makalah korosi

5/16/2018 Makalah Korosi - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-korosi-55ab4f5b337f5 1/7

Majalah Ilmiah Al-Jibra, ISSN 1411-7797, Vol. 12, No.41. Agustus 2011

STUDI KAJIAN UJI PENETRASI ION KLORIDA BETON

BERTULANG

Andi Alifuddin Dosen Teknik Sipil Universitas Muslim Indoensia, Makassar

Jln. Urip Sumiharjo Km. 05 Makassar, (0411) 443685

Abstrak

Fenomena korosi pada suatu struktur, umumnya diawali oleh rusaknya lapisan film

( passive film) baja tulangan akibat kabornasi atau aksi ion klorida . Selanjutnya

dengan adanya pengaruh luar yang membawa unsur oksigen (02) dan air (H2O), maka

proses korosi segera berlangsung. Penelitian ini difokuskan pada studi parameter yang

mempengaruhi penetrasi ion klorida pada selimut beton dengan berbagai metode uji

dalam hal metode Nordtest NT Build 443 ( Bulk Diffusion Test ), metode Andrade-1

(60Volt), metode Andrade-2 (12 Volt), serta Metode ASTM C1202-94 ( Rapid

Chloride Permeability Test) dengan mutu beton K-300.K-400, dan K-500. Paramateryang dimaksud adalah nilai koefisien difusi (D) dengan menggunkan konsep Hukum

Fick untuk pergerakan non-ionik dan persamaan Nernst-Plank . Dari hasil penelitian

menunjukkan bahwa dari empat metode uji yang digunakan dalam penelitian ini,

metode ASTM C1202-94 ( Rapid Cholride Permeability Test ) merupakan metode

tercepat memberikan informasi yakni untuk mutu beton K-300; D = 5.7 x 10-8

cm2 /detik, K-400; D = 5.2 x 10

-8cm

2 /detik, dan untuk mutu beton k-500; D = 4.9 x

10-8

cm2 /detik. Adanya perbedaan hasil perhitungan nilai koefisien difusi yang

diterapkan dari ketiga metode uji yang diterapkan dalam penelitian ini dipengaruhi

oleh beberapa factor antara lain : larutan yang digunakan, lamanya pengujian, dan

pendekatan persamaan yang digunakan.

Kata kunci : Korosi, ion klorida, dan kofisien difusi

1. Pendahuluan Korosi baja tulangan pada sistim strukturbeton bertulang akibat unsur klorida ,

dapat terjadi karena faktor dari dalam

dan factor dari luar beton. Faktor dari

dalam beton dapat bersumber dari

unsure klorida yang tercampur ke dalam

adukan beton sedemikian sehinggamenjadi ion klorida bebas. Sumber unsur

klorida tersebut, biasanya terdapat pada

bahan tambahan akselarsi (acceleration

admixture) berupa kalsium klorida.

Sedangkan faktor dari luar, umumnya

terdapat di lingkungan laut yang

mengandung garam (NaCl(ag)). Pada

prinsipnya korosi akibat klorida padastruktur beton bertulang akan

mengakibatkan banyak masalah terhadap

kinerja bangunan yang sudah didesainsecara keseluruhan. Dalam kaitan

tersebut, hingga saat ini belum ada

standarisasi metode test penetrasi ion

klorida ke dalam material beton. Namun

demikian konsep pendekatan yang

digunakan dengan menggunakan konsep

persamaan umum transfer massa.

Konsep ini lebih dikenal sebagai hukum

Fick untuk pergerakan non-ionik danpersamaan Nernst-Plank untuk

pergerakan ionic.

2. Mekanisme Korosi Pada Beton

Bertulang

Beton adalah suatu material yangterbentuk dari campuran pasta semen

(adukan semen dan air) dengan agregat

(pasir dan kerikil), yang bisa

ditambahkan dengan suatu bahan

additive dan admixture tertentu sesuaikebutuhan untuk mencapai kenerja




( performance) yang dinginkan. Semen

Portland yang ,mengandung trikalsium-silikat (C3S) dan dikalsium silikat (C2S)

jika bereaksi dengan, akan menghasilkan

kalsium silikat hidrat (CSH) dan kalsiumhidrosida (Ca(OH)2). Adanya kalsium

hidrosida (Ca(OH)2) dapat menimbulkan

kelemahan pada beton karena sifatnya

yang mudah larut. Disisi lain denganadanya kalsium hidrosida tersebut, pasta

semen menjadi bersifat alkali (bas)dengan pH antara 12,5-13,8. Baja

tulangan yang dipasang di dalam betonakan terlindung terhadap korosi karena

adanya oksida mikroskopik yang

terbentuk pada permukaan baja tulangan.

