Mengenal Beton Kinerja Tinggi (High Performance Concrete)

Beton Konvensional adalah Beton yang dirancang untuk mencapai kriteria teknis utama kekuatan tekan (compressive strength) yang diinginkan dan kriteria teknis lainnya yaitu workability dan durability yang sifatnya biasa/tidak istimewa.

Sedangkan Beton Kinerja Tinggi (High Performance Concrete, HPC) adalah beton yang memiliki sifatsifat istimewa yang dirancang untuk memenuhi beberapa keuntungan dalam pelaksanaan struktur beton yang tidak selalu bisa dipenuhi oleh beton konvensional.

Menurut The Strategic Highway Research Programme (SHRP) , HPC untuk diaplikasikan dalam pekerjaan jalan raya harus memenuhi kriteria berikut.

• Kekuatan pada 4 jam ≥ 17,5 Mpa
• Kekuatan pada 24 jam ≥ 35 Mpa
• Kekuatan pada 28 hari ≥ 70 Mpa
• Faktor durabilitas (durability factor) ≥ 80% after  300 cycles of freezing and thawing
• Faktor air-semen (water-cement ratio) ≤ 0,35

Menurut Paul Zia, HPC adalah beton yang memiliki kinerja khusus, dan persyaratan keseragaman (uniformity) yang tidak selalu dapat dicapai hanya oleh material, pencampuran (mixing) normal, penempatan (placing), dan perawatan (curing) konvensional. Persyaratan kinerja tersebut meliputi penempatan dan pamadatan tanpa segregasi, kekuatan awal (early age strength), keteguhan (toughness), stabilitas volume (volume stability), masa layan (service life).

Menurut R.N.Swamy, HPC adalah beton yang dirancang untuk memberikan karakteristik kinerja yang diharapkan terhadap beban (load), penggunaan (usage) dan kondisi ekspos (exposure conditions), konsisten dengan kebutuhan biaya (consistent with requirement of cost), masa layan (service life) dan durabilitas (durability).

Karakteristik kinerja tersebut meliputi porositas sangat rendah (very low porosity), permeabilitas sangat rendah (very low permeability), ketahanan tinggi terhadap serangan kimia (high resistance to chemical attack), panas hidrasi rendah (low heat of hydration), kuat awal tinggi (high early strength), workabilitas tinggi (high workability), faktor airsemen rendah (low water-binder ratio), susut plastis dan bliding rendah (low bleeding and plastic shrinkage).

Menurut Civil Engineering Research Foundation (CERP), HPC adalah beton yang memiliki beberapa atau semua sifat-sifat sebagai berikut yang tinggi/istimewa : mudah dalam penempatan (ease of placement), sifat-sifat mekanik jangka panjang (long term mechanical properties), kekuatan awal (early age strength), keteguhan (toughness), stabilitas volume (volume stability), masa layan panjang dalam lingkungan yang berat (extended service life in severe environments).

Menurut American Concrete Institute (ACI), HPC adalah beton yang memenuhi kombinasi persyaratan kinerja spesifik dan keseragaman yang tidak selalu bisa dicapai ketika menggunakan bahan-bahan konvensional serta praktik-praktik pencampuran (mixing), pengecoran (placing) dan perawatan (curing) untuk beton normal.

Adapun kegunaan beton kinerja tinggi antara lain adalah,

1. Kemudahan penempatan dan pemadatan  tanpa mempengaruhi kekuatan
2. Sifat mekanik jangka panjang
3. Kekuatan awal tinggi
4. Ketangguhan
5. Stabilitas volume
6. Kemampuan bertahan dalam lingkungan yang parah
7. Lebih sedikit material yang digunakan
8. Mengurangi pemeliharaan
9. Memperpanjang usia struktur
10. Estetika

Karakteristik Beton Segar Beton Kinerja Tinggi

Workability HPC biasanya baik sekalipun slump nya rendah, lebih kohesif, dan mudah dipompa. Untuk konstruksi dengan jarak tulangan yang rapat sehingga adukan beton sulit dicorkan dapat dibuat beton yang memadat sendiri (SCC : selfcompacting concrete) yaitu beton yang bisa mengalir dan memadat dengan berat sendirinya tanpa terjadi segregasi atau bliding. Namun perlu diperhatikan, pemakaian dosis superplasticizer yang berlebih harus dihindari karena memungkinkan terjadi segregasi.

Karakteristik Beton Keras Beton Kinerja Tinggi

Kekuatan awal tinggi (High early strength)

Beton dengan kekuatan awal tinggi disebut juga fast-track concrete, yaitu beton yang kekuatan rencananya bisa dicapai dalam waktu yang lebih awal (beberapa jam atau beberapa hari) daripada beton normal. Beton dengan kekuatan awal tinggi bisa diperoleh sebagai berikut.

