Konkrit Dalam Pembinaan

Konkrit merupakan sejenis bahan komposit yang sering digunakan dalam pembinaan. Ia merupakan gabungan simen dan aggregat seperti pasir, batu baur halus dan kasar. Bahan-bahan ini ditambah mengikut kadar pencampuran tertentu seperti yang telah ditetapkan.Ia merupakan salah satu daripada bahan binaan yang paling penting untuk dan paling banyak digunakan di dalam sesuatu projek pembinaan.

Oleh sebab itu, teknik yang digunakan bagi menghasilkan konkrit yang baik perlulah difahami dan diberi perhatian dengan teliti. Kualiti konkrit yang dihasilkan bergantung kepada kualiti bahan-bahan mentah yang digunakan seperti simen, batu baur dan air, kadar pencampurannya, cara pembancuhannya,cara pengangkutannya dan cara-cara pemadatannya. Jika bahan mentah yang digunakan tidak berkualiti, maka konkrit yang dihasilkan akan mempunyai mutu yang rendah dan akan mengakibatkan konkrit tersebut tidak kuat dan tidak memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. Oleh itu, teknologi konkrit telah menentukan bahawa semua bahan yang akan digunakan perlulah diuji terlebih dahulu dan kemudian mendapat kelulusan piawaian yang telah ditetapkan sebelum ia dapat digunakan untuk kerja-kerja pembinaan.

Dalam bentuk biasa konkrit terdiri daripada simen Portland, aggregate pembinaan (biasanya batu kelikir dan pasir) dan air.

Konkrit tidak mengeras kerana kering setelah dicampur dan dituang; air bertindak balas dengan simen dalam proses kimia yang dikenali sebagai pengeringan mineral. Air ini diserap oleh simen, yang mengeras, mengikat komponen lain serentak dan akhirnya membentuk bahan seperti batu.

Konkrit lebih banyak digunakan berbanding bahan buatan manusia di bumi ini^[1]. Ia digunakan sebagai laluan pejalan kaki, membina struktur, asas, jalan, jalan lintasan, struktur meletak kereta, dinding batu-bata, dan dasar bagi pintu pagar, pagar, dan tiang.

Sehingga 2005 sekitar enam juta meter padu konkrit dihasilkan setiap tahun, yang bersamaan satu meter persegi bagi setiap orang di dunia ini.. Konkrit merupakan industri bernilai US$35 laksa (billion) yang menggajikan dua juta pekerja di Amerika Syarikat sahaja. Sekitar 55,000 batu jalan di Amerika diperbuat daripada bahan ini, dan negara China menggunakan sekitar 40% dari penghasilan simen dunia.

Sejarah

Orang Assyria dan Babylon menggunakan selut sebagai simen dalam konkrit mereka. Mesir Purba menggunakan simen batu kapur dan gipsum. Semasa Empayar Rom, konkrit dihasilkan dengan menggunakan campuran quicklime, abu pozzolanic / pozzolana dan aggregate yang diperbuat daripada pumice yang menyerupai konkrit simen Portland moden. Pada tahun 1756, Seorang jurutera British, John Smeaton mengasaskan penggunaan simen Portland dalam konkrit, menggunakan batu kelikir dan serbuk bata sebagai aggregate. Pada masa kini penggunaan bahan dikitar sebagai bahan konkrit semakin popular kerana undang-undang alam sekitar yang semakin ketat. Yang paling menonjol diantaranya adalah abu terbang (fly ash), keluaran sampingan kilang janakuasa arang batu. Ini memberi kesan besar dengan mengurangkan jumlah kuari dan tempat pembuangan sampah yang diperlukan.

Ciri-ciri konkrit telah diubah semenjak zaman Rom dan Mesir, apabila ia didapati menambah abu gunung berapi kepada campuran membenarkannya mengeras di bawah air. Sama juga, orang-orang Rom mengetahui bahawa menambah bulu kuda menjadikan konkrit kurang mengucup semasa mengeras, dan menambah darah menjadikannya tahan fros. Pada masa kini penyelidik telah menambah bahan lain bagi mencipta konkrit yang amat kuat, ringan, malah konkrit yang mampu mengalirkan eletrik.