Lapisan tipis yang terbentuk ini seringdisebut sebagai passive layer atau Fe2O3

dengan ketebalan ±10 nm. Lapisan dapat

terbentuk karena tingginya alkalinitas

beton dengan pH antara 12,5-13,8.Lapisan pasif tersebut dapat rusak secara

lokal atau menyeluruh pada permukaanbaja tulangan karena karbonasi atau

penetrasi ion klorida. Proses karbonasiterjadi karena beton merupakan material

terpenetrasi oleh karbon dioksida. Secara

sederhana proses korosi dapatdipisahkan menjadi dua proses yaituproses anodik dan katodik.

Proses anodic adalah pelarutan dari besi,

dimana ion Fe yang bermuatan positif

terlepas ke dalam larutan. Selanjutnya

kelebihan elektron besi akan terikat oleh

air dan oksigen pada katoda, sehingga

membentuk ion hirdoksil.

Gambar 1 Korosi pada baja tulangan

3. Mekanisme Transportasi Ion

Klorida

Proses pengkorosian baja tulangan

terdiri dari dua tahap, yaitu :

a. Tahap inisasi yaitu awal proses

masuknya klorida dari luar ke dalam

tulangan.

b. Tahap propagasi yaitu tahap

pengkorosian baja tulangan karena

klorida sudah dapat mencapai baja

tulangan yang pada akhirnya

menimbulkan pengrusakan baja

tulangan tersebut.

Waktu inisasi klorida tergantung dariketebalan selimut beton, karena ion

klorida membutuhkan waktu tertentu

untuk menembus selimut beton.

Semakin tebal selimut beton maka

semakin sulit (lama) klorida untuk mencapai baja tulangan. Faktor yang

menentukan dalam penetrasi klorida

adalah waktu yang dibutuhkan oleh ion

korida untuk bisa menembus selimut

beton dan kemudian mengkorosi baja,

dalam hal ini adalah nilai difusi (D) atau

tingkat permeabilitas beton (m2 /detik).

Mekanisme transportasi ion klorida

secara difusi tidak dipengaruhi oleh air,

dalam arti air sebagai pengalir ion

klorida ke dalam beton. Dalam prosespenetrasi ion klorida dikenal nilai D atau

koefisien difusi yaitu koefisien yang

menimbulkan kemampuan mentransfer

suatu zat kimia dalam satuan meter

persegi per detik (cm2 /detik). Nilai

koefisien ini menjadi penting karena

pada intinya penelitian tentang penetrasi

klorida ditujukan untuk mengetahui

realibiltas beton (umur/kekuatan) pada

kondisi terekspos klorida (air laut).

4. Hukum Fick

Nilai flux (F) sebanding dengan

perkalian gradient nilai dc/dx difusi Deff

(m2 /detik). Hubungan nilai tersebut

dikemukakan dalam Hukum Fick.ke1

dan ke-2

x

C (x,t) = C1 + (Cs - Ct) erfc (1) √4tD




Dimana C(x,t) merupakan nilai klorida

pada beton yang merupakan fungsi dari

kedalaman/jarak (x) dari permukaan

beton yang terekspos klorida dan t

adalah waktu/durasi terekspos klorida

dalam detik, C1 merupakan nilai awal

klorida pada material beton dan Cs

adalah nilai kadar konsentrasi klorida

diluar/permukaan beton.

Nilai-nilai tersebut diatas dapat dicari

dengan prosedur standar uji NT BUILD

443. Sebagai gambaran, pengujian ini

menggunakan beton yang dicelup pada

larutan 165 gram NaCl per liter selama

jangka waktu 35 hari. Dssd merupakan

koefisien difusi klorida (nssd = non-steady state diffusion) dan erf

merupakan error function

complementary.

5. Konsep Nernst-Plank

Meskipun dengan menggunakan

persamaan Nernst-Plank tetapi

dipndang belum bisa dengan baik

mewakili berbagai hubungan kondisi

beton secara fisik dan kimiawi terhadap

waktu.

