TEKNOLOGI
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING PERGURUAN TINGGI TAHUN II Tahun Anggaran 2006/2007
OPTIMALISASI PENGGABUNGAN KA THODIK PROTEKSI PELAPISAN EPOXY P ADA BETON BERTULANG DI LINGKUNGAN PASANG SURUT AIR LAUT
Yuli Panca Asmara Paryanto Dwi Setyawan Sugiman Suparjo
UNIVERSITAS MATARAM NOPEMBER, 2007
man
I
TEKNOLOGI
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING PERGURUAN TINGGI TAHUN II Tahon Anggaran 2006/2007
OPTIMALISASI PENGGABUNGAN KATHODIK PROTEKSIPELAPISAN EPOXY PADA BETON BERTULANG DI LINGKUNGAN PASANG SURUT AIR LAUT
Yuli Panca Asmara Paryanto Dwi Setyawan Sugiman Suparjo
UNIVERSITAS MATARAM NOPEMBER, 2007
I
DOKUMENTASI & ARSIP
BAPPENAS Acc. No. : Cass
.!!..~.: . .eu.
_"::::~
--···--··1.?.3. -S, :·-··:vt,-:···0-7:.. --:}oiD :
Check~d : _ .. _ .... ·--·-··-·--
.•
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR
l. Judul Penelitian
: Optimalisasi Penggabungan
Kathodik Proteksi - Pelapisan
Epoxy pada Beton Bertulang di Lingkungan Pasang Surut Air Laut 2.
Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap
: Yuli Panca Asmara, ST., M.Sc.
b.
Jenis Kelamin
: Laki-laki
c.
NIP
: 132 162 529
d. Jabatan Fungsional
: Lektor
e. Jabatan Struktural f.
Bidang Keahlian
: Korosi
g. Fakultas/Jurusan
: Teknik I Teknik Mesin
h. Perguruan Tinggi
: Universitas Mataram
i. Tim Peneliti
3.
No
Nama
Bidang Keahlian
Fakultas I Jurusan
Perguruan Tinggi
I
Paryanto Dwi S, ST, MT.
Material
Teknik
Universitas Mataram
2
Sugiman, ST., MT.
Material
Teknik
Universitas Mataram
3
Suparjo, ST., MT.
Beton
Teknik
Universitas Mataram
Pendanaan dan jangka waktu penelitian
a. Jangka waktu penelitian yang diusulkan
: 3 tahun
b. Biaya total yang diusulkan
: Rp. 141.000.000,-
c.
: Rp. 43.000.000,-
Biaya yang disetujui tahun kedua (2007)
Mataram, 3 Desember 2007 Ketua Peneliti,
Yuli Panca Asmara, ST. MSc. NIP. 132 162 529
i
RINGKASAN
Katodik proteksi adalah metode perlindungan dengan memanfaatkan suplai arus ke material yang dilindungi. Sebuah arus dengan potensial tertentu diterapkan, mendorong elektron ke arah baja sehingga menjadi katoda. Jika pemilihan arus/potensial tidak ~
atati over protected (terlalu negative), aliran electron dari anoda ke katoda ini akan berdampak yang significant terhadap perubahan sifat kimia dan fisika selimut beton dan dimungkinkan dapat merusak daya rekatan baja dalam beton. Sehingga pengamatan tentang apa yang terjadi dengan potensial selama proteksi katodik berguna untuk keberhasilan perlindungan. Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui perubahan potensial yang terjadi pada tiga variasi mutu beton yang diproteksi dengan tiga jenis arus tetap pada lingkungan air lalit buatan. Lingkungan pasang surut air laut buatan dibuat dengan cara membuat sirkulasi basah-kering pada bak fiber yang dilengkapi dengan pompa. Siklus dikontrol secara elektronik/mekanik dengan sebuah program. Siklus terdiri dari 3 jam siklus basah.diikuti 3 jam siklus kering, sehingga siklus akan terjadi 4 kali selama 24 jam sebagaimana 2 kali lebih cepat dari yang terjadi pada lingkungan pasang surut air laut sebenamya. Pengamatan elektrokimia dilakukan tiap hari sampai 2 terhadap beton bertulang dengan kekuatan beton 20, 30 dan 40 MPa Percobaan menggunakan arus 0.5 mA dan mutu beton 30 MPa telah terjadi selisih potensial sebesar 101 m V pada waktu pasang. Dan pada waktu surut nilai perbedaannya sebesar 123 m V. Penggunaan arus juga mempengaruhi kekuatan daya rekat tulangan beton. Kuat lekat tertinggi terjadi pada beton yang tidak diproteksi. Pada beton yang terproteksi arus 0.5 mA mempunyai kuat lekat 1.4 N/mm2, sedangkan kuat lekat pada arus 1.3 mA adalah l.27 N/mm2• Pengamatan perubahan potensial selama percobaan berlangsung, menunjukan hasil penurunan potensial (semakin negatif) pada semua mutu beton dan semua variasi arus baik yang terjadi saat pasang ataupun saat surut. Pengamatan dengan AAS menunjukan perubahan yang berarti pada beton. Katodik proteksi menyebabkan kandungan komposisi kimia dalam beton mengalami perubahan. Untuk peningkatan penggunaan arus dari 0.5 mA ke 1.3 mA akan mengurangi kadar klor dalam beton sebesar 2.5 %. Sedangkan akibat peningkatan penggunaan arus ini kandungan Mg dalam anoda mengalami penurunan sebesar 0.1 %. Kandungan Ca di daerah katoda (pennukaan beton) mengalami peningkatan sebesar 1 %. Selanjutnya dengan uji SEM dan visual menunjukan telah terjadi pertumbuhan kapur di pennukaan anoda baja
Kata kunci : katodik proteksi, beton bertulang, pasang surut, daya rekat, potencial proteksi.
ii
SUMMARY Cathodic protection is a method of protection by using impressed current on the protected materials. A current at certain potential applied to push the electrons to steel so it acted as cathode. If the selection of current/potential is inappropriate or over protected, the electrons flow from anode to cathode and then it significantly affects on the physical and mechanical properties of concrete blanked and likely damage the bonding of steelconcrete. Therefore, the observation of what happened with the potential during protection will be useful for the success of protection. The study aim was to investigate the potential changes at three quality of concrete protected by three-fixed impressed current at the tidal environment. The simulation of tidal environment was performed by circulating water from one container to other driven by pump. The cycle of tidal was controlled using programmed electro-mechanic. The cycles were consisted of 3 hours wet followed by 3 hours dry, therefore there were four times cycles in 24 hours. The simulated cycles were twice faster than the real tidal. The electrochemical observation was performed everyday on the reinforced concrete of 20, 30, 40 MPa. At the current of 0.5 mA at the strength of concrete 30 MPa, there is a difference in potential of 101 mV during high tide and 123 mV during low tide. The impressed current affects the bond strength of steel and concrete. The highest bond strength is reached at unprotected concrete. The bond strength using 0,5 mA and 1,3 mA current protection is 1.4 N/mm2 and 1.27 N/mm2 respectively. The observation of potential changes shows that the potential is decrease to negative value at the all types of concrete and current used. Based on the AAS result it shows that there is a significant result on the concrete. The cathodic protection causes the changes of chemical composition of the concrete. The increase of current protection from 0,5 mA to 1.3 mA the decrease of the chlor content in concrete, Mg content in anode is 2,.5% and 0, l % respectively whereas Ca content in cathode increases by 1 %. The visual and SEM examination show that there is growing calcium at the surface of steel.
Keywords: cathodic protection, reinforced concrete, tidal zone, bond strength, potential protection
iii
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan
hidayah-Nya laporan kegiatan penelitian Hibah bersaing di tahun kedua ini akhirnya dapat kami selesaikan. Pada kesempatan ini peneliti menyampaikan terima kasih yang sebesar-besamya kepada yang terhonnat : a
Direktur Jenderal Perguruan Tinggi atas kesempatan ~ program penelitian ini.
a
bantuan dana untuk •;'
Pemimpin dan seluruh staff Dirjen Dikti atas kepercayaan dan bantuan yang diberikan.
a
Seluruh civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Mataram yang telah membantu terutama dalam kemudahan pemanfaatan peralatan laboratorium.
a
Rekan-rekan lain yang ikut menyumbangkan pikiran dan saran dalam proses penelitian system teknologi jaringan irigasi rem bes. Kami menyadari bahwa laporan kegiatan penelitian Hibah Bersaing untuk tahun
kedua ini masih banyak kekurangannya baik dari segi isi maupun penulisannya, untuk itu kami mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca yang sifatnya membangun. Semoga laporan kegiatan penelitian Hibah Bersaing ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
iv
DAFfARISI
HALAMAN PENGESAHAN A.
LAPORAN BASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY PRAKA TA
...............
........................•.....................•...........•...
DAF'f AR ISi
,..... . . . . ...•.....
iv
v
,.............................................
DAF'fAR TABEL DAFT AR GAMBAR
ii
.
vi
.... ................
vii
DAFT AR LAMPIRAN
...............
viii
BAB I. PENDAHULUAN
. • . . • • . • . . . ••..•...•..•••...... •. . .. . .. . . . .
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
.. ............•....•....
5
BAB ID. METODE PENELITIAN
.. . . . . .. .. . ..
13
BAB N. HASIL DAN PEMBAHASAN
. . . . .. . . . . .. . ..
.
.. .. . .
19
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
37
DAF'f AR PUSTAKA
39
LAMPIRAN B.
ARTIKEL ILMIAH
C.
SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN
~.
. 41
v
DAFf AR TABEL
Hal Tabel 3.1·. Mix Disain Beton dengan Metode Doe rencana.
13
Tabel 4.1. Potensial beton betulang 30 Mpa selama diberi perlakuan 60 hari
19
Tabel 4.2. Hubungan kuat Iekat beton bertulang dengan arus proteksi.
24
Tabel 4.3. Hubungan kuat lekat Beton Bertulang dengan mutu beton.
26
Tabel 4.4. Potensial beton betulang selama diberi perlakuan 60 hari.
28
Tabet 4.5. Hasil uji AAS pada berbagaijnutu beton setelah diproteksi selama 60 hari.
29
Tabel 4.6. Hasil uji AAS pada beton 30 MPa yang diproteksi pada berbagai arus.
31
vi
DAFI'AR GAMBAR Hal Gambar 2.1. Jenis-jenis kerusakan pada beton bertulang.
6
Gambar 2.2. Perpindahan anion clan kation dalam beton.
8
Gambar 3.1. Benda uji.
13
r
Gambar 3.2. Pemasangan percobaan.
14
Gambar 3.3. System katodik proteksi.
16
Gambar 4.1. Grafik potensial proteksi dengan Arns 0.5 mA yang direndam selama 60 hari.
20
04bar 4.2. Graflk potensial proteksi dengan arus 0.9 mA yang direndam selama 60 hari,
20
Gambar 4.3. Grafik potensial proteksi dengan arus 1.3 mA yang direndam selama 60 hari. Gambar 4.4. Grafik kuat lekat rata-rata terhadap arus proteksi.
20 24
Gambar 4.5. Grafik kuat lekat rata-rata terhadap mutu beton bertulang yang direndam di lingkungan air laut pasang surut selama 60 hari.
26
Gambar 4.6. Grafik potensial proteksi dengan kekuatan 20 MPa yang direndam selama 60 hari.
28
Gambar 4.7. Grafik potensial proteksi dengan kekuatan 30 MPa yang direndam selama 60 hari.
28
Gambar 4.8. Grafik potensial proteksi dengan kekuatan 40 MPa yang direndam selama 60 hari. Gambar 4.9. Hubungan mutu beton dengan-komposisi kimia.
29 30
Gambar 4.10. Perubahan komposisi kimia pada beton bertulang akibat arus supplai. Gambar 4.1 l. Pergerakan molekul air dalam beton. . .
32 33
'Gamber 4.12. Tulangan bagian dalam dan bagian atas beton dengan mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA.
34
Gambar 4.12. Tulangan bagian dalam clan bagian atas beton dengan mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA.
34
Gambar 4.14. Permukaan baja akibat over kathodik proteksi (SEM).
35
Gambar 4.15. Komposisi calcareous akibat over kathodik proteksi.
36
vii
DAFf AR LAMPIRAN
Hal Lampiran A. Perubahan potensial selama proteksi katodik.
42
Lampiran 8. Analisa morphologi beton.
43
Lampiran C. Foto-Foto kegiatan.
44
1.
viii
BAB L PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Penggunaan sekaligus kathodik proteksi clan pelapisan epoxy mempunyai dua sisi
yang berlawanan. Disatu sisi kathodik proteksi dapat menghambat korosi, disisi lain kathodik proteksi dapat menyebabJcan pclemahan Japisan epoxy. Khususnya jika terjadi over proteksi. Katodik proteksi akan meningkatkan reaksi hydrogen clan menyebabkan kandungan hydrogen mencapai 5 sampai 10 kali di bawah selaput lapisan epoxy. Jika gas berdiffusi kedalam baja, baja akan mengalami perapuhan hydrogen
(Scantlebury,
2001•
Brass,
>~
1995
Dan jiks gas yang dihasilkan berada dibawah pennukaan lapisan, maka lapisan akan mengalami pengelupasan. Alasan digabungkan dua system ini adalah karena katodik prosteksi hanya dapat bekerja jika material yang dilindungi berada dalam elektrolit. Sedangkan di daerah pasang surut, material tidak selamanya tercelup dalam airlaut, kadang mengalami siklus terendam air dan kadang tidak. Dengan demikian, selalu ada siklus pada material yang mengalami kekosongan perlindungan (holiday zone). Dan kekosongan perlindungan inilah yang akan diisi oleh pelapisan dengan epoxy. Maka, adalah penting memilih potensial yang tepat agar tidak terjadi reaksi hydrogen berlebihan, penumpukan depoasit dan pelemahan daya ikat tulangan. Penelitian ini akan mencoba meneliti efektifitas aplikasi teknik perlindungan bangunan beton bertulang di daerah pasang surut jika dua metode, yaitu, teknik pelapisan dan katodik proteksi digabungkan sekaligus. Disamping itu penelitian ini juga dilakukan untuk mengecek apakah pengaruh unggul dari masing-masing system dapat sating melengkapi. Yaitu penerapan katodik peroteksi yang optimum (murah) tanpa menimbkan efek merusak (delaminasi, hydrogen embritllement, dealkalinasi, corrosion) pada beton bertulang di lingkungan pasang-surut jika katodik harus digabung dengan pelapisan epoxy. Penggunaan epoxy itu sendiri berguna · untuk mencegah penetrasi ion chlorida dengan cara membentuk Iapisan passive pada pennukaan baja. Sehingga baja tulangan tidak mudah terserang korosi, Perlu diketahui bahwa kerusakan beton sulit dihindari akibat dari proses pengerjaan yang ceroboh atau akibat proses alam (abrasi, benturan). Dengan adanya lapisan epoxy maka cacat dalam beton tidak sampai membahayakan tulangan baja. Secara garis besar tujuan khusus masing-masing tahapan penelitian adalah:
1
Menentukan
Tahunl
kuat
tarik
tulangan
baja
yang
dilapisi
berbagai
ketebalan epoxy ada berbagai kekuatan tekan beton di kondisi pasang surut
air taut. Kesimpulan : Didapat tebal optimum pada kekuatan ilcatan tulangan maksimum Tahun Il
: Mcnentukan kuat tarik tulangan baja dalam beton jika potensial perlindungan kathodik berada pada kondisi over proteksi di lingkungan pasang surut air laut
Kesimpulan : Didapat potensial optimum tanpa menimbulkan pelemahan ilcatan tulangan : Daya rekat tulangan jilca dua perlindungan sekaligus (kathodik dan
Tahunm
pelapisan epoxy) diterapkan. Kesimpulan
: Didapat potensial optimum tanpa mengakibatkan pelemahan ikatan tulangan dan pengelupasan lapisan epoxy.
Pengamatan yang dilakukan: •
Perubahan phisik/kimia permukaan baja yang dilapisi epoxy dalam beton.
•
Ketahanan korosi (Rp. Etorr).
•
Analysa dampak under dan over proteksi pada baja dilapisi epoxy.
•
Menemukan nilai potensial dan ketebalan epoxy optimum jika dua system perlindungan (kathodik dan pelapisan) digabungkan,
1.2. PENTINGNYA ATAU KEUTAMAAN RENCANA PENELITIAN
Hampir semua ba~gunan beton bertulang yang ada di perairan laut Indonesia, mengalami kerusakan dibawah usia perencanaan. Di Dermaga Meneng, misalnya, hanya 7 tahun sejak dibangun telah mengalami kerusakan. Kejadian serupa juga terjadi di Dennaga Dili Timor-Timor, Dennaga Petro Kimia Gresik, Dermaga Semen Gresik, Water intake PT. Badak Bontang Kalimantan Timur telah mengalami kerusakan dibawah usia reilcana (Rab.