Komponen konkrit

Komponen konkrit ditentukan pada awalnya semsas campuran dan akhirnya semasa menuang konkrit. Jenis struktur yang dibina dan kaedah pembinaan menentukan bagaimana konkrit diletakkan dan dengan itu menentukan komposisi campuran.

Simen

Simen Portland merupakan simen paling biasa digunakan. Ia merupakan bahan asas bagi konkrit, mortar pembinaan dan plaster. Jurutera British, Joseph Aspdin mepaten simen Portland pada tahun 1824, dan ia dinamakan sempena tebing batu kapur di Kepulauan Portland Isle of Portland di England disebabkan warnanya, menyerupai batu yang dikuari di situ. Ia terdiri daripada campuran kalsium oksida, silikon dioksida dan aluminum okside. Simen Portlanddan bahan seumpamanya dihasilkan dengan memanaskan batukapur (sumber kalsium) dengan selut dan mengiling bahan ini (dikenali sebagai klinker), dengan sumber sulfate (biasanya gypsum). Apabila bercampur air serbuk yang terhasil akan membentuk hidrate pepejal selepas tempoh tertentu.

Applikasi suhu tinggi, seperti oven batu-bata dan seumpamanya, pada kebiasaannya memerlukan penggunaan konkrit pantulan, disebabkan konkrit berasaskan simen Portland mampu musnah atau dirosakkan oleh suhu tinggi, tetapi konkrit refraktori (refractory concretes) mampu tahan keadaan seperti itu.

Air

Air boleh digunakan bagi menghasilkan konkrit. Nisbah air berbanding simen (w/c ratio - water to cement) merupakan faktor utama menentukan kekuatan konkrit. Nisbah w/c akan menghasilkan konkrit yang lebih kuat, sementara nisbah w/c lebih tinggi menghasilkan konkrit dengan kekuatan yang kurang. ^[2] Paste simen merupakan bahan yang terbentuk hasil campuran air dan bahan bersimen; iaitu bahagian konkrit tanpa agregat atau sokongan. Kelenturan atau kelikatannya ditentukan oleh kandungan air, jumlah kandungan pes simen dalam campuran keseluruhan dan ciri-ciri fizikal (saiz maksima, bentuk dan gred) agregats.

Agregats

Campuran air dan simen mengeras dan semakin kukuh dalam tempoh tertentu. Untuk mendapatkan penyelesaian yang ekonomik dan pratikal, kedua-dua agregats halus dan kasar digunakan bagi membentuk sebahagian besar campuran konkrit. Pasir, anak batu dan batu kelikir merupakan bahan utama yang digunakan bagi tujuan ini. Bagaimanapun, ia semakin menjadi kebiasaan bagi agregat dikitar semula (dari sisa pembinaan, perobohan dan pembongkaran) untuk digunakan sebagai sebahagian penggantian agregat semulajadi, sementara sebahagian agregat bahan sampingan industri, termasuk sanga (sisa) relau bagas dingin udara (air-cooled blast furnace) dan abu dasar adalah juga dibenarkan.

Batu perhiasan seperti quartzite, anak batu sungai atau serpihan kaca kadang kala ditambah kepada permukaan konkrit sebagai perapian "agregat terdedah" akhir, popular dikalangan pereka penghias laman.

Campuran tambahan (Admixtures)

Campuran tambahan adalah bahan dalam bentuk serbuk atau cecair yang ditambah kepada konkrit bagi memberikannya ciri-ciri tertentu yang tidak terdapat pada konkrit biasa. Dalam kegunaan biasa, dos campuran tambahan adalah kurang dari 5% jisim simin, dan ditambah kepada konkrit pada maca campuran / batch. Jenis campuran tambahan biasa adalah:

• Pemecut bagi mempercepatkan proses hidration (pengerasan) konkrit.
• Perencat (Retarder) memperlahankan penghidratan campuran simen bagi menambah masa kerja.
• Memasukkan Udara bagi menambah dan mengedarkan buih udara kecil dalam campuran simen, yang akan mengurangkan kerosakan semasa kitaran cuaca beku dan cair.
• Pemplastik boleh digunakan bagi meningkatkan kebolehkerjaan plastik atau konkrit "baru", membenarkan ia diletakkan lebih dengan mudah, dengan usaha yang sedikit. Superpemplastikan membenarkan konkrit yang direka khusus mengalir setiap sudut walaupun disekeliling alang besi yang sesak, Pilihan lain, mereka boleh memilih untuk mengurangkan kandungan air dalam konkrit (pengurang air) sementara masih memelihara kebolehkerjaan. Ini meningkat ciri-ciri kekuatan dan ketahanannya.
• pigmen boleh digunakan untuk mengubah warna konkrit, bagi kecantikan.

