## KAJIAN KARBONASI PADA BETON MUTU TINGGI MEMADAT MANDIRI DENGAN VARIASI KOMPOSISI METAKAOLIN
Wibowo 1 , Endah Safitri 2 dan Delista Putri Deni 3
1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: wibowotsipil87@gmail.com
2 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: safitri47@gmail.com
3 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: delistaputri27@gmail.com

## ABSTRACT
The construction industry is an important thing to support the development of a country. In concrete construction, quality, strength, and durability of concrete are the main requirements of all. In urban tropical countries, carbonation is one of the essential factors that affect the durability of concrete, and it  may  cause  corrosion  of  reinforced  steel  in  concrete.  Therefore,  high  strength  self-compacting concrete  may  be  expected  as  the  solution,  improved  by  pozzolanic  additions,  metakaolin  with substitution  dosage  at  10%;  12,5%;  15%;  17,5%;  and  20%.  This  study  purposed  to  determine  the effect  of  metakaolin  and  its  optimum  dosage  to  improve  high  strength  self-compacting  concrete quality on its carbonation rates. This study was done by using experimental methods. It needs a plain cylindrical  concrete  with  75  mm  diameter  and  150  mm  height,  and  testing  by  SNI  03-6468-2000, EFNARC 2002, and SEM-PUPR 25-2015. The carbonation test is done using accelerated laboratory carbonation  in  Structures  and  Materials  Laboratory,  Faculty  of  Engineering,  Universitas  Sebelas Maret  by  soaking  the  specimens  in  a  4%  carbonate  solution  for  15  days,  37  days,  and  51  days, proceeded by splitting using CTM, and spray it using a 1% phenolphthalein indicator to determine its carbonation  depth.  Based on the  results,  metakaolin  might  improve  concrete  quality  by  reducing  its carbonation  rates  by  15%  substitution  dosage  of  cement  content,  with  a  nominal  atmospheric carbonation  coefficient  3,71  mm/year ½ ,  reduced  44,41%  from  HSSCC  without  metakaolin substitution. Metakaolin addition might reduce fresh concrete's workability and fulfill self-compacting concrete requirements specified by EFNARC 2002.
Keywords: high strength self-compacting concrete, metakaolin, carbonation, carbonation coefficient

## ABSTRAK
Industri  konstruksi  merupakan  hal  yang  sangat  penting  untuk  menunjang  berkembangnya  suatu negara. Dalam konstruksi beton, mutu, kekuatan, dan durabilitas beton merupakan syarat yang utama. Pada  negara  beriklim  tropis,  karbonasi  merupakan  faktor  penting  yang  mempengaruhi  durabilitas beton  karena  dapat  menyebabkan  korosi  pada  tulangan  beton.  Oleh  karena  itu,  beton  mutu  tinggi memadat mandiri diharapkan dapat menjadi solusi, dengan penambahan pozzolan sebagai perbaikan, yaitu  metakaolin  dengan  kadar  substitusi  10%;  12,5%;  15%;  17,5  %;  dan  20%.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan  metakaolin  dan  kadar  optimumnya  untuk meningkatkan  kualitas  beton  terhadap  laju  karbonasi  beton.  Metode  yang  digunakan  adalah eksperimental.  Benda  uji  yang  digunakan  adalah  beton  silinder  dengan  diameter  75  mm  dan  tinggi 150 mm. Pengujian beton didasarkan pada SNI 03-6468-2000, EFNARC 2002, dan SEM-PUPR No. 25 Tahun 2015. Pengujian karbonasi dilakukan dengan cara uji karbonasi laboratorium dipercepat  di Laboratorium  Struktur  dan  Bahan,  Fakultas  Teknik,  Universitas  Sebelas  Maret  dengan  merendam benda uji ke dalam larutan karbonat 4% selama 15 hari, 37 hari, dan 51 hari untuk selanjutnya dibelah menggunakan  CTM  dan  disemprot  menggunakan  indikator  phenolphthalein  1%.  Berdasarkan  hasil penelitian,  metakaolin  dapat  meningkatkan  kualitas  beton  dengan  menurunkan  laju  karbonasi  beton dengan  kadar  substitusi  15%  dari  kadar  semen,  dengan  koefisien  karbonasi  pada  kondisi  atmosfer normal 3,71 mm/tahun ½ dan penurunan laju 44,41% dari beton normal. Penambahan metakaolin akan menurunkan  workabilitas  beton  segar,  tetapi  masih  memenuhi  syarat  beton  memadat  mandiri  yang ditetapkan oleh EFNARC 2002.
Kata kunci: beton mutu tinggi memadat mandiri, metakaolin, karbonasi, koefisien karbonasi

## 1. PENDAHULUAN
Dewasa  ini,  pembangunan  infrastruktur  terus  mengalami  perkembangan  yang  pesat.  Hal  ini  pun  berdampak  pada pesatnya  perkembangan  industri  konstruksi  sebagai penunjang, dikarenakan  adanya  tuntutan  hasil  konstruksi yang lebih  baik,  lebih  efisien,  memiliki  kinerja  yang  tinggi,  dan  dapat  mengatasi  segala  kendala  yang  terjadi.  Syarat utama  dalam  konstruksi  bangunan  pada  dasarnya  adalah  mengenai  kekuatan  beton,  keawetan,  dan  harga  yang ekonomis. Oleh karena itu, dikembangkan beton mutu tinggi memadat mandiri dengan penggunaan bahan pozzolan sebagai solusi. Beton memadat mandiri atau biasa dikenal dengan self-compacting concrete (SCC) merupakan beton yang  bersifat  plastis,  dapat  mengalir  dengan  berat  sendiri  tanpa  bantuan  alat  pemadat,  sehingga  akan  mengurangi biaya penggunaan alat pemadat, mempersingkat waktu kerja, dan mengurangi jumlah tenaga kerja. Selain itu, beton mutu  tinggi  bersifat  homogen,  kohesif,  dan  tidak  mengalami bleeding maupun  segregasi.  Mutu  beton  yang  tinggi akan meningkatkan performa kinerja beton sehingga dapat bekerja dengan baik dan memiliki durabilitas yang lebih tinggi daripada beton konvensional.