>. Berbeda dengan negara-negara Timur Tengah (Kuwait dan Uni Emirat Arab)
1982•1983
serta Negara-di Eropa dan Amerika. Di Negara-negara tersebut perlindungan bangunan lepas pantai telah berkembang dengan pesat. dibuat dengan cara kathodik proteksi atau pelapisan, sehingga umur perencanaan rata-rata berkisar sampai 100 tahun CMert:i. 1999
1989•
Hawary,
>. Walaupun struktut' bangunan telah diproteksi kegagalan demi kegagalan maslh.saia
terjadi. Seperti yang terjadi di Laut Florida, jembatan beton bertulang yang bajanya dilindungi oleh lapisan epoxy mengalami kerusakan hanya setelah 6 tahun beropersai (Brammer.
2001
>. Saudi Aramco, perusahaan pengeboran lepas pantai tidak menyadari bahwa 2
proteksi katodiknya tidak berfungsi setelah 20 tahun beroperasi akibat terbungkusnya
anoda korban dengan endapan calcium padat. Bahkan Alexandre dan Korzenko, 1996, secara khusus meneliti pengerusakan pada lapisan epoxy jika potenisal proteksi terlalu rendah. Mereka mencatat bahwa dibawah potensial -1,2 mV lapisan berbahan baku etelin
akan mengelupas sejalan dengan naiknya penyerapan oksigen. Dan masih banyak lagi
salah design akibat pola lingkungan yang selalu berubah
(Scantebwy, 2001• Brass, 1995• Hawary,M, 1999•
smith, 1993)
Untuk memperbaiki kualitas beton bertulang, beberapa praktisi telah melakukan penelitian - penelitian diantaranya adalah: penelitian tentang efektifitas pelapis dan berbagai teknik ,tuk
menghambat laju diffuse oksigen
dalam porositas beton telah juga telah diteliti
>.
1998
Penetrasi ion chloride
>. Demikian juga pengaruh
1998
(Hawary,
karbonisasi dalam beton yang dilapisi epoxy telah diteliti
(Wood. Ibrahim.
1997).
Perkembangan
penelitian perlindungan baja di lokasi selimut beton dengan system katodik proteksi juga telah diteliti (Oni ,1996, Scantleburi, 2001.Motaz, 1999, Hakeem, 1998, Treece, 1989, Asmara, 2004). Terlihat bahwa meskipun penelitian tentang berbagai macam perlindungan beton bertulang dari serangan korosi telah secara luas diteliti, namun relative sedikit penelitian yang membahas efektifitasnya berbagai pilihan perlindungan tersebut. Juga minimnya informasi tentang resiko kegagalan dan alternative pilihan berbagai system perlindungan. Apalagi penelitian tentang kathodik proteksi di lingkungan pasang surut air laut yang ada di Indonesia dan bagaimana melindunginya masih belum banyak diteliti. Sehingga tidak banyak bangunan beton bertulang di Indonesia yang menggunakan system perlindungan kathodik proteksi. Jika penelitian ini berhasil, akan didapat sebuah solusi perancangan bangunan lepas pantai inovatif baru yang relative lebih murah dengan kualitas passivitas lebih mantap, sehingga umur rencana akan lebih panjang. Serta dapat memberi rekomendasi dalam memilih teknik perlindungan yang tepat. Hasil
tidak
Iangsung
dari penelitian
ini
adalah
temuan-temuan
tentang ·
kemungkinan metoda memobilisasi unsur yang tidak dikehendaki dapat dibuang dari beton (decloronation). Temuan ini dapat digunakan untuk metode perbaikan kualitas beton bertulang yang telah dan sudah dibangun, terutama untuk lingkungan aggressive di Indonesia. Dalam percobaan, dirancang system katodik proteksi dengan menggunkan potensiostat yang sesuai untuk menguji kathodik proteksi beton bertulng di ·kawasan
3
pasanz surut. Selaniunva data vane ada daoat dizunakan untuk menvemoumakan ootensiostat buatan scndiri aaar lavak dizunakan untuk kondisi maritime. Dan akan diaiukan untuk mendaDatkan hak patent,
Beberaoa ha) lain vane daoat dinicu iika oenelitian ini dilaksanakan adalah: •
Berkembanznva "uii coba" teknik perlindunzan zabunzan antara metode vana satu denzan vana lain.
•
Rencana umur banzunan yang lebih eaniana, sehinzza mempercepat Break Even Point
•
Potensiostat. svstem katoda. dan rerancanzan elektroda yang sesuai untuk beton bertulana denzan sensitivitas eembacaan vanz memadai.
•
Potensial nerlindunzan optimum nada ketebalan epoxv yang tidak mengurangi daya rekat baia,
Penelitian ini dapat digunakan untuk merancang sistem perlindungan dermaga atau bangunan yang berada di laut agar tidak terserang korosi secara capat Juga dapat digunakan untuk memperpaniang usia pakai bangunan, kapal, dermaga di perairan laut
4
BAB IL TINJAUAN
2.1. KERUSKAN
BETON BERTULANG
PUSTAKA
DI AIR LAUT
Tingkat keadaan beton di lingkungan air Jaut yang poros dan retak akibat abrasi dapat menyebabkan masuknya ion klorida, air dan oksigen yang akan membawa baja
penguat mengalami korosi dengan menghasilkan produk korosi. Telah diteliti oleh P.E.orattan<1996> bahwa perubahan volume akibat terbentuknya produk korosi seteba) 1 mm akan meningkatkan volume baja dalam beton sebesar 1 S°/o tiap mm tebal baja penguat. Selanjutnya, dengan EDX analisa Grattan menemukan bahwa mineral yang terbentuk ada)ah lepidocrocite (FeOOH) rang cukup untuk meretakkan beton. Dalam kondisi normal kandungan kapur dalam beton dapat meningkatkan nilai pH sampai 12,5(Pbun,
1983>
yang mana dalam keadaan itu baja akan mengalami pemasifan disebapkan oleh terbentuknya lapisan senyawa tipis FesOa.atau y Fe203(PbuII, 1983>. Keadaaan passive ini dapat dirusak oleh hadimya ion agresive yang berasal dari luar lingkungannya ke daerah dimana baja berada. Pengerusakan beton akan diperparah jika beton diletakan di lingkungan air laut yang secara umum mengandung banyak unsur kimia aggressive Cl (serangan
asam)(Ncville,
1995>
dan unsur kimia Mg, Ca, Carbonat (pembentuk garam
calcareous deposits). Berkaitan dengan beton yang terexpose dalam suasana basa, Swamf1992> menyebutnya sebagai pengerusakan alkali silika reaksi (ASR), yaitu pengurangan peranan silica dalam memperkuat beton bertulang. Schiesse1<1996> mencatat bahwa beton yang terserang reaksi ini dicirikan dengan adanya silica gel yang mengisi peretakan dalam beton yang menyebapkan porous da)am beton. Mekanisme pengerusakan Japisan passive baja dalam beton selain disebapkan oleh keberadaan ion c)orida dan ion Carbon dengan reaksi karbonisasi, juga disebapkan oleh reaksi clorida dengan calcium carbonat dan calcium aluminium(phuu,
1983
>. Lebih jauh lagi Grattan mencatat berbagai pengrusakan beton,
diantaranya adalah sebagai berikut : Di lingkungan air laut korosi disebapkan oleh ion clorida yang bereaksi dengan oksigen. Reaksi korosi dalam baja akan membuat volume baja dalam beon mengembang sesuai dengan reaksi : 2Fe +0:z +2H20
=
2(FeO(OH) ) + H2
FeOOH adalah mineral lepidocrocite. Pemuaian dari a Fe menjadi mineral lepidocrocite adalah lebih dari 300% <16>. Di air taut magnesium dapat menggantikan calcium dalam 5
calsium
hidroksida
untuJc membentuk
brucite Mg(Offh
yang akan berkembang
dan
membentuk kristal panjang aragonite atau vaterite. Selanjutnya ion clor juga akan merubah sifat
kimia
beton
cara
dengan
membentuk.
calcium
cloro
aluminate
(Ca3AJi06CaCh IOH20).
Berikut gambar kerusakan beton bertulang akibat serangan berbagai macam kondisi aggresive. <0nittan. 1996 c1an Asmara. 2003.2004)
serangan Asam
Serangan Alkali
\:
Serangan Calcium
serangan Cl
Gambar 2.1. Jenis-jenis kerusakan pada beton bertulang (grattan, 1996, Asmara, 2004,2001).
2.2. PENGGUNAAN EPOXY SEBAGAI PELINDUNG BETON BERTULANG DI AIRLAUT Epoxy telah banyak dipakai dalam industri pelapisan, pengisi (penambal), agen pengikat, dan adhesive. Penggunaan pelapis epoxy pada baja dalam beton telah mulai dipakai dan adiaplikasikan dalam industri lepas pantai, dan bangunan
yang berada di
lokasi aggressive. Saat ini beton beitulang yang dilapisi dengan epoxy telah dipakai oleh perusahaan di daerah teluk (Kuwait, Emirate Arab) dimana material harus berhadapan
.
.
dengan perairan laut yang panas <Moctaz.
1999•
Hawary,
1998
>. Kelemahan penggunaan epoxy
adalah melemahnya daya ikat baja terhadap beton. Prilaku lapisan epoxy dalam beton telah banyak diteliti opeh beberapa peneliti. Penelitian itu diantaranya adalah: pengaruh epoxy terhadap daya ikat beton
(Clifton.
1998
>, analisa perhitungan daya ikat batangan dilapisi
epoxyCSmith. 1993>, dampak lapisan epoxy terhadap korosi baja tulangan
(Moctaz.
>. Penelitian
1999
yan g dilakukan oleh El-HawaryC1998> di perairan teluk menunjukan bahwa semua bangunan pantai telah mengalami kerusakan awal lebih pendek dari rencana. El-Hawary juga 6
mencoba memeperbaikai
kualitas beton bertulang dengan menggunakan
lapisann epoxy di
perairan Kuwait Moetaz, 1999, melakukan percobaan untuk meneliti apakah epoxy akan melemahkan
daya ikat beton. Selanjutnya ia menyimpulkan
bahwa
pada ketebalan epoxy
135 µm telah terjadi pengurangan daya sebesar 6.7% selama 15 bulan waktu pengujian (Moetaz, 1999)
2.3. REKOMMENDASI POTENSIAL KAIBODIK PROTEKSI
BAJA DI
LINGKUNGAN AIR LAUT Potensial yang dibutuhkan b'aja untuk mencapai potensial perlindungan adalah -800 mv (Ag/AgCl)
2.4. PENGARUH KATODIK PROTEKSI DALAM BETON BERTULA.NG Katodik proteksi menyebapkan terjadinya reaksi anodic dan mengurangi potensial korosi dalam beton. Jika korosi terhenti, terjadi reaksi katodik yang · melibatkan · tereduksinya oksigen terlarut.
02 + 2H20 + 4e- --~
401£
Daerah interface antar baja dan beton mengalami peningkatan kebasaan. Ion-ion ini akan migrasi menuju anoda dibawah medan listrik dan perbedaan
konsentrasi.
Kemungkinan lainnya adalah ion hidroksil bereaksi dengan beberapa komponen beton, menyebapkan tumbuhnya endapan garam di katoda(Phul. 1981• Asniira. 2001>.
7
0
Power supplay
---;Q;---:p--
- - -iitfftffT - -
(-)
Gambar 2.2. Perpindahan anion dan kation dalam beton (Scantlebwy, 2001)
Penerapan potensial yang berlebihan menyebapkan reduksi baja lebih banyak dan akan menyebapkan reaksi .hydrogen evolution(Scanttebury,2001• 2H20
+ 2e·
Oni,
1996).
~ 20I-r + H2
Pada daerah anoda, tidak ada reaksi anoda sebenarnya, sebap anoda dibuat dari logam mulia (inert), sehingga reaksi yang terjadi adalah elektrolisis air untuk melepaskan oksigen. 2H20
~
0i
+ 4H+ 4e"
Ion hydrogen yang dibangkitkan menyebapkan lingkungan menjadi asam dan kebutuhan arus meningkat. Pada perlindungan beton bertulang di air laut, ion clorida bergerak. kearah anoda. Ion ini dilepaskan dari beton(Scantlebury, 2001). Di anoda ion clorida membentuk gas clorida lagi. Ion hidroksida pada anoda juga akan menuju anoda atau membentuk
senyawa
Ca(OH)2 dalam
matrik
beton
yang
selanjutnya
bereaksi
menghasilkan oksigen melalui reaksi sebagai berikut. 20H"
~ H20
+ 1120i + 2e·.
2.5. PENGARUB OVER PROTEKSI KATODIK BAJA DI AIR LAUT Akibat sampingan dari metode perlindungan korosi dengan impressed current di air laut adalah terbentuknya deposit senyawa garam yang mayoritas komposisinya adalah kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Persamaan reaksi kimia yang terlibat adalah : ·
8
ot +2H2o+4e-=40H' C~+H20=H2C03 H2COJ=Jt+HCOJ" HC03-=ft=Col· Jika ion hidroksida ditambahkan sebagai akibat reaksi katodik, pH Jarutan akan meningkat Kondisi ini akan meyebapkan tumbuhnya endapan garam (calcareous deposit) sesuai dengan reaksi(Phull. 1911):
C~+olf=HC03"
orr+HCo+=H2o+cOJ2" col·+ca2+=CaC03
j,
Disamping itu, pada air laut, bila pH terus meningkat maka yang terjadi adalah terbentuknya senyawa garam magnesium hidroksida dengan persamaan reaksi (Chandler, 1985) MgS04+2NaOH
=
Mg(Offh+Na2S04
.
Alasan tentang kehadiran magnesium yang akan terjadi pada potential proteksi tertentu dikemukakan
oleh Fuithler,
1981. Dalam
tulisannya
ia mengemukakan
bahwa
terbentuknya garam magnesium ini sebagai akibat dari telah dicapainya titik kritis pH pembentukan garam magnesium. Cox, 1993 menjelaskan bahwa penerapan potential yang sangat negative dengan arus yang· tinggi mayoritas deposits yang terbentuk adalah magnesium yang mudah retak (non adherent). Ini disebapkan oleh proses reduksi air yang significant sehingga gas hydrogen yang dilepas selama reaksi berlangsung akan merusak deposits yang terbentuk
(Asmma,
2001).
Pelepasan gas hydrogen yang terbentuk ini juga akan berlangsung pada penerapan pemakain potential proteksi yang terlalu negative. Oni, A, 1996, mengadakan serangkaian uji tentang hubungan antara kekuatan tarik material setelah diproteksi pada berbagai potential proteksi. Ia menyimpulkan bahwa pada potential sekitar-lOOOmV low alloy steel akan mengalami penuruaan kekuatan tarik dan elongasinya semakin turun. Penyebap yang dicurigai adalah ketidak homogenan garam ini memicu korosi celah dengan cara membuat celah untuk menangkap hydrogen yangterlcpas selama hydrogen evolution. Telah diketahui bahwa material terutama baja karbon kekuatan tinggi mengandung banyak dislokasi dan cacat. Oni menganggap inilah penyebap turunya kekuatan material. Percobaan yang dilakukan oleh Turnbull, 1993, La Que, May, 1982 menerangkan bahwa senyawa garam yang terbentuk, dinamakan calcareous, dapat mengurangi
9
kebutuhan arus. Turunnya ams ini dapat dijelaskan demikian. Endapan
garam itu tumbuh
menebal dan menyamping yang akhimya dapat menutupi luasan yangterexpose sehingga daerah yang dilalui oleh aliran electron akan menjadi lebih kecil. Phull dalam disertasinya yang berjudul "A study of calcareous deposits in relating to cathodic protection" juga mendukung basil penelitian Turnbull. Phull (1981) mengadakan serangkaian uji yang cathodic protection, dia menyimpulkan dalam percobaannya dengan baja karbon sclama sekitar 60 jam dengan potential proteksi -780 sampai -1100 m V (SCE), ams pensuplai dari potensiostat berkurang pada semua potensial. Pengurangan yang significant terjadi pada potential -780 mV. Selanjutnya, lewat percobaan anodic polarization scan ia juga menemukan bahwa terbentuknya caicaryous scale akan menurunkan potensial korosi bebas logam. Ini menunjukan bahwa calcareoas akan merubah potensial perlindungan material, sehingga dalam mendesain katodik proteksi, potensial hams selalu diamati dan dijaga di bawah petensial korosi bebas logam. Alexandre dan Korzenko, 1996, menemukan bahwa jika terjadi over proteksi atau potensial terlalu rendah akan terjadi pengelupasan lapisan pada pelapis berbahan baku etelin. Mereka mencatat bahwa dibawah potensial -1,2 mV lapisan akan mengelupas sejalan dengan naiknya penyerapan oksigen.
