Latar BelakangDewasa ini, karena tuntutan geometris dan metode konstruksi, kian banyak jembatan yang menggunakan beton bermutu dan berkinerja sangat tinggi. Jembatan Akihabara di Jepang menggunakan beton berkekuatan 120 Mpa. Bahkan, Jembatan Sakata Mirai juga di jepang, menggunakan beron bermutu ultra tinggi dengan kekuatan mencapai 180 Mpa (sekitar K2000). Meskipun begitu, teknologi beton di Indonesia tidaklah tertinggal terlalu jauh. "Perkembangan teknologi beton di Indonesia dalam kurun waktu 20 tahun belakangan ini sangat menggembirakan," kata Dr lr FX Supartono, pakar teknologi beton. Satu yang dapat menjadi parameter adalah proyek jembatan cable stay di perumahan Grand wisata Bekasi. Pylon jembatan terbuat dari beton mutu 60 Mpa (K700) yang dapat memadat mandiri (self compacting concrete) dalam bentuk flowwable concrete. Jembatan Megamall di Pluit adalah contoh lain yang menerapkan beton mutu tinggi balok gelagar (girder) pracetak prategangnya, yaitu berkekuatan 80MPa (K900).

Pada dasarnya beton bermutu tinggi merupakan beton yang memiliki kekuatan tinggi, namun parameter beton mutu tinggi sangat beragam, tergantung di mana berada. Di Indonesia, beton dengan kekuatan di atas 50 Mpa sudah digolongkan beton mutu tinggi. sementara di Australia, beton berkuatan 200 MPa merupakan hal biasa. Di China, dengan 'menggunakan agregat sintetik, telah ada beton hingga 300 Mpa. Dalam perkembangan konstruksi beton modern, beton dituntut menjadi material konstruksi yang bermutu tinggi sekaligus berkinerja tinggi. Pada beton segar, mudah dalam pengerjaan pengecoran (workable), panas hidrat yang rendah (low heat of hydration), susut relatif rendah pada saat pengeringan, memiliki tingkat waktu ikat awal (acceleration) atau penundaan (retardation) yang baik, serta mudah dipompakan ke tempat yang lebih tinggi, merupakan beberapa tuntutan yang harus dapat dipenuhi beton bermutu dan berkinerja tinggi, yang salah satunya adalah ultra high performance concrete (UHPC).

Oleh karena itu penulisan makalah tentang beton dengan klasifikasi Ultra High

Performance Concrete (UHPC) sangat dibutuhkan untuk semakin meningkatkan

pengetahuan masyarakat sehingga dapat bersaing dengan beton produk luar negeri.

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah :

a) Apa yang dimaksud dengan Ultra High Performance Concrete (UHPC) ?

b) Apa saja bahan campuran yang digunakan dalam UHPC ?

c) Apa yang dimaksud dengan Packing Density ?

d) Bagaimana standar desain UHPC sebagai bahan struktur ?

e) Apa saja tantangan dalam pengembangan UHPC di Indonesia ?

1.3 Tujuan

Tujuan dari makalah ini adalah :

a) Mengetahui yang dimaksud dengan Ultra High Performance Concrete (UHPC)

b) Mengetahui bahan campuran yang digunakan dalam UHPC

c) Mengetahui yang dimaksud dengan Packing Density

d) Mengetahui standar desain UHPC sebagai bahan struktur

e) Mengetahui tantangan dalam pengembangan UHPC di Indonesia

1.4 Metode Penelitian

Penulisan makalah ini menggunakan metode browsing pada internet.

PEMBAHASAN ISI2.1 Teknologi Beton Ultra High Performance Concrete (UHPC)

Beton konvensional yang pada saat ini digunakan dalam dunia konstruksi adalah beton

yang sebenarnya masih mempunyai potensi kekuatan yang sangat besar. Dengan

kekuatan beton normal sebesar 30 – 40 MPa, kita membutuhkan material yang cukup

banyak untuk satu proyek konstruksi. Apabila kita menaikkan kekuatan beton sehingga

dua kali lipat, maka volume material yang diperlukan akan berkurang hingga setengah

dari keadaan awal dan biaya untuk mendapatkan beton tersebut, pun tidak sampai dua

kali lipatnya.

