

yaitu kalsium alumina. Selain itu, penulis membatasi bahwa ketahan yang dimaksud

adalah ketahanan terhadap sulfat.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Pengertian Beton

Menurut KBBI beton adalah campuran semen, kerikil, dan pasir yang diaduk

dengan air untuk membangun berbagai macam struktur bangunan. Menurut Nawy

(1985:8) beton dihasilkan dari sekumpulan interaksi mekanis dan kimia sejumlah

material pembentuknya. DPU-LPMB memberikan definisi tentang beton sebagai

campuran antara semen portland atau semen hidrolik yang lainnya, agregat halus,

agregat kasar dan air,dengan atau tanpa bahan tambahan membentuk massa padat

(SK.SNI T-15-1990-03:1).

Sebagai material struktur, material beton kuat terhadap tekan tetapi lemah

terhadap tarik. Untuk mengatasi masalah tersebut, pada umumnya beton yang

mengalami tarik diperkuat dengan material baja tulangan yang membentuk satu

kesatuan material yang sering disebut beton bertulang.

Seperti struktur bangunan lainnya, beton tidak terlepas dari kerusakan-

kerusakan yang dapat mengurangi durabilitasnya. Salah satu penyebabnya adalah

pengaruh eksternal atau lingkungan di sekitarnya. Kandungan sulfat atau zat-zat

kimiawi lainnya yang merusak durabilitas beton dapat hadir dalam tanah, air tanah,

bahan organik, maupun limbah industri yang mengelilingi struktur beton tersebut.

2.2. Komposisi Beton

2.2.1. Semen Portland

Semen Portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara

menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalisum yang

berisfat hidrolis dengan gips sebagai bahan tambahan [PUBI-1982]. Secara

garis besar Semen Portland terdiri dari kapur, silika, dan alumina. Bahan

tambahan dalam semen merupakam bahan-bahan yang mengandung senyawa

kalsium sulfat (seperti gypsum), yang berguna untuk mengkondisi panas

hidrasi beton (peristiwa bertemunya air dan semen sehingga membentuk suatu

senyawa baru yang berfungsi sebagai perekat). Semen berfungsi untuk

mengikat agregat halus dengan agregat kasar dengan air dalam suatu adukan,

seperti adukan plesteran atau adukan beton.

1. Jenis-jenis Semen Portland menurut Dinas Pekerjaan Umum

a. Tipe I (Ordinary Portland Cement)

Semen Portland Tipe I digunakan untuk penggunaan umum yang

tidak memerlukan persyaratan khusus seperti yang dipersyaratkan

pada tipe-tipe lain. Tipe I paling banyak diproduksi dan

dipasarkan.

b. Tipe II (Moderate Sulphate Resistance)

Semen Portland Tipe II dalam penggunaannya memerlukan

ketahanan terhadap sulfat atau panas hidrasi sedang. Tipe II

mempunyai panas hidrasi yang lebih rendah dibandingkan dengan

semen Portland Tipe I. Pada daerah–daerah yang memiliki suhu

tinggi, semen tipe II perlu ditambahkan sifat moderat “Heat of

Hydration” agar tidak terjadi penyusutan yang besar. Semen

Portland tipe II ini disarankan untuk dipakai pada bangunan seperti

bendungan, dermaga dan landasan berat.

c. Tipe III (High Early Strength)

Semen Portland tipe III dalam penggunaannya memerlukan

kekuatan yang tinggi pada tahap permulaan setelah pengikatan

terjadi. Semen tipe III ini dibuat dengan kehalusan yang tinggi.

Beton yang menggunakan semen Portland tipe III dapat mencapai

kekuatan yang sama dengan beton yang menggunakan semen tipe I

pada umur 3 hari, dalam 24 jam. Namun pada umur 7 hari beton

yang menggunakan semen Portland tipe III memiliki kekuatan

yang sama dengan beton yang menggunakan semen portland tipe I

pada umur 28 hari.

d. Tipe IV (Low Heat Of Hydration)

Semen Portland Tipe IV memerlukan panas hidrasi yang rendah.