Tambahan

Tambahan merupakan bahan bukan organik yang sangat halus kebiasaannya mempunyai ciri-ciri pozolan atau ciri-ciri hidraulik pendam. Ia ditambah semasa penggaulan konkrit untuk meningkatkan kepunyaan campuran simen. Istilah ini tidak digunakan apabila bahan tersebut ditambah di kilang sebagai salah satu unsur simen campuran.

• Abu terbang: Satu hasil sampingan logi janakuasa arang batu, ia digunakan sebahagiannya bagi menggantikan simen Portland (sehingga 60% jisimnya). Ciri-ciri debu terbang bergantung kepada jenis batu arang yang dibakar. Secara umum, debu terbang bersilika adalah pozzolanic, sementara debu terbang berkapur debu mempunyai ciri-ciri hidraulik pendam.
• Sanga relau bagas yang digiling (Ground granulated blast furnace slag - ggbs): Satu hasil sampingan pengeluaran keluli, digunakan sebahagiannya bagi menggantikan simen Portland (sehingga 80% jisim). Ia mempunyai ciri-ciri hidraulik pendam.
• Wasap silika: Satu keluaran sampingan pengeluaran aloi silikon dan ferosilikon. Wasap silika adalah menyerupai abu terbang abu, kecuali ia mempunyai zarah bersaiz 100 ganda lebih kecil. Ini menghasilkan suatu permukaan yang lebih tinggi berbanding nisbah isipadu dan reaksi pozzolanic yang tindak balas lebih pantas. Wasap silika digunakan bagi meningkatkan kekuatan dan ketahanan campuran simen, tetapi pada umumnya memerlukan penggunaan superpemplastisan agar mudah digunakan.

Ciri-ciri

Semasa hidration dan pengerasan, konkrit perlu membentuk ciri-ciri fizikal dan kimia tertentu. Antara lain adalah kekuatan mekanikal, ketelusan kelembapan yang rendah, dan kestabilan kimia dan volumetrik adalah perlu.

Kebolehkerjaan (Workability)

Kebolehkerjaan (atau kelikatannya) adalah kebolehan campuran konkrit baru untuk mengisi bentuk / membentuk dengan sempurna dengan bentuk yang diingini (getaran) dan tanpa mengurangkan kualiti konkrit. Kebolehkerjaan bergantung kepada kandungan air, campuran tambahan (admixtures) kimia, agregat (taburan bentuk dan saiz), kandungan simen dan tempoh (tahap penghidratan). Meningkatkan kandungan air atau menambah campuran tambahan kimia akan meningkatkan kebolehkerjaan konkrit. Air berlebihan akan mendorong peningkatan penyingkiran air (air permukaan) dan / atau pemisahan agregat (apabila simen dan agregat mula berpisah), mengakibatkan konkrit yang bermutu rendah. Pengunaan agregat dengan gred yang tidak diingini boleh menhasilkan campuran kasar dengan kadar mendak rendah, yang tidak boleh dijadikan mudahkerja dengan tambahan air yang bersesuaian.

Kebolehkerjaan boleh diukur dengan "ujian turun", satu ukuran mudah bagi menguji kelikatan campuran simen baru menurut ujian piawai ASTM C 143 atau EN 12350-2. Kemendakan biasanya diukur dengan mengisi satu "kon Abrams" dengan suatu sampel dari satu kumpulan baru campuran simen. Kon diletakkan dengan bahagian lebar pada satu permukaan tidak menyerap. Apabila kon diangkat naik, konkrit yang tinggal akan tumbang pada jumlah tertentu akibat tarikan graviti. Suatu sampel yang kering akan mendak sedikit sahaja, sekitar satu atau dua inci (25 atau 50 mm). Satu campuran simen agak basah mungkin mendak sehingga enam atau tujuh inci (150 to 175 mm).