2.6. STUDI PENDAHULUAN YANG SUDAH DILAKSANAKAN PENELm
A. Pengarub pemakaian arus proteksl terhadap morphologi permokaan baja di lingkungan air laut buatan
Dengan menggunkan specimen baja karbon rendah dan air laut buatan standart AS1M D 1141, dicoba dilihat prilaku potensiostatis pola potensial dan ams real yang terjadi selama perlindungan. Pengamatan potensiodinamik dilakukan dengan cara mencatat perubahan
potensial
dan
ams
selama
perlindungan
berlangsung
dengan
scan
elektrodinamik pada kecepatan 50m V/sec. Selanjutnya dilakukan pengamatan struktur mikro/makro untuk mengetahui perubahan fisik pennukaan selama percobaan. Dari percobaan tersebut didapat -kesimpulan bahwa jika baja diproteksi selama 60 jarp pada perlindungan dari -730 mV sampai -1100 mV dalam lamtan air taut didapat bahwa ada kecenderungan terjadinya penurunan ams. Penurunan ams terbesar terjadi pada potensial -
1100 mV (dari 580 mA/m2 turun menjadi 450 mA/m2), dan penurunan terkecil terjadi pada potensial perlindungan -730mV (dari 190mA/m2 turun menjadi 150mA/m2). Pengaruh
potensial juga. mempengaruhi potensial korosi bebas. Semakin rendah potensial perlindungan, potensial korosi be bas juga akan turun. Pada potensial perlindungan -1100
10
mV, penunman potcnsial korosi bebasnya menjadi - 450 mV,
dan pada potensial -730 mV
menjadi -225 m V, Pengamafan visual menunjukan bahwa penunman arus tersebut disebapkan oleh terbentuknya endapan garam basil reaksi antara unsur calcium yang ada dalam air laut.
Ttimbuhnya garam ini akibat meningkatnya kebasaan . Dengan menggunakan uji SEM dengan teknik analisa secondary electron micoscrope diketahui bahwa mayoritas unsur penyususn deposit adalah Magnesium dan Calcium.
B. Prilaku Elektrokimia Betondalam Medan Elektrokimia di Lingkungan Airlaui Percobaan elektrokimia beton dimana penelitian ini 1rrtujuan untuk mengetahui prilaku variasi paduan kimia beton berkekuatan tarik 20,40,6{), dan 70 MPa yang tercampur Cl sebanyak 0, I, 2, 3, dan 4% dan dialiri ams dari 0.2 mA - 40 mA selama 2,7, dan 14 hari. Data yang didapat dari percobaan menunjukan muatan positif, yaitu ion Calcium, Aluminium, Magnesium bergerak menuju katoda. Pada saat arus supplai yang digunakan 40 mA, dan kuat tekan 70 MPa, terjadi penurunan potensial dari 24 mV sampai -7 mV. Dibandingkan dengan pemakaian, arus 0.2 mA, potensial yang terjadi berkisar antara 0.2 - 0.1 mV (pada beton yang sama). Hal yang sama juga terjadi pada kuat tekan beton, 60, 40, 30, 20 MPa, semua menunjukan kecenderungan bahwa semakin besar arus yang digunakan, penurunan potensial juga semakin besar. Pada potensial 60 MPa, terjadi penurunan potensial sebesar I 0 m V. Dan pada 30 MPa terjadi penurunan potensial sebesar 5 m V.
C. Investigasi Microstrukture Betoo Akibat Katbodik Proteksi di Lingkungan Airlaut Pengamatan dengan SEM analysis menunjukan bahwa telah terjadi pola permukaan yang berbeda antara beton yang dilindungi dengan beton yang tidak dilindungi. Pada beton kekuatan 40MPa, 4 % Cl, arus suplai l 0 mA, dan 14 hari proteksi, terjadi pola kristal yang· berbentuk pelat-pelat tipis pada sisi anoda (Iarutan NaCl), sementara pada sisi katoda (NaOH), terbentuk struktur yang lebih tebal dan rapat. Dibandlngkan dengan specimen yang belum diproteksi, specimen yang terproteksi menunjukan permukaan yang lebih baik (sisi katoda), dimana pada specimen yang tidak terproteksi endapan garamnya terlihat secara nyata berbentuk menyerupai serpihan-serpihan. Pada perlindungan menggunakan
1(1
arus 25 mA, dimana telah terjadi pertumbuhan
struktur jarum-jarurn
yang berlebihan
pada
daerah anada (sisi NaCl). Penggunaan kandungan Cl dalam percobaan juga memberikan dampak yang significant terhadap morphologi beton. Pada beton berkekuatan 40 MPa kandungan 4 % Cl, pennukaan beton berbentuk tipis daii pada ujung-ujungnya terbentuk struktur serabut-
serabut yang lebih banyak dibandingkan dengan specimen yang tidak ditambahkan kadar Cl. Specimen yang tidak terdapat kandungan Cl menuajukan struktur yang lebih rapat dan padat. Dengan metoda (AAS) ditemukan bahwa Penggunaan arus yang besar (40 mA) mampu membawa ion Ca sebfyak 30 % selama 14 hari, Al 15%, dan Mg 5%. Sementara pengguaan ams 0.2 mA tidaknnenuniukan dampak yang berarti dalam memobilisasi unsur kimia beton.
Penelitian yang sedang berlangsung sampai taboo 2005 adalah mengamati perubahan pennukaan baja dalam beton dengan menggunakan strain-gauge pada saat material diproteksi pada berbagai potensial proteksi. Penelitian ini bertujuan untuk mengindikasikan pengelupasan ikatan baja dalam beton akibat produk korosi atau produk deposit hasil dari proteksi kathodik. Kerusakan yang dicurigai adalah: reaksi alkali-silica, pelemahan daya ikat baja/beton, tumbuhnya calcareous deposit yang tidak terkontrol
(Battis,
1999)
Dari berbagi hasil penelitian itu dapat ditarik kesimpulan bahwa adalah beresiko jika beton bertulang dilindungi dengan system impressed current tanpa dimonitor dengan ketat. Apalagi jika bangunan yang dilindungi berada di daerah pasang surut, dimana pada daerah tersebut bangunan mengalami siklus pasang dan siklus surut. Pada saat siklus surut, perlindungan ini tidak dapat dipakai lagi akibat tidak ada elektrolit. Dengan demikian · peran lapisan epoxy ini sangat diperlukan. Penelitian ini mencoba menganalisa dampak digabungnya dua metode proteksi sekaligus menemukan formula perlindungan yang tepat Mengingat ada berbagai masalah yang perlu dipertanyakan, yaitu apakah arus dari proteksi tidak menyebabkan delaminasi sehingga akan memperparah korosi dan menyia-siakan investasi.
IJ
BAB III.
METODE PENELITIAN
3.1. BENDA UJI Benda uji beton bertulang dengan dimensi diameter 100 mm, tinggi
200 mm
ditenghanya diletakkan baja tulangan AISI 1045 berdiameter 10 mm panjang 300mm dan dilapisi epoxy (0%,2%, 10% kerusakan) yang sebelum dituang baja dibersihkan dengan acetone. Beton bertulang dipegang dengan resin sedalam 5 mm. sehingga luasan effective yang terkorosi 72 cm2 (sebelum dilapisi). Kawat tembaga dihubungkan dengan baja tulangan yang diisolasi dengan resin araldelite untuk menghindari efek galvanis antar baja/tulangan.
Perlakuan benda uji dilakukan setelah beton berumur lfbih dari 28 hari,
perlakuan ini dimaksudkan supaya material tidak mudah berubah. Sehingga kesalahan persepsi dan analisa tidak terjadi.
JOO mm
',
mm
200mm
~-
lOOmm lOmm
Gambar 3.1. Benda uji.
3.2. JENIS BENDA
un
Tabet 3.1. Mix Disain Beton dengan Metode Doe rencana. No.
Uraian
Sampel
SaBipel
Samj>el
A
B
c
1
Kuat Tekan Karalcteristik (MPa)
20
30
45
2
Standart Deviasi
65
65
65
k = 1,64 l,64x
3
Nilai Tambah ( margin )
(2)
106.6
106.6
106.6
4
Kekuatan Rata-rata
(1)+(3)
306.6
406
556.6
5
Jenis Semen
Type I
Type I
Type I
13
6
Jenis Agregat K.asar
7 Jenis Agregat Halus (zone 2 ) 8
Fas
9 fas maksimum 10
(dipakai)
slump disyaratkan
Bt.
Bt.
Bt.
Pecah
Pecah
Pecah
Alanli
Alami
Alami
0.68
0.58
0.46
O.S2
O.S2
O.S2
70
so
so
3.3. PEMBUATAN MODEL PERCOBAAN DI LABORATORIUM
·
Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan percobaan langsung di
laboratorium. Untuk mencipatakan kondisi a~~ laut digunakan air laut buatan ASTM D1141. Untuk mempercepat serangan beton bertiilang, digunakan campuran 3.5 % NaCl saat pencampuran.
Benda kerja
Benda kerja
Inlet
v
v pomp
tangki air
Siklus kering
pompa Siklus basah
Gambar 3.2. Pemasangan percobaan. Lingkungan pasang surut air laut buatan terdiri dari dua buah bak air seperti gambar 3.2. Bak bagian atas bertindak sebagai lingkungan dimana benda kerja berada dan bak bagian bawah bertindak sebagai penampung air. Bak dipasang sedemikian ropa sehingga jika benda kerja mengalami proses leering (pentirisan air) bak bagian bawah akan bertindak sebagai penampung air pembuangan. Bak air terbuat dari fiber.
14
Siklus kering-basah Siklus terdiri dari
dikontrol secara elektronik/mekanik
dengan sebuah program.
2 jam siklus basah diikuti 4 jam siklus kering. Sehingga siklus akan
terjadi 4 kali selama 24 jam sebagaimana 2 kali lebih cepat dari yang terjadi pada lingkungan pasang surut air laut sebenamya.
3.4 .. LANGKAH-LANGKAH
PERCOBAAN
•
Komposisi beton ditetapkan berdasarkan studi kepustakaan
•
Setiap kali pengecoran selalu disertai data untuk menetapkan kualitas beton
•
Setelah beton bertulang cukup umur, percoabaan dilakukan Percobaan dilakukan, diikuti pegambilan visual data. Pencatatan data secara
periodic (palanned interval test). Setelah dilaksanakan percobaan dengan waktu 2,4,6 bulan
dilakukan uji visual pada pennukaan antara baja/epoxy/beton denga analisa microstruktur (SEM), analisa kimia dan senyawa (AAS), dan uji mekanik berupa uji tarik untuk mengarnati adanya pelemahan gaya ikat tulangan/beton. Data morphologi yang diamati; adanya retak micro, penyebab pelemahan gaya ikat baja/beton, pengkapuran, pertumbuhan Iuka (produk korosi. Orientasi partikel atau struktur mikroskopis beton setelah mengalami perlakuan dapat dianalisa.
3.4~1. Benda Kerja dan ~ondisi Lingkungan Jumlah dan dimensi benda kerja sama dengan percobaan tahun I. Kondisi lingkungan dibuat siklus pasang surut seperti kondisi tahun I, dilengkapi dengan system perlindungan kathodik proteksi (gambar 3.3.).
3.4.2. Persiapan Material Uji Baja AISI 1045 diameter 10 mm dibersihkan dan diampelas dengan grade 250 dan dibersihkan . dengan
deionised
air dan acetone
untuk
membersihkan
terak dan
menstandarkan specimen (ISO/DIS4S073). Baja dimasukan ke dalam cetakan berdiameter 100, ketinggian 200 mm untuk membuat beton dengan komposisi (tabel.3.1). Air untuk membuat campuran diasumsikan telah tercemar 3,5% NaCl. Selanjutnya material beton bertulang di keringkan selama 28 hari di uadara terbuka. Setelah kering material uji dimasukkan ke dalam bak sirkulasi basah-kering (gambar 3.b) berisi air taut buatan ASTM D 1141selama2 bulan. Dan diset dengan system perlindungan katodik pada arus 0.5, 0.9, 1.3 mA
15
3.5. PEMASANGAN KAIBODIK PROTEKSI
Percobaan ini menggunakan cellriga elektroda dalam lingkungan elektrolit uji (air laut buatan ASTM D 1141 ). Dengan menggunakan alat uji berupa elektroda kerja, dihubungkan
dengan
potensiostat.
Elektroda
refferensi,
Elektroda
pembanding
menggunakan Standart Calomel Elektroda (SCE) dan Stainless steel. Pengukuran polarisasi dilaksanakan dengan metode potensiodinamik. Kecepatan potensial scanning 0.5
mvs·1• - ~
K) 1. ~
ve
t meter
-
r ~
-
,._
~
~"
n-r
-
--
potensiostat Amplifier chart recorder
Ele enda kerja
Elektroda Katoda
Gambar 3.3. System katodik proteksi. Setelah disusun potensial cell, elektroda kerja dihubungkan dengan pensuplai ams dibawah potensial korosinya. Potensial korosi didapatkan dari pengukuran dengan potentio dinamis, yaitu dilakukan scan polarization dari potensial negativnya. Pengamatan yang dilakukan adalah efek pembentukan lapisan garam pada permukaan benda uji terehadap perubahan besar supplai ams. Morfologi lapisan garam yang terbentuk diamati dibawah mikoskrop 1ensa untuk menganalisa tingkat keseragaman lapisannya dan diamati indikasi terbentuknya korosi celah (crevice korosi).
3.6. TEKNIK PENGUJIAN DAN ANALISA 3.6.1. Uji Tarik Baja Tulangan
Ujt tarik dilakukan untuk menguji kekutan daya ikat tulangan sebelum dan setelah baja dalam beton diproteksi. Specimen yang dibuat dibedakan menjadi 3 jenis k:yat tekan. Tujuan dari uji tarik ini adalah untuk menmbuktikan apakah akibat dari pelapisan akan melemahkan daya ikat tulangan. Dan selanjutnya juga diteliti apakah terjadi delaminasi atau pengapuran pada permukaan baja seiring dengan pertambahan waktu.
16
3.6.2. Aaalisa Prllaku Elektrokimia Ballan Korosi dimonitor berdasarkan efek kecepatan reaksi elektro kimia dalam larutan (Norsok Standard- MR 501). Dan agar dapat menilai tingkat kekorosifan, harus dirancang alat yang sesuai. Jika dalam rangkaian elektrokimia cell potensial dinaikkan, di atas potensial korosi bebasnya CEcorr) reaksi oksidasi alcan bertambah dan benda uji a1can semakin cepat mengalami pelarutan. Dan sebaliknya bila benda uji mengalami penurunan kecepatan korosi.
3.6.3. Analisa Perubahan Struktur Mikroskopis dan Komposisi Kimia Beton Bertulang Telah diketahui bahwa material terutama beton bertulang mengandung banyak dislokasi dan cacat. Analisa mikroskopik ini bertujuan untuk rnengamati perubahan akibat interferensi arus proteksi dan mencari penyebab berubahnya kuat lekat baja dalam beton. Pengamatan difokuskan pada bentuk dan gambar calcareous (pengapuran) dengan perbesaran 10 X -2500 X, serangan reaksi silica alkali, cacat makro dan mikro pada bahan, untuk menjelaskan penyebab pelemahan daya adhesi beton. Metode untuk mengamati micro struktur bahan adalah dengan: X-Ray Diffraction Test; Untuk mengidentifikasi mineral beton bertulang berdasarkan struktur kristalnya dan untuk menganalisa perubahan kandungan kimia beton. Scanning Electron Microscopic (SEM; )Untuk mengetahui dan mengamati struktur butiran dan partikel beton yang merupakan gabungan dari beberapa kristalit, dirnana diameter satu partikel
< 2 µm. Dengan alat ini pembesaran dapat
dilakukan sampai 100.000 kali. Pengamatan perubahan jenis kandungan kimia beton sebelum dan sesudah di aliri arus dilakukan dengan menggunakan Atomic Absorbtion Spectrometric (AAS); sedang besar kandungan kimianya ditentukan dengan analisa laboratorium.
3.6.4. J>engamatan Makro (Uji Visual) · · Metode ini merupakan metode untuk mengetahui posisi langsung terjadinya korosi. lni adalah merupakan suatu rnetode mendasar untuk mendiaknosa atau mengecek bentuk dan distribusi korosi. Metode ini berguna untuk menganalisa retak permukaan, serta menganalisa bentuk-bentuk serangan korosi dan retak permukaan. Produk korosi yang dapat langsung diamati berupa pengotor, endapapan, korosi local. Dengan menggunakan mikoskrop dapat ditentukan tingkat pengrusakan korosinya atau tipe serangan, seperti
17
pitting korosi, intergranular,
stress corrosion cracking
dan korosi celah. Benda uji
yang
diamati berjumlah semua percobaan sebelum dan setelah diperlakukan. Pengamatan ini ditujukan untuk mempelajari kerusakan struktur beton bertulang akibat berbagai potensial proteksi dengan mata telanjang.
I-
18
BAB IV. BASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. PENGARUH ARUS TERHADAP PERUBAHAN POTENSIAL KA1HODIK Penggunaan proteksi.
arus proteksi dalam jangka
panjang alcan mempengaruhi
potensial
Seperti yang terlihat pada Tabet 4.1. Pengamatan potensial proteksi yang
dilakukan setiap hari pada tulangan beton yang diproteksi arus 0.5 mA, 0.9 mA dan 1.3 mA saat pasang dan surut selama perendaman berlangsung menunjukan kecenderungan ke
arah negative. Pengamatan potensial proteksi dilakukan untuk mengetahui kebutuhan arus selama katodik proteksi dengan cara menghubungkan kutub positif multimeter pada elektroda acuand dan kutub negatif pada tulangan yang dilindungi. Adaf un basil dari pengamatan penninggu ditampilkan pada tabel 4.1.