Lingkungan  yang  agresif  membawa  dampak  pada  kerusakan  beton  karena  di  lingkungan  ini  banyak  zat-zat  kimia reaktif yang menyebabkan kerusakan pada beton. Contoh dari lingkungan yang memungkinkan adalah lingkungan beriklim tropis yang dapat meningkatkan agresivitas CO 2 yang apabila bereaksi dengan air dapat membentuk asam karbonik cair yang akan menurunkan pH beton, menyebabkan terjadinya karbonasi, dan mengakibatkan korosi pada beton.  Untuk  mengatasi  hal  ini,  dapat  dilakukan  dengan  mengganti  sebagian  semen  dengan  zat  pozzolonik  seperti metakaolin. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Sanjay N. Patil, Anil K. Gupta, dan Subhash S. D. (2011), sebagai  bahan  pozzolan  pengganti  semen,  metakaolin  memiliki  berbagai  kelebihan  yang  dapat  meningkatkan kualitas  dan  durabilitas  beton  dalam  menghadapi  lingkungan  yang  agresif.  Selain  itu,  metakaolin  merupakan material  yang  ramah  lingkungan dan sustainable, karena pada  proses  produksinya  metakaolin  menghasilkan  emisi gas CO 2 yang sangat kecil, jauh lebih kecil daripada emisi yang dikeluarkan pada produksi semen, sehingga dapat berkontribusi dalam mengurangi efek pemanasan global.

## 2. LANDASAN TEORI
Berdasarkan  SNI  03-6468-2000,  beton  mutu  tinggi  didefinisikan  sebagai  beton  yang  memiliki  kuat  tekan  yang disyaratkan pada benda uji 28 hari atau 56 hari adalah lebih besar sama dengan 41,4 MPa.
Self-Compacting Concrete (SCC) adalah beton yang dapat memadat sendiri dengan slump yang cukup tinggi. Dalam proses  penempatan  pada  volume  bekisting  ( placing )  dan  proses  pemadatannya  ( compaction ),  SCC  tidak memerlukan  penggetaran  seperti  beton  pada  umumnya.  SCC  memiliki  flowability  yang  tinggi  sehingga  mampu mengali  karena  beratnya  sendiri,  memenuhi  bekisting,  dan  mencapai  kepadatan  tertingginya  sendiri  (EFNARC, 2005).
Metakaolin  merupakan  pozzolan  yang  terbentuk  dari  hasil  pembakaran  (kalsinasi)  dari  kaolin  pada  suhu  450 0 C- 900 0 C  yang  mempunyai  ukuran  partikel  lebih  kecil  dari silica  fume dan  banyak  mengandung  SiO 2 dan  Al 2 O 3 (pozzolan)  yang  merupakan  unsur  utama  penyusun  semen.  Sehingga,  metakaolin  dapat  digunakan  sebagai  bahan pengganti  semen.  Metakaolin  dapat  mengurangi  tingkat  porositas  beton,  mempercepat  proses  hidrasi  semen,  lebih tahan  terhadap  serangan  asam  dan  sulfat,  serta  meningkatkan  kepadatan  dan  mengurangi  permeabilitas  beton (Sambowo, 2002).
Silviana  Valentin  (2019)  dalam  penelitiannya  melakukan  penambahan  metakaolin  pada  campuran  beton  dengan variasi  persentase  0%;  12,5%;  15%;  17,5%;  20%;  dan  22,5%  dari  berat  semen  dan  menghasilkan  kuat  tekan berturut-turut 46,798 MPa; 50,094 MPa; 51,601 MPa; 59,699 MPa; 51,977 MPa; dan 45,198 MPa dengan faktor air semen yang digunakan adalah sebesar 0,31 dari berat binder dan superplasticizer BASF MasterEase 3029 sebesar 1,9% dari berat binder . Dari penelitian tersebut, substitusi kadar metakaolin yang paling optimum untuk digunakan adalah sebesar 17,5% dari berat semen untuk menaikkan kuat tekannya.
Berdasarkan  EFNARC  2002,  persyaratan  standar  untuk  beton  memadat  mandiri  adalah  memenuhi  parameter fillingability yang dilakukan dengan uji slump flow menggunakan abrams cone dengan diameter rata-rata 650 – 800 mm, uji T 500 slump flow dengan waktu alir 2 – 5 detik, dan uji V-funnel dengan waktu alir 6 – 12 detik. Pengujian parameter passingability dilakukan dengan uji L-box dengan nilai h 2 /h 1 berkisar antara 0,8 – 1.

