Durabilitas Beton

Denifisi Durabilitas

Durabilitas memiliki arti sebagai ketahanan beton menghadapi serangan serang yang bersifat merusak baik disebabkan oleh faktor fisik maupun disebabkan faktor kimiawi.

Merancang beton dengan durabilitas yang tinggi berujuan untuk meminimalisir tingkat kerusakan yang mungkin terjadi pada beton

Zona Zona dalam Lingkungan Laut

• Zona Atmosfir Laut

Intensitas serangan korosi dipengaruhi oleh jumlah partikel garam yang terbawa angin dan mengendap pada permukaan struktur. Rentan terhadap keretakan yang disebabkan oleh proses pembeukan-pencairan dan perubahan suhu. Frekuensi hujan yang tinggi dapat mengurangi laju korosi

• Zona Splash (Zona Terpercik

Zona ini akan selalu dibahasi oleh percikan air laut. Rentan terhadap keretakkan yang disebabkan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton. Untuk baja tulangan, zona ini adalah zona yang paling agresif terhadap korosi

• Zona Pasang Surut

Saat pasang, struktur akan terendam dan saat surut, struktur tidak benar benar kering karena adanya percikan oleh sebab itu endapan garam dapat tertinggal pada struktur. Organisme laut dapat tertinggal dalam zona ini sehingga dapat menyebabkan korosi setempat pada baja. Zona ini juga rentan terhadap keretakkan yang disebabkan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton

• Zona Terendam

Kerusakan pada zona ini terutama disebabkan oleh reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton, seperti misalnya reaksi antara sulfat, klorida dan CO2 dengan beton. kadar oksigen terlarut mendekati tingkat jenuhnya/ relatif rendah. aktivitas biologi maksimum. Adanya kandungan sulfida dan ammonia yang mempercepat korosi baja

Proses proses fisika dan kimia penyebab kerusakan elemen beton di lingkungan laut

Dari berbagai kasus kerusakan beton yang dijumpai selama ini, terbukti bahwa dilingkungan laut, terdapat banyak potensi interaksi simultan dari faktor faktor fisik dan kimiawi yang dapat menyebabkan kerusakan pada material beton. Kerusakan kerusakan beton di lingkungan laut dan pantai dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu : kerusakan yang disebabkan oleh faktor fisik dan kerusakan yang disebabkan oleh faktor kimiawi. hasil analisa kegagalan (failure analysis) suatu struktur beton di lingkungan laut yang sudah mengalami kerusakan parah selalu menunjukan adanya interaksi dari penyebab fisik dan kimia yag bekerja bersama sama.

Kerusakan Beton akibat faktor fisik terbadi 2 macam :

1. Pengikisan Permukaan

• Benturan / Beban impact 

Beban impact adalah beban yang datang secara tiba tiba dan mempunyai kecepatan tinggi. Ketahanan impact  sangat bergantung dari kemampuan beton untuk menahan dan menyerap energi benturan yang terjadi

• Abrasi

Abrasi adalah ausnya permuakaan beton yang disebabkan oleh hantaman gelombang yang mengandung pasir, kerikil atau benda padat lainnya 

• Erosi

Kerusakan terhadap erosi dan abrasi sangat dipengauhi oleh kualitas beton, properti/kualitas dari permukaan beton dan kekuatan dan kekerasan agregat kasar.

• Kavitasi

adalah kerusakan permukaan beton yang diakibatkan hantaman air berkecepatan tinggi yang memiliki gelembung udara dan kemudian pecah dengan kecepatan tinggi pada saat membentur permukaan beton. Ketahanan terhadap kavitasi sangat dipengaruhi oleh kualitas beton, lekatan antara agregat kasar dan pasta semen serta ukuran maksimum agregar kasar. 

2. Keretakan beton

• Retak pada Beton Segar :

- Plastic Shrinkage 

Ketika air yang menguap dari permukaan beton yang baru dicor lebih cepat dari air yang dihasilkan dalam proses bleeding, maka permukaan beton akan menyusut. Karena adanya restrain dari beton dibawah lapisan permukaan yang mengering, timbul tegangan tarik pada beton yang masih lemah dan baru mulai mengeras, hal ini mengakibatkan retak retak dangkal dengan berbagai variasi kedalaman. Kadang lebar retak retak dipermukaan beton cukup besar

-Crazing

Adalah pola dari retak retak halus yang tidak menembus jauh kebawah permukaan dan umumnya hanya merupakan masalah kosmetik. Retak retak ini biasanya hampir tidak tampak kecuali ketika permukaan beton baru saja mengering setelah dibasahi.