Semen Tipe IV banyak digunakan untuk struktur beton dengan

volume yang besar, seperti bendungan, dam, atau lapangan udara.

Kenaikan suhu dari panas yang dihasilkan selama periode

pengerasan diusahakan seminimal mungkin agar tidak terjadi

pengembangan volume beton yang bisa menimbulkan peretakkan.

Pengembangan kuat tekan dari semen jenis ini juga sangat lambat

jika dibanding Semen Portland Tipe I.

e. Tipe V (Sulfat Resistance Cement)

Penggunaan Semen Portland Tipe V memerlukan ketahanan tinggi

terhadap sulfat. Semen Portland Tipe V digunakan untuk

pembuatan beton di daerah yang mempunyai kandungan garam

sulfat yang tinggi di dalam tanah dan airnya seperti air laut, daerah

tambang, air payau, dan sebagainya.

2. Sifat fisik semen Portland

a. Kehalusan Butir

Kehalusan butir semen mempengaruhi proses hidrasi. Waktu

pengikatan (setting time) menjadi semakin lama jika butir semen

lebih kasar. Semakin halus butiran semen, proses hidrasinya

semakin cepat, sehingga kekuatan awal tinggi dan kekuatan akhir

akan berkurang. Kehalusan butir semen yang tinggi dapat

mengurangi terjadinya bleeding atau naiknya air ke permukaan,

tetapi menambah kecenderungan beton untuk menyusut lebih

banyak dan mempermudah terjadinya retak susut. Menurut ASTM,

butir semen yang melewati ayakan No.200 harus lebih dari 78%.

Untuk mengukur kehalusan butir semen digunakan "Turbidimeter"

dari Wagner atau "Air Permeability" dari Blaine.

b. Kepadatan (Density)

Berat jenis semen yang disyaratkan oleh ASTM adalah 3.15

Mg/m3. Namun kenyataannya, berat jenis semen yang diproduksi

berkisar antara 3.05 Mg/m3 sampai 3.25 Mg/m3. Perbedaan berat

jenis ini akan berpengaruh pada proporsi campuran semen dalam

campuran. Pengujian berat jenis dapat dilakukan menggunakan Le

Cliatelier Flask menurut standar ASTM C-188.

sumber: http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/11004-

7-901570378753.pdf

c. Konsistensi

Konsistensi semen portland lebih banyak pengaruhnya pada

saat terjadi pengikatan sampai pada saat beton mengeras.

Konsistensi yang terjadi bergantung pada rasio antara semen dan

air serta aspek-aspek bahan semen seperti kehalusan dan kecepatan

hidrasi. Konsistensi mortar bergantung pada konsistensi semen dan

agregate pencampurya.

d. Waktu Pengikatan

Waktu ikat menurut Badan Standar Nasional Indonesia adalah

waktu yang diperlukan semen untuk mengeras, terhitung dari

mulai bereaksi dengan air dan menjadi pasta semen sehingga pasta

semen cukup kaku untuk menahan tekanan. Waktu ikat semen

dibedakan menjadi dua yaitu waktu ikat awal (initial setting time)

dan waktu ikat akhir (final setting time). Waktu ikat awal adalah

waktu dari pencampuran semen dengan air menjadi pasta semen

hingga hilangnya sifat keplastisan, Waktu ikat akhir adalah waktu

antara terbentuknya pasta semen hingga beton mengeras. Pada

semen portland initial setting time berkisar 1.0 - 2.0 jam.

Sedangkan final setting time tidak boleh lebih dari 8.0 jam.