6. Metode Uji Penetrasi Ion Klorida

a. Bulk Diffusion Test (Nordtest NT

Build 443)

Bulk diffusion test diperuntukkan untuk

mangatasi beberapa kekurangan yang

terjadi pada salt ponding test. Nordtest

adalah model tes yang pertama yangmerupakan versi standarisasi dari tes

bulk diffusion. Konsep Dasar analisa

hasil pengujian metode ini adalah hokum

Fick ke-2 yaitu:

Secara teoritis pengunaan Fick ’s Law

pada perhitungan predeksi penetrasi ion

korida adalah tidak tepat. Alasannya

adalah Fick ’s Law hanya dapat

digunakan untuk non-ionic diffusant melalui medium homogen.

Sesungguhnya, penetrasi klorida pada

beton merupakan proses transportasi

ionik (yang melibatkan ion klorida CI-).

Dengan demikian analisa terhadap

ekspermental yang dikondisikan pada

keadaan laut yang sebenarnya, nilai-nilai

konsentrasi klorida (C3) dan difusi (D)

tidak dapat dianggap konstan terhadap

waktu. Harus diakui bahwa baik secara

teoritis maupun praktis persamaan yangditurunkan dari hokum Fikc di dalam

memperkirakan penetrasi ion klorida ke

dalam pori-pori beton, tidak dapat

digunjan begitu saja. Persamaan

Nornst/Nernst-Plank lebih bisa

mewakili pergerakan ion.

z.F.Deff .Cct.∆E

J = (2)

R.T.L

∂C ∂2C

= Dnssd (3)

∂t ∂x2

Dimana c adalah kandungan klorida total

di dalam benda uji beton, Dnssd adalahkoefisien difusi non-steady state

diffusion, x adalah kedalaman, dan t

adalah waktu. Dalam prakteknya, Dnssd

ditetapkan berdasarkan curve fitting

profil ion klorida yang terukur pada

kurva fungsi error ( error function curve)

. x

Cx=Cs – (Cs- Ct) erf (4)

2√Dnssd.t

Dimana Cs dan Ci adalah berturut-turu

ion klorida dipermukaan dan ion klorida

awal.

Jika diasumsikan ion klorida awal

(Ci = 0), maka persamaan (4) dapat

dituliskan dalam bentuk :




x

Cx=Cserf (5)

2√Dnssd.t

b. Metode Andrade-1 dan Andrade-2(60 Volt dan 12 Volt)

Metode Andrade merupakan metode

pengujian penetrasi ion klorida yang

didasarkan persamaan Nernst-Plank

dengan bentuk persamaan :

x

Cx=Cserf (5)

2√ M.Ddtf.t

Prosedur penentuan nilai difusi untuk

metode ini sama dengan metode yang

digunakan pada metode Nordtest NT

Build 443 (Bulk Diffusion Test).

c. Metode ASTM C1202-94 ( Rapid

Chloride Permeability Test ).

Nilai coulumbs dapat dihitung

berdasarkan aturan trapezium denganrentang waktu 30 menit. Bentuk

persamaan yang digunakan adalah

sebagai berikut :

Q = 900 (I0 + 2I30 + 2I60 + ...,…,…2I330

+ I360) (6)

Dimana :

Q = Nilai coulombs

Io = Arus listrik awal saat hubungan

lisrik dialirkan (ampere)

It = Arus listrik pada saat t setealh

hubungan listrik dialirkan

Selanjutnya untuk menghitung nilai

koefisien difusi (D), pendekatan empiricyang digunaka yaitu :

Dapprox = 0.0103 x 10-8

, Q0,84

(7)

Ada beberapa kekurangan yang diajukan

pada metode ini meskipun metodenya

telah diadopsi sebagi sebagai sebuah tes

acuan/standar yang telah secara luasdigunakan dalam leteratur dan telah

digunakan untuk memberikan batasan

permeabilitas sesuai standarisasi

CSA/S413-94. Semakin rendah mutu

beton, semakin besar arus listrik yang

diberikan sehingga semakin tinggi pula

energi panas yang dihasilkan. Akibatnya

cenderung berpengaruh pada ketepatan

perhitungan jumlah ion klorida yang

terpenetrasi ke dalam material beton.

Metode ini memiliki akurasi pengukuran

yang kurang memuaskan, meskipun

mengacu pada “ Rapid Chloride

Permeability Test “ . Hal ini disebabkan

karena yang diukur bukan permeabilitas

( permeability) tetapi pergerakan ionnya,

dimana ion-ion yang diukur tersebut

bukan hanya ion-ion klorida saja tetapiada juga ion-ion lainnya.