\:
Tabet 4.1. Potensial beton betulang 30 Mpa selama diberi perlakuan 60 hari .Potensial Proteksi ( -mV) Minggu
1.3mA
0.9mA
O.SmA
Ke-
Pasang
Surat
Pasang
Surat
Pasang
Surut
I
486
398
409
313
409
313
II
620
485
651
450
651
449
III
676
490
709
474
709
474
IV
679
457
722
443
722
443
v
721
401
721
373
721
373
VI
714
436
698
372
698
372
VII
688
424
667
415
669
415
VIII
671
466
732
397
732
397
IX
656
367
740
365
740
365
Dari data yang ditampilkan pada tabel. 4.1. basil pengamatan potensial proteksi didapat grafik pada gambar 4.1., 4.2., 4.3. Berdasarkan data yang diperoleh dapat ditampilkan grafik pada gambar 4.1. Potensial proteksi beton bertulang dengan mutu beton 30 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA dan direndam selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut, a1can mengalami potensial proteksinya lebih tinggi pada waktu pasang daripada waktu surut. Saat pasang potensial proteksi setelah minggu kedua cendrung naik sampai minggu kelima, setelah minggu kelima sampai minggu kesembilan mengalami
19
cenderung turun. Sedangkan saat surut potensial proteksi pada minggu kedua cenderung turun
sampai minggu kelima, setelah minggu kelima cenderung mengalami kenaikan
sampai minggu kedelapan dan pada minggu kesembilan cenderung turun. Potenslal Proteksl Pada Proteksl Arus 0.5 mA
....
~ 800
i
6004---._.K'------------~
1400
, ..............
_.,..,.-
Jo~~~~
0.5 mA Pasang - - 0.5 mA Surut
• 200+--------------~ II
Ill
IV
V
VI
VII
VIII
IX
Mlngguke
Gambar 4.1. Grafik potensial proteksi dengan Arus 0.5 mA yang direndam selama 60 hari. Potenslal Proteksi Pada Proteksl Arus 0.9 mA
J j
~ 800
~ 6004----+------------~ 400 ..,_...,,.___,,,>"-------
...... -
---
_. -· ..........
--
0.9 mA Pasang 0.9 mASurut
~ 200-r---------------0-r---.--.-.-..--r----r---r-~~ II
Ill
IV
V
VI
VII
VIII
IX
MlngguKe
Gambar 4.2. Grafik potensial proteksi dengan arus 0.9 mA yang direndam selama 60 hari. Potenslal Protekst Pada Proteksi Arus 1.3 mA
-l
~ 800
I
I
600 400
,,,,..---.-.........
_____ ....... __ ....,,,_
~
....
-1.3mAPasang -1.3 mASurut
20:+----.--.---.----,.---.--~-~~-~ II
HJ
IV
V
VI
VII
VIII
IX
MingguKe
Gambar 4.3. Grafik potensial proteksi dengan arus 1.3 mA yang direndam selama 60 hari.
20
Pada potensial proteksi beton bertulang nilai tertinggi saat pasang setelah minggu pertama adalah -721 mV, sedangkan
nilai terendah
adalah -620 mV. Jadi
range nilai
tertinggi dan terendah pada-waktu pasang adalah 101 m V. Dan nilai tertinggi pada waktu surut setelah minggu pertama adalah -490 mV, sedangkan nilai terendah adalah -367 mV. Jadi range nilai tertinggi dan terendah pada waktu surut adalah 123 mV. Perubahan potensial yang terjadi pada arus proteksi 0.9 mA didapat graftk yang ditampilkan pada gambar 4.2. yang mcnunjukkan bahwa potensial proteksi beton bertulang dengan arus 0.9 mA yang dan direndam selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut, bahwa pada waktu pasang potensial proteksinya lebih tinggi daripada waktu surut Saat pasang potensial proteksi setelah minggu kedua cendrung naik sampai minggu kesembilr.n, sedangkan pada saat surut potensial proteksi pada minggu kedua cenderung naik hingga minggu ketiga, minggu keempat cenderung mengalami penurunan hingga minggu kesembilan. Pada potensial proteksi beton bertulang nilai tertinggi saat pasang setelah minggu pertama adalah -740 mV, sedangkan nilai terendah adalah -409 mV. Jadi range nilai tertinggi dan terendah pada waktu pasang adalah 331 mV. Dan nilai tertinggi pada waktu surut setelah minggu pertama adalah -474 mV, sedangkan nilai terendah adalah -365 mV. Jadi range nilai tertinggi clan terendah pada waktu surut adalah I09 m V. Penggunaan arus yang lebih' tinggi, yaitu 1.3 mA ditampilkan pada gambar 4.3. yang menunjukkan bahwa pada potensial proteksi nilai tertinggi terjadi saat pasang setelah minggu pertama adalah -740 mV, sedangkan nilai terendah adalah -651 mV. Jadi range nilai tertinggi dan terendah pada waktu pasang adalah 89 mV. Dan nilai tertinggi pada waktu surut setelah minggu pertama adalah-474 mV, sedangkan nilai terendah adalah-365 mV. Jadi range nilai tertinggi dan terendah pada waktu surut adalah 109 mV. Fenomena ini menunjukkan bahwa Potensial proteksi dari beton bertulang cenderung naik walaupun pada akhir minggu pot~nsial ~roteksinya makin menurun pada seniua fariasi. Pada semua fariasi arus potensial proteksi relatif sama, namun potensial proteksi yang lebih negatif terjadi pada arus 1.3 mA hat ini disebabkan karena potensial proteksi berbanding lurus dengan arus. Pada dasamya potensial yang makin negatife sangat bagus, sebagaiman basil penelitian yang dilakukan oleh laque (dalam trethewey, 1991) didapat korelasi yang baik antara potensial proteksi dan laju koros, semakin negatif potensial yang diberikan semakin kecil laju korosi yang terjadi, namun pemberian
21
potensial yang terlalu negatif
akan menimbulkan
kerusakan lain khususnya pembentukan
gas hidrogen. Alasan konduksifitas komposisi
terjadinya
perubahan
beton. Konduksifitas
kimia
beton dalam
potensial beton
medan
ini ada
dapat
elektro
berubah kimia.
mengusulkan teori pergerakan unsur kimia ini berdasarkan
J (x)
kaitannya seiring
dengan dengan
Nemst-Planck
perubahan perpindahan
secara
empiris
rumus sebagai berikut:
= D1 8Cj(x) + zjF DjCj oE(x) + CjV(x)
ax
RT
ax
J (x): kerapatan perpindahan unsure (moU'~m2) DJ : koefisien diffuse unsur (cm2/s) BC: variasi konsentrasi (mol/cnr') Bx: variasijarak (cm) Zj : muatan
listrik unsure ke j
F: konstanta faradi (cl/volt-eq") R: konstanta gas (cal/mol-K) T: temperatur mutlak( K) Cj: konsentrasi unsure total (mol/cm') BE : variasi potensial (\' olt) V: gaya percepatan ion (emfs) Persamaan ini menghitung arus ionic yang disebabkan baik oleh medan listrik atau oleh medan diffuse atau dengan kata lain perpindahan secara diffuse unsur kimia beton melewati porositas beton. Einstein juga mengembangkan persamaan ini, yaitu dengan melibatkan perpindahan unsur individu pada medan listrik. Dalam persamaan ini disebut pergerakan migrasi yang merupakan pergerakan yang berlawanan dengan pergerakan secara diffuse, dimana.
RTA. l Derr= --2 nF Deff: koefisien
diffuse (cm2/s)
Ai : konduksivias ion (ohm-1.cm2.eq-1)
22
Pengamatan
terhadap
komposisi
dijelaskan oleh persamaan
kimia beton yang cendenmg
stabil pada sisi katoda
Nemst-Planck sebagai berikut:
JcaR11 err- ZcaFC0AAE
D _
y
: koefisien aktifasi
I: ketebalan material (cm) Jc,: ams ion (mol/cm2-s) Berbeda dengan apa yang terjadi dengan unsur Calcium. Pergerakan unsur ini cenderung tidak stabil pada daerah skitar katoda. Dimana kecenderungan terjadinya diffuse mulai menurun. Persamaan pada keadaan tidak steady dirumuskan dalam rumus sebagai berikut:
Cx=Cserfc
x ~ 2 Fz&E D t RT opp
Dengan Cx : konsentrasi ion pada jarak x Cs : konsentrasui unsure permukaan anodalkatoda
Dengan demikian hat yang terpenting diketahui untuk menjelaskan pergerakan ion adalah mengetahui model pergerakan dan type pergerakan ion yang muncul.
4.2. PENGARUH KAIBODIK PROTEKSI TERBADAP KUAT LEKAT BETON BERTULANG Pengujian kualitas lekat beton bertulang dilakukan setelah perendaman selama 60 hari dilingkungan pasang surut air laut yang diproteksi ams 0.5 mA, 0.9 mA dan 1.3 mA dan tanpa diproteksi. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin uji tarik atau UTM (Universal Testing Machine) di Laboraturium Teknik Sipil Universitas Mataram yang bekerja secara deflection control dengan tenaga listrik. Mesin ini dilengkapi dengan load
cell dan extensometer yang dihubungkan dengan komputer yang mencatat pertambahan
23
beban. Selanjutnya data yang diperoleh ditampilkan pada monitor berupa diagram
tegangan regangan. Adapun basil dari pengujian dari kuat lekat beton bertulang yang diproteksi arus
dan tanpa proteksi ditampilkan pada tabel 4.2. Tabel 4.2. Hubungan kuat lekat beton bertulang dengan arus proteksi. Mutu Beton
Arus Protek$i
(Mpa)
(mA) Tanpa Arus
0,5 30 0,9
1,3
Spesimen
Kuat Lekat
Rata-rata
(NfmmZ)
(N/mm2)
1
1,5
2
1,6
3
1,3
I.
1
1,4
I\:
2
1,5
3
1,3
1
1,4
2
1,2
3
1,4
1
1,1
2
1,3
3
1,4
1,47
1,40
1,33
1,27
Dari data yang ditampilkan pada basil uji tarik pada tabel 4.2. didapat grafik pada gambar 4.4. sebagai berikut: Kuat Lekat Rata-rata
-
1,50
N
e1,40
E
...
-... #
-
~1.30
;
Ill
-=...I 1,20
-
"
--.-- Tanpa Arus
...,_Arus Proteksi
l! 1,10
(mA)
~
1,00 (::,~
I
(::,~
..._'}
Arus Proteksl (mA)
Gambar 4.4. Grafik kuat lekat rata-rata terhadap arus proteksi.
24
Berdasarkan data yang diperoleh didapat grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.4. yang menunjukkan
bahwa kuat lekat beton bertulang
yang diproteksi
arus dan
tanpa
proteksi yang direndam selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut. Kuat lekat tertinggi terjadi · pada beton yang tidak diproteksi. Pada beton yang terproteksi arus kuat lekat tertinggi terjadi pada beton dengan proteksi arus 0.5 mA dengan kuat lekat 1.4 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah terjadi pada arus 1.3 mA dengan kuat lekat 1.27 N/mm2,hal ini bisa dimengerti karena pada arus ini potensial yang dihasilkan lebih negative sehingga mempengaruhi hadimya ion natrium dan kalium yang melunakkan beton disekitar tulangan, fenomena ini diperkuat oleh Kristanto ( 20Q 1 ) dalam penelitian tesisnya menyatakan bahwa pemberian arus yang berlebihan pada tulangan menyebabkan penurunan kuat lekat beton hingga 45.2 % dari kuat lekat beton normal dan dengan menggunakan
pengujian
Scanning . electron microscopic dan Atomic Absorbtion
Spectrometric menunjukkan suatu akumulasi yang signifikan dari Natrium dan Kalium pada permukaan baja tulangan dan beton menyebabkan terjadinya pelunakan pada beton yang menghasilkan penurunan kekuatan lekatan antar baja tulangan dan beton. Kuat lekat dari beton bertulang yang tidak diproteksi belum menghasilkan penurunan kuat lekat yang signifikan walaupun pada tulangan beton sudah terjadi sedikit kerusakan sebagaimana terlihat pada' gambar. Penurunan kuat lekat pada tulangan beton bertulang yang mengalami korosi terjadi akibat procluk dari korosi sudah banyak yang menempel pada tulangan, yang pada ahimya akan menyebabkan tegangan tarik dari tulangan beton sehingga komponen beton terkelupas atau terjadi spelling. Kejadian ini juga berhubungan dengan terbentuknya endapan kapur yang terbentuk pada permukaan baja dalam beton. Persamaan calcium yang larut dalam air dirumuskan sebagai berikut:
Ca(OH)i ... ,.. --..
Ca2+ + 20ff
Ion Calcium ini bergerak. menuju katoda akibat pengaruh medan potensial dan tumbuh lagi pada pH yang lebih tinggi. Keadaan ini menunjukkan bahwa Calcium telah mengalami pertumbuhan. Jika pertumbuhan kalsium ini semakin tebal maka dimungkinkan akan mampu merusak gaya kontak antar beton dan tulangannya.
25
Tabel 4.3. Hubungan kuat lekat Beton Bertulang dengan mutu beton.
Aru$·Prot8ksi
Mutu.. S'elbll
(mA)
(MP'a)
.Spesiri1en
(NfmmZ)
20
.
Tanpa
30
Proteksi
40
20
30
0.5
RabH&ta
Kuallekat
40
1
1.5
2
1.4
1
1.5
2
1.6
1
1.6
2
1.5
1
1.2
2
1.3
3
1.3
1
1.4
2
1.5
3
1.3
1
1.4
2
1.4
3
1.5
(Nf~ 1.45 1.55 1.55
1.27
1, \'
1.40
1.43
Dari data yang ditampilkan pada basil uji tarik pada tabel 4.3. didapat grafik pada gambar4.5. Kuat Lekat Rata-rata Terhadap Mutu Seton Pada Protek91 Arus clan Tanpa Protalall
I 1
I
1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25
·---- - -- .. - ........... - - - -:
1M
1~5
•
1.27
1~5
-"'
1.40
1.43
I
-
Dengan Proteksl! • •• Tanpa Proteksi
I
0.00
20
30
40
Mutu Beton (MPa).
Gambar 4.5. Grafik kuat lekat rata-rata terhadap mutu beton bertulang yang direndam di lingkungan air laut pasang surut selama 60 hari.
Berdasarkan data yang diperoleh maka dapat ditunjukkan grafik pada gambar 4.5. yang menunjukkan bahwa makin meningkatnya mutu beton maka kuat lekat beton
26
bertulang yang diproteksi arus 0.5 mA dan tanpa proteksi makin meningkat, tetapi makin rendahnya mutu beton yang diproteksi arus 0.5 mA cenderung menurun kuat lebtnya dibandingkan tanpa diproteksi. Kuat lekat tertinggi terjadi pada mutu beton 30 MPa dan 40 MPa tanpa protcksi yaitu 1.55 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah terjadi pada mutu beton 20 MPa dcngan protcksi arus yaitu 1.27 N/mm2• Pada kuat lekat beton bertulang dengan proteksi arus 0.5 mA yang direndam selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut, kuat lekat tertinggi terjadi pada mutu beton 40 MPa yaitu 1.43 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah pada mutu beton 20 MPa yaitu 1.27 N/nun2• Pada kuat lekat beton bertulang tanpa proteksi yang direndarn selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut, kuat lekat tertinggi terjadi pada mutu beton 30 dan 40 MPa yaitu 1.55 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah pada mutu beton 20 MPa yaitu 1.45 N/mm2• Hasil pengujian ini menggambarkan bahwa kuat lekat beton bertulang dengan proteksi arus 0.5 mA dan tanpa proteksi mengalami peningkatan grafik, semakin tinggi mutu beton maka semakin mempengaruhi kuat lekat beton bertulang. Fenomena ini diperkuat oleh (Kusuma, 1997) bahwa kuat lekat beton bertulang menunjukkan suatu lekatan yang baik serta kesamaan muai merupakan alasan yang utama dimana beton dan baja tulangan berkombinasi secara teknis dengan baik. Kerjasama kedua material ini masing-masing melaksanakan fungsinya dengan baik yaitu baja melawan tegangan clan beton melawan tegangan tekan.
4.3. PERUBAHAN POTENSIAL PROTEKSI SELAMA KATHODIK PROTEKSI i>ADA BERBAGAI KUALIATS BETON Pengujian potensial dilakukan
untuk mengetahui
laju korosi dengan cara
rnenghubungkan kutub positif multimeter pada elektroda anoda sedangkan kutub negatif. pada tulangan yang dilindungi. Adapun basil dari pengujiart ditampilkan pada tabel 4.4. Dari basil penelitian sebagaimana yang terlihat pada gambar diatas, potensial proteksi dari beton bertulang yang direndam selama 60 hari dan diberi perlakuan pasang surut, cendrung naik walaupun pada akhir minggu potensial proteksinya makin menurun. Pada semua kekuatan nilai potensial saat pasang lebih tinggi dibandingkan potensial pada saat terjadinya surut.
