KAJIAN PENGARUH TEBAL LAPISAN COATING PADA LAJU KOROSI TULANGAN BETON Nur Laeli Hajati Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional, Bandung, e-mail :
[email protected]
Bernardinus Herbudiman Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional, Bandung, e-mail :
[email protected]
Hazairin Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional, Bandung, e-mail :
[email protected]
Christian Suryanto Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional, Bandung
Abstract The aim of this research is to investigate the effectiveness and efficiency of coating layer in contributing corrosion resistance of concrete on D-19 concrete reinforcement coated by zinc, chrome, and nickel. The coating method is electroplating, while test of corrosion level use salt fog corrosion appliance (salt spray). The specimens are concrete reinforcement with zinc coat, nickel coat, chrome coat and 5 cm length concrete reinforcement without coating. The results indicate that the corrosion level per coating thickness of zinc, chrome and nickel are 1,362 mdd/µm, 3,205mdd/µm and 4,821mdd/µm respectively, while corrosion level of concrete reinforcement without coating is 178,95 mdd.
Keywords: coating, corrosion level, electroplating, reinforcement, salt spray.
PENDAHULUAN Banyaknya material beton bertulang yang digunakan pada lingkungan korosif yang bisa mengakibatkan korosi pada baja tulangan yang sangat berpengaruh pada umur masa layan struktur beton bertulang. Untuk melindungi baja tulangan dari serangan korosi maka diperlukan suatu sistem perlindungan. Salah satu sistem proteksi tulangan yang relatif sederhana namun cukup terjangkau adalah coating. Beberapa jenis coating yang dapat diaplikasikan untuk baja tulangan dengan electroplating adalah seng (Zn), krom (Cr), dan nikel (Ni). Dalam penelitian ini akan dibatasi pada fenomena korosi pada baja tulangan beton, yang meliputi jenis korosi, proses terjadinya korosi. Tujuan khusus dari penelitian adalah mengetahui efektivitas dan efisiensi dari lapisan coating dalam memberikan ketahanan terhadap korosi, yaitu mengetahui efisiensi tebal lapisan coating yang dibutuhkan untuk memberikan proteksi absolut, dan mengkaji pengaruh ketebalan coating yang diberikan terhadap laju korosi yang terjadi.
Korosi dan Jenis Korosi Korosi adalah kerusakan logam akibat reaksi kimia dan proses alamiah yang menyebabkan menurunnya kualitas logam atau konstruksi. Secara umum korosi terbentuk akibat reaksi elektrokimia dan reaksi anodik dan katodik yang berlangsung secara bertahap. Reaksi anodik adalah pelepasan elektron dari atom-atom logam berpindah kedalam lingkungan, contohnya : Besi : Fe Fe 2+ + 2e Tembaga : Cu Cu 2+ + 2e Reaksi katodik adalah penangkapan elektron oleh molekul atau ion dari lingkungan yang telah dilepaskan oleh atom logam, contohnya :
2e − + H 2 O +
1
2 O2
→ 2OH −
Berikut adalah reaksi kimia salah satu pembentukan karat dalam proses korosi: Fe 2+ + 2OH − → Fe( OH )2 Ferrous hydroxide
MEDIA TEKNIK SIPIL/Juli 2006/75
4 Fe( OH )2 + O2 + 2 H 2 O → 4 Fe( OH )3 Ferric hydroxide
adalah logam atau kedua-duanya permukaan logam (Gambar 3).
2 Fe( OH )3 → Fe2 O3 .H 2 O + 2 H 2 O Hydrated ferric oxide (karat)
Ditinjau dari bentuk produk atau prosesnya, secara umum korosi dapat dibedakan jenisnya, antara lain : korosi merata, korosi sumuran, korosi sela, dan korosi galvanik. Korosi merata atau korosi permukaan (Uniform Corrosion) Korosi merata adalah korosi yang menyerang permukaan logam. Prosesnya terjadi secara merata pada permukaan yang akan menimbulkan penipisan material/logam dan laju penipisannya berlangsung secara bertahap (Gambar 1).
Gambar 3. Korosi Sela Korosi galvanik (Galvanic Corrosion) Korosi galvanik terjadi karena adanya 2 logam / material yang berbeda jenis terdapat dalam lingkungan elektrolit dihubungkan oleh konduktor maka pada jenis logam yang bersifat katodik dalam hal ini akan memperlambat proses korosi atau menghentikan sama sekali proses korosi yang dialami sebelumnya. Korosi galvanik pada besi yang dilapisi oleh timah dan seng, anak panah menunjukkan serangan korosi yang terjadi (Gambar 4).