Beton dengan kuat tekan tinggi sudah dapat dibuat dengan adanya teknologi bahan kimia yaitu superplasticizer yang ditambahkan pada beton sehingga partikel semen yang biasanya cenderung untuk mengumpul (flocculate) dapat terdispersi dengan seragam dan kebutuhan air dapat dikurangi sehingga rongga udara dalam beton dapat dikurangi dan kekuatan beton akan meningkat.

Pada saat ini dengan adanya penelitian di bidang teknologi beton, telah didapatkan beton Ultra High Strength (UHS) dengan kekuatan yang lebih dari 150 MPa. Metode untuk mendapatkan beton generasi terbaru dari beton dengan kinerja yang ultra tinggi adalah dengan pembuatan beton extra padat dengan memberikan pengisi berupa partikel yang berukuran mikro dan modifikasi material semen dengan polymer sehingga terjadi material bebas cacat makro (Macro Defect Free (MDF)).

Pemadatan dengan menggunakan partikel mikro bersandar pada konsepparticle packing. Pada konsep ini diterapkan bahwa untuk mendapatkan beton yang sekuat-kuatnya, penyusunan partikel dalam campuran harus diatur agar didapatkan rongga yang paling sedikit. Penggunaansuperplasticizer membuat partikel semen, dengan ukuran sekitar 10 micron, dapat terpadatkan dengan lebih seragam, mengurangi porositas yang biasanya terdapat dalam beton konvensional dan meningkatkan kekuatannya.

Konsep particle packing ini dapat ditingkatkan dengan memberikan partikel dengan ukuran yang lebih kecil dari 1 micron, untuk mengisi rongga yang masih tersisa, misalnya dengan silica fume atau metakaolin. Dan jika partikel ini juga bersifat pozzolanik, maka peningkatan kekuatan tambahan akan terjadi dengan adanya air kapur bebas dalam campuran beton. Dengan peningkatan kepadatan yang terjadi,

porositas dalam beton yang saling terkoneksi akan berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap terhadap air dan material perusak lainnya sehingga beton ini menjadi lebih tahan lama.

Ultra-high Performance concrete adalah beton generasi baru yang mempunyai

karakteristik sebagai material yang sangat padat dengan kuat tekannya bisa mencapai

antara 150 MPa sampai dengan 250 MPa. Beton baru ini memungkinkan diciptakannya

struktur beton yang ramping, ringan, disamping dapat menghemat energi dan bahan

alam. Kepadatan UHPC yang tinggi memberikan pula keuntungan bahwasanya UHPC

ini mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap serangan zat cair ataupun gas yang

berbahaya. Tidaklah mengherankan bahwa para peneliti lebih suka menggunakan istilah

ultra-high Performance dibandingkan ultra-high Strength.

Dasar ide pembuatan UHPC adalah meningkatkan apa yang disebut dengan term

“Packing Density” dari matrix semen dan mengurangi secara ekstrimwater cement

ratio sampai dengan 0.2. Untuk itu, campuran UHPC berbeda dengan campuran beton

normal, yaitu ditinggalkannya penggunaan agregat kasar dan halus berukuran makro,

sebagai gantinya digunakan agregat yang sangat halus dengan rentang ukuran

nanometer. Kuat tekannya yang tinggi berkorelasi dengan sifat UHPC yang getas

(brittle), tetapi dengan penulangan ataupun penambahan serat baja yang tepat akan tetap

dapat diperoleh struktur UHPC yang bersifat daktail dengan struktur yang ramping,

tetapi dapat memikul beban sekuat baja.

Perkembangan UHPC dimulai di Perancis, yang saat itu disebut sebagai Reactive

Powder Concrete (RPC), sekarang dikenal sebagai produk premix UHPC dari DUCTAL

atau DENSIT, dengan ukuran maksimal agregat 1mm. Kegiatan penelitian UHPC

diberbagai Negara selama satu dasawarsa ini menghasilkan diketemukannya

berbagai mix design yang menggunakan bahan-bahan lokal, tanpa bergantung pada

industri tertentu.