27
Tabel 4.4. Potensial beton betulang selama diberi
perlakuan 60 hari.
Potensial Proteksi 0,5 mA MingguKe-
20Mpa
40Mpa
30Mpa
Pasang
Suort
Pasang
Surut
Pasang
Surut
I
480
427
486
398
482
399
II
632
482
620
485
626
483
III
683
491
676
490
684
488
IV
662
466
679
457
669
454
v
711
404
721
401
719
406
VI
710
714
691
688
436 424
711 692
438
VII
435 425
VIII
675
464
671
466
673
479
IX
655
366
656
367
655
368
424
Dari data yang ditampilkan pada tabel 4.4. basil penelitian didapat grafik 4.6., 4.7., 4.8. sebagai berikut: eoo
>100 .!.eco
iii -; 500 ~-400 ;; :!00
~--
. . . -..................
,..
--
-
I
, ..,
-
p
asq
20""
--·
-SIN20MP1
~ 200
a
.t
100 0-t--~.---------.,.----,~--.-~~~-,-~-r~--.-~-,
2
4
5
6
7
II
9
llnggti 1(9..
Gambar 4.6. Grafik potensial proteksi dengan kekuatan 20 MPa yang direndam selama 60 hari. IOO
>100
.§.eoo ..
•S«>0
:: 500
iii 300
--~-~--~~------__...--~ __ __ - ,., . ~---
1-Pa&q~llP•1 --Suut~MPa
1200 a .t 100
0+-~.------~.----.~~~~~~~~~~~~ 3 2 7
•
Gambar 4.7. Grafik potensial proteksi dengan kekuatan 30 MPa yang. direndam selama 60 hari.
28
IOO
;;100
.;•&a .ea =• ii300
: 1CIO
o~~~~~~~~~~~~~~~--.-~ 2
4
3
.... 5
•
•
7
~
•
Gambar 4.8. Graflk potensia] proteksi dengan kekuatan 40 MPa yang direndam selama 60 hari.
Dimana dari hasil gambar diatas, nilai potensial proteksi pada semua kekuatan hampir sama, ini disebabkan oleh pemberian arus yang sama sebesar 0.5 mA pada tulangan beton yang direndam selama 60 hari dan diberi perlakuan pasang surut.
4.4. PERUBAHAN KOMPOSISI
KIMIA
BETON
SELAMA KAIBODIK
PROTEKSI 4.4.1. Pengarub Mutu Beton Dengan Komposisi Kimia Akibst Arns Proteksi Hasil pengujian AAS untuk. mengetahui kandungan unsur yang terjadi pada beton bertulang yang direndam selama 60 hari dan diberi perlakuan pasang surut. Hasil uji AAS dilakukan di UPT. MIPA. Seksi Kimia Analitik Universitas Mataram. Adapun hasil pengujian ditampilkan pada tabel sebagai berikut: Tabel 4.5. Hasil uji AAS pada berbagai mutu beton setelah diproteksi selama 60 hari. No.
Cl%
MutuBeton
Ca%
Mg%
(MPa)
DD
DL
DD
DL
DD
DL
I
20
8.68
1.3
46.9
67.05
0.695
1.01
2
30
9.73
1.71
52.55
70.05
0.795
1.015
3
40
6.43
4.82
51.45
69.45
0.805
l.(}2
Dari data dan tabel dapat ditampilkan pada tabel 4.5. menunjukan bahwa parameter unsur yang paling besar adalah Ca {Kalsium) yaitu 70.0S % sedangkan parameter unsur paling kecil adalah Mg (Magnesium) yaitu 0.695 %
29
Kalsium
(Ca) ditemukan
pada banyak
senyawa.
Unsur ini diekstraksi
dengan
elektrolisis dan mempunyai nomor atom 20. CaC03 (Kalsium Karbonat) digunakan pada
penentuan kalsium oksida (CaO), pada pembuatan semen dan sebagai batu bangunan. CaO yang berasal dari pasta semen atau disebut sebagai batu tohor, yang didapat dari hasil reaksi dari pembakaran CaCOJ (Kalsium Karbonat) atau disebut sebagai batu kapur dengan COi (Karban Dioksida) pada pembuatan pasta semen. 75 70 65 60 55 50 45 ~ 40 J! 35 30 Ao. 25 20 15 10 5 0
-. --. ----------. . - ... - -· - - -
t
- ..
a•"DD
-0%DL - - · ·C.%DD -C.%DL
.!
.
- - - ·Mg%DD -Mg-t.DL
..... - ............ 20
30
-
... . .
. . 40
M•Be•(MPa)
Gambar 4.9. Hubungan mutu beton dengan komposisi kimia.
CaO ini mempunyai sifat porous dan reaktif akibat bereaksi dengan H20 maka menjadi Ca(OH)i (kalsium hidroksida) yang menaikan nilai pH 12,5-13,5 (basa) dalam beton pada kondisi ini menyebabkan passivasi (Tretheyey, 1991). Merembesnya H20, Oi dan COi kedalam beton maka COi akan bereaksi dan mengendapkan karbonat yang menggantikan hidroksida serta menurunkan pH dalam beton sehingga selaput pasiv menjadi pecah, maka H20 dan 02 akan menyebabkan baja penguat dalam beton akan mengalami korosi yang menghasilkan produk korosi FeOOH {Lepidocrocite) yang dapat menyebabkan tegangan tarik pada beton disekitar baja sehingga beton menjadi retak maka H20 yang mengandung ion-ion akan masuk kedalam beton. Pada klorin (Cl) nilai tertinggi terdapat pada diameter dalam dengan mutu beton 30 MPa yaitu 9.73 %, sedangkan nilai terendah terdapat pada diameter luar dengan mutu beton 20 MPa yaitu 1.3 %. Senyawa kalium ditemukan di air laut dan batuan garam (air lautjuga mengandung KCI atau kalium klorida). Kalium diekstraksi dari lelehan kalium klorida dengan elektrolisis. Unsur ini sangat reaktifbereaksi dahsyat dengan
er (Klarin) dan H20
(Air).
30
Pada magnesium (Mg) nilai tertinggi terdapat pada diameter luar dengan mutu beton 40 MPa yaitu 1.02 %, sedangkan nilai terendah terdapat pada diameter dalam dengan mutu beton 20 MPa yaitu 0.695 %.
Kandungan unsur magnesium (Mg) terdapat pada semen dengan kadar 0.5-4 %. Di air laut magnesium dapat menggantikan kalsium dalam kalsium hidroksida untuk membentuk brucite, Mg(OH)2 yang akan mengembang dan membentuk kristal panjang aragonite atau valerite. Selanjutnya ion klor juga akan mengubah sifat kimia beton dengan membentuk calsium cloro aluminate (Ca3Ah06CaCh.lOH20). 4.4.2. Perubaran Komposisi Kimia Akibat Arus Proteksi
Tabel 4.6f Hasil uji AAS pada beton 30 MPa yang diproteksi pada berbagai arus. Parameter(%)
Arus
Cl
proteksi
Ca
Mg
No
(mA)
Dalam
Luar
Dalam
Loar
Dalam
Loar
1
0.5
9.73
1.71
52.55
70.05
0.795
1.015
2
1.3
6.87
1.03
46.35
69.8
0.78
1.115
Beton adalah salah satu jenis material komposit yang mana daya ikatnya dihasilkan dari reaksi antara semen dan air, dengan tambahan unsur pengisi pasir dan batu. Unsur pengisi ini mengisi % dari total volume beton, sisanya berupa celah-celah udara clan semen. Semen sebagai unsur utama campuran beton mempunyai komposisi sebagai berikut : CaO (80-67%), Silica (17-25%), Ah03 ( 3-8%), Fe203 (0,5-6%), MgO (0,1-4%), S03 (1-3%). Hidrasi NaOH dan KOH membentuk Na20 (0,15%) dan akan
meningkatkan pH,
porositas, dan nilai larutan Ca(OH)2jenuh. Perubahan komposisi kimia akibat medan potensial ditampilkan pada lampiran 2. Terlihat bahwa ion-ion negative yang dianalisa (Cl') cenderung menuju kutub positive ~
- .
.
(larutan NaCl), sedangkan ion-ion positive (Ca, Al, Mg) menuju ke kutub negative (larutan NaOH). Dalam
percobaan
ini
digunakan
teknik
analisa
Atomic
Absorbtion
Spectrophotometric (AAS) dan Spectrophotometre untuk menganalisa komposisi kimia beton. Ditemukan bahwa arus dalam katodik proteksi akan menyebabkan perpindahan ion positive (Ca, Al, Mg) menuju katoda dan ion negative (CD menuju anoda. Penggunaan arus 1.3 mA pada beton kekuatan 30 MPa, mampu mengurangi kandungan clor yang pada 31
komposisi
awal terdapat 9.73% Cl, akan
berkurang menjadi 6.87. Sedangkan untuk Ca
mengalami perubahan 7°/o clan Mg 0.1 %.
Katodik proteksi menyebapkan terjadinya reaksi anodic, ion-ion ini akan migrasi menuju anoda 'dibawah medan, listrik clan perbedaan konsentrasi. Kemungkinan lainnya adalah ion hidroksil bereaksi dengan beberapa komponen beton, menyebapkan tumbuhnya endapan garam di katoda. Oaram ini dapat menyelimuti katoda baja dan menyebapkan kebutuhan arus berkurang.
0
Power suplai
er so/- Off col-
Katoda (+)
- - - ~- - - - p- -
- - - iflftftti - -
Gambar 4.10. Perubahan komposisi kimia pada beton bertulang akibat arus supplai.
Beberapa peneliti menuliskan bahwa adanya gaya tarik ioniklah yang menyebabkan perpindahan ion-ion dalam beton. Telah diketahui bahwa adanya beda potensial yang diciptakan oleh kutub-kutub dalam medan listrik mengakibatkan adanya drifing force yang mampu menggerakkan anion kation beton. Kondisi ini terjadi jika larutan dalam anoda cukup kondusif untuk membawa muatan, artinya beda potensial yang dihasilkan melebihi hambatan beton. Sehingga tidak semua anion, kation mampu digerakkan sesuai yang diharapkan. Pada lingkungan air laut yang diam, pemakaian arus 0.2 mA tidak mampu membawa semua unsur Ca menuju katoda. Tapi pada penggunaan arus 40inA, pergerakan unsur Ca mencapai jumlah yang cukup significant (300/o) (Asmara, 2005). Potensial yang dibutuhkan untuk membawa muatan melawan hambatan dirumuskan oleh hukum Ohm sebagai berikut:
V=IxR
32
Semakin besar hambatan akan semakin besar pula potensial yang dibutuhkan untuk
membawa arus melewati hambatan. Sebaliknya semakin besar potensial semakin banyak muatan ion yang mampu dipindahkan. Pergerakan unsur Ca dalam beton adalah dengan cara melarut dulu ke dalam beton (osmisis) di sisi anoda yang kemudian ion calcium ini akan tumbuh lagi untuk membentuk calcium hydroksida di sisi katoda. Sehingga calcium hydroxide yang tumbuh dalam sisi katoda akan menyebabkan naiknya nilai pH.
+ 1-
+
+ +
+ + Gambar 4.11. Pergerakan molekul air dalam beton. 4.5. ANALISA VISUAL Pengamatan visual dilakukan setelah tulangan dikeluarkan dari beton untuk mengetahui letak terjadinya korosi pada tulangan bagian dalam dan atas beton yang diproteksi arus 0.5 mA dan tanpa diproteksi. Gambar diambil dengan menggunakan kamera digital. Adapun basil dari pengamatan dimana terjadinya endapan atau pengapuran (pengotor) sehingga menimbulkan pertumbuhan Iuka, clan kerusakan struktur beton bertulang akibat potensial proteksi.yang membuat beton menjadi getas. Hasil pengamatan dapat dilihat pada gambar 4.12. dan 4.13. Dari gambar 4.12. Tulangan bagian dalam beton dengan mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA mengalami korosi pada tulangan yaitu dengan terlihatnya, wama putih tersebut terdiri dari endapan senyawa magnesium, kalsium dan endapan kalium baik yang berasal dari campuran beton maupun dari elektrolit yang sudah mencapai ttilangan.
33
Gambar 4.12. Tulangan bagian dalam
clan bagian atas beton dengan
mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA.
-
I
• ,_,
-.,
J
-
•
c ..
. 1
. ·~· _;:·,
•
I'!
Gambar 4.12. Tulangan bagian dalam dan bagian atas beton dengan mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA.
Tulangan bagian atas pada beton dengan mutu beton 40 MPa yang diproteksi arus 0.5 mA menunjukan bintik coklat kemerah-merahan pada permukaan tulangannya, walaupun korosi ini tidak merata diseluruh pennukaan tulangan. Hal ini disebabkan karena tulangan berada pada kondisi atmosfir dan splash zone yang pennukaannya selalu terkena percikan air laut yang berinteraksi dengan permukaan tulangan yang berada pada udara yang kaya akan oksigen. Korosi pada baja penguat ini juga dapat disebabkan karena adanya campuran NaCl dalam pembuatan beton yang signifikan terhadap baja penguat. Dari gambar Tulangan bagian atas pada beton yang diproteksi menunjukan bintik coklat kemerah-merahan pada permukaan tulangannya, walaupun korosi ini tidak merata diseluruh permukaan tulangan. Hal ini disebabkan karena tulangan berada pada kondisi atmosfir dan splash zone yang permukaannya selalu terkena percikan air laut yang . berinteraksi dengan permukaan tulangan yang berada pada udara yang kaya
akan oksigen.
Pada arus 0.5 mA terlihat warna putih yang berasal dari pasta semen serta sisa senyawa garam namun senyawa tersebut belum menghasilkan produk korosi sebagaimana yang terjadi pada arus 0.9 mA dan 1.3 mA. Pada arus ini pennukaan tulangan sudah mengalami korosi khususnya pada daerah-daerah dimana terjadi konsentrasi klorida tinggi. Pada tulangan beton yang tidak diproteksi, pennukaannya sudah terjadi reaksi korosi yang sudah menghasilkan produk korosi yang berwama kecoklatan walaupun masih
34
berbentuk
titik-titik.
terkonsentrasi
Disamping
itu terdapat
juga endapan-endapan
putih
pada titik-titik tertentu. Pada tulangan yang tidak diproteksi,
korosi yang diduga sebagai korosi sumuran walaupun belum menghancurkan
lain yang
sudah terjadi bagian
dalaln
dari tulangan, hal ini disebabkan karena pasokan oksigen yang merupakan salah satu unsur pemicu dari reaksi korosi tidak cukup.
4.6. PENGAMATAN MIKROSTRUKTUR Telah diketahui bahwa penggunaan
arus dalam weaktu yang alam a1can
menurunkan potensial. Turunnya potensial ini disebabkan oleh endapan garam yang terbentuk di sekitar pennukaan baja.1~al ini telah dijelaskan oleh beberapa peneliti bahwa penggunaan arus yang menyebabkan potensial korosi jauh dibawah potensial korosi bebasnya (lebih dari -11 OOmV) akan mengakibatkan pertumbuhan deposit calcareous yang berlebihan. Phenomena ini pemah diteliti oleh Asmara, 2002 pada baja yang diproteksi pada potensial - llOOmV, dimana pada pennukaan baja telah tertutup sempuma oleh endapan garam calcareous pada hari ke-tiga, Penjelasan tentang hal ini telah dijelaskan oleh Phull, 1981 bahwa jika perlindungan dilakukan pada potensial terlalu negative akan berakibat meningkatnya pH larutan di sekitar system. Kondisi pH demikian memudahkan terbentuknya endapan kapur/senyawa garam di sekitar lokasi perlindungan di lingkungan elektrolit air laut. Dalam penelitiannya ia menemukan pada potensial dibawah -1000 mV SCE, tumbuhnya endapan garam ini sangat cepat dan tidak teratur sehingga cenderung tidak homogen dan porous. Hubungan arus dan pertumbuhan calcareosu deposit ditampilkan pada gambar 4.5.a dan 4.5.b. Dan lebih detail tentang hubungan arus proteksi dan struktur mikro ditampilkan pada lampiran 2.
Gambar 4.14. Pennukaan baja akibat over kathodik proteksi (SEM). ·
35
0
. 2
4
I
~
fatnbar 4.15. Komposisicalcareousyang terbentuk akibat o~kathodik proteksi.
36
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN •
Penggunaan arus proteksi 0.5 mA pada beton dengan kekuatan 30 Mpa mengalami nilai potensial tertinggi saat pasang sebesar -721 mV, sedangkan nilai terendah adalah .620 mV. Atau terjadi perbedaan 101 mV.
•
Penggunaan arus yang lebih tinggi, yaitu 1.3 mA menyebabkan range nilai tertinggi dan terendah pada waktu pasang 89 m V dan surut menjadi l 09 m V.