7. Hasil Pengujian

Data hasil pengujian ketiga metode

tersebut dapat dilihat gambar dibawah

ini,

Gambar 2. Hubungan klorida dengan

kedalaman beton K-300






Hasil analisis dengan metode pengujian

Nordtest NT Build 443 (Bulk Diffusion

Test) untuk ketiga mutu beton masing-

masing K-300, K-400, dan K-500,menunjukkan bahwa nilai koefesien

difusi non-steady state duffision (Dnssd )

yang diperoleh untuk ketiga mutu betonberturut-turut adalah sebesar 0,98

cm2 /detik, 0,87 cm

2 /detik, dan 0,81

cm2 /detik.



Dari ketiga grafik tersebut diatas

menunjukkan pola konsentrasi ion

klorida pada setiap kedalaman

cenderung mengikuti fungsieksponensial. Metode Nordtes

memberikan pola distribusi ion klorida

yang relative lebih tajam dibandingkan

dengan metode Andrade-1 dan Andrade-

2. Terlihat pula dari ketiga grafik

tersebut bahwa semakin tinggi mutubeton, semakin rendah konsentrasi ion

klorida yang terpenetrasi ke dalam pori-pori beton. Hasil analisis menunjukkan

bahwa nilai koefisien difusi (Ddif ) yang

diperoleh pada metode Andrade-1 (60

Volt) untuk beton mutu K-300, K-400,

dan K-500, berturut-turut adalah sebesar

0,85 cm2 /detik, 0,82 cm

2 /detik, dan 0,76

cm2 /detik. Sedangkan metode Andrade

(12 Volt) berturut-turut adalah sebesar

0,82 cm2 /detik, 0,73 cm

2 /detik, dan 0,65

cm2 /detik. Secara keseluruhan hasil

analisis menunjukkan bahwa semakin

tinggi mutu beton semakin rendah

koefisien difusinya.

Gambar 5. Hubungan arus listrik dengan

waktu menurut metode

ASTM C1202-94

Hasil analisis menunjukan nilai

coulombs (Q) bagi ketiga mutu benda uji

beton masing-masing k-300, K-400, danK-500 berturut-turut sebesar 1407

coulombs, 1266 coulombs, dan 1179

coulombs. Selanjutnya dengan

menggunakan persamaan (7), diperoleh

nilai difusi masing-masing sebesar 5,7 x

10-8

cm2 /detik untuk mutu beton K-300,

5,2 x 10-8

cm2 /detik untuk mutu beton K-

400, dan 4,9 x 10-8

cm2 /detik untuk mutu

beton K-500.

8. Kesimpulan

Berdasarkan uraian dan analisis yang

dikemukana sebelumnya, dapat

disimpulkan sebagai berikut :

a. Diantara ketiga metode uji yang

diterapkan di dalam penelitian ini,

metode uji ASTM C1202-94 ( Rapid

Chloride Permeability Test )

merupakan tercepat memberikan

informasi untuk masing-masing

ketiga mutu beton sebesar 5,7 x 10-8

cm2 /detik untuk K-300, 5,2 x 10

-8

cm2 /detik untuk K-400, dan dan 4,9

x 10-8

cm2 /detik untukl K-500

b. Mekanisme yang sangat

bertpengaruh pada proses penetrasi

ion klorida ke dalam pori-pori beton

adalah difusi. Sedangkan absorpsi

dan permeasi hanya turut membantu

proses masuknya ion klorida tersebut

di sekitar permukaan benda ujibeton.




c. Perbedaan hasil perhitungan nilai

koefsien difusi yang diperlihatkan

dari ketiga metode uji yang

diterapkan dipengaruhi oleh

beberapa factor antara lain : larutan

yang digunakan, lamanya pengujian,

dan pendekatan persamaan yang

digunakan.

9. Daftar Pustaka

1. ACI Committee 211,4R-95 (1995), ;

Guide For Selection Proportional for

High-Strength Concrete with

Portland an Fly Ash (ACI-211),

ACI, Journal Detroit, Michigan,

19932. ASTM, 1993, Cement Lime ;

Gypsum, Vol.04.01, Easton, MID.

3. ASTM, Concrete and Aggregates,

Vol.04.02, Easton , MID, U.S.A

4. Metha, P.K, 1986, Concrete

Structure, Properties, and Material,

Printice-Hall, New Jesdey.

5. Taylor,H.F.W, 1997, Cement

Chemistry, 2nd

Edition, Thomas

Telford, London.

makalah korosi

Documents