Gambar 4. Korosi Galvanik
Gambar 1 Korosi Merata Korosi sumuran (Pitting Corossion) Korosi sumuran bisa juga dikatakan korosi yang membentuk bintik-bintik atau lubang jarum. Proses korosinya terbatas pada satu lokasi dan berusaha menembus ke dalam logam atau material. Penyebab utamanya adalah ion-ion klorida. Bila lapisan pelindung korosi pecah atau gagal maka akan menyebabkan korosi secara lokal dan akan semakin mempercepat proses korosi dengan adanya oksigen (Gmbar 2).
Kepekaan Korosi Pada Logam Pada dua logam yang berbeda jika diberi cairan pengantar listrik (elektrolit), maka akan mengakibatkan kerusakan (korosi) pada logam yang kurang mulia menurut urut-urutan tegangan elektrokimia, seperti ditunjukkan dalam gambar 5.
Gambar 5. Kerusakan Akibat Korosi pada Logam (Frick H, Koesmartadi Ch., 1999) Pengukuran Laju Korosi Penentuan laju korosi yang terjadi dihitung berdasarkan kehilangan berat selama pengujian. Laju korosi rata-rata dihitung menurut persamaan :
r= Gambar 2 Pitting Corrosion Korosi sela (Creavice Corrosion) Korosi yang secara lokal yang disebabkan oleh adanya selah atau sela yang terbentuk dari permukaan dimana paling tidak satu permukaan
76/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006
K *W ..................................................[1] A *T * D
dimana : r = laju korosi, dinyatakan dalam satuan yang dikehendaki W = kehilangan berat benda uji selama pengujian, dinyatakan dalam gram dengan ketelitian sampai dengan 0,001 gram
A =
T
=
D =
luas permukaan total benda uji, dinyatakan dalam cm² dengan ketelitian sampai dengan 0,01 cm² waktu kontak atau lama pengujian, dinyatakan dalam jam dengan ketelitian sampai dengan 0,01 jam masa jenis benda uji, dinyatakan dalam gram/cm³
Tabel 1. Hubungan antara K dan Laju Korosi Laju Korosi
K 6
Mils per tahun, (mpy)
3,45 x 10
Inchi per tahun, (ipy)
3,45 x 10³
Milimeter per tahun, (mm/Y)
8,76 x 10
Mikrometer per tahun, (µm/Y)
8,76 x 10
Miligram per desimeter persegi per hari (mdd)
Pencelupan Panas (Hot Dipping) Dalam metode ini, struktur dicelupkan ke dalam bak berisi lelehan logam pelapis. Pengaturan tebal lapisan dalam proses pencelupan ini sulit. Lapisan cenderung tidak merata, yaitu tebal pada permukaan sebelah bawah tetapi tipis pada permukaan sebelah atas. Meskipun demikian, seluruh permukaan yang terkena lelehan logam itu akan terlapisi. Proses ini terbatas untuk logam-logam yang memiliki titik lebur rendah misalnya timah, seng dan alumunium.
4 7
6
2,40 x 10 x D
Metode Pelapisan Beberapa metode pelapisan logam yang sering digunakan antara lain : Penyalutan listrik (penyepuhan, Electroplating) Electroplating dapat didefinisikan sebagai suatu proses pelapisan logam/bukan logam oleh suatu bahan logam di dalam media/larutan elektrolit. Prinsip dasar pelapisan adalah benda yang dilapisi maupun pelapis bersifat konduktif. Pada sel elektrolisa, benda kerja yang akan dilapisi ditempatkan sebagai katoda, sedangkan logam pelapis sebagai anoda. Logam pelapis yang terurai sebagai ion, sebagai hasil pelepasan lewat tenaga listrik yang mengalir dari anoda ke katoda, dimana ion ini bersama-sama ion dari larutan elektrolit menghempas dan melapisi katoda yang tidak lain adalah benda kerja (baja tulangan) (Gambar 6).