•
Kuat lekat tertinggi terjadi pada beton yang tidak diproteksi. Pada beton yang terproteksi, kuat lekat tertinggi terjadi pada ¥.ton dengan proteksi arus 0.5 mA dengan kuat lekat 1.4 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah terjadi pada arus 1.3 mA dengan kuat lekat 1.27 N/mm
•
Makin meningkatnya mutu beton maka kuat lekat beton bertulang baik yang diproteksi arus 0.5 mA atau tanpa proteksi makin meningkat
•
Pada kuat lekat beton bertulang dengan proteksi arus 0.5 mA yang direndam selama 60 hari serta diberi perlakuan pasang surut, kuat lekat tertinggi terjadi pada mutu beton 40 MPa yaitu sebesar 1.43 N/mm2, sedangkan kuat lekat terendah pada mutu beton 20 MPa yaitu sebesar 1.27 N/mm2•
•
Kandungan Cl pada mutu beton 30 MPa selama perlindungan yang terjadi di dalam beton sekitar katoda sebesar 9.73 % yaitu meningkat dibandingkan sebelum diproteksi.
•
Magnesium (Mg) nilai tertinggi terdapat pada diameter luar dengan mutu beton 40 MPa yaitu 1.02 %, sedangkan nilai terendah terdapat pada diameter dalam dengan mutu beton 20 MPa yaitu 0.695 %.
•
Penggunaan arus 1.3 mA pada beton kekuatan 30 MPa, mampu mengurangi kandungan clor yang pada komposisi awal terdapat 9.73% Cl, akan berkurang menjadi 6.87. Sedangkan untuk Ca mengalami perubahan 7% dan Mg 0.1 %. .
.
5.2.SARAN Penelitian ini lebih jauh dapat dikembangkan kearah penentuan besar dan model aliran arus/potensial proteksi agar tidak terjadi kesalahan dalam mendesain system perlindungan pada beton bertulang. Sehingga dampak fatal dari distribusi ion aggressive yang berupa
ketidak homogenan baja tulangan (pemicu korosi celah), interaksi unsur
37
dalam beton (pemicu reaksi hydrogen embritlement), melemahnya daya adhesi baja-beton akibat salah proteksi dapat dihindari. Penelitian ini dapat dikembangkan untuk meneliti mobilisasi unsur yang tidak dikehendaki dapat dibuang dari beton (decloronation). Sehingga dengan temuan ini dapat digunakan untuk metode perbaikan kualitas beton bertulang yang telah clan sudah dibangun, terutama untuk lingkungan aggressive di Indonesia.
1~
38
DAFfAR PUSTAKA Alexander, A, Korzenko, 1996, Degradation of Etheline-Vinyl Acetate Copolomer During its Cathodik Delamination from Steel Substrate, Institut Bioorganic
Chemistry amt Petroclaemsitry, Ukrania, Elsevier;259-264. Andrade C. Gonzales JA, 1978, "Quantitative Measurements of Corrosion rate of Reinforcement Steel embedded in Concrete using Polarisation resistance
Measuremems"; WerbtofJ Corrosion; 29; 515-519. Asmara, Ynli Paoca daa Mustiko, Cabyo, 2002, "Penggunaan Rangkaian Amplifier Potensiostat untuk perlindungan Korosi baja karbon di lingkungan air laut",
Lemlit, UNRAM. Asmara, Yull Panca, 2001, "The Cathodic Protection of Mild Steel and 304 Stainless Steel in Anificial Seawater Using an Impressed Current System ", M.ScTheses, Corrosion and Protection Centre, UMIST, Man4':hester. Asmara, Yuli Panea, .. 2003, Investigasi lcegagalan katodi/i,: proteksi baja karbon rendah dan stinles steel 304 di air /aut, Laporan penelitian, Lemlit, UNRAM. Asmara, Yuli Panca, 2004, "Karakteristtk Beton Bertulang Pada Perlindungan Kathodik Di Lingkungan Air Laut", Laporan penelitian Bibah Pekerti, Lemlit, UNRAM. Asmara, Yali Panca; Budiman,_ Zulfikri, 2003, "Penggunaan Potensial Noise Umuk Mengetahui Korosi Tersembunyi di Beton Bertulang", Laporan penelitian, Lemlit, UNRAM. Batis, G, Tb. Routoolas, 1999, "Steel Rebars Corrosion Investigation with Strain Gages", Cement and Concrete Composites, 21pp.163-171, Elsevier. Brammer.,T.W, 2001, "Nine-Year Performance Of Epoxy Coated Rebar In Tunnel Structure", proceeding of international conference on corrosion and corrosion protection of steel in concrete, Vol. 2, Sbefield Academic Press, UK, pp. 1199-1209. Brass dalam Alan Turnbull, 1995, "Hydrogen Transport and Cracking in Metal", Institut Material, London. Clifton, Jr., 1998, "Bond And Creep Characteristics Of Coated Reinforcement Bars In Concrete", ACIJ ;80 (4); 288-293. Foithlerr, dalam B.S. Phull, 1981, "A Study of Calcareous Scale in Relating to Cathodic Protection", Pb.D Theses, University Manchester. Grattan-Bellew, PE, 1996, "Microstructural investigation of deteriorated Portland cement concretes", Construction and building materials, Vol.10, pp.3-16, Elsevier science Ltd., Uk. Griffin, R.B, 1996, "Mathe.,,uitical Model for Predicting Film Formation, Corrosion", NACE, pS62. Hakeem-El, 1997, "Calculating Bond Strength Of Coated And Uncoated Steel Bars Using An Analitical Models", Proceeding Of The Seventh Arab Structaral Engineering Conference, Kuwait, :November;247-256. Hawari, EL, 1998, "Effect of seawater on epoxy-repaired concrete", cement concrete composite;20. John, D.G, Coote AT, Trendaway KWJ, Dawson JL. 1989, "Corrosion of Reinforcement in Concrete Construction". London, ~iety of Chemical Industry, June;263-286.
39
Mehta PK, 1988, "Durability of Concrete Exposed to Marine Environmem"« a fresh look.
ACI SP.109-1;1-29. Moetaz, M., 1999, "Evaluataion of Bond Strength of Epoxy-Coated Bars in Concrete Exposed to Marine Environment", Elsevier, Construction and Building Materials; 357-362. Nace Standart dalam Hart, 1998, "Hystorlcal, Development, Present understanding and Fututre Consideration regarding Cathodic Protection of Offshore Structure", 8tll
Middle East, Corrosion Conference, Bahrain. Neville, A. 1995, Chloride Attack of Reinforced Concrete; an Overview, Materials and Structures; 28;63-70. Oni, A 1996, "Effects Cathodic Overpotential on Some mechanism properties of dual phase low alloy steel in seawater", Elsevier Science, 10, 481. Phull, B.S 1981, "A Study of Calcareous Scale in Relating to Cathodic Protection", Ph.D Theses, Univenity Manchester. Que, La, May, 1982, "Experiment Relating to The Mechanism of Cathodic Protection of Steel in Seawater", Corrosion Performance, 21:May, 18. Raka, IGP, dkk, 1982, Korosi pada dennaga beton bertulang, Lokakarya masalah korosi maritim, Dirjen Perhubungan laut, November, Jakarta. Raka, IGP, dkk, 1983, Evaluasi Kerusakan dermaga: Dili, Timor Timur, Dermaga Meneng; Jawa Timur, Laporan Kerjasama Port Administration TanjungPerak Surabaya dengan Teknik Sipil ITS. Sarkar, S.H. 1994, "The importance of Microstructure in Evaluating Concrete", In: advance concrete Technology, ed. V.M. Malhotra, CANMET, Ottawa, Canada, MSL, 94-1, pp.123-202. Scantlebury, 2001, Cathodik Protection of Lecture Note, Corrosion and Protection Centre, UMIST, Manchester. Schiessel P., 1996, "Durability of Reinforced Concrete Structures", Construction and Building Materials, Vol. 10, No. 5, pp. 289-292, Elsevier. Smith LL, 1993, "Corrosion of epoxy coated re bar in marine environment", transp. Res. Board. Swamy, R.N.1992, "TheAlkalt-Stlica Reaction in Concrete", Van Nostrand Reinhold, New York, p.333. Treece, 1989, "Bond Strength Of Epoxy-Coated Reinforcing Bars", ACI Mater Joumal;167-174. Wanldyn, Veritas dalam Batt,C; Robinson, M.J, 2003, Optimum Cathodik Protection Potentials for High Strength Steel in Seawater, Umist Corrosion Journal, Manchester. Zayed, 1989, Corrosion Of Epoxy Reinforcement Steel, Nace, paper 379, Houston.
40
LAMP IRAN
41
Lampiran A. Perubahanpotensial selama proteksi katodik
750 735
720 705 690
675 660
-20
645 630
-
615 600
II.Pa Pasang 30 II.Pa Pasang
-40 II.Pa Pasang
585 570 555 540 525
510 495 480 465
450r--~~~~~~~~~~~~~~~~~~ II
m
v
IV
VI
VII
VIII
IX
Lampiran A. I. Grafik potensial proteksi pada waktu pasang yang direndam selama 60 hari.
Potensial Proteksi 0.5 mA -
>
-.=Ii
500 475
·-
450
-20 MPa SlJ'Ut
.8
425
-30 MPa SlJ'Ut
400
-
e
Q.
'ii
375
!
350
.8 0
40 MPa Sll'Ut
325
Q. 300
I
Il
m
N
v
VI
VII
vm
IX
Minggu Ke-
Lampiran A.2. Grafik potensial proteksi pada waktu surut yang direndam selama 60 hari.
42
Lampiran B. Analisa morphologi beton.
(Perbesaran 6000x)
Gambar B. l.a. Gambar B. l.b. Gamabar B. l .c. Gambar B. l. Pengaruh arus p.roteksi terhadap morphologi butir beton kekuatan 40 MPa, 4%Cl. a) beton tidak diproteksi b) beton diproteksi 10 mA selama 14 hari sisi anoda c) beton diproteksi 10 mA selama 14 hari sisi katoda
Gambar B.3. Pengaruh arus proteksi terhadap morphologi butir beton kekuatan 30 MPa, 1 o/oCI. a) beton tidak diproteksi b) beton diproteksi 0.8 mA selama 14 hari sisi anoda c) beton diproteksi 0.8 mA selama 14 hari sisi katoda
43
Gambar B.4.b. Gambar B.4. Pengaruh kandungan Cl terhadap morphology beton 40MPa a) beton 40 MPa, 4 % Cl b) beton 40MPa, 0 %Cl
Lampiran C. Foto-Foto keglatan.
Gambar C.1. Pembuatan beton bertulang dan perawatan beton bertulang.
Gambar C.2. Perendaman beton bertulang sebelum diproteksi.
44
Gambar C.3. Alat control waktu clan ketinggian air.
1,
Gambar C.4. Pemasangan percobaan.
45
_,_-r ......
BIOGRAFl/DAFrAR RIWAYAT HIDUP PENELm
Nama Lengkap
: Yuli Panca Asmara, ST, M.Sc
NIP
: 132162529
Pangkat/Jabatan
: Lektor/ Ilic
Bidang Keahlian
: Korosi
Kantor/Unit Kerja
: Teknik Mesin -Fakultas Teknik- UNRAM
Laboratorium
: Kepala Laboratorium Korosi
F Pengukuran t1 \
Pendidikan I
Kota & Negara
Perguruan Tinggi
No.
Surabaya
SI-ITS
-
TabanLulas
Bidaag Stadi
1995
Teknik Mesin/Metalurgi
2001
Corrosion and Protection
Indonesia 2
82
-
University Manchester of
Institute
Science
Manchester
and
Technology (UMIS1)
Pengalaman kerja dan Professional Institosi
Jabatan
Periode kerja
Unram Teknik Mesin
K.alab.Pengukuran
2004-sekarang
/merintis lab.korosi Indocor (assosiasi Korosi
Anggota
2001- sekarang
Indonesia) -
Pengalaman Riset No.
Judal Riset
Tah11Jl
1
Plotting diagram polarisation of type 304/316 Stainless steel. laboratory class
1999
2
Cathodic Protection on rebar concrete. laboratory class
2000
3
Cathodic Protection of mild steel and 304 stanless steel using.an impressed
2001
current sistem in artificial seawater, theses 82
4
Perancangan potell.'iQstat untulc kathodilc proteksi baja dari korosi air laut,
2002
Penelitian SPP-DPP-Unram
s
Perlindungan baja karbon rendah dengan pcnerapan impressed current cathodic
2002
protection di linglcungan air di Lombok, Bimbingan sJaipsi
6
Pcngaruh pcngecatan terhadap scrangan korosi di lingkungan air di Lombok,
2002
Bimbingan skripsi
7
Pcrlindungan baja lcarbon rendah dengan anoda korban di lingkungan air di
2003
Lombok, Bimbingan skripsi
Publikasi No. I
. I
': Pengaruh parameter-parameter
K2rya IIJaiab perlakuan panas terbadap kekerasan baja basil pengerolan, Tugas
Akhir, Sl-~TS, 1995, Surabaya 2
Optimasi pengerasan baja karbon rendah, Dasen Muda, Dikti, 1998
3
Sifat korosifStainless Steel pada larutan asam sulfat (H2S04), Preceding Workshop PPI, Manchester, UK.1999
4
Prediction Pitting corrosion using anodic scan polarization, Rekayasa, F.Teknik UNRAM, 2000
5
Stress Corrosion Cracking of Brass in ammonium Solution, Preceding, ISTEC, Manchester,
UK.