## 2.1. Karbonasi Beton
Karbonasi pada beton dapat terjadi apabila gas CO 2 larut dalam air dan membentuk H 2 CO 3 , kemudian beraksi lagi dengan  Ca(OH) 2 yang  merupakan  hasil  reksi  dari  hidrasi  semen  dan  membentuk  CaCO 3 .  Asam  karbonik  cair tersebut menyerang beton dan mengurangi alkalinitas beton. Dalam hal ini, derajat keasaman (pH) dari pori-pori air pada  pasta  semen  keras  akan  menurun  dan  menyebabkan  lapisan  pelindung  pada  beton  rusak.  Sehingga,  tulangan
baja terekspos dan terjadi korosi. Korosi pada tulangan baja tersebut dapat menyebabkan berkurangnya ikatan antara baja dengan beton dan menurunkan kualitas beton (B. Barry et al , 2004).
Dalam  satu  dekade  terakhir,  pengujian  karbonasi  pada  beton  menggunakan  metode  uji  karbonasi  laboratorium dipercepat  distandarkan  menggunakan  CO 2 dengan  konsentrasi  4%.  Selain  itu,  beberapa  pengujian  dilakukan menggunakan  konsentrasi  CO 2 yang  bervariasi  antara  4-10%.  Konsentrasi  CO 2 yang  rendah  akan  menghasilkan kedalaman  karbonasi  yang  cukup  tinggi,  dan  sebaliknya  konsentrasi  CO 2 yang  terlalu  tinggi  akan  menghasilkan kedalaman  karbonasi  yang  rendah.  Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  sebelumnya,  beton  bertulang menunjukkan  laju  karbonasi  yang  signifikan  pada  umur  layan  beton  20  tahun  (Castro et  al ,  1999,  Moreno et  al , 2002).  Laju  karbonasi  dipengaruhi  oleh  berbagai  faktor  seperti  tipe  dan  faktor  air  semen,  tingkat  porositas  beton, serta tipe dan kadar zat pozzolan yang ditambahkan (Moreno et al , 1999). Selain itu, pada suatu area beriklim tropis, kondisi atmosfer dapat meningkatkan agresivitas CO 2 karena kelembaban udara dan temperatur yang tinggi (Veleva et al , 1998).
Proses  transportasi  CO 2 ke  dalam  beton  melalui  media  air  yang  mengandung  CO 2 adalah  melalui  difusi.  Difusi adalah  peristiwa  mengalirnya  suatu  zat  dalam  pelarut  dari  bagian  berkonsentrasi  tinggi  ke  bagian  yang berkonsentrasi  rendah.  CO 2 dalam  larutan  karbonat  m%  akan  bereaksi  dengan  air  dan  membentuk  asam  karbonik cair yang menurunkan pH beton dan menyebabkan terjadinya karbonasi, sehingga durabilitas atau masa layan beton akan menurun (Warda Ashraf, 2016). Oleh karena itu, diperlukan suatu pendekatan untuk mengetahui nilai koefisien karbonasi yang dapat dihitung dengan persamaan (1) sebagai berikut :
2 1 t x k = (1)
dengan : k = koefisien karbonasi (mm/tahun ½ ); x = kedalaman karbonasi (mm); t = waktu (tahun ½ ).
Persamaan (1) menghasilkan koefisien karbonasi sebagai hasil dari uji karbonasi laboratorium dipercepat, yaitu pada konsentrasi  CO 2 x%.  Selanjutnya,  koefisien  karbonasi  pada  kondisi  atmosfer  normal  (400  ppm  atau  0,04%  CO 2 ) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2).
k m k a  = % % 0 4 , 0 (2)
dengan : k a = koefisien karbonasi pada kondisi atmosfer normal (mm/tahun ½ ); k a =  koefisien  karbonasi  hasil  pengujian (mm/tahun ½ );  0,04%  =  konsentrasi  CO 2 pada  kondisi  atmosfer  normal  (m%)  =  konsentrasi  CO 2 yang  digunakan pada pengujian.
Berdasarkan  penelitian  Ho  dan  Lewis  (1987),  pada  kondisi  atmosfer  normal,  dimana  konsentrasi  udara  adalah 0,04% atau 400 ppm, kualitas beton dapat dikategorikan berdasarkan koefisien karbonasinya yang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kategori Kualitas Beton Berdasarkan Koefisien Karbonasi Atmosfer Normal (Ho and Lewis, 1987)
Koefisien Karbonasi (mm/tahun ½ ) Kategori Kualitas Beton < 3 Baik 3 – 6 Sedang > 6 Buruk

## 3. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini,  digunakan  metode  penelitian  eksperimental  untuk  melakukan  kajian  terhadap  karbonasi  dan workabilitas  ( fillingability dan passingability )  beton  mutu  tinggi  memadat  mandiri  dengan  variasi  komposisi metakaolin sebagai bahan pozzolan pengganti semen. Uji karbonasi dilakukan pada beton umur 28 hari. Benda uji yang  digunakan  adalah  beton  silinder  dengan  diameter  75  mm  dan  tinggi  150  mm  sebanyak  18  buah.  Pengujian dilakukan di Laboratorium Bahan dan Struktur Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.

## 3. 1. Pengujian Bahan Penyusun Beton dan Perancangan Mix Design
Pengujian  bahan  penyusun  beton  untuk  agregat  halus  adalah  uji  kadar  lumpur, specific  gravity ,  kandungan  zat organik,  dan  gradasi  agregat  halus.  Pengujian  agregat  kasar  terdiri  dari  uji  abrasi, specific  gravity ,  dan  gradasi agregat kasar. Pengujian kandungan metakaolin dilakukan menggunakan uji XRF  yang dilakukan di Laboratorium MIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta. Perancangan mix design mengacu pada EFNARC 2005, SNI 03-6468- 2000, dan penelitian sebelumnya oleh Putri (2018), Silviana Valentin (2019), dan Shi Hui-sheng (2009).