Waktu ikat awal sangat penting pada kontrol pekerjaan

beton. Waktu ikat awal yang panjang diperlukan untuk transportasi

(hauling), penuangan (dumping/pouring), pemadatan (vibrating)

dan penyelesaiannya (finishing). Proses ikatan ini disertai

perubahan suhu yang dimulai terjadi sejak ikatan awal dan

mencapai puncaknya pada waktu berakhimya ikatan akhir. Waktu

ikatan ini sangat dipengaruhi oleh jumlah air yang dipakai dan oleh

lingkungan sekitamya. Pengikatan semu diukur dengan alat

"Vicat" atau "Gillmore". Pengikatan semu untuk persentase

penetrasi akhir minimum pada semua jenis semen adalah 50%

menurut SNI 15-2049-2004.

sumber:

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29027/4/Chapter

%20II.pdf

a. Panas Hidrasi

Panas hidrasi adalah panas yang terjadi ketika semen bereaksi

dengan air. Jumlah panas yang dibentuk bergantung pada jenis

semen yang dipakai dan kehalusan butir semen. Perkembangan

panas yang terjadi dapat mengakibatkan timbulnya retakan pada

saat pendinginan. Oleh karena itu perlu dilakukan pendinginan

melalui perawatan (curing). Menurut referensi dari Universitas

Mercubuana, panas hidrasi naik sesuai dengan nilai suhu pada saat

hidrasi terjadi. Untuk semen biasa, panas hidrasi bervariasi mulai

dari 37 kalori/gram pada suhu 5C hingga 80 kalori/gram pada

temperatur 40C. Semua jenis semen umumnya membebaskan

sekitar 50% panas totalnya pada satu hingga tiga hari pertama, 70%

pada hari ketujuh, serta 83-91% setelah 6 bulan. Laju perubahan

panas ini bergantung pada komposisi semen.

sumber:http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/bahan_kontru

ksi_teknik/bab3_semen_portland.pdf

b. Perubahan Volume

Kekalan pasta semen yang telah mengeras merupakan suatu

ukuran yang menyatakan kemampuan pengembangan bahan-bahan

campurannya dan kemampuan untuk mempertahankan volume

setelah pengikatan terjadi. Ketidakkekalan semen disebabkan oleh

terlalu banyaknya jumlah kapur bebas yang pembakarannya tidak

sempurna serta magnesia yang terdapat dalam campuran tersebut.

Kapur bebas mengikat air, kemudian menimbulkan gaya-gaya

expansi.

c. Kekuatan Tekan

Kekuatan tekan semen diuji dengan cara membuat mortar yang

kemudian ditekan sampai hancur. Contoh semen yang akan diuji

dicampur dengan pasir silika dengan perbandingan tertentu,

kemudian dibentuk menjadi kubus-kubus berukuran 5x5x5 cm.

Setelah berumur 3, 7, 14 dan 28 hari serta mengalami perawatan

dengan perendaman, benda uji tersebut diuji kekuatan tekannya.

2.2.2. Agregat

Agregat adalah batuan yang terbentuk dari formasi kulit bumi yang padat

dan solid. Berdasarkan proses pengolahannya agregat digolongkan menjadi dua

macam yaitu agregat alam dan agregat buatan. Agregat alam merupakan agregat

yang terbentuk berdasarkan aliran air sungai dan degredasi. Contoh agregat

alam yang sering digunakan adalah agregat kerikil dan pasir. Agregat buatan

merupakan agregat yang berasal dari hasil sambingan pabrik-pabrik semen dan

mesin pemecah batu.

Agregat juga dapat dibedakan berdasarkan besar partikel-partikelnya yaitu

agregat halus dan agregat kasar.

1. Agregat Halus

Agregat halus yang digunakan untuk beton dapat berupa pasir alam

ataupun pasir buatan. Fungsi agregat halus dalam campuran adalah sebagai

pengisi antara agregat kasar, membentuk suatu massa yang keras, sehingga

ikatan menjadi lebih kuat. Adapun syarat-syarat dari agregat halus yang

digunakan menurut PBI 1971 :

1. Pasir terdiri dari butir-butir tajam dan keras. Bersifat kekal

artinya tidak mudah lapuk oleh pengaruh cuaca.

2. Tidak mengandung lumpur lebih dari 5%. Lumpur adalah

bagian-bagian yang dapat melewati ayakan 0,063 mm. Apabila

kadar lumpur lebih dari 5%, maka harus dicuci. Khususnya

pasir untuk bahan pembuat beton.