• Retak pada Beton yang sudah mengeras :

- Drying Shrinkage

Karena hampir semua beton mempunyai campuran air lebih besar dari yang dibutuhkan untuk proses hidrasi, air yang tersisa itu akan menguap, mengakibatkan beton menyusut. Restrain terhadap susut oleh tulangan atau bagian lain struktur menyebabkan timbulnya tegangan tarik ada beton yang mengeras. Restarin terhadap drying shrinkage adalah penyebab retak yang paling umum pada beton. Pada kebanyakan aplikasi, drying shrinkage tidak bisa dihindari. 

- Thermal Shrinkage

Kenaikan temperatur diakibatkan oleh panas yang dibebaskan pada proses hidrasi. Ketika interior beton mengalami kenaikan temperatur dan mengembang, permukaan beton mungkin sedang mengalami pendinginan. Jika perbedaan temperatur ini terlalu jauh, maka akan timbul tegangan tarik yang akan mengakibatkan thermal shrinkage pada permukaan beton. Lebar dan kedalaman retak tergantung pada perbedaan termperatur serta karakteristik fisik beton dan tulangan.

- Beban Siklis (fatigue load)

Beban siklis sering dijumpai pada struktur lepas pantai (akibat angin, arus dan gelombang), jembatan, dermaga. Ketahanan beton terhadap beban siklis disebut ketahanan fatigue dan amat dipengaruhi oleh karakteristik lekatan antara agregat dengan pasta semen pada zona transisinya. Semakin kecil ukuran maksimum agregat, semakin tinggi ketahanan fatiguenya.

- Kebakaran

Pengaruh kebakaran pada beton bertulang tergantung dari tinggi temperaturnya dan lama terjadinya. Pengaruh kebakaran terhadap kekuatan  komponen beton bertulang adalah : menurunnya kuat tekan beton, menurunnya modulus elastisitas, menurunnya kuat lekat baja beton, serta ekspansi longitudinal dan radial tulangan. Pembentukan retak akibat kebakaran diawali pada sambungan sambungan dan bagian bagian beton yang kurang kompak (padat).

- Kristalisasi garam

Stress yang diakibatkan oleh kristalisasi garam pada beton yang permeable dapat menyebabkan retak retak dan spalling.

- Pembekuan dan Pencairan

Pada daerah dingin, kerusakan dan keretakan beton umumnya disebabkan oleh proses pembekuan darah dan pencairan yang terus berulang ulang. 

Korosi Tulangan Baja

• Korosi dimulai ketika terjadi kerusakan pada lapisan oksida pelindung tulangan, kerusakan ini disebabkan karena terakumulasinya ion klorida dalam konsentrasi tertentu pada permukaan tulangan atau karena karbonasi.
• Mekanisme kedua jenis korosi ini unik karena aksi utamanya adalah menyerang tulangan beton dan relatif tidak menyerang material betonnya sendiri.
• Korosi yang disebabkan oleh ion klorida dapat mengakibatkan berkurangnya luas penampang baja tulangan sebelum tandatanda kerusakan akibat korosi terlihat pada permukaan beton. 
• Korosi yang disebabkan oleh penetrasi ion klorida merupakan ancaman terbesar bukan hanya untuk struktur beton di lingkungan laut/ pantai tetapi juga untuk struktur beton yang terekspos pada lingkungan yang mengandung ion klorida.
• Pada kebanyakan kasus, yang mengendalikan proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk kedalam beton melalui selimut betonnya.
• Hal ini disebabkan karena air laut mengandung ion klorida yang amat agresif yang dapat menghancurkan lapisan pasif bahkan pada kondisi nilai pH yang tinggi.
• Pada kebanyakan kasus, yang mengendalikan proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk kedalam beton melalui selimut betonnya.
• Hal ini disebabkan karena air laut mengandung ion klorida yang amat agresif yang dapat menghancurkan lapisan pasif bahkan pada kondisi nilai pH yang tinggi.
• Lapisan pasif ini akan bertindak sebagai pelindung bagi tulangan baja dengan cara menghalangi kontak antara tulangan dengan air dan oksigen.
• Jika lingkungan beton bebas klorida dan karbon dioksida, lapisan pasif akan terus dibentuk dan terpelihara dan sepanjang lapisan pasif itu utuh.

Ada dua proses yang bisa menghancurkan lapisan pasif, yaitu:

• Reaksi karbon dioksida (CO2) dengan ion hidroksil pada beton, mekanismenya dikenal dengan sebutan karbonasi
• Penetrasi ion klorida (Cl-) ke dalam beton.