Pada  penelitian  ini  bahan-bahan  yang  digunakan  untuk  membuat  campuran  HSSCC  dengan  Variasi  Komposisi Metakaolin antara lain:
1. Agregat kasar
Agregat  kasar  yang digunakan  pada  penelitian  ini  adalah maksimum  10  mm  dan  minimum  6,75  mm.  Proporsi agregat kasar adalah 49% dari agregat keseluruhan.
2. Agregat halus
Agregat halus yang digunakan pada penelitian ini memiliki ukuran maksimum lebih kecil dari 4,75 mm setelah diayak. Proporsi agregat halus sebesar 51% dari volume agregat keseluruhan.
3. Metakaolin  yang  digunakan  berasal  dari  kaolin  yang  dihaluskan  dan  dibakar  pada  suhu  700°  C  selama  7  jam dengan volume substitusi terhadap semen sebesar 10%; 12,5%; 15%; 17,5%; dan 20% dari berat binder.
4. Faktor air semen sebesar 0,31.
5. Bahan campur ( admixture ) yang digunakan adalah superplasticizer dengan merk dagang BASF MasterGlenium Sky 8851 dengan kadar 1,5% dari berat binder.
Rekapitulasi mix design beton secara lengkap ditunjukkan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Rekapitulasi Mix Design beton Setiap 1 m 3
Kode Benda Uji Semen Metakaolin Agregat Halus Agregat Kasar Superplasticizer Air (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (lt/m 3 ) (lt/m 3 ) HSSCC MK - 0% 822,92 802,67 600,00 0,00 9,00 186,00 HSSCC MK - 10% 818,10 797,97 540,00 60,00 9,00 186,00 HSSCC MK - 12,5% 816,89 796,80 525,00 75,00 9,00 186,00 HSSCC MK - 15% 815,69 795,62 510,00 90,00 9,00 186,00 HSSCC MK - 17,5% 814,48 794,44 495,00 105,00 9,00 186,00 HSSCC MK - 20% 813,28 793,27 480,00 120,00 9,00 186,00

## 3. 2. Pengujian Parameter Memadat Mandiri
Pengujian parameter memadat mandiri berdasarkan EFNARC 2002, menggunakan abrams cone, papan alir dan V- funnel untuk pengujian fillingability, serta L-box untuk pengujian passingability.

## 3. 3. Pengujian Karbonasi Beton
Pengujian beton dilakukan dengan cara uji karbonasi laboratorium dipercepat dengan merendam benda uji  yang di- seal di  bagian  sampingnya  ke  dalam  larutan  karbonat  4%  selama  15  hari,  37  hari,  dan  51  hari  untuk  selanjutnya dibelah  menggunakan  CTM  dan  disemprot  menggunakan  indikator  phenolphthalein  1%  untuk  mengetahui kedalaman karbonasinya (R. Neves, 2013), Hongzhi Cui (2015).
Berdasarkan  Surat  Edaran  Menteri  PUPR  No.  25  Tahun  2015,  indikator  phenolphthalein  1%  untuk  pengujian karbonasi  dibuat  dengan  mencampurkan  1  g  phenolphthalein  dengan  90  ml  ethanol  dan  ditambahkan  air  suling hingga mencapai 100 ml. Hasil pengukuran dinyatakan hingga ketelitian 0,1 mm.
Media perendaman dan Compression Testing Machine dapat dilihat pada Gambar 1. dan Gambar 2.
Gambar 1. Media Pengujian Karbonasi
Gambar 2. Compression Testing Machine

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil  penelitian,  agregat  halus  yaitu  pasir  telah  memenuhi  persyaratan  yang  ditetapkan  oleh  ASTM dengan  nilai bulk  specific  gravity  SSD adalah  2,5867  gr/cm 3 ,  kandungan  lumpur  4,00  %,  dan  modulus  kehalusan 2,25.  Agregat  kasar  yaitu  kerikil  juga  telah  memenuhi  persyaratan  yang  ditetapkan  oleh  ASTM  dengan  nilai bulk specific  gravity  SSD sebesar  2,5742,  abrasi  26,92%,  dan  modulus  kehalusan  7,67.  Metakaolin  sebagai  pozzolan memiliki  kandungan  SiO 2 sebesar  65,89  %  dan  Al 2 O 3 sebesar  15,53%  yang  merupakan  unsur  utama  pembentuk semen.
Beton yang direncanakan pada penelitian ini adalah beton normal yang menurut SNI 03-2847-2000 memiliki berat jenis antara 2,2 gr/cm 3 – 2,5 gr/cm 3 . Hasil pengujian beton segar yang dilakukan pada penelitian ini yaitu parameter fillingability dengan  uji slump  flow dan V-funnel ,  serta  parameter passingability pada  uji L-box dapat  dilihat  pada Tabel 3 .