3. Tidak mengandung bahan-bahan organik terlalu banyak. ,

dibuktikan dengan percobaan warna dari Abrams-Harder.

Agregat yang tidak memenuhi syarat percobaan ini bisa dipakai

apabila kekuatan tekan adukan agregat tersebut pada umur 7 dan

28 hari tidak kurang dari 95% dari kekuatan adukan beton

agregat yang sama tetapi dicuci dalam larutan 3% NaOH yang

kemudian dicuci dengan air hingga bersih pada umur yang

sama.

2. Agregat Kasar

Agregat kasar dapat berupa kerikil hasil desintegrasi alami dari batuan-

batuan atau berupa batu pecah yang diperoleh dari pemecahan batu

dengan besar butir lebih dari 5 mm. Fungsi agregat kasar dalam

campuran beton adalah sebagai bahan pengisi yang kuat, yang

membentuk suatu massa yang keras. Kerikil dalam penggunaannya

harus memenuhi syarat-syarat berikut :

1. Butir-butir keras yang tidak berpori serta bersifat kekal yang

artinya tidak pecah karena pengaruh cuaca.

2. Tidak boleh mengandung lumpur lebih dari 1%. Apabila

kandungan lumpur melebihi 1% maka harus dicuci terlebih dahulu

sebelum menggunakannya.

3. Tidak mengandung zat yang dapat merusak batuan seperti zat-zat

yang reaktif terhadap alkali.

4. Agregat kasar yang berbutir pipih hanya dapat digunakan apabila

jumlahnya tidak melebihi 20% dari berat keseluruhan.

Gradasi dari agregat-agregat tersebut secara keseluruhan dapat

menghasilkan mutu beton yang baik, padat, dan mempunyai daya kerja

yang baik dengan semen dan air, dalam proporsi campuran yang

dipakai.

sumber : ilmusipil.com/agregat-halus-kasar

2.2.3. Air

Air adalah suatu unsur yang penting dalam campuran beton, karena air

berfungsi agar proses hidrasi di dalam beton berlangsung. Untuk membuat

semen bereaksi hanya dibutuhkan air sekitar 25-30 persen dari berat semen.

Namun pada kenyataannya, apabila faktor air semen kurang dari 0,35 maka

adukan sulit untuk dikerjakan, sehingga faktor air semen lebih dari 0,40

dimana terdapat kelebihan air yang tidak bereaksi dengan semen. Kelebihan

air inilah yang berfungsi sebagai pelumas agregat sehingga adukan mudah

dikerjakan. Air yang digunakan dalam adukan beton harus merupakan air yang

bersih. Persyaratan air yang digunakan dalam campuran beton menurut SKSNI

S-04-1989-F adalah sebagai berikut :

1. Bersih

2. Tidak mengandung lumpur, minyak, benda terapung lainnya yang

dapat dilihat secara visual.

3. Tidak mengandung benda tersuspensi > 2 gram/liter.

4. Tidak mengandung garam yang mudah larut dan mudah merusak

beton (asam, zat organik) > 15 gram/liter.

5. Kandungan Cl < 500 ppm

6. Senyawa sulfat < 1000 ppm sebagai SO3

7. Apabila dibandingkan dengan kekuatan tekan beton yang memakai

air suling, maka penurunan kekuatan beton yang memakai air yang

diperiksa tidak lebih dari 10%.

8. Semua air yang mutunya meragukan harus dianalisa secara kimia

dan dievaluasi mutunya menurut pemakaiannya.

9. Untuk beton pratekan kecuali persyaratan air di atas tidak boleh

mengandung Cl > 50 ppm.

sumber: http://eprints.undip.ac.id/33824/5/1622_chapter_II.pdf

2.3. Sifat-sifat Beton

2.3.1. Sifat Fisik Beton

1. Kekuatan Beton

Kekuatan beton dipengaruhi oleh banyaknya air dan semen yang

digunakan atau tergantung pada faktor air semen dan derajat

kekompakannya. Adapun faktor yang mempengaruhi kekuatan beton yaitu

perbandingan berat air dan semen, tipe dan gradasi agregat, kualitas semen,

dan perawatan (curing).

