Ultra High Performance Concrete Beton Ge
Ultra High Performance Concrete – Beton Generasi Baru berbasis
teknologi nano
Harianto Hardjasaputra
Guru Besar Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan
1. PENDAHULUAN
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 baha 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 idea pembuatan UHPC adalah meningkatkan apa yang disebut dengan term “Packing
Density” dari matrix semen dan mengurangi secara ekstrim water 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
yagn 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.
2. TEKNOLOGI BETON UHPC
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 [1].
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
[3] ada 5 hal pokok yang membedakan antara campuran UHPC dengan beton konvensional,
yaitu:
a. Ditinggalkanya 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.
b. Digunakannya dalam campuran agregat yang sangat halus yaitu tepung Quartz yang
berukuran dalam rentang nanometer, antara 16 – 90 μm
c. Seperti halnya penggunaan tepung reaktif mikrosilika pada beton mutu tinggi, maka
mikrosilica pun digunakan pada UHPC agar diperoleh CSH reaksi kedua.
d. 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.
e. 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
M1
M 1Q
M 2Q
Zement
kg/m
3
Quarzsand 0,125/0,50 mm
kg/m
3
Basaltsand 0,125/0,50 mm
kg/m
3
Basalt 2/8
kg/m
3
Microsilica
kg/m
3
Stahlfasern 2,5 Vol.-%
kg/m
3
Quarz I
kg/m
3
Quarz II
kg/m
3
Vol.-% Feinststoff
teknologi nano
Harianto Hardjasaputra
Guru Besar Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan
1. PENDAHULUAN
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 baha 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 idea pembuatan UHPC adalah meningkatkan apa yang disebut dengan term “Packing
Density” dari matrix semen dan mengurangi secara ekstrim water 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
yagn 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.
2. TEKNOLOGI BETON UHPC
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 [1].
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
[3] ada 5 hal pokok yang membedakan antara campuran UHPC dengan beton konvensional,
yaitu:
a. Ditinggalkanya 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.
b. Digunakannya dalam campuran agregat yang sangat halus yaitu tepung Quartz yang
berukuran dalam rentang nanometer, antara 16 – 90 μm
c. Seperti halnya penggunaan tepung reaktif mikrosilika pada beton mutu tinggi, maka
mikrosilica pun digunakan pada UHPC agar diperoleh CSH reaksi kedua.
d. 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.
e. 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
M1
M 1Q
M 2Q
Zement
kg/m
3
Quarzsand 0,125/0,50 mm
kg/m
3
Basaltsand 0,125/0,50 mm
kg/m
3
Basalt 2/8
kg/m
3
Microsilica
kg/m
3
Stahlfasern 2,5 Vol.-%
kg/m
3
Quarz I
kg/m
3
Quarz II
kg/m
3
Vol.-% Feinststoff