Tabel 3. Hasil Pengujian Beton Segar SCC
Nama Benda Uji Slump Flow V-funnel L-box D rata-rata T 500rata-rata Waktu Alir h 2 /h 1 (mm) (detik) (detik) (mm) HSSCC MK - 0% 755,0 3,11 10,38 0,951 HSSCC MK - 10% 742,5 3,47 10,45 0,938 HSSCC MK - 12,5% 732,5 3,58 11,03 0,938 HSSCC MK - 15% 727,5 4,23 11,31 0,888 HSSCC MK - 17,5% 717,5 4,44 11,57 0,886 HSSCC MK - 20% 705,0 4,50 12,24 0,872
Berdasarkan Tabel 3. di atas, hasil penelitian menunjukkan seluruh hasil pengujian beton segar pada uji slump flow dan L-box telah  memenuhi  persyaratan  EFNARC  2002.  Pada  pengujian slump  flow, seluruh  diameter  rata-rata berada pada nilai antara 650 – 800 mm dengan waktu alir diameter sebaran 500 mm berada di antara 2  – 5 detik. Pada pengujian L-box, perbandingan antara h 2 dan h 1 pada seluruh kadar substitusi metakaolin berada di antara 0,8 – 1.  Akan  tetapi,  pada  pengujian V-funnel dimana  persyaratan  waktu  alir  adalah  6  –  12  detik,  kadar  substitusi metakaolin  20%  tidak  memenuhi  persyaratan  waktu  alir  untuk  beton  mutu  tinggi  memadat  mandiri  menurut EFNARC 2002, dengan nilai waktu alir 12,24 detik.
Dari penelitian tersebut, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kadar substitusi metakaolin maka semakin kental pula campuran beton segar yang dihasilkan sehingga workabilitas beton semakin menurun. Hal tersebut dikarenakan sifat metakaolin yang seperti lempung, dimana metakaolin tersebut lebih mudah menyerap air daripada semen.

## 4.1. Hasil Pengujian Karbonasi Beton
Pada  pengujian  karbonasi,  penyemprotan  indikator  phenolphthalein  1%  akan  menimbulkan  reaksi  dan  perubahan warna pada beton. Bagian beton yang terkarbonasi tidak akan mengalami perubahan warna sedangkan bagian yang tidak terkarbonasi akan berubah warna menjadi merah muda keunguan seperti yang terlihat pada Gambar 3.
MK-0% 15 Hari
MK-12,5% 37 Hari
MK-15% 51 Hari
Gambar 3. Hasil Pengujian Karbonasi Beton
Hasil pengujian karbonasi pada konsentrasi karbondioksida 4% dengan variasi waktu 15 hari, 37 hari, dan 51 hari pada beton HSSCC dengan variasi komposisi metakaolin dapat dilihat pada Tabel 4. dan Gambar 4. di bawah ini.
Tabel 4. Hasil Pengujian Kedalaman Karbonasi Beton
Nama Benda Uji Kedalaman Karbonasi (mm) A (15 hari) B (37 hari) C (51 hari) Karbonasi MK - 0% 11,1 22,9 27,4 Karbonasi MK - 10% 8,7 15,4 21,6 Karbonasi MK - 12,5% 7,7 13,8 19,7 Karbonasi MK - 15% 5,9 12,5 16,0 Karbonasi MK - 17,5% 6,6 14,1 17,0 Karbonasi MK - 20% 7,3 14,6 17,5
Gambar 4. Grafik Hubungan Kedalaman Karbonasi dengan Variasi Komposisi Metakaolin
kedalaman karbonasi tidak terkarbonasi terkarbonasi
Berdasarkan Tabel 4. dan Gambar 4., dapat dilihat bahwa semakin lama waktu paparan beton terhadap CO 2 maka semakin  tinggi  kedalaman  karbonasi  beton.  Pada  ketiga  variasi  waktu  tersebut,  terjadi  pola  hasil  penelitian  yang sama,  yaitu  kedalaman  karbonasi  beton  tertinggi  terjadi  pada  beton  normal  tanpa  subtitusi  metakaolin,  kemudian terus mengalami penurunan berturut-turut pada kadar substitusi 10%; 12,5%; dan 15% dan mengalami peningkatan pada kadar substitusi 17,5% dan 20%.
Hasil pengujian tersebut kemudian dibandingkan dengan penelitian Eric I. Moreno, Romel Solis Carcano, dan Jorge Varela Rivera (2011), yang melakukan pengujian karbonasi terhadap beton dengan agregat batu kapur berdaya serap tinggi menggunakan 4 variasi faktor air semen yaitu 0,55; 0,62; 0,70; dan 0,80 dengan cara memaparkan benda uji ke dalam bilik karbonasi dengan konsentrasi CO 2 4% dan kelembaban udara 60%. Data pengujian Eric I. Moreno dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Data Pengujian Karbonasi Beton Agregat Kapur (Eric I. Moreno, Carcano, Rivera, 2011)
Nama Benda Uji Kedalaman Karbonasi (mm) A (15 hari) B (37 hari) C (51 hari) Karbonasi BK – 0,55 7,8 14,6 n.a. Karbonasi BK – 0,62 10,8 20,2 23,1 Karbonasi BK – 0,70 13,7 24,2 37,5 Karbonasi BK – 0,80 15,7 37,5 n.a.