2001
6
Cathodic Protection of mild steel :ind 304 stanless steel using an impressed current sistem in artificial seawater, S2 Theses, Corrosion and Protection Centre, UMIST, 2001
7
Penggunaan elektrokimia noise untuk mendeteksi jenis korosi tersembunyi di beton bertulang, Laporan Penelitian SPP-DPP, Lemlit, Unram, 2003
8
Investigasi kesalahankatodik proteksi baja karbon menengah dan 304 SS di lingkungan air laut, Laporan Penelitian SPP-DPP, Lemlit, Unram, 2003
9
Pengaruh Pelapisan Nike! terhadap korosi pada baja karbon rendab di airlaut, ORYZA. Vol.3,.2, 2004
10
Karakteristik beton bertulang pada perlindungan kathodik di lingkungan air laut, Laporan Penelitian
Hibah Pekerti, Lemlit, Unram, 2004 (aspek mikro struktur beton bertulang akibat interferensi arus) 10
Karakteristik arus dan potensial katodik pada perlindungan sistem arus terpasang terhadap stainless steel typa 304 di lingkungan airlaut, Rekayasa, Vol.5,2. 2004
11
Failure analyse of column destillation plant, ORYZA. Vol.2, 2005
Riset yang sedang dilakokan tabun 2005 •
Kelanjutan
tahun
Il
Hibah
Pekerti
"Karakteristik
beton
bertulang
pada
perlindungan kathodik di lingkungan air laut" (aspek peregangan akibat over proteksi baja dalam beton kondisi air taut)
Bimbingan skripsi Mabasiswa yang relevan •
Perlindungan katodik proteksi dengan menggunakan anoda tumbal seng seng di lingkungan air taut, 2004
•
Pengaruh pelapisan Nikel-Crom terhadap terhadap serangan korosi dilingkungan
. 2 04
call', 0
1,\;
•
Pengaruh pelapisan crom terhadap serangan korosi di lingkungan cair, 2004
•
Pengaruhjenis-jenis pengelasan terhadap laju korosi di lingkungan cair, 2003
•
Pengaruh jenis-jenis pengelasan terhadap laju korosi di lingkungan tanah, 2003
•
Penerapan imprssed current dengan arus tetap pada perlindungan baja karbon di lingkungan cair, 2002
•
Penggunaan cat sebagai pelapis pelindung korosi di lingkungan cair, 2002
1-
\'
ARTIKEL ILMIAH
Kebutuhan arus dan Potensial Proteksi Katodik Beton Bertulang di Lokasi Pasang Surut Air laut Yuli Panca Asmara, Paryanto Dwi Setyawan Dosen Teknik Mesin UNRAM
I-
RINGKASAN Bangunan beton bertulang di lepas pantai akan mengalami kerusakan paling parah di lokasi pasang surut. Di Iokasi ini, serangan simultan antara korosl dan abrasi terus menerus terjadi. Untuk mencegah agar beton tidak mengalami keruskan yang lebih parah, telah dikembangkan berbagai metode pencegahan. Salah satu caranya dengan katodik proteksi. Walaupun demikian', perancangan kathodik proteksi di daerah pasang surut tidak mudah. Jika arus/potensial tidak dikontrol, kemungkinan akan terjadi over protected. Keadaan ini menimbulakan kerusakan berkelanjutan; meregangnya daya rekat baja, serangan alkali, dan retakan akibat endapan kapur. Untuk menghindari dampak buruk tersebut, maka potensial perlu diawasi agar selalu berada pada kondisi yang aman, Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui perubahan potensial beton bertulang di lingkungan pasang surut air laut. Lingkungan air laut buatan dibuat pada bak yang tiap 6 jam mengalami siklus basah dan siklus kering. Benda kerja berupa beton bertulang berdimensi 85mm x 200mm, kekuatan 20 Mpa, 30 Mpa dan 40 Mpa, N~Cl 3,5%. Benda ' kerja direndam di dalam air taut buatan (air+3.5% NaCl) selama 30 hari dan diproteksi kathodik arus tetap pada 0.5mA, 0.9mA dan 1.3 mA. Pencatatan perubahan potensial dilakukan setiap Ijam baik pada kondisi pasang ataupun surut. Pengamatan selama percobaan menunjukan bahwa beton dengan kekuatan 20 Mpa, 30 Mpa, dan 40 Mpa mengalami penurunan potensial antara 100mV-200mV. Perbandingan potensial yang terjadi pada kondisi basah dan kering menunjukan perbedaan yang berarti, yaitu dibutuhkan potensial rata-rata sebesar 516 mVpada kondisi basah dan 445m V pada kondisi kering. Penggunaan arus yang berbeda pada beton berkekuatan 30Mpa juga mengalai perubahan selama katodik berlangsung. Selama 30 hari proteksi dengan arus 0,5 mA, 0,9mA dan l ,3mA, beton mengalai penurunan potensial masingmasing sebesar 85mV, 108mV, dan 21mV. Kata kunei: arus proteksi, katodik proteksi, siklus basah-kering
1. PENDAHULUAN Banyak dilaporkan bahwa beton bertulang yang diasumsikan mampu melindungi baja tulangannya dari serangan korosi temyata tidak dapat menjalankan fungsinya dengan baik. Hampir semua bangunan beton bertulang yang ada di perairan laut Indonesia, mengalami kerusakan dibawah usia perencanaan. Sebuah bangunan pemukiman di Mataram, berjarak I0 Km dari air taut, berusia 45 tahun, yang bagian dalam temboknya ditanamkan baja berdimesi lx5x5, telah 40% habis dimakan korosi. Hal serupa juga dialami di pelabuhan Gresik, Jatim, hanya 7 tahun sejak dibangun telah mengalami kerusakan. Di Bontan~, Kalbar, dan berbagai bangunan di pelabuahn Jawa timur lainnya rusak akibat korosi
aman melindungi
baja
dari serangan korosi pada baia, kenyataannya masib diperlukan
perawatan tambahan guna lebib memastikan sifat tahan korosinya · Berbeda dengan negara-negara Timur Tengah (Kuwait dan Uni Emirat Arab) serta Negara-di Eropa dan Amerika, Di Negara-negara tersebut perlindungan bangunan lepas pantai telah berkembang dengan pesat. dibuat dengan cara kathodik proteksi atau pelapisan, sehingga umur perencanaan rata-rata berkisar sampai I 00 tahun "(Mcrta(3J. Hawmy£4J. Keberhasilan parawatan beton bertulang dari serangan korosi di lingkungan air laut tidak hanya dipengaruhi oleh system perlindungan yang dipakai tapi juga dimaoa lokasi beton bertulang itu berada. Salah satu perlindungan yang dianggap efisien adalah dengan metode kathodik proteksi. System perlindungan ini selain murah dan dapat diandalkan dalam waktu yang lama, juga relative lebih sederhana15•6•1• Sebuah arus scarab yang dalirkan dengan potensial tertentu alcan dapat melindungi tulangan baja dalam beton secara terus menerus tanpa tambahan apapun alat. Tetapi, bukan berarti perlindungan ini tanpa masalah. Sarat agar perlidungan ini berhasil adalah jika konstruksi yang dilindungi berada dalam elektrolit. Untuk itu katodik proteksi memerlukan perhitungan yang lebih mendalam jika perlindungan ipi diaplikasikan pada beton yang berada di lingkungan pasang surut airlaut. Dimana di loakasi ini struktur beton pada saat tertentu akan tidak berada dalam elektrolit air laut. Dan pada saat inilah katodik proteksi berpotensial tidak dapat memberikan perlindungan yang maksimal. Walaupun demikian, banyak masalah mengenai katodik proteksi beton bertulang dapat ditangani jika metode yang digunakan diperhitungkan secara hati-hati. Factor-factor yang perlu dipertimbangkan dalam perlindungan ini adalah: potensial, arus proteksi, perubahan karakter beton, dan perbahan kondisi air laut itu.sendiri, Penelitian tentang kathodik proteksi di lingkungan pasang surut air laut yang ada di Indonesia perlu dikembangkan. Sehingga kerusakan premature akibat korosi dapat dihindari.
2. TINJA.UANPUSTAKA
2.1. Keruskan Beton Bertulang di Airlaut Beton bertulang yang terendam dalam air laut, dalam kondisi normal, dapat mengandalkan selimut beton untuk melindungi baja tulangan dari serangan korosi. Kandungan ion clor dalam beton dapat ditahan oleh sifat passive dan porositas beton sehingga tidak sampai menyentuh tulangan yang biasanya terbuat dari baja. Kenyataannya, untuk menghasilkan beton dengan passivitas yang tinggi sulit dicapai. Di lapangan beton mengalami kerusakan kimia akibat proses pencampuran dan kerusakan mekanik akibat proses pemasangan. Sehingga korosi tetap saja terjatli yang akhirnya memperparah kerusakan berkelanjutan. P.E.Grattm:f1 meneliti kerusakan beton akibat pemuaian produk korosi. Ditemukan bahwa perubahan volume akibat terbentuknya produk korosi setebal 1 mm akan meningkatkan volume baja dalam beton sebesar 18% tiap mm tebal baja penguat, Regangan sebesar ihi dapat meretakkan beton, · Kapur dalam beton dapat meningkatkan nilai pH sampai 12,5131 dalam keadaan itu baja akan mengalami pemasifan disebapkan oleh terbentuknya lapiSlpl senyawa tipis Fe304.atau y Fe203(Phull[sD. Keadaaan passive ini dapat dirusak oleh hadimya ion agresive yang berasal dari luar lingkungannya ke daerah dimana baja berada, Pengerusakan beton akan semakin cepat pada beton yang diletakan di lingkungan air taut ~ang secara umum mengandung banyak unsur kimia aggressive Cl (serangan asam)(Neville[ n dan unsur kimia Mg, Ca, Carbonat (pembentuk garam calcareous deposits). Jika porositas beton rendah, kehadiran ion clor semakin mempependek usia beton (gambar I). ·
Waktµ korosi beton mutu tinggi Waktu korosi beton mutu rendah
•
~---...f------+----
Concentrasi terjadi korosi
"6
~---+-----I-~~~-===~*'---~
I~~==-~~-
Level ion Clor mula-mula
waktu Seton m'1\ rendah
£
beton mutu tinggi
I
Gambar 1. Pengaruh kualitas bl;ton terhadap usia serangan ion clor110J Jika beton terexpose dalam suasana basa, beton rawan akan serangan alkali. Serangan Alkali adalah sebuah reaksi kimia heterogen yang terjadi di partikel agregat yang terdapat dipori- pori larutan Alkali semen. Ion Hidroksida masuk di permukaan agregat dan memecah ikatan Oksigen-Silikon. Swamy111 menyebutnya sebagai pengerusakan alkali silika reaksi ~ASR)~ yaitu pengurangan peranan silica dalam memperkuat beton bertulang.. Schiessel 121 mencatat bahwa beton yang terserang reaksi ini dicirikan dengan adanya silica gel yang mengisi peretakan dalam beton yang menyebapkan porous dalam be ton. 2.2. Morphology Kerosakan Beton
Serangan Alkali ::.'·
I
serangan Asam
"
Di ling.kungan air taut korosi disebapkan oleh ion clorida yang bereaksi dengan oksigen. Reaksi korosi dalam baja akan membuat volume baja dalam beton mengembang sesuai dengan reaksi: 2Fe +0i +2H20 = 2(FeO(OH) ) + H2
Pemuaian dari a Fe menjadi mineral lepidocrocite adalah lebih dari 3000.Ai . Di air laut magnesium dapat menggantikan calcium dalam calsium hidroksida untuk membentuk brucite Mg(O.Hh yang akan berkembang dan membentuk kristal panjang aragonite atau vaterite. Selanjutnya ion clor juga akan merubah sifat kimia beton dengan cara membentuk calcium cloro aluminate (Ca3Ah06CaChlOH20). Berikut (zambar 2) kerusakan beton bertulang akibat serangan berbagai macam kondisi aggresive. ~£7). Asmara(Il][I4]) FeOOH adalah mineral lmidocrocite.
2.3. Pengaruh Potensial Kathodik Baja di Lingknngan Airlaut Supaya aman tulangan ~aja dalam beton harus bersifat negative. Sehingga dibutuhkan arus dari luar untuk metawan sifat ·katodik sekitar baja. Besar kecilnya arus untuk membuat baja bersifat passive tergantung dari sifat kimia daerah sekitar baja. Potensial yang dibutuhkan baja untuk mencapai potensial perlindungan adalah -800 mV (Ag/AgCl) (menurut standart DnV dan NACEi1SJ. Tetapi untuk perlindungan di lingkungan anaerobic dan terpolusi dibutuhkan potenisat-750 sampai-830 mV (Ag/AgCl). Selanjutnya jika terdapat bakteri pereduksi sulphate, potensial yang dianjurkan turun 100 m V menjadi - 900 mV. Sebuah laporan pada tahun 1988, menunjukkan penggunaan potential -900 sampai -950· m V (Ag/A~l) katodik proteksi di daerah taut utara. Laporan penelitian oleh Wanklyn dan Varitasl16 dalam laporan penelitian Batt dan Robinson, 2003, merokendasikan perlindungan baja kekuatan tinggi sebaiknya pada kisaran potensial -770 mV. Kecepatan korosi yang terjadi 0.001 mm/tahun di air laut natural atau -790 mV pada air laut steril dan tidak ditemukan terjadinya perapuhan hidrogen. Untuk melindungi tulangan baja dari serangan korosi di air laut, kebutuhan arus proteksi tidak secara pasti didapat. Beberapa retak terjadi pada potensial -800 mV. Ini karena baja akan rentan terhadap serangan kerusakan hydrogen pada daerah laut dalam atau lokasi tempat penumpikan biota taut Di lingkungan ini, terdapat bakteri pereduksi sulphide dan pollutan akibat aktivitas biologis hewan laut. Untuk alasan ini, sebaiknya penggunaan potensial tergantung masing-masing pengalaman individu. Kerentanan serangan hydrogen pada berbagai jenis baja sebaiknya diukur dan jika mungkin kondisi di berbagai lokasi taut harus diketahui. 3. MEIBODOLOGY 3.1. Air Laut Buatan Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan percobaan langsung di laboratorium. Untuk mencipatakan kondisi air taut digunakan air laut buatan (air+ 3.5% NaCl). Untuk mempercepat serangan beton bertulang, digunakan campuran 3.5 % NaCl saat pencampuran. Lingkungan pasang surut air laut buatan terdiri dari dua buah bak air seperti gambar. Bak dipasang sedemikian rupa sehinggajika benda kerja mengalami proses kering (pentirisan air) bak bagian bawah akan bertindak sebagai penampung air pembuangan, Siklus kering-basah dikontrol secara elektronik/mekanik dengan sebuah program. Siklus terdiri dari 4 jam siklus basah diikuti 4 jam siklus kering (gambar3). 3.2. Benda Kerja Baja diameter I Omm dimasukan untuk membuat beton (gambar membuat carnpuran diasumsikan bertulang di keringkan selama
ke dalam cetakan berdiameter 100, ketinggian 200. mm 4) dengan komposisi sesuai desain DOE. Air untuk telah tercemar 3,5% NaCl. Selanjutnya material beton 28 hari di udara terbuka. Setelah kering material uji
bak sirkulasi basah-kering (gambar ) berisi air laut buatan selama 1 bulan; Dan diset dengan system perlindungan katodik pada arus tetap 0.5, 0.9, 1.3 mA. dimasukkan ke dalam
Poteaslal Moaitor Inlet
pornpa
. '
Sildus basah
Sikl~skering
Gambar 3. Pemasangan percobaan
JO mm 4Smm
JOO mm
.
,
Gambar 4. Benda kerja beton bertulang 4. ANALISA BASIL DAN PEMBAHASAN Data dari percobaan menunjukan bahwa beton dengan kekuatan 20 Mpa, 30 Mpa, dan 40 Mpa mengalami perubahan potensial antara 100mV-200mV selama 30 hari perlindungan. Penurunan potensial ini berlangsung secara konsisten. Y aitu pada kekuatan beton yang tinggi akan mengalami penurunan pada potensial yang tinggi pula .. Dan sebaliknya beton dengan mutu yang rendah akan berada pada potensial yang lebih negative. Perbandingan potensial yang terjadi pada kondisi basah dan kering juga menunjukan perbedaan yang berarti, yaitu dibutuhkan potensial rata-rata sebesar 516 mVpada kondisi basah dan 445mV pada kondisi kering (gambar 5).
0
20
10
w--.(lwl)
1-0.&nA--
O.!lmA-eurut 1.3rnA4wul
-0.~
Gambar 5. Hubungan antara arus proteksi clan potensial pada beton kuat tekan 30 Mpa di lingkungan pasang surut air taut buatan
1. Percobaan supplai arus dengan menggunakan kekuatan beton yang berbeda didapat basil bahwa semakin tinggi kekuatan beton semakin .positive potensial perlindungan yang dibutuhkan. Selama 30 hari proteksi pengguaan arus 0,5 mA;0,9m.A dan l,3mA telah mengalai penurunan potensial masing-masing sebesar 85mV, 108mV, dan. 21mV. Perhitungan rata-rata potensial yang terjadi pada kuat tekan beton 20Mpa pada kondisi basah adalah adalah 601mV, clan 479mV untuk keadaan kering. Untuk beton kekuatan 30Mpa, diperlukan potensial rata-rata sebesar 567m V (kondisi basah) dan 460m V (kondisi kering). Sedangkan diperlukan potensial rata-rata 608m V clan 487 mV untuk beton kekuatan 40Mpa pada kondisi basah clan kering. 800 700
600
l
500
.
1:
.~--·
-.......
.
200 100 0 0
5
10
15
20
25
tmrl
Gambar
6: Hubungan antara potensial dan waktu pada berbagai kuat tekan beton di lingkungan pasang surut air laut buatan. .
.
Terlihat pada gambar 6 bahwa terjadinya pertambahan perubahan potensial diikuti oleh perubahan arus. Dengan kata lain semakin besar arus supplai yang digunakan akan menyebapkan perubahan penurunan potensial yang besar juga. Walaupun demikian, pada arus katodik proteksi yang rendah, kecenderungan inl tidak tampak. Terlihat bahwa garis penurunan potensial yang sating bersinggungan. Beberapa penelitil17•181 mengungkapkan bahwa adanya arus noise (stray current) yang menyebabkan penurunan yang tidak significant ini. Sementara pada arus yang besar, effect stray current tidak berpengaruh.
'
_..
.....
'
(a) (b) (c) Gambar 7. (a) microstruktur beton pada w/c=0.66 yang dipolarisasi 0 µrn/cm2(a), 400 µrn/cm2(b) dan 1200µm/cm2 (c)
Perubahan potensial proteksi pada saat beton dialiri Iistrik diakibatkan oleh perubahan komposisi kimia dan morphologi beton. Dalam analisa dibawah mikoskrop elektron, JJ Changl19l, meagamati semakin tinggi perubahan potensial (polarisasi) butiran endapan makin besar (gambar 7). Pertumbuhan butiran ini diakibatkan menumpuknya ionion dalam beton. Chang menemukan bahwa penyebab lain penurunan potensial adalah akibat penumpukan ion positif yang terjadi di daerah katoda. Sebagaimana di dapat dari percobaan yang melibatkan pengaruh arus dan w/c terhadap perubahan konsentrasi ion positif dalam beton (gambar 8).
-.-------------:-1
S!:·C~S
I ! •.
f
!
I ~
·.:: z=·X5 ~ __,
. "
• :"
y:,
-e:
11 •!"..!:~
~ ·)e..003
/
_j_a:::~=-=:::;,;)>.:::-::..::-:::.--_--~-~-~--! D
4000
Gambar 8. Pengaruh ams terhadap mobilisasi ion positif beton pada berbagai
wtcl10~
Penyebab perbedaan potensial diakibatkan oleh perbedaan diffusifitas klor juga sesuai dengan basil yang diperoleh oleh Muhammadl101, pada percobaan beton dengan W/C 0.45, dan 0.5. la menyipulkan diffusifitas ion klor akan lebih kecil pada beton dengan kerapatan tinggi (W/C:0.45). Disamping akibat arus, porositas beton juga ikut berperan dalam mempercepat perubahan morphologi beton. Yonezawa yang menyimpulkan bahwa pembentukan celah antara baja-beton akan mempercepat serangan korosi. Einstein mengembangkan persamaan yang melibatkan perpindahan unsur individu pada medan listrik. Dalam persamaan ini disebut pergerakan migrasi yang merupakan pergerakan yang berlawanan dengan pergerakan secara diffuse. Pengamatan terhadap komposisi kimia beton yang cenderung stabil pada sisi katoda dijelaskan oleh persamaan Nemst-Planck, dimana koeffisien diffusi berbanding turns dengan temperatur, hambatan, arus dan berbading terbalik dengan potensial.
