makalah korosi

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

STUDI KAJIAN UJI PENETRASI ION KLORIDA BETON BERTULANGAndi AlifuddinDosen 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. Paramater yang 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 10-8 cm2/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 struktur beton 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 sehingga menjadi 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 pada struktur beton bertulang akan mengakibatkan banyak masalah terhadap kinerja bangunan yang sudah didesain secara 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 dan persamaan Nernst-Plank untuk pergerakan ionic. 2. Mekanisme Korosi Pada Beton Bertulang Beton adalah suatu material yang terbentuk dari campuran pasta semen (adukan semen dan air) dengan agregat (pasir dan kerikil), yang bisa ditambahkan dengan suatu bahan additive dan admixture tertentu sesuai kebutuhan untuk mencapai kenerja


(performance) yang dinginkan. Semen Portland yang ,mengandung trikalsiumsilikat (C3S) dan dikalsium silikat (C2S) jika bereaksi dengan, akan menghasilkan kalsium silikat hidrat (CSH) dan kalsium hidrosida (Ca(OH)2). Adanya kalsium hidrosida (Ca(OH)2) dapat menimbulkan kelemahan pada beton karena sifatnya yang mudah larut. Disisi lain dengan adanya kalsium hidrosida tersebut, pasta semen menjadi bersifat alkali (bas) dengan pH antara 12,5-13,8. Baja tulangan yang dipasang di dalam beton akan terlindung terhadap korosi karena adanya oksida mikroskopik yang terbentuk pada permukaan baja tulangan. Lapisan tipis yang terbentuk ini sering disebut 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 permukaan baja tulangan karena karbonasi atau penetrasi ion klorida. Proses karbonasi terjadi karena beton merupakan material terpenetrasi oleh karbon dioksida. Secara sederhana proses korosi dapat dipisahkan menjadi dua proses yaitu proses 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.

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 dari ketebalan 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 proses penetrasi 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 xC (x,t) = C1 + (Cs - Ct) erfc (1)

Gambar 1 Korosi pada baja tulangan 3. Mekanisme Klorida Transportasi Ion

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 = nonsteady state diffusion) dan erf merupakan error function complementary. 5. Konsep Nernst-Plank Secara teoritis pengunaan Ficks Law pada perhitungan predeksi penetrasi ion korida adalah tidak tepat. Alasannya adalah Ficks 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 yang diturunkan 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= R.T.L (2)

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 yang merupakan versi standarisasi dari tes bulk diffusion. Konsep Dasar analisa hasil pengujian metode ini adalah hokum Fick ke-2 yaitu: C = Dnssd2

2C (3)

t x Dimana c adalah kandungan klorida total di dalam benda uji beton, Dnssd adalah koefisien 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) . Cx=Cs(Cs- Ct) erf 2Dnssd.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 (4)


x Cx=Cserf 2Dnssd.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 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 dengan rentang 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 empiric yang digunaka yaitu : Dapprox = 0.0103 x 10-8 , Q0,84 (7) (5) (5)

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 tetapi ada 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

Ada beberapa kekurangan yang diajukan pada metode ini meskipun metodenya telah diadopsi sebagi sebagai sebuah tes acuan/standar yang telah secara luas digunakan dalam leteratur dan telah

Gambar 3. Hubungan klorida dengan kedalaman beton K-400


Hasil analisis dengan metode pengujian Nordtest NT Build 443 (Bulk Diffusion Test) untuk ketiga mutu beton masingmasing K-300, K-400, dan K-500, menunjukkan bahwa nilai koefesien difusi non-steady state duffision (Dnssd) yang diperoleh untuk ketiga mutu beton berturut-turut adalah sebesar 0,98 cm2/detik, 0,87 cm2/detik, dan 0,81 cm2/detik. 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, dan K-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 10-8cm2/detik untuk mutu beton K-300, 5,2 x 10-8 cm2/detik untuk mutu beton K400, 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 uji beton.

Gambar 4. Hubungan klorida dengan kedalaman beton K-500 Dari ketiga grafik tersebut diatas menunjukkan pola konsentrasi ion klorida pada setiap kedalaman cenderung mengikuti fungsi eksponensial. Metode Nordtes memberikan pola distribusi ion klorida yang relative lebih tajam dibandingkan dengan metode Andrade-1 dan Andrade2. Terlihat pula dari ketiga grafik tersebut bahwa semakin tinggi mutu beton, semakin rendah konsentrasi ion klorida yang terpenetrasi ke dalam poripori 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 cm2/detik, dan 0,76 cm2/detik. Sedangkan metode Andrade (12 Volt) berturut-turut adalah sebesar 0,82 cm2/detik, 0,73 cm2/detik, dan 0,65 cm2/detik. Secara keseluruhan hasil analisis menunjukkan bahwa semakin tinggi mutu beton semakin rendah koefisien difusinya.


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, 1993 2. 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 nd Chemistry, 2 Edition, Thomas Telford, London.


makalah korosi

Documents