Dari hasil pengujian kedalaman karbonasi dan data pengujian karbonasi Eric I. Moreno, Romel Solis Carcano, dan Jorge  Varela  Rivera  (2011),  dapat  dibuat  grafik  perbandingan  kedalaman  karbonasi  beton  yang  disajikan  pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Perbandingan Nilai Kedalaman Karbonasi Beton
Gambar 5. menunjukkan bahwa hasil pengujian karbonasi yang telah dilakukan menghasilkan trend line yang sama dengan penelitian Eric I. Moreno, Romel Solis Carcano, dan Jorge Varela Rivera (2011). Kedua metode pengujian yang dilakukan, baik dengan metode paparan terhadap larutan CO 2 4% maupun metode paparan dalam bilik dengan konsentrasi  CO 2 4%  memberikan  pola  hasil  yang  sama,  yaitu  kedalaman  karbonasi  mengalami  kenaikan  seiring dengan  bertambahnya  waktu  paparan  dan  penggunaan  bahan  tambah  metakaolin  dengan  kadar  tertentu  dapat menurunkan  kedalaman  karbonasi  yang  terjadi.  Beton  dengan  bahan  tambah  metakaolin  menghasilkan  kedalaman
karbonasi yang lebih rendah dibandingkan dengan beton normal maupun beton dengan agregat batu kapur, dimana beton  dengan  kadar  substitusi  metakaolin  15%  menghasilkan  kedalaman  karbonasi  paling  rendah.  Hal  tersebut dikarenakan  metakaolin  merupakan  pozzolan  yang  dapat  meningkatkan  daya  rekat  antar  agregat  yang  terkandung dalam  beton  melalui  reaksi  kimia  dan  partikelnya  yang  kecil  dapat  mengisi  rongga  antar  agregat,  yang  akan mengurangi tingkat porositas dan permeabilitas beton, sehingga dapat mengurangi kedalaman karbonasi yang terjadi pada beton (Edna Possan, 2017).
Laju  karbonasi  beton  dapat  ditentukan dari  koefisien  karbonasinya,  yang diperoleh  dari data  kedalaman  karbonasi dan waktu paparan. Dari data kedalaman karbonasi, ditentukan koefisien karbonasi beton menggunakan Persamaan 1  dan  kemudian dikonversi  menjadi  koefisien  karbonasi  nominal,  yaitu koefisien  karbonasi  pada  kondisi  atmosfer normal menggunakan Persamaan 2 yang dapat dilihat pada Tabel 6. dan Tabel 7. untuk selanjutnya disajikan grafik hubungan antara koefisien karbonasi dan variasi komposisi metakaolin pada Gambar 6.
Tabel 6. Hasil Perhitungan Koefisien Karbonasi Beton (Accelerated Laboratory Carbonation)
Nama Benda Uji Koefisien Karbonasi (mm/tahun ½ ) A (15 hari) B (37 hari) C (51 hari) Rata-rata Karbonasi MK - 0% 54,75 71,93 73,30 66,66 Karbonasi MK - 10% 42,92 48,37 57,78 49,69 Karbonasi MK - 12,5% 37,98 43,34 52,70 44,68 Karbonasi MK - 15% 29,10 39,26 42,80 37,06 Karbonasi MK - 17,5% 32,56 44,29 45,48 40,77 Karbonasi MK - 20% 36,01 45,86 46,82 42,89
Tabel 7. Hasil Perhitungan Koefisien Karbonasi Beton Nominal
Nama Benda Uji Koefisien Karbonasi (mm/tahun ½ ) k 4%CO2 k 0,04%CO2 Karbonasi MK - 0% 66,66 6,67 Karbonasi MK - 10% 49,69 4,97 Karbonasi MK - 12,5% 44,68 4,47 Karbonasi MK - 15% 37,06 3,71 Karbonasi MK - 17,5% 40,77 4,08 Karbonasi MK - 20% 42,89 4,29
Gambar 6. Grafik Hubungan Koefisien Karbonasi Nominal dengan Variasi Komposisi Metakaolin
Berdasarkan  Tabel  7.  di  atas,  menunjukkan  semua  nilai  koefisien  karbonasi  nominal  pada  kadar  substitusi  10%; 12,5%; 15%; 17,5%; dan 20% berkisar antara 3 mm/tahun ½ - 6 mm/tahun ½ yang berdasarkan Tabel 1 dikategorikan sebagai  beton  dengan  kualitas  sedang.  Berdasarkan  hasil  penelitian,  diperoleh  nilai  kadar  substitusi  metakaolin terbaik untuk menurunkan kedalaman karbonasi beton adalah 15%. Pada beton normal tanpa substitusi metakaolin, diperoleh  koefisien  karbonasi  nominal  sebesar  6,67  mm/tahun ½ yang  berdasarkan  kategori  termasuk  dalam  beton berkualitas  buruk.  Kemudian,  pada  substitusi  kadar  10%  koefisien  karbonasi  nominal  turun  menjadi  4,97 mm/tahun ½ . Pada substitusi kadar 12,5% koefisien karbonasi nominal kembali turun menjadi 4,47 mm/tahun ½ . Pada substitusi  kadar  15%  koefisien  karbonasi  nominal  turun  menjadi  3,71  mm/tahun ½ ,  yang  merupakan  nilai  terendah dari  seluruh  kadar  substitusi.  Pada  substitusi  kadar  17,5%  koefisien  karbonasi  nominal  mengalami  sedikit peningkatan menjadi 4,08 mm/tahun ½ . Pada substitusi kadar 20% koefisien karbonasi nominal kembali meningkat menjadi  4,29  mm/tahun ½ .  Substitusi  metakaolin  dengan  kadar  10%;  12,5%;  15%;  17,5%;  dan  20%  berturut-turut menurunkan  koefisien  karbonasi  sebesar  25,46%;  32,98%;  44,41%;  38,83%  dan  35,65%  dari  beton  normal. Berdasarkan  perhitungan  dengan  persamaan  regresi  linier  pada  Gambar  6. diperoleh  kadar  substitusi  metakaolin optimum yang dapat digunakan untuk menurunkan laju karbonasi beton, yaitu sebsar 16,18%.