5.KESIMPULAN •
•
•
•
I.
Pada saat kondisi pasang (terendam), beton berada pada potensial yang lebih positif dibandingkan dengan saat surut. Yaitu terjadi perubahan potensial(polarisasi) 100mV-200mV. Beton bertulang akan mengalami penurunan potensial, jika dialiri arus proteksi yang lebih rendah. Penurunan potensial yang besar terjadi pada beton yang dialiri arus yang besar. Perbandingan beton · dengan kekuatan berbeda menunjukan bahwa beton dengan kek:uatan tinggi mempunyai hambatan tinggi. Hal ini ditunjukan dengan bergesernya potensial yang sedikit menuju potensial korosi. Siklus pasang dan siklus surut berpengaruh terhadap kebutuhan arus proteksi. Pada saat siklus basah, diperlukan arus yang lebih besar dibandingkan pada saat siklus kering. Ini menunjukan bahwa telah terjadi perubahan hambatan beton sebagai akibat mobilisasi komposisi kimia dan berubahnya struktur mikro beton.
DAFf AR PUSTAKA 1. Raka, IGP, dkk, 1982, Korosi pada dermaga beton bertulang, Lokakarya masalah korosi maritim, Dirjen Perhubungan taut, November, Jakarta 2. Raka, IGP, dkk, 1983, Evaluasi Kerusakan dermaga: Dill, Timor Timur, Dermaga Meneng, Jawa Timur, Laporan Kerjasama Port Administration TanjungPerak Surabaya dengan Teknik Sipil ITS 3. Mehta PK, 1988, "Durability of Concrete Exposed to Marine Environment?- a fresh look. ACI SP.109-1;1-29 4. Hawari, El., 1998, "Effect of seawater on epoxy-repaired concrete", cement concrete composite;20 . 5. Scantlebury, 2001, Cathodik Protection of Lecture Note, Corrosion and Protection Centre, UMIST, Manchester 6. Wanklyn, Veritas dalam Batt,C; Robinson, M.J, 2003, Optimum Cathodik Protection Potentials for High Strength Steel in Seawater, Umist Corrosion Journal, Manchester 7. Grattan-Bellew, PE, 1996, "Microstructural investigation of deteriorated Portland cement concretes", Construction and building materials, Vol.IO, pp.3-16, Elsevier science Ltd., Uk 8. Phull,.B.S 1981, ''A Study of Calcareous Scale in Relating to Cathodic Protection", Ph.D Theses, University Manchester 9. Neville, A. 1995, Chloride Attack of Reinforced Concrete; an Overview, Materials and Structures; 28;63-70 I 0. Mohammed, Tarek; Hidenori, Uddin; Performance of seawater-mixed.concrete in the tidal environment, Cement and Concrete Research 34 (2004) 593--601 11. Swamy, R.N.1992, "The Alkali-Silica Reaction in Concrete", Van Nostrand Reinhold, New York, p.333 12. Schiessel P .• 1996, "Durability of Reinforced Concrete Structures", Construction and Building Materials, Vol. 10, No. 5, pp. 289-292, Elsevier 13. Asmara, Yuli Panca, 2003, lnvestigasi kegagalan katodik proteksi baja karbon rendah dan stinles steel 304 di air laut, Laporan penelitian, Lemlit, UNRAM
Yuli Panca, 2004, "K11Fakteristik Beton Bertulang Pada Perlindungan Kathodik Di Lingkungan Air Laut", Laporan penelitian Hibah Pekerti, Lemlit, UNRAM 15. Nace Standart dalam Hart, 1998, "Hystorical, Development, Present understanding and Fututre Consideration regarding Cathodic Protection of Offshore Struct11re",glh Middle East, Corrosion Conference, Bahrain 16. Wanklyn, Veritas dalam Batt,C; Robinson, M.J, 2003, Optimum Cathodik Protection Potentials for High Strength Steel in Seawater, Umist Corrosion Journal, Manchester 17. Andrade C. Gonzales JA, 1978, "Quantitative Meas11rementsof Corrosion rate of Reinforcement Steel embedded in Concrete using Polarisation resistance Meas11rements'',WerkstoffCorrosion; 29; 515-519 18. Oni, A 1996, "Effects Cathodic Overpotential on Some mechanism properties of dual phase low alloy steel in seawater", Elsevier Science, 10, 481 19. J.J. Chang, A study of the bond degradation of rebar due to ·cathodic protection current, Cement and Concrete Research 32 (2002) 657-663 20. Yonezawa, dalam J.J. Chang, A study of the bond degradqtion of rebar due to cathodicprotection current, Cement and Concrete Research 32(2002) 14. Asmara,
SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN
OPTIMALISASI PENGGABUNGAN KAIBODIK PROTEKSIPELAPISAN EPOXY PADA BETON BERTULANG DI LINGKUNGAN PASANG SURUT AIR LAUT 1. TUJUAN KHUSUS Penggunaan sekaligus kathodik proteksi dan pelapisan epoxy mempunyai dua sisi yang berlawanan. Disatu sisi kathodik proteksi dapat menghambat korosi, disisi lain kathodik proteksi dapat menyebabkan pelemahan lapisan epoxy. Khususnya jika terjadi over proteksi. Katodik proteksi akan meningkatkan reaksi hydrogen dan menyebabkan kandungan hydrogen mencapai 5 sampai 10 kali di ·bawah selaput lapisan epoxy. Jika gas berdiffusi kedalam baja, baja akan mengalami perapuhan hydrogen
(Scandcbury,
2001•
Brass,
1995).
Dan jika gas yang dihasilkan berada dibawah pennukaan lapisan, maka lapisan akan mengalami pengelupasan. Alasan digabungkan dua system mi adalah karena katodik prosteksi hanya dapat bekerja jika material yang dilindungi berada dalam elektrolit Sedangkan di daerah pasang surut, material tidak selamanya tercelup dalam airlaut, kadang mengalami siklus terendam air dan kadang tidak. Dengan demikian, selalu ada siklus pada material yang mengalami kekosongan perlindungan (holiday zone). Dan kekosongan perlindungan inilah yang akan diisi oleh pelapisan dengan epoxy. Maka, adalah penting memilih potensial yang tepat agar tidak terjadi reaksi hydrogen berlebihan, penumpukan depoasit dan pelemahan daya ikat tulangan. Penelitian ini akan mencoba meneliti efektifitas aplikasi teknik perlindungan bangunan beton bertulang di daerah pasang surut jika dua metode, yaitu, teknik pelapisan dan katodik proteksi digabungkan sekaligus. Disamping itu penelitian ini juga dilakukan untuk mengecek apakah pengaruh unggul dari masing-masing system dapat sating melengkapi. Yaitu penerapan katodik peroteksi yang optimum (murah) tanpa menimbkan efek merusak (delaminasi, hydrogen embritllement, dealkalinasi, corrosion): pada beton bertulang di ~
~
•
•
4
•
lingkungan pasang-surutjika katodik harus digabung dengan pelapisan epoxy. Penggunaan epoxy itu sendiri berguna untuk mencegah penetrasi ion chlorida dengan cara membentuk lapisan passive pada pennukaan baja Sehingga baja tulangan tidak mudah terserang korosi. Perlu diketahui bahwa kerusakan beton sulit dihindari akibat dari proses pengerjaan yang ceroboh atau akibat proses alam (abrasi, benturan). Dengan adanya lapisan epoxy maka cacat dalam beton tidak sampai membahayakan tnlangan baja Secara garis besar tujuan khusus masing-masing tahapan penelitian adalah:
[,
\~
: Menentukan kuat tarik tulangan baja yang dilapisi berbagai ketebalan epoxy
Taban I
pada berbagai kekuatan tekan beton di kondisi pasang surut airlaut. Kesimpulan: Didapat tebal optimum pada kekuatan ikatan tulangan maksimwn Tahun II : Menentukan kuat tarik tulangan baja dalam beton jika potensial perlindungan· kathodik berada pada kondisi over proteksi di lingkungan pasang surut air laut.
Kesimpulan: Didapat potensial optimum tanpa menimbulkan pelemahan ikatan tulangan Tahon ill : Daya rekat tulangan jika dua perlindungan sekaligus (kathodik dan pelapisan epoxy) diterapkan.
Kesimpulan: Didapat potensial optimum tanpa mengakibatkan pelemahan ikatan tulangan dan pengelupasan lapisan epoxy.
Pengamatan yang dilakukan: •
Perubahan phisik/kimia permukaan baja yang dilapisi epoxy dalam be ton
•
Ketahanan korosi (Rp. ~orr)
•
Analysa dampak under dan over proteksi pada baja dilapisi epoxy
•
Menemukan nilai potensial dan ketebalan epoxy optimum jika dua system perlindungan (kathodik dan pelapisan) digabungkan
2. PENTINGNYA ATAU KEUTAMAAN RENCANA PENELITIAN Hampir semua bangunan beton bertulang yang ada di perairan laut Indonesia, mengalami kerusakan dibawah usia perencanaan. Di Dermaga Meneng, misalnya, hanya 7 tahun sejak dibangun telah mengalami kerusakan. Kejadian serupa juga terjadi di Dermaga Dili Timor-Timor, Dermaga Petro Kimia Gresik, Dermaga Semen Gresik, Water intake PT. Badak Bontang Kalimantan Timur telah mengalami kerusakan dibawah usia rencana (Raka,
>. Berbeda dengan negara-negara Timur Tengah (Kuwait dan Uni Emirat Arab)
1982•1983
serta Negara-di Eropa dan Amerika, Di Negara-negara tersebut · perlindungan bangunan lepas pantai telah berkembang dengan pesat. dibuat dengan cara kathodik proteksi atau pelapisan, sehingga umur perencanaan rata-rata berkisar sampai 100 tahun
>.
1999
<Merta.
1989•
Hawmy,
Walaupun struktur bangunan telah diproteksi kegagalan demi kegagalan masih saja
terjadi. Seperti yang terjadi di Laut Florida, jembatan beton bertulang yang bajanya dilindungi oleh lapisan epoxy mengalami kerusakan hanya setelah 6 tahun beropersai (Brammer,
>. Saudi Aramco, perusahaan pengeboran lepas pantai tidak menyadari bahwa
2001
proteksi katodiknya tidak berfungsi setelah 20 tahun beroperasi akibat terbunglwsnya
anoda korban dengan endapan calcium padat. Bahkan Alexandre dan Korzenko, 1996, secara khusus meneliti pengcrusakan pada lapisan epoxy jika potenisal proteksi terfalu rendah. Mereka mencatat bahwa dibawah potensial -1.2 mV lapisan berbahan baku etclin akan mengelupas sejalan dengan riaiknya penyerapan oksigen. Dan masih banyak lagi salalt design akibat pola lingkungan yang selalu berubah smith, 1993)
(Scamebury,
2001•
Brass. 1995• Hawary.N.1999•
.
~ilea penelitian ini berhasil, akan didapat sebuah solusi perancangan bangunan lcpas pantai inovatif barn yang relative lebih murah dengan kualitas passivitas lebih mantap, sehingga umur rencana akan lebih panjang. Serta dapat memberi rekomendasi dalam memilih teknik perlindungan yang tepat. Hasil tidak langsung dari penelitian ini adalah temuan-temuan tentang kemungkinan metoda memobilisasi unsur yang tidak dikehendaki dapat dibuang dari beton (decloronation). Temuan ini dapat digunakan untulc metode perbaikan kualitas beton bertulang yang telah dan sudah dibangun, terutama untulc Jingkungan aggressive di Indonesia. Dalam percobaan, dirancang system katodik proteksi dengan menggunkan potensiostat yang sesuai untuk menguji kathodik proteksi beton bertulng di kawasan pasang surut. Selanjunya data yang ada dapat digunakan untuk menyempumakan potensiostat buatan sendiri agar layak digunakan untuk kondisi maritime. Dan akan diajukan untulc mendapatkan hak patent. Beberapa hal Jain yang dapat dipicujika penelitian ini dilaksanakan adalah: •
Berkembangnya "uji coba" teknik perlindungan gabungan antara metode yang satu dengan yang lain
•
Rencana urnur bangunan yang lebih panjang, sehingga mempercepat Break Even Point.
•
Potensiostat, system katoda, dan perancangan elektroda yang sesuai untuk beton bertulang dengan sensitivitas pembacaan yang memadai
•
Potensial perlindungan optimum pada ketebalan epoxy yang tidak mengurangi daya rekat baja.
Penelitian ini dapat digunakan untuk merancang sistem perlindungan dermaga atau bangunan yang berada di laut agar tidak terserang korosi secara capat. Juga dcipat digunakan untuk memperpanjang usia pakai bangunan, ~pal, dermaga di perairan laut ·
6. RINGKASAN RANCANGAN PENELITIAN No
Tabul
Unian Masai ah
• Semalcin tcbal epoxy, daya rekat tulangan melemah • Semakin lama, morpbologi pennukaan baja/beton bcrubah dan melemahkan
ik.atan
2
3
Tujuan
Model dan Variabel Penelitian
4
Teknik Pengumpulan Data
5
Teknik Pengolahan Data
6
Hasil Analisa dan Interpretasi Data
7
Generalisasi dan Rekomendasi
Tahan D •
Over protcksi menyebabkan penumpukan deposit dan kandungan hidrogen naik • Semakin lama potensial dan IB'US protcksi berubah dan morpbologi permukaan baja/betoo berubah menyebabkan pelemaban ikatan baja/beton • Mcnentukan potensial katodik optimum pada tulangan baja dalam betoo tcrhadap daya ikat
Tahum • Katodik saat
tidak
daplt beb:rja
air smut.
pengerjaan pelapiao epoxy selalau caait • Jika digabung ,over Jll"C*bi menyebabkan pmgdupman epoxy dan pelemaban iblan tulangan
• Saat
• Pemodelan percobaan regresi exponensial dengan respoo surface • Variabel dependent: Kuat tarik tulangan • Variabel independent: - Kuat tekan beton
Pemodelan Pemodelan percobaan regresi expooensial dengan metode respon surface ariabel dependent: Kuat tarik tulangan • Variabel independent: - Kuat tekan beton
• Menentukan gabuapn perlindungan (variasi pottmial dan ketebalan) optimum unpa merusak epoxy clan iblan ltflangan baja . • Investigasi penyd)ab ptlemahan ikatan baja/betoo • Pemodelan percobaan rcgresi expooemial dengan respon surface • v ariabel dependent: Kuat tarik tulangan • v ariabel independent: - Kuat tekan beton
-Waktu
-Waktu
-Waktu
- Ketebalan lapisan epoxy
- Potensial katodik
- Ketebalan lapisan epoxy dan potensial katodik
• experiment di laboratoriwn. • Sudi literatur untuk verifkasi • Pemodelan dengan rangkaian elektronik • Verifikasi alat dengan benda nyata • Analisa statistik dengan rnetnde design experiment regresi expoensial response surface • Analisa micro/macro struktur SEM,XRD • Analisa kimia AAS • Kualitatv dan kuantitativ analisa • Perubahan kuat tarik tulangan baja dalam betoo dilapisi epoxy thd walctu dan ketebalan lapisan • Ketebalan epoxy optimum pada kuat tarik tulangan baja maximum pada berbagai kekuatan beton
• Uji di laboratorium • Studi literatur
• Meneotukan tcbal epoxy optimum pada tulangan baja terhadap daya ikat • lnvestigasi penyebab perubahan ikatan baja/beton
• Penerapan ketebalan epoxy yang aman dalam perlindtmgan korosi tanpa terjadi pelemahan ikatan epoxy
beton •
lnvestigasi penyebab pelemahan ikatan baja/beton
•
•v
•Uji di laboratorium • Studi literatur
• Analisa statistik design experiment regresi expoensial response surface • Studi literatur • Analisa micro/macro struktur,SEM, XRD • Kualitatv dan kuantitativ analisa
• Analisa statistik design experiment regresi expoensial response surface • Studi literatur • Analisa micro/macro struktur,SEM,XRD • Kualitatv dan kuantitativ analisa
• Perubahan kuat tarik tulangan baja dalam beton thd potensial kathodik dan waktu • Potensial kathodik optimum pada kuat tarik tulangan baja maximum pada berbagai kekuatan beton
• Perubahan kuat tarik tulangan baja dalam beton diproteksi dua metode sekaligus thd waktu • Potensial kathodik dan ketebalan epoxy optimum terhadap kuat tarik tulangao baja maximum pada berbagai kekuatan betoo sebelum terjadi peruskan hidrogen ciao delamninasi ikatan eooxv • Batas aman proteksi katoda clan pelapisan terhadap intensieas seraogan hidrogen clan delaminasi epoxy • Teknik perlindungan bctoo bertulang di lingkungan pasaog surut Y. ~ murah clan awet
• Penerapan arus/potensial yang aman dalam perlindungan katodik tan pa terjadi penumpukan deposit calcareous yang meregangkan beton ( disbooding reaksi)