• Menggunakan semen Type III atau high-early-strength cement
• Menggunakan kadar semen tinggi (400 – 600) kg/m3
• Menggunakan faktor air-semen rendah (0,2 – 0,45)
• Mengkondisikan temperatur tinggi pada beton segar
• Mengkondisikan temperatur yang lebih tinggi untuk perawatan  beton
• Menggunakan bahan tambah kimiawi
• Menggunakan silica fume

Kekuatan tinggi (High strength) 

Beton dengan kekuatan tinggi mampu menahan beban yang lebih besar daripada beton normal. Defenisi beton kekuatan tinggi berubah dari tahun ke tahun.

Menurut American Concrete Institute (ACI) beton kekuatan tinggi adalah beton dengan kekuatan tekan di atas 6000 psi (41 Mpa) pada benda uji silinder. Eurocode 2 mendefinisikan beton mutu tinggi dengan 50 – 60 Mpa pada benda uji kubus, bahkan untuk tujuan tertentu mengizinkan kekuatan beton hingga 105 Mpa pada benda uji kubus. Beton kekuatan tinggi dapat dicapai dengan mengurangi air campuran sehingga nilai faktor air-semen dan slump kecil tapi bisa dipadatkan dengan derajat kepadatan tinggi. 

Modulus elastisitas tinggi (High modulus of elasticity)

Dengan modulus elastisitas yang lebih tinggi berarti beton dapat menahan tegangan yang lebih tinggi tapi beton menjadi getas dan mudah retak. Modulus elastisitas rendah menunjukkan beton akan melentur dan sangat mudah berdeformasi.

Kekuatan abrasi tinggi (High abrasion resistance)

Beton dengan kekuatan abrasi tinggi dapat dipenuhi oleh beberapa faktor, utamanya penggunaan bahan-bahan terpilih, proporsi campuran, capaian kekuatan, dan pelaksanaan.

Durabilitas tinggi (High durability) dan permeabilitas rendah (Low permeability)

Durabilitas beton dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain kelembaban relatif (relative humidity), tekanan air hidrostatis (hydrostatic water pressure), resapan air (water absorption), permeabilitas uap air (water vapour permeability), dan resapan kapiler (capillary absorption).

Beton dengan faktor air-semen yang rendah dan penggunaan waterproof admixtures serta dengan tingkat kepadatan tinggi akan menghasilkan beton dengan permeabilitas rendah yang memungkinkan beton memiliki durabilitas tinggi dan tahan terhadap serangan kimiawi(chemical attack).

MATERIAL YANG DIGUNAKAN DALAM BETON KINERJA TINGGI

Portland cement :

Semen dengan kandungan C3A yang tinggi harus dihindari untuk HPC karena umumnya dapat menyebabkan kehilangan flow yang cepat dalam beton segar. Kehalusan semen merupakan critical parameter. Dengan meningkatnya kehalusan semen akan meningkat juga perkembangan kekuatan awal beton, tetapi bisa mengurangi sifat rheology. Harus ada kesesuaian antara semen dan retarder yang digunakan .

Blended cement, flay ash/slag/silica fume/calcined clay/metakaolin/calcined shale

Bahan ini adalah bahan tambah mineral (mineral admixtures) yaitu bahan bukan semen tetapi bisa bersifat menjadi bahan pengikat seperti semen setelah bereaksi dengan unsur kapur yang sudah ada dalam semen Portland yang memberikan pengaruh terhadap kekuatan dan durabilitas beton mutu tinggi.

Bahan tambah mineral merupakan bagian penting dari HPC.

Bahan-bahan ini digunakan untuk berbagai maksud, bergantung pada sifat-sifatnya. Jenis bahan tambah mineral pozolan yang biasa digunakan adalah fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS), dan silica fume (SF). 

Agregat Kasar

Agregat dengan gradasi yang optimal (optimally graded aggregates) untuk meningkatkan kemudahan pengerjaan (workability).

Parameter-parameter penting agregat kasar yang berpengaruh terhadap kinerja beton adalah bentuk (shape), tekstur (texture), dan ukuran maksimum (maximum size) agregat. Dalam hal beton normal, apabila agregat lebih kuat dari kekuatan pasta, kekuatan agregat bukan merupakan faktor utama untuk mencapai kekuatan beton. 