Masalah yang dihasilkan dari korosi tulangan dalam beton, terutama di struktur laut, telah ditemukan  di Indonesia :

Mekanisme Korosi pada Baja Tulangan.

Korosi dari baja tulangan pada beton adalah proses elektrokimia, sel elektrokimia terbentuk ketika terdapat perbedaan potensial sepanjang tulangan beton. Proses elektro-kimia melibatkan pembentukan daerah anoda dan katoda di dua lokasi yang berbeda di sepanjang baja tulangan yang sama.Proses Korosi Tulangan Beton

Pembentukan karat mengakibatkan peningkatan volume beton pada permukaan tulangan di daerah perbatasan tulangan dan beton (steel concrete interface). Peningkatan volume ini harus di akomodasi dan jika beton tidak bisa mengakomodasi maka akan terjadi retak - retak.

Kerusakan yang diakibatkan oleh Pembentukan Karat pada Beton Bertulang

Karbonasi

Karbonasi adalah korosi pada beton bertulang yang disebabkan oleh gas karbon dioksida (CO₂). Karbon dioksida dalam air laut dapat berasal dari penyerapan CO₂ di atmosfir  atau dari pembusukan tanaman laut. Konsentrasi CO₂ di udara sebesar 0,03 % per volume, sudah cukup untuk menimbulkan serangan pada beton, sedang kandungan CO₂ di udara pada kota-kota besar umumnya mencapai 0,3%.

Hidrat semen yang diserang adalah Ca(OH)₂, produk reaksinya adalah kalsium karbonat (CaCO₃). Ketika kandungan Ca(OH)₂ hampir habis, CO₂ akan bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika yang memiliki karakteristik pori-pori yang berukuran besar (>100 nm).

Jika kandungan CO₂ tinggi (seperti pada daerah muara atau teluk) maka kalsium karbonat yang terbentuk pada reaksi awal akan bereaksi lebih lanjut membentuk kalsium bikarbonat, reaksinya seperti dibawah ini:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + 2 H₂O  → Ca(HCO₃).

Atau setelah Ca(OH)₂ habis, CO₂ bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika CO₂ + CSH → 3CaCO₃ + 2SiO₂ . H₂O

Dengan berubahnya Ca(OH)₂ yang bersifat basa menjadi asam karbonat (CaCO₃) maka pH pori beton yang sebelumnya berkisar antara 12.6 sampai 13.5 bisa turun dan dapat mencapai nilai pH < 9. Nilai pH yang rendah akan menyebabkan hancurnya lapisan pasif yang melindungi tulangan beton.

Akibat lain dari perubahan Ca(OH)₂ menjadi asam karbonat (CaCO₃) adalah terbentuknya lapisan karbonasi,  yang akan membagi beton menjadi dua bagian, yaitu zona yang terkarbonasi dan zona yang tidak terkarbonasi. Ketika zona karbonasi mencapai permukaan tulangan, maka depasivasi tulangan mulai terjadi.

Penetrasi dari CO₂ kedalam Tulangan Beton

Waktu yang dibutuhkan oleh proses karbonasi dari permukaan beton sampai mencapai lapisan pasif adalah fungsi dari:

- Ketebalan selimut beton,

- Karakteristik beton,

- Laju difusi CO₂ kedalam beton. 

CO₂ berdifusi hampir seluruhnya dalam bentuk gas dan hampir tidak pernah berpenetrasi kedalam beton yang jenuh, dilain pihak reaksi dengan Ca(OH)₂ hampir tidak pernah terjadi jika beton benar-benar kering. Jadi depasivasi tulangan oleh CO₂ amat tergantung pada kandungan air atau kelembaban beton.

Sering diasumsikan bahwa laju karbonasi adalah fungsi dari kekuatan beton, asumsi ini kurang tepat karena laju karbonasi sebenarnya lebih tergantung pada mikrostruktur permukaan beton pada saat difusi CO₂ berlangsung.

Karenanya pengaruh perawatan (curing) beton terhadap karbonasi amat besar. Perawatan yang kurang tepat akan meningkatkan porositas beton yang selanjutnya akan meningkatkan laju karbonasi.

Standar Pada Material Beton

Standar

Standar, atau lengkapnya standar teknis, adalah suatu norma atau persyaratan yang biasanya berupa suatu dokumen formal yang menciptakan kriteria, metode, proses, dan praktik rekayasa atau teknis yang seragam. Suatu standar dapat pula berupa suatu artefak atau perangkat formal lain yang digunakan untuk kalibrasi. Suatu standar primer biasanya berada dalam yurisdiksi suatu badan standardisasi nasional. Standar sekunder, tersier, cek, serta bahan standar biasanya digunakan sebagai rujukan dalam sistem metrologi. Suatu kebiasaan, konvensi produk perusahaan, atau standar perusahaan yang telah diterima umum dan bersifat dominan sering disebut sebagai "standar de facto".