Keterangan : (1) Anoda (bahan pelapis); (2) Katoda (benda kerja); (3) Elektrolit; dan (4) Sumber arus searah
Gambar 6. Mekanisme Proses Electroplating
Pelapisan dengan Penyemprotan Logam pelapis berbentuk kawat diumpankan pada bagian depan penyembur api, dan begitu meleleh segara dihembus dengan tekanan tinggi menjadi butir-butir yang halus. Butir-butir halus yang terlempar dengan kecepatan 100 – 150 m/dt itu menjadi pipih ketika membentur permukaan logam dan melekat disitu. Sampai ketebalan tertentu, lapisan dengan cara ini akan lebih berpori dibanding yang diperoleh dari pencelupan atau penyalutan listrik. Tetapi dengan cara penyemprotan lapisan yang tebal lebih mudah dibuat. Logam pelapis yang biasa digunakan untuk metode penyemprotan yaitu logam yang bersifak anodik terhadap logam yang dilindungi, misalnya seng dan aluminium. Pelapisan dengan Penempelan (Clad Coating) Struktur yang dilindungi dengan cara ini membutuhkan perlindungan tambahan pada bagianbagian yang dipotong, lubang-lubang, dan tempattempat lain yang substratnya langsung berhadapan dengan lingkungan. Dilingkungan laut biasanya digunakan tembaga-nikel yang dilaskan ke permukaan baja. Pelapisan Difusi Ikatan yang dihasilkan dengan cara ini kuat sekali, tetapi proses ini hanya untuk benda-benda yang relatif kecil. Komponen yang hendak diproses mula-mula dibersihkan dari kotoran dan lemak, kemudian dipanaskan, entah dalam keadaan kontak dengan tepung logam pelapis di udara lembab (solid route), atau dalam aliran gas senyawa mudah menguap dari logam pelapis (gaseous route). Dalam penelitian ini metode yang digunakan untuk melapisi baja tulangan adalah dengan metode penyalutan listrik atau penyepuhan (electroplating).
METODE Persiapan Benda Uji Sebelum diuji dengan salt spray baja tulangan dilapisi dengan pelapis, yaitu seng, nikel dan krom secara electroplating.
Benda uji yang digunakan adalah baja tulangan dengan diameter 19 (D-19) dengan panjang 5 cm. MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006/77
Jumlah benda uji adalah 13 buah dengan pembagian sebagai berikut : Tabel 2. Jumlah Benda Uji Benda Uji
Jumlah
Polos / Tanpa Coating
1
Lapis Seng
Lapis Nikel Lapis Krom Total
4
4 4 13
digunakan dalam penelitian dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir, gambar atau diagram lain yang menunjang
Gambar 9. Alat Pengukur Tebal Coating - Ikat benda uji dengan benang agar benda uji dapat digantung dengan mudah dalam alat salt spray, dengan kemiringan ± 30°; - Gantungkan benda uji dalam ruang semprot kabut garam, selama 72 jam dam 120 jam
Gambar 7. Benda Uji Lapisan coating yang digunakan ada 3 macam, yaitu seng, krom dan nikel. Alasan penggunaan seng, krom, dan nikel adalah karena ketiga bahan tersebut lebih mudah didapat dipasaran. Setup Pengujian Laju Korosi dengan Alat Korosi Kabut Garam (Salt Spray) Langkah Pengujian - Bersihkan benda uji sesuai dengan SII. 0779– 83; - Timbang berat semua benda uji;
Gambar 10. Benda Uji Dalam Alat Salt Spray - Setelah benda berada dalam alat korosi selama waktu yang telah ditentukan, ambil benda uji, kemudian bersihkan sesuai dengan SII. 0779 – 83. - Bersihkan sampai bersih dan tidak mengandung garam dan larutan pembersih
Gambar 11 Larutan Pelarut Korosi
Gambar 8 Timbangan -
hitung luas permukaaan masing-masing benda uji; ukur ketebalan lapisan coating benda uji dengan alat pengukur ketebalan lapisan coating;
78/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006
-
Kemudian keringkan, bisa dimasukkan ke dalam oven sampai benar-benar kering, dinginkan. Timbang berat benda uji setelah diuji; Hitung laju korosi dengan rumus sesuai yang ada dalam SII. 0779 – 83.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Hasil penelitian yang dilakukan, dilaporkan dalam laporan No. 4-08-05 – 0006 – No. 4-08-05 – 0018 Kondisi pengujian, data yang diperlukan dalam perhitungan laju korosi adalah sebagai berikut : Kondisi Pengujian : - Suhu : 35°C - Tekanan Udara : 69 – 172 kPa/m² - Larutan Garam : 5 % NaCl - pH : 6,5 – 7,2
Tabel 3. Hasil Pengujian Laju Korosi No
Benda Uji
Coating
Lama Pengujian
Luas Permu kaan
Laju Korosi
(µm)
(jam)
(cm²)
(mdd)
30.00
72
32.69
30.90
Tebal
sebagian yang terjadi korosi sumuran (pitting corrosion). Secara visual, dapat di ambil kesimpulan, karat yang terjadi sebagian besar adalah karat merah (Gambar 12). Pembahasan Dari hasil pengujian yang dilakukan, menunjukkan bahwa baja tulangan yang di beri coating mempunyai laju korosi yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan baja tulangan yang tidak diberi lapisan coating. Ini menunjukkan bahwa dengan adanya lapisan coating maka laju korosi yang terjadi bisa lebih terhambat (laju korosinya lebih lambat). Baja Lapis Krom Laju Korosi (120 Jam), Cr
I
Cr
90
Ni
10.00
72
29.85
39.98
III
Zn
23.00
72
32.69
25.19
1
Polos
0
120
32.69
178.95
2
Cr
23.00
120
32.69
73.72
80 Laju Korosi (mdd)
II
73.72
70 60 50 40
36.28
30
28.39
20
3
Cr
31.00
120
32.69
36.28
4
Cr
63.00
120
32.69
28.39
5
Ni
5.00
120
32.69
65.89
6
Ni
9.67
120
32.69
46.62
7
Ni
6.00
120
32.69
60.81
8
Zn
16.67
120
32.69
79.17
9
Zn
18.33
120
32.69
60.26
10
Zn
29.60
120
32.69
40.32
10 10
20
30
40
50
60
70
Tebal Coating (µm)
Gambar 13. Hubungan Tebal Coating dan Laju Korosi Lapis Krom
Laju Korosi dalam milligram per desimeter persegi per hari (mdd).