Kemendakan boleh ditingkatkan dengan mencampur bahan kimia seperti agen pengurang air (super pemplastikan) tahap-tengah atau tahap-tinggi tanpa mengurangkan nisbah air/simen. Ia adalah tabiat tidak selok bagi menambah air tambahan pada pengaul konkrit. Konkrit cair seperti konkrit mengemas diri (self-consolidating), diuji dengan kaedah mengukur aliran lain. Salah satu kaedah termasuk meletakkan kon pada bahagian kecil dan memantau aliran melalui kon sementara ia diangkat perlahan-lahan.

Simen

• Simen bertindak balas dengan air dan menjadi bahan pengikat komponen-komponen konkrit.
• Terdapat pelbagai jenis simen seperti:
  • Simen portland (biasa digunakan dalam pembinaan dan kejuruteraan;
  • Simen putih (biasa digunakan untuk kemasan)
  • Simen bewarna;
  • Simen cepat mengeras.

Batu-baur

• Pasir dan serpihan batu adalah batu baur yang lazimnya digunakan dalam bancuhan konkrit. Ia biasanya dibahagikan kepada dua kumpulan:
  1. Batu baur halus atau pasir: Batu baur yang saiznya tidak melebihi 5mm. Ia boleh didapati dari pasir lombong, kuari atau sungai.
  2. Batu baur kasar: Saiznya antara 5 – 50 mm. Ia biasanya diperolehi dari kuari.
• Kandungan batu-baur adalah 60-80% daripada isipadu konkrit

Air

Air memainkan 3 peranan dalam kerja-kerja konkrit:

1. Air menyebarkan simen supaya tiap-tiap butir batu diliputi dengan rapat.
2. Air memberikan kesenangan kerja pada bancuhan konkrit.
3. Air merupakan agen tindakbalas kimia dalam sime untuk mengikat semua batu dalam bancuhan konkrit.

Sifat konkrit

• Konkrit mengeras dan membeku dengan kehadiran air. Sifat ini penting dalam pembinaan, terutama pembinaan asas pada tempat yang basah.
• Konkrit tidak berkarat atau reput. Ia tidak juga diserang oleh anai-anai atau serangga lain.
• Konkrit boleh dibancuh untuk dibentukkan menjadi sebarang bentuk mengikut acuan.
• Konkrit tahan panas dan tidak terbakar.

Kualiti campuran konkrit bergantung kepada:

• Kualiti bahan-bahan bancuhannya.
• Nisbah campuran bancuhannya. Nisbah yang biasanya digunakan (simen:pasir: batu baur) ialah: 1:2:4, 1:3:6, 1:5:10, mengikut tempat dan tujuan.
• Cara mencampur dan mengangkut.
• Kualiti acuan yang digunakannya.
• Pemampatan setelah ditempatkan dalam acuan.
• Pengawetan yang digunakan.

Jenis konkrit

Konkrit biasa

• Konkrit jenis ini tidak mempunyai tetulang besi.
• Ia digunakan dalam binaan yang hanya terdapat tegasan tekanan (compressive stress) dan tiada tegasan tegangan (tensile stress).
• Contoh tempat yang sesuai untuk menggunakan konkrit jenis ini adalah tapak tembok, lantai atas tanah.

Konkrit bertetulang

• Konkrit jenis ini sama seperti konkrit biasa kecuali ia mempunyai tetulang keluli didalamnya untuk menambah kekuatan daya tegangan.
• Ia biasanya menggunakan nisbah 1:2:4.

Konkrit tuang dahulu

• Konkrit jenis ini dibuat di dalam acuan dan dibina di dalam bengkel atau tapak pembinaan dengan kuantiti yang banyak.
• Teknik ini menjimatkan masa kerana bahagian binaan ini boleh di bina terlebih dahulu dan kualitinya dapat dikawal dengan baik.