Pada Dasarnya prinsip teknologi beton UHPC adalah sama seperti pada beton normal,

dimana kita mencari susunan gradasi ukuran butiran yang dapat mengisi ruang kosong

pada matrix semen ini. Yang membedakannya adalah pada perencanaan campuran

UHPC berbasis Teknologi Nano, dimana ukuran butiran yang digunakan dalam rentang

nanometer (disingkat nm). Melalui pemilihan gradasi butiran halus ini akan diperoleh

kepadatan per satuan volume (Packing Density) sangat tinggi. Gambar 1 adalah contoh

dari gradasi ukuran butiran yang dipakai untuk mix design dengan kode M 1Q dan B 3Q

yang kembangkan oleh Prof. Schmidt di Universitas Kassel Jerman.

Gambar 1.

Grafik ukuran partikel dan kumulatip persentasi (% Vol) dari masing masing partikel untuk

desain campuran UHPC tipe M1Q dan B3 Q sesuai [1]

Campurannya terdiri dari butiran-butiran sangat halus terletak pada ukuran

submikroskopis, yaitu: mikrosilika berukuran antara 0.05 – 0.8 m, tepung Quartz dan

semen berukuran 10 m – 60 m, pasir halus berukuran 500 m – 1250 m.

Dalam merancang perencanaan campuran untuk UHPC yang dikembangkan oleh Prof.

Schmidt ada 5 hal pokok yang membedakan antara campuran UHPC dengan beton

konvensional, yaitu:

1. Ditinggalkannya penggunaan agregat kasar (10 mm - 35 mm) pada campuran

beton, sehingga hanya digunakan agregat halus, yaitu pasir halus (quartz sand)

dengan ukuran 0.125mm/0.50mm.

2. Digunakannya dalam campuran agregat yang sangat halus yaitu tepung Quartz

yang berukuran dalam rentang nanometer, antara 16 – 90 μm

3. Seperti halnya penggunaan tepung reaktif mikrosilika pada beton mutu tinggi,

maka mikrosilica pun digunakan pada UHPC agar diperoleh CSH reaksi kedua.

4. Sama seperti halnya pada teknologi beton SCC (Self Compacted Concrete), maka

UHPC pun menggunakan superplatisizer terutama tipe Polycarboxylatether (PCE).

UHPC yang rasio air dan semennya ekstrim kecil, memerlukan superplastisizer agar

beton segar mudah dikerjakan.

5. Digunakannya serat baja halus mutu tinggi agar diperoleh sifat keruntuhan yang

daktail.

Pada tabel 1 dapat dilihat rencana campuran untuk berbagai tipe UHPC yang

dikembangkan Prof. Schmidt. Kuat tekan silinder tipe M1 mencapai 150 MPa dengan

pemanasan 90o C selama dua hari, sedangkan kuat tekan silinder tipe M1Q dan tipe M2Q

dapat mencapai 200 MPa. Saat ini campuran tipe M2Q disepakati untuk dipakai diseluruh

jaringan pusat penelitian UHPC di Jerman untuk pembuatan benda benda uji.

Tabel 1: Referensi Mix Design untuk UHPC [1]

UHPC Einheit M 1 M 1Q M 2Q

Zement kg/m3 900 733 832

Quarzsand 0,125/0,50

mm

kg/m3 1016 1008 975

Basaltsand 0,125/0,50

mm

kg/m3 - - -

Basalt 2/8 kg/m3 - - -

Microsilica kg/m3 225 230 135

Stahlfasern 2,5 Vol.-% kg/m3 192 192 192

Quarz I kg/m3 - 183 207

Quarz II kg/m3 - - -

Vol.-% Feinststoff

<0,125>

l/m3 387 405 403

Flieβmittel kg/m3 28,2 28,6 29,4

Wasser l/m3 185 161 166

Wasser- (w/z) (0,23) (0,24) (0,22)

Feststoff-Verh. w/b1) - 0,18 0,19 0,19

Vol.-% Wasser und

Feinststsoff <0,125>

l/m3 600 595 598

Ausbreitmaβ cm 55 55 65

Zyl. Druckfestigkeit 28d

in Wasser 20oC

N/mm2 - 148-152

(150)2

(163)3

-

Zyl. Druckfestigkeit

nach 90oC

Wärmebehandlung

(2Tage), Alter = 28d

N/mm2 152-

158

(155)2

184-206

(195)2

182-203

(189)2

2.2 Bahan Campuran UHPC

a) Semen

Dari penelitian didapat bahwa semen terbaik untuk UHPC adalah semen PC yang

mempunyai kandungan C3A (Tricalcium aluminate) paling sedikit. Hal ini

dimaksudkan untuk memudahkan terjadi pembentukan kristal CSH orde kedua. Tabel 2

adalah kandungan yang terdapat pada semen sesuai dengan klasifikasi pada DIN EN

197-1, dimana semen jenis CEM I 52, 5 R HS/NA mempunyai kandungan C3A yang

paling minimum, adalah semen yang paling baik untuk digunakan pembuatan UHPC.