Gambar 14. Benda Uji Lapis Krom (Setelah di uji 120 Jam)
Gambar 12. Karat Merah Data di atas merupakan laju korosi yang dihitung berdasarkan kehilangan berat dari benda uji karena lapisan karat/korosi yang terjadi. Secara visual dapat dilihat bahwa korosi yang terjadi pada semua benda uji merupakan korosi merata, dan ada
Kedua gambar diatas menunjukkan hasil pengujian yang didapatkan, secara visual jenis korosi yang terjadi adalah korosi sumuran (ditunjukkan oleh tanda zoom kuning) (Gambar 14). Hubungan antara tebal lapisan dan laju korosi yang terjadi (Gambar 13), menunjukkan bahwa secara umum semakin tebal lapisan coating-nya maka laju korosi yang terjadi semakin kecil. Baja Lapis Seng Sama halnya dengan baja tulangan yang dilapisi dengan krom, secara umum semakin tebal lapisan coating-nya laju korosi semakin kecil (Gambar 15), MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006/79
juga terlihat bahwa seng dan krom memiliki kesamaan pada hasil yang ditunjukan pada grafik hubungan laju korosi dan tebal lapisan coating-nya..
Penurunan laju korosi pada lapisan nikel, sejalan dengan semakin tebalnya lapisan coating-nya (Gambar 18).
Laju Korosi (120 Jam), Zn
Pada baja tulangan tanpa lapisan coating terjadi korosi yang hebat, 178,95 mdd, ini diakibatkan karena korosi langsung menyerang baja tulangan tanpa adanya penghalang yang menghambat terjadinya korosi pada baja tulangan.
100 Laju Korosi (mdd)
90 80
79.17
70 60.26
60 50
40.32
40 30 20 10
15
20
25
30
35
Tebal Coating (µm)
Gambar 15. Hubungan Tebal Coating dan Laju Korosi Lapis Seng
Gambar 18. Hubungan Tebal Coating dan Laju Korosi Lapis Nikel 200 178.95 180
Gambar 16. Benda Uji Lapis Seng (Setelah diuji 120 Jam) Baja yang dilapisi seng dengan elektroplating, memiliki lapisan yang lebih merata, daya lekat yang lebih baik, dan tampak permukaan yang lebih baik. Dari keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa korosi yang terjadi adalah korosi seragam pada hampir semua permukaan baja tulangan (Gambar 16). Baja Lapis Nikel Baja tulangan yang dilapisi nikel memiliki lapisan permukaan yang mengkilap. Namun nikel memiliki kelemahan dalam ketahan terhadap korosi yang terjadi, yaitu jika lapisan sudah tertembus maka korosi yang terjadi akan semakin hebat. Pada pengujian ini, lapisan nikel mengalami korosi sumuran (Gambar 17), ditunjukkan oleh tanda zoom warna kuning.