2. Panas akibat hidrasi

Panas hiderasi adalah panas yang dilepaskan selama semen mengalami

proses hiderasi. Jumlah panas hiderasi yang terajdi tergantung kepada tipe

semen, kehalusan semen, dan perbandingan antara air dengan

semen. Kekerasan awal semen yang tinggi dan panas hiderasi yang besar

kemungkinan terjadi retak-retak pada beton, hal ini disebabkan oleh fosfor

yang timbul sukar dihilangkan sehingga terajdi pemuaian pada proses

pendinginan.

3. Sifat Termodinamika (kalor spesifikasi, penyebaran panas, pengantar panas)

Sifat beton pasca terbakar pada hakekatnya merupakan reaksi kimia

dari combustible material dengan oksigen yang dikenal dengan reaksi

pembakaran yang menghasilkan panas. Panas hasil pembakaran ini

diteruskan ke massa beton/mortar dengan dua macam mekanisme yakni

pertama secara radiasi yaitu pancaran panas diterima oleh permukaan beton

sehingga permukaan beton menjadi panas. Pancaran panas akan sangat

potensial, jika suhu sumber panas relatif tinggi. Kedua secara konveksi

yaitu udara panas yang bertiup/bersinggungan dengan permukaan

beton/mortar sehingga beton menjadi panas. Akibat panas, beton akan

mengalami retak, terkelupas (spalling), dan kehilangan kekuatan.

2.3.2. Sifat Mekanik

Sifat dan karakter mekanik beton :

1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi

tidak baik menahan gaya tarik (low tensile strength). Kekuatan gaya tarik

beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.

2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena

elastisitasnya yang rendah.

3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.

2.4 Deskripsi Sulfat

2.4.1 Sulfat

Ion sulfat merupakan sejenis anion poliatom dengan rumus empiris SO42-

dengan massa molekul 96.06 satuan massa atom; ia terdiri dari atom pusat sulfur

dikelilingi oleh empat atom oksigen dalam susunan tetrahidron. Ion sulfat bermuatan

cas dua negatif dan merupakan basa konjugat ion hidrogen sulfat (bisulfat), HSO4-,

yaitu bes konjugat asam sulfat, H2SO4.

2.4.2 Sumber Sulfat di Alam

Hujan Asam

Hujan asam diartikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6.

Hujan secara alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida

(CO2) di udara yang larut dengan air hujan memiliki bentuk sebagai asam lemah.

Jenis asam dalam hujan ini sangat bermanfaat karena membantu melarutkan mineral

dalam tanah yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan binatang.

Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor

dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen

membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke atmosfer dan

bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut

sehingga jatuh bersama air hujan. Air hujan yang asam tersebut akan meningkatkan

kadar keasaman tanah dan air permukaan yang terbukti berbahaya bagi kehidupan

ikan dan tanaman. Usaha untuk mengatasi hal ini saat ini sedang gencar dilaksanakan.

Proses hujan asam biasanya terjadi ketika tingkat pencemaran udara

mendekati atau di atas ambang batas normal. Industri pembangkit tenaga listrik,

penyulingan minyak yang menggunakan batubara sebagai bahan bakar adalah sumber

utama terjadinya hujan asam. Sulfur dan nitrogen dalam batubara yang dibakar akan

berubah menjadi gas sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (NO). Gas-gas ini

bercampur dengan udara sekitar dan bergerak bersama angin ke tempat lain.

Air hujan membawa serta gas-gas SO2 dan NO masuk ke dalam tanah atau

saluran air. Di udara gas NO dan SO2 dapat teroksidasi dan bereaksi dengan air

membentuk asam nitrat dan asam sulfat atau amonium sulfat. Air hujan yang

membawa asam sulfat atau amonium sulfat dan asam nitrat turun dan meresap ke

dalam tanah atau aliran sungai, dan menyebabkan derajat keasaman air atau tanah

menjadi tinggi (pH menjadi rendah).