Tabel 2. Klasifikasi semen dan kandungannya sesuai DIN EN 197-1

CEM I 52,5 R

HS/NA

CEM I 42,5 R1) CEM I 42,5 R

HS1)

C3S (M.-%) 61,0 58,0 62,0

C2S (M.-%) 15,1 15,0 13,0

C3A (M.-%) 1,5 12,0 0

C4(AF) (M.-

%)

17,0 7,0 19,0

b) Bahan tambahan

Untuk melakukan optimasi kepadatan maka digunakan mikrosilica dan tepung Quartz

dengan usuran butiran yang berbeda. Untuk mendapatkan penyebaran ukuran butiran

tidak dapat diperoleh dengan menggunakan saringan konvensional, tetapi untuk itu

digunakan alat ukur grain meter antara lain: Coulter Counter, laser grain meter.

c) Agregat

Seperti halnya beton normal, UHPC dapat pula direncanakan untuk berbagai variasi

penggunaan agregat. UHPC saat ini dikembangkan hanya menggunakan agregat halus

yaitu pasir ukuran 0.125 – 0.5 mm [DIN 4226 - 1] dengan analisa saringan seperti

pada gambar 2.

Gambar 2 : Superplastizer

Tipical Sieve analysis untuk pasir halus yang digunakan pada campuran UHPC

d) Superplastizer

UHPC mengandung antara 350 sampai 400 l/m3 campuran butiran sangat halus

≤0.125 mm, yang menjadikan kandungan airnya ekstrim sedikit, yaitu rasio air semen

antara 0.2 sampai 0.25. Oleh sebab itu diperlukan superplastisizer, agar beton segar

UHPC dapat dikerjakan. Dari hasil penelitian yang dilakukan maka superplastisizer

berbasis Polycarboxyltatehter (PCE) yang akan memberikan tingkat workabilityyang

terbaik.

e) Serat Baja

Serat baja digunakan terutama untuk meningkatkan daktilitas dari beton. Tanpa serat

baja, sifat keruntuhan UHPC akan sangat getas , karena energi yang terkumpul

sebelum keruntuhan sangat besar, dan dalam waktu seketika akan terlepas sebagai

ledakan pada saat UHPC mengalami keruntuhan. Serat baja yang digunakan

berdiameter 0.15 sampai 0.20 mm dengan panjang 40 sampai 60 mm. Penggunaan

serat baja dengan panjang 60 mm menunjukkan tingkat daktilitas yang lebih baik.

Serat baja yang digunakan mempunyai mutu yang sangat tinggi, dengan fy = 1500

MPa.Dengan memperhatikan orientasi serat pada saat pengecoran, penggunaan serat

baja akan pula meningkatkan kuat tarik lentur UHPC sampai mencapai 25 MPa.

2.3 Packing Density

Gambar 3 : Prinsip pengisian pori-pori pada material UHPC

Packing density adalah istilah yang digunakan pada rencana campuran UHPC agar

diperoleh campuran dengan kepadatan yang maksimum, yaitu dengan meminimalkan

rongga kosong antara butiran / partikel. Oleh sebab itu terjadi hubungan yang erat

antara gradasi ukuran partikel bahan campuran dan packing density. Untuk

penyerdehanaan menurunkan persamaan matematisnya, maka diasumsikan bahwa

semua partikel berbentuk bulat. Dari hasil penelitian Resche (R2) diusulkan bahwa

efek pengisian rongga kosong akan optimal bila kita menggunakan partikel-partikel

halus dan partikel kasar yang memenuhi perbandingan diantara keduanya sebagai

maksimal 0,315.

Gambar 4.

Grafik ukuran dari partikel campuran terhadap prosentasi volume (Vol.%) untuk

campuran yang optimal (-----) dan campuran yang sub optimal (-----)

Sebagai contoh gambar 4 menunjukkan campuran yang optimal dari 2 bahan

campuran yang terdiri dari bahan dasar dengan diameter rata-rata partikel 47 μm dan

bahan pengisinya dengan diameter rata rata 3,0 m. Bila hanya terdiri dari bahan

campura satu macam maka hanya akan diperoleh tingkat sub optimal.