Gambar 17. Benda Uji Lapis Nikel (Setelah diuji 120 Jam) 80/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006
Laju Korosi (mdd)
160 140 120
72 Jam
100
120 Jam
80 60 40
40.32 25.19
36.28
46.62 39.98
Cr,30 31
Ni,10 9.67
30.9
20 0
Zn,23 29.60
Polos
Jenis , Tebal Coating (µm)
Gambar 19. Hubungan Tebal Coating, Jenis Coating, dan Laju Korosi Terdapat perbedaan yang sangat jelas antara baja tulangan yang dilapisi dengan logam lain (seng, krom, dan nikel) dan yang tidak dilapisi dengan logam lain (hanya logam dasar) (Gambar 19). Logam dasar terkorosi sangat banyak, sedangkan yang di coating terkorosi lebih sedikit, ini dikarenakan baja tulangan terlindungi oleh lapisan coating yang lebih dahulu terkorosi, sehingga menghalangi terjadinya korosi pada baja tulangan.
Tabel 4. Perbandingan Laju Korosi dengan Dengan Tebal Lapisan Coating-nya Jenis
Coating
Tebal
Laju Korosi Per Tebal
Laju Korosi
Coating
mdd
µm
mdd/µm
Coating
Ni
46.62
9.67
4.821
Cr
73.72
23.00
3.205
Zn
40.32
29.60
1.362
Tabel 4 menunjukkan bahwa perbandingan laju korosi dengan tebal coating tiap lapisan menghasilkan ketahanan terhadap korosi yang berbeda. Baja yang dilapisi dengan nikel memiliki ketahanan yang paling buruk jika dibandingkan dengan yang dilapisi dengan krom dan lapisan seng memberikan perlindungan yang paling maksimal jika dibandingkan dengan lapisan nikel dan krom. Hasil ini sesuai dengan (Gambar 17), yaitu seng memiliki ketahanan yang paling kuat dibanding dengan krom dan nikel.
Gambar 20. Laju Korosi Linier Dari Gambar 20 terlihat bahwa lapisan nikel dengan ketebalan < 9 µm berperilaku sangat buruk terhadap korosi oleh garam, namun setelah ketebalan ≥ 9 µm ketahanan terhadap korosinya lebih baik. Sedangkan seng dan krom hampir memiliki ketahanan yang sama, namun dari grafik diatas terlihat bahwa seng memiliki ketahanan yang lebih baik.
SIMPULAN Dari hasil pengujian dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Kecenderungan yang terjadi adalah laju korosi baja tulangan yang dilapisi mempunyai laju korosi yang lebih kecil dibandingkan dengan yang tidak di-coating. lapisan krom dengan tebal 23 µm, laju korosi 73,72 mdd; lapisan seng dengan tebal 29,60 µm, laju korosi 60,26 mdd; lapisan nikel dengan tebal 9,67 µm, laju korosi 46,62 mdd; tanpa coating, laju korosinya 178,95 mdd. 2. Dari hasil pengujian yang dilakukan, lapisan seng lebih tahan terhadap korosi yang disebabkan oleh kabut garam, laju korosi/tebal, 1,362 mdd/µm, kemudian lapisan krom 3,205 mdd/µm, dan lapisan nikel 4,821 mdd/µm. 3. Semakin tebal lapisan coating, maka laju korosinya semakin turun. 4. Proteksi absolut tidak tercapai.
REFERENSI Fontana, M.G., 1987, “Corrosion Engineering 3 edition”, McGraw-Hill Book Company. Uhlig, H.H., Revie, R.W., 1991, “Corrosion And Corrosion Control 3 edition”, John Wiley & Sons, Inc. Uhlig, H.H., 1948, “The Corrosion Handbook”, John Wiley & Sons, Inc. Sulistijono, 2004, “Aplikasi Lapis Lindung Organik pada Baja Tulangan dalam Struktur Beton di Lingkungan Air Laut”, Prosiding Simposium Nasional Rekayasa Aplikasi dan Perancangan Industri 2004”, UMS Surakarta. Tatang, A dan A.Yani, 1998, “Teknologi Pelapisan Logam Secara Listrik, Direktorat Kebijaksanaan Pengembangan dan Penerapan Teknologi Unggulan Daerah”. Tersedia di: www.IPTEKnet.go.id, Jakarta Frick, H., Koesmartadi, Ch., 1999, “Ilmu Bahan Bangunan”,Kanisius. Trerhewey, KR., 1991, “Korosi untuk Mahasiswa, Sains dan Rekayasa”, Gramedia, Jakarta Tersedia di: www.metals.about.com/. --------, 1983, “ SII 0779 – 83 Cara Penyiapan, Pembersihan, dan Penilaian Benda Uji Korosi” . Departemen Perindustrian. --------, 1980, “ SII 0401 – 1980 Alat Uji dengan Semprot Kabut Garam Korosi”. Departemen Perindustrian.
MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006/81
82/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ Juli 2006