Gambar 1. Proses Hujan Asam

Garam-garam Sulfat

Garam sulfat di dunia terbagi atas dua macam, yaitu garam sulfat yang mudah

laur dan sukar larut. Garam yang sukar larut adalah SrSO4, BaSO4, PbSO4, dan

HgSO4. Selain garam-garam yang disebutkan, maka garam tersebut mudah larut.

(Chang, 2003).

2.4.3 Serangan Sulfat dan Akibat yang Ditimbulkan pada Beton

Mekanisme Serangan Sulfat pada Beton

Garam sulfat muncul akibat terjadinya hujan asam. Garam-garam sulfat yang

umum terdapat secara alami dalam tanah merupakan garam-garam sulfat yang

merugikan karena merupakan kontaminasi sulfat akibat adanya reaksi kimia yang

ditimbulkan dengan semen atau beton. Garam-garam tersebut adalah Natrium sulfat

dan Magnesium sulfat, yang banyak ditanah alkalis. Garam-garam tersebut

mempunyai dampak yang lebih merugikan daripada kerugian yang ditimbulkan oleh

Sumber: http://ryswan-ilmualamiahdasar.blogspot.com/

gips (Kalsium sulfat), karena garam-garam tersebut tidak hanya lebih mudah larut,

tetapi juga menghasilkan konsentrasi sulfat yang lebih besar dalam air tanah dan

bereaksi dengan mineral semen, sehingga menyebabkan kerusakan total pada pasta

semen (Masruri, 1993).

Pengrusakan akibat senyawa sulfat pada semen dapat dituangkan

mekanismenya sebagai berikut: Pada pengerasan semen portland akan terbentuk:

a. 2C2S + 4H C3S2H3 + CH CH = Ca(OH)2

b. 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH

Jadi bila semen mengeras, tiap molekul dikalsium silikat akan membebaskan

0,5 mol kapur dan tiap mol trikalsium silikat akan melepaskan 1,5 mol kapur. Jadi

bila semen portland yang dipakai tinggi kadar C3 nya, kapur yang akan dibebaskan

selama semen mengeras akan lebih besar, dibanding dengan semen yang kadar C2

nya tinggi. Terjadinya pembebasan kapur selama semen mengeras, maka pada pasta

semen terbentuk saluran kapiler, dimana Ca(OH)2 akan mengalir keluar (bila ia dapat

mengalir) atau pada saluran itu terisi kapur. Bila pasta terendam dalam larutan yang

mengandung SO42- maka kapur tadi akan bersenyawa membentuk gips. CaSO4,

terbentuknya Kalsium sulfat ini bila kemudian suasanya kering, gips akan membentuk

kristalnya yang seperti jarum dan mengembang, mendesak sisi sekitarnya sehingga

terjadi pengrusakan pada sisi sekitar itu dan dapat terlihat pasta atau adukan betonnya

merapuh. Bila setelah terbentuk gips suasananya basah (lembab) maka gips akan

bereaksi dengan C3A yang ada dalam semen (beton) membentuk garam calcium

trisulfat (ettringite).

C3A + 3CaSO4 2H2O + 26 H2O C3A.3CaSO4.32H2O

Ettringite dikenal dengan nama cement bacillus (kuman semen) akibat

terbentuknya garam ini, maka beton akan merapuh karena kristal ettringite membesar.

Gambar 3. Bentuk Ettringite Sumber: http://petrol.sci.muni.cz/

Gambar 2. Rongga akibat ettringite http://www.understanding-cement.com

2.5 Deskripsi Kalsium Alumina

2.5.1 Penjelasan Kalsium Alumina dan Sifat Kimiawinya

Semen kalsium alumina merupakan kombinasi kalsium karbonat dan aluminat

yang telah menyatu secara termal atau disinter dan dicampurkan untuk membuat

semen. Semen alumina tinggi merupakan senyawa yang sangat basa (higly alkaline)

dengan pH berturut-turut 18 dan 11,8. Oleh karenanya rentan terhadap serangan

larutan asam, seperti asam sulfat (H2SO4), Asam khlorida (HCl) dan asam nitrat

(HNO4) yang mempunyai agresifitas yang cukup tinggi.