Karbonasi  terjadi  apabila  CO 2 terpenetrasi  ke  dalam  beton,  larut  dalam  air  dan  membentuk  asam  karbonat, kemudian  bereaksi  dengan  Ca(OH) 2 sebagai  hasil  dari  hidrasi  semen  dan  membentuk  CaCO 3 .  Berdasarkan penelitian ini, metakaolin sebagai pozzolan dapat menurunkan laju karbonasi pada beton karena reaksi pozzolanik pada metakaolin mengubah Ca(OH) 2 menjadi C-S-H tambahan yang dapat meningkatkan kekuatan dan daya rekat antara agregat yang terkandung dalam beton melalui reaksi kimia, sehingga akan mengurangi tingkat porositas dan permeabilitas  beton.  Reaksi  pozzolanik  metakaolin  yang  mengubah  Ca(OH) 2 hasil  hidrasi  semen  menjadi  C-S-H menghasilkan  beton  yang  lebih  tahan  terhadap  serangan  karbon,  klorida,  dan  sulfat  karena  akan  menghambat  dan mengurangi  reaksi  Ca(OH) 2 dengan  H 2 CO 3 yang  merupakan  hasil  reaksi  antara  CO 2 dengan  air,  sehingga  dapat mengurangi laju karbonasi yang terjadi.
Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Sanjay  N.  Patil,  Anil  K.  Gupta,  dan  Subhash  S.  D.  (2011),  pada penambahan  metakaolin  terjadi  reaksi  pozzolanik  yang  mengubah  Ca(OH) 2 yang  merupakan  produk  sampingan yang tidak diinginkan dari proses hidrasi semen menjadi C-S-H (sementitius) sebagai perekat tambahan yang dapat meningkatkan kuat tarik, kuat tekan, dan daya rekat antar agregat pada beton melalui reaksi kimia. Metakaolin akan memperkecil  ukuran  pori  dalam  pasta  semen  dan  mengubah  banyak  partikel  halus  menjadi  pori-pori  yang  tidak kontinyu, sehingga dapat mengurangi permeabilitas beton secara substansial.  Reaksi pozzolanik metakaolin adalah sebagai berikut :
C 3 S, C 2 S + H 2 O =>
C-S-H + Ca (OH) 2 semen +
air
=>
kalsium silikat hidrat
+ kalsium hidroksida Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 .2SiO 2 => C-S-H + C 2 ASH 8 , C 4 AH 13 , C 3 AH 6 kalsium hidroksida +
metakaolin => kalsium silikat hidrat + kristal
Penambahan metakaolin berfungsi sebagai penutup rongga karena menghasilkan senyawa C-S-H yang akan mengisi pori-pori halus  ( filler  effect) dalam  pasta  semen dan  peningkatan daya  rekat  yang  terjadi  akan  mengurangi  tingkat porositas  beton  dan  meningkatkan  kepadatan  beton.  Semakin  kecil  rongga  yang  terbentuk  dan  tertutupnya interkonektivitas  antar  rongga  akan  mengakibatkan  terjadinya  deperkolasi  yang  dapat  memutus  hubungan  antara pori dengan zona interfasial, sehingga memperkecil tingkat penyerapan beton terhadap zat cair maupun gas.
Penambahan metakaolin sebagai substitusi semen yang melebihi batas optimumnya akan  mengakibatkan terjadinya penurunan  kualitas  beton.  Hal  tersebut  dikarenakan  metakaolin  yang  terlalu  banyak  disubstitusikan  akan mengurangi prosentase semen sebagai bahan pengikat utama dalam campuran beton, sehingga reaksi hidrasi semen dan metakaolin belum terjadi secara optimal.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  serta  analisis  data  dan  pembahasan  yang  telah  dilakukan,  maka  pada  kajian karbonasi pada beton mutu tinggi memadat mandiri dengan variasi komposisi metakaolin dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Penambahan variasi metakaolin sebagai pozzolan pengganti semen yang tidak melebihi batas optimumnya dapat menurunkan  laju  karbonasi  beton.  Pada  beton  normal  tanpa  metakaolin  koefisien  karbonasi  nominal  mencapai 6,67  mm/tahun ½ ,  dimana  dengan  mensubtitusikan  semen  dengan  metakaolin  dengan  kadar  10%;  12,5%;  15%; 17,5%;  dan  20%  berturut-  turut  akan  menurunkan  koefisien  karbonasi  nominal  sebesar  25,46%;  32,98%;
44,41%;  38,83%  dan  35,65%  dari  beton  normal.  Koefisien  karbonasi  terendah  terjadi  pada  kadar  substitusi metakaolin 15% dengan koefisien karbonasi nominal sebesar 3,71 mm/tahun ½ .
2. Penambahan variasi metakaolin sebagai pozzolan pengganti semen pada campuran beton mutu tinggi memadat mandiri  menyebabkan  workabilitas  beton  menurun  pada  pengujian slump  flow,  V-funnel,  dan  L-box seiring dengan  semakin  tingginya  kadar  metakaolin  yang  disubstitusikan  karena  metakaolin  yang  bersifat  seperti lempung  membuat  campuran  semakin  kental.  Akan  tetapi,  dalam  penelitian  ini,  pada  semua  kadar  substitusi metakaolin masih memenuhi syarat beton memadat mandiri berdasarkan EFNARC 2002.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim.  (2000). SNI  03-6468-2000  Tata  Cara  Perencanaan  Campuran  Tinggi  Dengan  Semen  Portland  Dengan Abu Terbang. Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.