Sebuah standar, dapat dikembangkan dengan cara sendiri-sendiri atau unilateral. misalnya oleh suatu perusahaan, organisasi, militer, dll. Contoh standar perusahaan adalah Standar Operating Procedure (SOP). Standar juga dapat dikembangkan oleh suatu kelompok seperti persekutuan atau asosiasi perdagangan yang memiliki visi yang sama. 

Setiap negara memiliki Badan standardisasi dan biasanya memiliki lebih banyak keragaman standar dan umumnya mengembangkan standar sukarela. Standar-standar ini dapat menjadi suatu keharusan jika diadopsi oleh suatu pemerintahan, kontrak bisnis, dll.

1. ASTM

American Society for Testing and Material dibentuk pertama kali pada tahun 1898 oleh sekelompok insinyur dan ilmuwan untuk mengatasi bahan baku besi pada rel kereta api yang selalu bermasalah. Sekarang ini, ASTM mempunyai lebih dari 12.000 buah standar. Standar ASTM banyak digunakan pada negara-negara maju maupun berkembang dalam penelitian akademisi maupun industri. Pada bab material beton, terdapat contoh standar ASTM, yaitu 

• ASTM C 136-84a : Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggreates.
• ASTM C 33 - 90   : Standard Specification for Concete Aggregates
• ASTM C 131- 89  : Standard Test Method for Resistance to Degradation of Small Size Coarse                                    Aggeregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine
• ASTM C 227 - 90 : Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement Aggregates                                   Combination (Mortar - Bar Method)
• ASTM C 289 - 87 : Standard Test Method for Potential Alkali-Silica Reactivity of Aggregates                                       (Chemical Method)
• ASTM C 40 - 92   : Standard Test Method for Organic Impurities in Fine Aggregates for Concrete
• ASTM C 117 - 90  : Standard Test Method for Materials Finer thank 75-µm (No. 200). Sieve in                                    Mineral Aggregates by Washing.

2. AS

Australian Standard adalah standar organisasi yang didirikan pada tahun 1922 dan diakui oleh pemerintah Australia sebagai badan pengembangan standar non-pemerintah. Pada bab material beton, terdapat beberapa Australian Standard, yaitu :

• AS 1141.35 : Metode unuk uji kotoran gula dalam agregat
• AS 2789.1   : Metode untuk uji partiker ringan

3. BS

British Standards adalah suatu standar yang diterbitkan oleh BSI (British Standards), suatu divisi dari BSI Group. British Standards yang tercantum pada bab material beton, antara lain :

• BS 3148 - 80 : Metode Pengujian Jumlah Air untuk Membuat Beton

4. SNI

SNI adalah Standar Nasional Indonesia, merupakan suatu dokumen yang berisikan ketentuan teknis, pedoman dan karakteristik kegiatan dan produk yang berlaku secara Nasional untuk membentuk keteraturan yang optimum dalam konteks keperluan tertentu. Terdapat beberapa standar SNI pada bab material beton, yaitu :

• SNI 03-1962-1990 : Metode Uji penyaringan Agregat halus dan kasar
• SNI 03-2816-1992 : Metode Uji kotoran organik dan material berbahaya dalam pasir.

Material Beton

1. PENDAHULUAN

Pengertian Beton

Beton adalah campuran pasir, kerikil atau batu pecah, semen, dan air. juga terdapat bahan lain yang ditambahkan pada campuran beton untuk meningkatkan workability, durability, dan waktu pengerasan. Beton mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, dan kekuatan tarik yang rendah

Kekuatan Tarik Beton

Kuat tarik Beton hanya 9-15% dari kuat tekannya, tergantung jenis tes yang digunakan

Beton Bertulang

Beton Bertulang adalah kombinasi dari beton dan baja, dimana baja tulangan  memberikan kekuatan tarik yang tidak dimili beton. Baja tulangan juga dapat memberikan tambahan kekuatan tekan pada struktur beton.

Keuntungan Penggunaan Beton Bertulang

• mempunyai kekuatan tekan yang tinggi
• tahan terhadap air dan api
• sangat kaku
• pemeliharan mudah dan murah
• umur bangunan panjang
• mudah diproduksi
• dapat dibentuk berbagai elemen struktur
• ekonomis

Kerugian Penggunaan Beton Bertulang 

• memerlukan cetakan/bekisting yang biayanya cukup tinggi
• struktur umumnya berat
• struktu umumnya berdimensi besar
• properties dan karakteristik beton bervariasi
• adanya susut dan rangkak.