2.4 Standar Desain UHPC sebagai Bahan Struktur

UHPC sampai saat ini belum digunakan secara umum sebagai bahan struktur.Tetapi,

diberbagai negara maju UHPC telah diterapkan sebagai material strukturuntuk berbagai

bangunan, terbanyak untuk struktur jembatan, walaupun untuk proyek ini masih dalam

tahapan penelitian, yang pembangunannya diawasi sangat ketat.

Untuk penggunaan UHPC ini, dapat dijumpai pada berbagai sumber yang telahditerbitkan,

menyangkut berbagai aspek UHPC, seperti AFGC dan Setra di Perancis, JSCE (2004) di

Jepang dan DafStb 561 (2007) di Jerman. Tentu saja salah satu sifat fisik yang terpenting

pada UHPC adalah kuat tekannya yang bisa mencapai sekuat baja sebesar 200-250 Mpa. Dari

berbagai penelitian , secara umum disepakati UHPC perlu ditambahkan serat baja mutu tinggi

sebesar 2 – 2,5 % Volume, agar diperoleh sifat keruntuhan yang daktail. Hubungan tegangan

regangan UHPC tersebut adalah hampir linear sampai mencapai tegangan maksimumnya,

dengan Young Modulus 55 Gpa. Dengan penambahan serat baja, maka hubungan tegangan

regangan akan mempunyai grafik menurun setelah UHPC mencapai kuat maksimum sebelum

dia runtuh, menandakan terjadinya deformasi sebelum keruntuhan.

Gambar 5 : Grafik hubungan regangan dan tegangan UHPC tanpa serat baja

Gambar 6 : Grafik hubungan regangan dan tegangan UHPC berserat baja

Beberapa sifat fisik lainnya adalah :

a) Kuat tarik terletak antara 12 Mpa sampai 17 Mpa

b) Kuat Tarik lentur antara 35 Mpa sampai 40 Mpa.

c) Selain mempunyai kekuatan tinggi, UHPC sebagai material tanpa pori-pori

kapiler akan memberikan kinerja yang jauh lebih baik daripada beton

konvensional. Tingginya packing densitymenyebabkan UHPC mengalami

proses karbonisasi yang minimal, daya tahan terhadap abrasi zat-zat kimia

berbahaya sangat baik, memberi perlindungan terhadap korosi tulangan di

dalam kontruksi juga lebih baik. Berbagai keunggulan tersebut diataslah yang

menyebabkan para peneliti lebih suka menggunakan istilah Ultra High

Performance daripada istilahUltra High Strength.

2.5 Tantangan Pengembangan UHPC di Indonesia

Seperti halnya di berbagai negara maju, UHPC masih terus diteliti agar pada saat nya

dapat digunakan secara umum untuk berbagai struktur. Berbagai penelitian dasar

seperti kuat lentur, kuat geser , daktilitas, confinement dll masih perlu dilanjutkan,

agar UHPC dapat segera dicantumkan dalam standard peraturan desain ( design code).

Sedangkan di Indonesia, pertama tama kita harus mengembangkan rencana campuran

yang menggunakan bahan-bahan lokal yang ada. Beberapa hal yang perlu dilakukan

adalah antara lain tersedianya semen yang kandungan C3A nya rendah, industri yang

dapat menghasilkan tepung Quarz, peralatan untuk mengukur gradasi partikel

berukuran nano meter. Dengan tersedianya rencana campuran UHPC berbahan lokal,

maka pembuatan benda uji untuk penelitian selanjutnya dapat dibuat oleh masing-

masing peneliti. 

Sumber :http://wiryanto.files.wordpress.com/2009/08/6-harianto-hardjasaputra-mak.pdf

http://www.untarconstruction.com/artikel%20perancangan%20konstruksi/beton%20mutu%20tinggi.html

http://download.contec-aps.com/uploads/tx_mpdownloadcenter/pp_fp_2005_003_eng_01.pdf

http://www.takenaka.co.jp/takenaka_e/news_e/pr0507/m0507_01.html

http://pustaka-ts.blogspot.com/2010/08/beton-uhpc-ultra-high-performance.html