Kalsium aluminat dibuat dengan mereaksikan bahan kapur yang mengandung

bahan alumina untuk menghasilkan kalsium aluminat. Beberapa keuntungan membuat

beton dengan menggunakan semen kalsium alumina atau calcium aluminate cement,

antara lain :

- Dapat dikerjakan di iklim yang dingin

- Tahan terhadap suhu yang tinggi

- Mempercepat pengerasan beton

- Resisten terhadap asam dan alkali ringan

- Tahan terhadap sulfat , air laut , dan air murni.

(Fishwick, 1982)

2.6 Pencampuran Kalsium Alumina dengan Semen

2.6.1 Proses Pencampuran Kalsium Alumina dengan Semen (Reaksi)

Semen, sebagai salah satu bahan dasar dari pembuatan beton

tersusun dari bahan-bahan kimia yang saling bereaksi sebelum akhirnya

terbentuk semen. Berdasarkan hal tersebut, semen menjadi mudah untuk

bereaksi kimia dengan bahan-bahan yang terdapat disekitarnya. Contohnya

senyawa kalsium silikat dan kalsium alumina. Selain itu, semen juga

mengalami reaksi hidrasi yaitu reaksi dengan air. Reaksi hidrasi sangat

ditentukan oleh reaktifitas dari senyawa utamanya. Senyawa C3A (Kalsium

Alumina) adalah senyawa yang paling reaktif disusul dengan C3s dan C2S

(digilib.unimed.ac.id). Karena reaksi yang cepat, dibutuhkan bahan tambahan

untuk mengatur kecepatan sesuai yang diinginkan. Senyawa gypsum

dibutuhkan dalam reaktivitas senyawa C3A. Salah satu reaksi dengan beton

adalah sulfat:

SO42- + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4.2H2O + 2OH-

C3A + H2O + SiO2 + CaSO4.2H2O C6AS3H32

Dengan Keterangan:

CaSO4.2H2O = Gypsum

C6AS3H32 = Ettringite

C3A = Kalsium Alumina

Sumber: PPT Kimia Lanjut Tim Dosen FTUI

Dengan keterangan seperti diatas, maka reaksi sulfat yang cepat

dapat diperlambat melalui Low Calcium Aluminate. Dengan penggunaan itu,

kita dapat mencegah rekasi semen dengan sulfat dan otomatis memperlambat

reaksi beton terhadap sulfat karena semen merupakan bahan baku beton.

2.6.2 Kelemahan Campuran Semen yang Mengandung Kalsium Alumina

Seperti yang telah dijelaskan, reaksi dari kalsium alumina yang

berlebihan akan menghasilkan ettringite yang lebih besar. Hal ini didapatkan

dari reaksi:

SO42- + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4.2H2O + 2OH-

C3A + H2O + SiO2 + CaSO4.2H2O C6AS3H32

Keterangan:

CaSO4.2H2O = Gypsum

C6AS3H32 = Ettringite

C3A = Kalsium Alumina

Sumber: PPT Kimia Lanjut Tim Dosen FTUI

Senyawa gypsum yang terbentuk akan bereaksi dengan senyawa kalsium

alumina sehingga membentuk Ettringite (Sumber: PPT Kimia Lanjut Tim Dosen

FTUI). Ettringite adalah pendorong material untuk membuat retakan pada beton. Hal

itu dikarenakan senyawa ettringite merupakan senyawa yang mempunyai volume

yang sangat besar sehingga menyebabkan pemuaian dan dapat menimbulkan

keretakan pada beton. Semakin banyak kalsium alumina yang bereaksi, maka

semaklin banyak ettringite yang dihasilkan. Oleh karena itu, penulis menyarankan

penggunaan Low Calcium Aluminate.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Beton adalah campuran semen, kerikil, dan pasir yang diaduk dengan air

untuk membangun berbagai macam struktur bangunan. Seperti material bangunan

lainnya, beton tidak terlepas dari kerusakan-keruskan yang dapat mempengaruhi

kekuatan dan durabilitasnya. Sulfat merupakan salah satu zat kimiawi yang merusak

daya tahan beton. Namun sebagai solusi untuk mengatasi masalah tersebut, dapat

dengan cara menambah Low Calcium alumina pada semen dalam campuran beton.