Kriteria agar beton yang dihasilkan berkualitas baik

beton masih dalam keadaan basah (fresh concrete)

• konsistensi campuran, agar adukan mudah dipadatkan
• adukan yang cukup kohesif, agar tidak terjadi segresi (pemisahan kerikil)

beton sudah dalam keadaan mengeras (hardened concrete)

• kekuatan tekan beton
• durabilitas beton harus sesuai yg disyaratkan

SIFAT MEKANIK BETON

Kekuatan Tekan (fc')

kuat tekan beton adalah suatu acuan dalam sebuah perencaan pada suatu campuran beton. Beton dengan kekuatan tekan yang tinggi belum tentu mempengaruhi karakteristik lainnya yang baik juga. Walaupun demikian, kekuatan beton bisa memberi gambaran keseluruhan kualitas beton. 

hal hal yang mempengaruhi kualitas beton antara lain :

• perbandingan air / semen (water/cement ratio)
• tingkat kepadatan/kekompakan beton
• tipe semen
• admixtures / bahan tambahan
• agregat
• kelembaban selama curing/ perawatan
• temperatur
• umur beton
• kecepatan pembebanan, 

kurva tegangan - regangan beton

• bersifat linier hingga 1/3 sampai 1/2 dari kekuatan tekan ultimate, setelah itu kurva bersifat non linier
• kurva cenderung smooth, karena tidak terdapat titik leleh yang jelas
• kekuatan tekan ultimate tercapai pada regangan sebesar 0.002
• beton hancur pada regangan 0.003 sampai 0.004
• beton mutu rendah memiliki regangan yang lebih besar pada saat hancur

Modulus Elastisitas (Ec)

Modulus Elastisitas beton adalah konstanta elastis dari material beton yang besarnya ditentukan dari kurva tegangan - regangan. 

Modulus Elastisitas yang tinggi berarti kekakuan beton tersebut tinggi

Susut (Shrinkage)

Susut berarti perubahan (penurunan) volume yang tidak berhubungan dengan beban. Pada saat adukan beton mengeras, sebagian air akan menguap. Akibatnya beton akan menyusut dan etak. Retak dapat mengurangi kekuatan elemen struktur. Besarnya susut tergantung dari komposisi beton, yaitu kandungan air, volume, dan jenis agregat kasar serta jenis semen

hal hal yang dapat mengurangi susut :

• gunakan air secukupnya pada campuran beton
• permukaan beton harus terus dibahasi selama pengeringan berlangsung 
• pengecoran elemen besar dilangsungkan secara bertahap
• gunakan sambungan struktur untuk mengontrol lokasi retak
• gunakan tulangan susut
• gunakan agregat yang padat dan tidak berongga

Rangkak (Creep)

Rangkak berarti peningkatan regangan dengan bertambahnya waktu pada kondisi tegangan yang konstan, Pada struktur beton bertulang, rangkak akan menimbulkan deformasi yang permanen. 

SEMEN

Semen Portland

Semen Portland adalah suatu jenis semen hidrolik yang paling banyak digunakan untuk pekerjaan konstruksi beton, Hidrolik adalah semen yang akan mengeras jika bereaksi dengan air dan mempunyai kemampuan mengikat.

Bahan Utama semen portland adalah kapur, Silika, serta oksida besi dan alumunium.

Jenis Semen Portland

• Tipe I (semen biasa/normal) 
• Tipe II (semen panas sedang), yaitu semen dengan ketahanan terhadap sulfat cukup baik
• Tipe III (semen cepat mengeras), 
• Tipe IV (semen panas rendah)
• Tipe V (semen tahan sulfat), biasa digunakan untuk bangunan daerah pantai atau laut

Jenis semen lainnya

• Water Proofed Cement, digunakan untuk konstruksi beton yang menahan tekanan hidrostatis
• White Cement, digunakan untuk tujuan dekoratif bukan untuk konstruktif
• High Alumina Cement, semen yang tahan terhadap sulfat, tidak tahan terhadap alkali
• Semen anti bakteri, digunakan sebagai proteksi terhadap bakteri dan jamur yang tumbuh
• Oil Well Cement, semen portland yang di campur retarder untuk memperlambat pengerasan
• Blended Cement, semen yang dicampur bahan lain untuk mendapatkan sifat khusus.