Konkrit tegas-dahulu

• Ia seperti konkrit tuang dahulu tetapi mempunyai tetulang keluli bertegangan tinggi.
• Tetulang ini di tegang bagi mewujudkan tegasan supaya ia dapat menanggung beban yang lebih tinggi.
• Ia biasanya mempunyai nisbah bancuhan: 1:11/2: 3,
• Ia boleh dihasilkan dengan dua cara:
  1. Tegas dahulu (pretensioning): Satu hujung keluli dipasak manakala satu hujung lagi ditegangkan menggunakan jek hidraulik sebelum konkrit dituang.
  2. Tegas kemudian (post-tensioning): Hos plastik ditempatkan didalam acuan sebelum bancuhan konkrit dituang. Sebelum konkrit menjadi keras, hos dikeluarkan, meninggalkan saluran untuk dimasukan kabel tetulang kemudiannya.
• Konkrit ini sesuai digunakan dalam pembinaan rasuk yang jarak rentangannya panjang, struktur kalis air, cerucuk dsb.

Konkrit ringan

• Konkrit jenis ini dibuat dengan bahan ringan dan dicampurkan dengan agen perangkap udara (seperti CO₂) supaya hasilnya lebih ringan.
• Ia biasanya digunakan sebagai tembok sekatan (partition) atau sebagai struktur yang tidak memegang beban

Konkrit selular

• Ia berbentuk seperti blok konkrit yang mempunyai ruang kosong diantaranya bagi membolehkan rumput atau tumbuhan hidup.
• Kegunaanya utamanya adalah untuk menyokong cerun bukit. Juga digunakan bagi kawasan letak kereta (occasional use), driveway;
• Tidak begitu selesa untuk berjalan di atasnya.

Konkrit in-situ

• Merupakan permukaan kejur yang paling murah;
• Mempunyai bentuk permukaan yang tidak begitu menarik dan mudah retak;
• Digunakan sebagai laluan siar kaki, driveway, kawasan letak kenderaan;

Konkrit pre-cast

• Bahan konkrit dimasukan di dalam acuan dan dibentuk di kilang;
• Saiznya boleh ditentukan mengikut keperluan;
• Digunakan sebagai laluan siar kaki, driveway, dan tempat meletak kenderaan.

Konkrit mampat giling

Konkrit mampat giling, kadangkala dikenali sebagai rollcrete, adalah satu konkrit kaku kandungan simen rendah yang diletakkan dengan menggunakan teknik yang dipinjam daripada kerja tanah dan penurapan. Konkrit diletakkan pada permukaan yang hendak dilitupi, dan ia dipadatkan pada tempatnya dengan menggunakan jengiling (jentera pengiling), penggolek berat besar yang lazimnya digunakan dalam kerja tanah. Campuran konkrit ini mencapai kepadatan tinggi dan akan mengeras bagi membentuk satu kepingan blok yang teguh. ^[3] Konkrit mampat giling lazimnya digunakan untuk turapan konkrit, tetapi juga digunakan untuk membina empangan konkrit, kerana kandungan rendah simen menghasilkan kurang haba semasa pengerasan berbanding kebiasaanya bagi penuangan konkrit biasa yang banyak.

Pengukuhan konkrit

Bagi mengukuhkan lantai konkrit, pengeras lantai (floor hardening) boleh digunakan dalam perapian terakhir lantai konkrit. Pengeras lantai menawarkan pengukuhan tambahan pada kos yang jauh lebih rendah. Ia juga boleh digunakan bagi mengukuhkan lantai konkrit sedia ada, dengan itu mengelak keperluan bagi menggantikan lantai konkrit yang baru.

Selain itu kesemua bahan berasaskan simen mengeras apabila air ditambah kepadanya dan proses pengeringan bermula. Pengeringan optima simen berlaku dalam tempoh 28 hari. Pada awalnya kekuatan terbentuk agak pantas; simen mencapai 50% kekuatannya dalam tempoh 3-5 hari. Bagaimanapun, kekuatan jangka panjang simen didapati dalam tempoh 28 hari dan memerlukan kelembapan bagi mencapai kekuatan optimanya. Oleh itu ia amat penting bagi pembina bagi memahami kaedah perapian (curing) bahan berasaskan simen.