High range water reducers/ Superplasticizers

Bahan tambah kimia (admixture) yang mampu mengurangi air campuran dengan kadar cukup tinggi tapi menghasilkan adukan beton mengalir yang sangat mudah dikerjakan (flowability).

Superplasticizer digunakan secara luas dalam HPC dengan nilai rasio air-material semen sangat rendah.

Tujuan utama menggunakan superplasticizer adalah :

• Menghasilkan beton dengan kepadatan tinggi untuk menjamin permeabilitas sangat rendah dengan ketahanan yang memadai terhadap kondisi udara yang sangat dingin
• Meminimalkan efek panas hidrasi dengan merendahkan kadar semen
• Menghasilkan beton dengan kadar air rendah dan workabilitas tinggi untuk menjamin kuat lekat yang tinggi.
• Meminimalkan rangkak (creep) dan susut (shrinkage)dengan cara merendahkan rasio air- semen
• Menghasilkan beton dengan porositas paling rendah agar terlindung dari serangan luar (external attack) - Menjaga kadar alkali cukup rendah untuk perlindungan terhadap reaksi alkali-agregat dan menjaga kadar sulfat dan klorida serendah mungkin untuk mencegah terjadinya korosi tulangan
• Menghasilkan beton yang bisa dipompa tanpa terjadi segregasi
• Mengatasi masalah berkurangnya workabilitas dalam beton serat (fibre concrete) dan  beton tembak (shotcrete)
• Menghasilkan beton daktilitas tinggi

Hydration control admixtures/ Retarders

Bahan tambah kimia (admixture) yang berfungsi untuk mengontrol/menunda pengikatan (setting) beton. Dalam HPC, penggunaan retarder disarankan untuk meminimalkan kehilangan konsistensi adukan beton segar (slump loss).

Bila digunakan secara bersamaan dengan superplastisizer, retarder harus sesuai (compatible) dengan superplastisizer. Oleh karena itu penggunaan retarder dalam HPC hanya jika kondisinya terpaksa (lebih disarankan menggunakan bahan tambah mineral.

Accelerators

Bahan tambah kimia (admixture) yang berfungsi untuk mempercepat pengikatan (setting) beton.

Corrosion inhibitors

Bahan yang berfungsi untuk mencegah terjadinya korosi tulangan beton.

Shrinkage reducers

Bahan yang berfungsi untuk mengurangi susut beton.

ASR inhibitors

Bahan untuk mencegah terjadinya alkali-silica-reactivity.

Polymer/latex modifiers

Bahan polimer atau sejenisnya untuk mencapai durabilitas beton.

PENGUJIAN-PENGUJIAN BETON KINERJA TINGGI

Seperti pengujian beton keras (hardened concrete) pada beton konvensional, pada beton kinerja tinggi juga diperlukan pengujian untuk membuktikan kinerja yang didapatkan apakah sesuai dengan kinerja yang diharapkan.

Pengujian Slump Flow

Pengujian Slump Flow digunakan untuk beton yang memiliki tingkat kekentalan yang sangat rendah (flowing). Pengujian slump flow dinilai akan lebih tepat digunakan karena yang diukur adalah diameter beton yang terbentuk akibat pengaruh tingkat kekentalannya, serta waktu yang dibutuhkan untuk membentuk diameter tertentu.

Pengujian J - Ring

Pengujian ini dimaksudkan untuk memeriksa segregasi/pemisahan yang mungkin terjadi antara agregat kasar dengan campuran beton yang lain, pada saat beton segar harus melewati sela-sela tulangan yang ada pada struktur beton bertulang yang dilaksanakan.

Pengujian L - Box

Pengujian ini dilaksanakan untuk melihat sejauh mana beton segar sanggup mengalir dan mengisi cetakan untuk mencapai ketinggian beton tertentu.

Karakteristik dari pengujian L Box ini perlu diamati untuk menentukan apakah campuran beton yang dibuat mampu mengisi bagian tertentu pada cetakan yang tidak memungkinkan pengisian dari bagian atasnya secara langsung.

Pengujian V Funnel

Dalam pengujian ini campuran beton segar dimasukkan ke dalam mulut bagian atas dan menutup mulut keluar di corong Funnel bagian bawah. Kemudian tutup dibuka dan dihitung waktu yang diperlukan sampai lubang pada corong mulai terbuka akibat beton yang mengalir keluar. Kondisi beton juga dilihat secara visual terhadap kemungkinan terjadinya pemisahan antara agregat kasar dengan mortar dan pasta. 

Pengujian Durabilitas Beton

Kekedapan (impermeability) beton, stabilitas material terhadap serangan dari luar maupun dari dalam harus menjadi elemen penting dalam penentuan kinerja keawetan beton.