Anonim. (2002). EFNARC 2002 Spesification and Guidelines for Self-Compacting Concrete.
Anonim. (2005). EFNARC 2005 Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete.
Anonim.  (2015). Surat  Edaran  Menteri  Pekerjaan  Umum  dan  Perumahan  Rakyat.No.  25  Tahun  2015  Pedoman Metode Uji Pengukuran Kedalaman Karbonasi Beton Keras. Kementerian PUPR, Jakarta.
B.  Bary  (2004), Coupled  moisture—carbon  dioxide–calcium  transfer  model  for  carbonation  of  concrete ,  Cement and Concrete Research 34, pp 1859–1872.
D.C.  Park,  (2008), Carbonation  of  concrete  in  relation  to  CO2  permeability  and  degradation  of  coatings , Construction and Building Materials 22, pp. 2260–2268. doi:10.1016/j.conbuildmat.2007.07.032
Edna Possan, (2017), CO2 uptake potential due to concrete carbonation: A case study , Case Studies in Construction Materials 6, pp. 147–161. http://dx.doi.org/10.1016/j.cscm.2017.01.007
Ekolu, S.O. (2016). A Review on Effects of Curing, Sheltering, and CO 2 Concentration Upon Natural Carbonation of Concrete. University of Johannesburg, Afrika Selatan.
Ho,  D.W.,  Lewis  R.K.  (1987). The  Water  Sorptivity  of  Concretes:  The  Influences  of  Constituents  Under  Curing. Durability of Building Materials, 241-252.
Hongzhi Cui (2015), Experimental study on effects of CO2 concentrations on concrete carbonation and diffusion mechanisms , Constructionand Building Materials 93 pp. 522–527, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.06.007
Huet B., (2011), A review of Portland cement carbonation mechanisms in CO2 rich environment , Energy Procedia 4, pp. 5275–5282. doi:10.1016/j.egypro.2011.02.507
In-Seok  Yoon,  (2007), Effect  of  global  climatic  change  on  carbonation  progress  of  concrete ,  Atmospheric Environment 41, pp. 7274–7285. doi:10.1016/j.atmosenv.2007.05.028
Isabel Galan, (2013), Natural and accelerated CO2 binding kinetics in cement paste at different relative humidities , Cement and Concrete Research 49, pp. 21–28. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.03.009
L.  A.  Indriyanto  (2020), Pengaruh  Penambahan  Air  Laut  pada  Masa  Perawatan  terhadap  Infiltrasi  Ion  Klorida pada Beton dengan Penambahan Fly Ash 12.5%, Jurnal Riset Rekayasa Sipil Universitas Sebelas Maret,  Vol. 3 No. 2, Maret 2020, pp 61-67
Moreno, E.I., Sagues, A.A. (1998). Carbonation-induced Corrosion on Blended-Cement Concrete Mix Designs for Highway Structures, CORROSION/1998 Paper No. 636. NACE International, Houston, TX.
Moreno, E.I. (1999). Carbonation of Blended Cement Concretes. Ph.D. Dissertation, University of South Florida.
Moreno, E.I., Castro, P., Leal-Murguia J. (2002). Carbonation-induced Corrosion of Urban Concrete Buildings in Yucatan, Mexico, CORROSION/2002 Paper No. 220. NACE International, Houston, TX.
Namartha, et  al .  (2016). Metakaolin  –  The  Best  Material  for  Replacement  of  Cemenr  in  Concrete. IOSR-JMCE, India.
Neville, A.M. (1987). Concrete Technology. Longman Scientific Technical, New York.
Papadakis, (1991), Experimental investigation and Mathematical Modeling of The Concrete Carbonation Problem , Chemical Engineering Science Vol. 46, No. 5/6, pp. 1333-1338
Patil,  S.N.,  Gupta,  A.K.,  Deshpande,  S.  (2016). Metakaolin  –  Pozzolanic  Material  for  Cement  in  High  Strength Concrete, IOSR-JMCE, India.
R.  Neves  (2013), Field  assessment  of  the  relationship  between  natural  and  accelerated  concrete  carbonation resistance , Cement & Concrete Composites 41, pp 9–15, http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.04.006
Shi Hui-sheng, (2009), Influence of mineral admixtures on compressive strength, gas permeability and  carbonation  of  high  performance  concrete ,  Construction  and  Building  Materials  23,  pp.  1980–1985. doi:10.1016/j.conbuildmat.2008.08.021
Valentin,  S.  (2019). Kajian  Serapan  dan  Penetrasi  pada  Beton  Mutu  Tinggi  Memadat  Mandiri  dengan  Variasi Komposisi Metakaolin. Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Warda  Ashraf,  (2016), Carbonation  of  cement-based  materials:  Challenges  and  opportunities ,  Construction  and Building Materials 120, pp. 558–570. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.080
Xin  Ruan,  (2011), Mesoscopic  simulation  method  of  concrete  carbonation  process,  Structure  and  Infrastructure Engineering , Vol. 8, No. 2, pp.  99–110. http://dx.doi.org/10.1080/15732479.2011.605370