Semen alumina tinggi merupakan senyawa yang sangat basa (higly alkaline)

dengan pH berturut-turut 18 dan 11,8. Oleh karenanya rentan terhadap serangan

larutan asam, seperti asam sulfat (H2SO4), Asam khlorida (HCl) dan asam nitrat

(HNO4) yang mempunyai agresifitas yang cukup tinggi. Kadar Calsium alumina

dalam semen juga harus dalam kadar yang optimum agar dapat meningkatkan

ketahanan beton terhadap sulfat, tanpa mengurangi kekuatan beton. Calsium alumina

bereaksi dengan senyawa gypusm membentuk Erringite yang menyebabkan pemuaian

dan dapat meinmubulkan keretakan pada beton. Semakin banyak Calcium alumina

yang bereaksi dengan gypsum, maka semakin banyak pula Erringite yang terbentuk

sehingga kekuatan beton berkurang. Dapat disumpulkan bahwa penggunaan low

calcium alumina pada beton dapat meningkatkan ketahanan beton terhadap sulfat

tanpa mengurangi kekuatan beton.

3.2 Saran

Penulis menyarankan penggunaan Calcium alumina pada campuran semen

dalam jumlah yang rendah untuk meningkatkan ketahanan beton terhadap sulfat.

REFERENSI

Chang, Raymond (2003). Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, Edisi Ketiga. Jakarta: Penerbit Erlangga

https://www.academia.edu/4554412/Pengertian_Beton_dan_Sejarah_Beton

http://pu.bantulkab.go.id/berita/baca/2013/08/21/084337/jenis-jenis-semen

http://pubon.blogspot.com/2013/03/sifat-dan-karakteristik-semen-portland.html

http://file.upi.edu/Direktori/FPTK/JUR._PEND._TEKNIK_ARSITEKTUR/19761207200501

1-FAUZI_RAHMANULLAH/MATERIAL_DAN_KONSTRUKSI/agregat_kasar.pdf

http://www.ilmusipil.com/agregat-halus-kasar

http://eprints.undip.ac.id/33824/5/1622_chapter_II.pdf

http://eprints.uny.ac.id/10267/1/JURNAL%20TEKNIK%20SIPIL.pdf

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/30255/4/Chapter%20II.pdf

http://endahmayyanti020.wordpress.com/2013/05/26/mekanisme-reaksi-pengerasan-semen/

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/32728/5/Chapter%20I.pdf

http://sipil.ft.uns.ac.id/index.php?option=com_content&task=view&id=209&Itemid=86

http://www.concreteconstruction.net/Images/Calcium%20Aluminate%20Cement%20Concret

e_tcm45-340927.pdf

http://link.springer.com/article/10.1023%2FA%3A1016158328024#page-2

http://rieko.files.wordpress.com/2007/12/proses-pembuatan-semen-pada-pt-holcim-

indonesia-tbk.pdf

ftp://ftp.dot.state.tx.us/pub/txdot-info/cst/tips/calcium_concrete.pdf

Husin, Andriati Amir, et.al. (2006). Jurnal Penelitian Permukiman, vol 5 (5), 54 halaman.

Tersedia: http://www.pu.go.id/uploads/services/infopublik20131119125204.pdf/ [23 Maret

2014].

Fishwick, J.H. (1982). Special purpose cement used in Calcium aluminate cement concrete.

Tersedia:

http://www.concreteconstruction.net/Images/Calcium%20Aluminate%20Cement%20Concret

e_tcm45-340927.pdf [23 Maret 2014]