JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Pengaruh Konsentrasi O2 Terhadap Kebutuhan Arus Proteksi dan Umur Anoda pada Sistem Impressed Current Cathodic Protection ( ICCP ) dengan Anoda Stainless Steel Mesh 304 untuk Beton Bertulang Sumantri Nur Rachman, Sutarsis Jurusan Teknik Material Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 e-mail:
[email protected]
Abstrak Dalam penelitian ini, digunakan sistem instalasi ICCP ( Impressed Current Cathodic Protection ) untuk melindungi beton bertulang dengan kondisi lingkungan yang berbeda di lingkungan penambahan oksigen 0,21%, 0,28%, 0,42%, dan tanpa penambahan oksigen. Setiap kondisi ini dibagi menjadi dua bagian yakni dengan pemasangan sistem ICCP dengan arus desain 7 mA dan tanpa pemasangan sistem ICCP. Hasil dari penelitian dapat menunjukkan potensial proteksi baja tulangan dengan melakukan pengukuran menggunakan Referensi Elektroda Cu/CuSO4 dengan standar potensial proteksi sesuai dengan ASTM C876 sebesar -350 mV. Potensial dari beton bertulang di lingkungan dengan oksigen 0,21% awal sebelum imersi sebesar -439mV Cu/CuSO4 setelah imersi potensialnya sebesar -664 mV Cu/CuSO4, setelah dipasang instalasi ICCP potensial proteksi beton bertulang di lingkungan 0,21% oksigen mencapai level proteksi antara -333 mV sampai -203 mV Cu/CuSO4. Untuk beton bertulang di lingkungan 0,28% oksigen, potensial proteksi awal sebelum imersi sebesar -561 mV Cu/CuSO4, setelah imersi potensial proteksi menjadi -647 mV Cu /CuSO4, dipasang sistem ICCP pada beton bertulang di lingkungan 0,28% oksigen, level potensial proteksi mencapai level antara -350 mV sampai -322 mV Cu/CuSO4. Untuk beton bertulang di lingkungan 0,42% oksigen, potensial proteksi awal sebelum imersi sebesar -410 mV Cu/CuSO4, setelah imersi potensial proteksi menjadi -640 mV Cu/CuSO4, dipasang sistem ICCP pada beton bertulang di lingkungan 0,42% oksigen, level potensial proteksi mencapai level antara -612 mV sampai -313 mV Cu/CuSO4. Untuk beton bertulang di lingkungan tanpa penambahan oksigen, potensial proteksi awal sebelum imersi sebesar -467 mV Cu/CuSO4, setelah imersi potensial proteksi menjadi -647 mV Cu/CuSO4, setelah dipasang sistem ICCP pada beton bertulang di lingkungan tanpa penambahan oksigen, level potensial proteksi mencapai level antara -350 mV sampai -305 mV Cu/CuSO4. Dalam perhitungan umur anoda Stainless Stell 304 mesh didapatkan bahwa untuk nilai corrosion rate dari alat potensio stat :1,8259 mpy dengan luas permukaan 1cm x 1cm. Untuk umur anoda didapatkan pada kondisi normal untuk stainless stell 304 mesh yaitu 3 tahun. Kata Kunci : ICCP, Baja Tulangan, Ref.Elektroda Cu/CuSO4, Potensial Proteksi, Anoda Stainless Steel Mesh 304, Umur Anoda SS 304..
I. PENDAHULUAN bertulang merupakan suatu bagian utama dalam B eton pembangunan suatu konstruksi. Pada zaman dahulu
beton bertulang sudah banyak di gunakan,tetapi pada zaman sekarang sudah mulai di kembangkan di berbagai Negara termasuk Indonesia. Mengapa untuk sekarang beton sudah banyak di kembangkan,karena beton merupakan material yang relatif kuat terhadap beban tekan,tetapi lemah terhadap beban tarik, maka pada beton ditambahkan baja tulangan,agar kuat terhadap beban tarik. Kombinasi kedua bahan tersebut yang kita kenal sekarang dengan nama beton bertulang sebagai struktur utama dalam sebuah knstruksi bangunan. Pada kondisi dilingkungan Laut, laut merupakan wilayah yang paling luas di permukaan dunia, dengan luas mencapai 70% dari seluruh permukaan dunia, dan memiliki sifat korosifitas yang sangat agresif. Untuk itu, struktur atau peralatan yang terpasang di laut dan terbuat dari logam, seperti jembatan, tiang pancang dermaga atau anjungan minyak, telah diberi proteksi untuk mengendalikan serangan korosi di lingkungan laut. Salah satu bentuk proteksi yang umum diterapkan adalah menggunakan selimut beton (concrete encasement) pada baja tulangan. Walaupun telah diproteksi dengan selimut beton, masih sering ditemukan baja tulangan beton yang terserang korosi, yang tentu saja berdampak pada menurunnya kekuatan struktur. Dengan ini saya akan melakukan penelitian yang mengenai bagaimana mengetahui kebutuhan arus proteksi di setiap kondisi yang berbeda karena pada kondisi kenyataannya dilingkungan laut itu sendiri kondisi oksigen di setiap kedalaman berbeda, dengan itu saya melakukan variabel oksigen sebagai tujuan utama untuk kondisi dilingkungan laut itu sendiri. Secara garis besar terdapat dua penyebab terjadinya korosi pada beton bertulang yaitu karbonasi dan kontaminasi khlorida.karbonasi akan menetralkan kondisi basa pada beton sehingga lapisan pasif pada beton menjadi tidak stabil. Sedangkan kontaminasi khloirda dalam penyebab terjadinya korosi pada baja tulangan berlangsung dengan cara menyerang lapisan pasif pada baja tulangan dimana perannya adalah sebagai katalis pada korosi. Kerusakan yang terjadi pada beton berupa pengecilan penampang pada baja tulangan, sehingga beban yang diterima oleh baja tulangan akan semakin kecil. Pada system proteksi yang digunakan dalam percobaan ini menggunakan metode Impressed Current Cathodic Protection ( ICCP ),karena dengan system proteksi ini dapat melindungi struktur yang relative besar, dan arus kebutuhan dapat diatur
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) dengan menggunakan rectifier,karena lingkngan yang berubah ubah dapat mempengaruhi kebutuhan arus pada baja tulangan. Dengan menggunakan anoda yang lebih mulia daripada baja tulangan, ICCP dapat diaplikasikan secara efektif pada baja tulangan. Secara global pemakaian anoda pada system ICCP untuk beton bertulang sudah banyak digunakan pada Negara besar di Amerika maupun Negara besar di Eropa. Pada Negara tersebut mereka menggunakan Titanium Mesh, namun ditinjau dari harganya yang sangat mahal. Pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode ICCP yang menggunakan anoda stainless steel yang berbentuk mesh dengan tujuan arus yang dialirkan merata ke seluruh permukaan beton, dan harganya lebih murah di bandingkan dengan Titanium Mesh. . II. URAIAN PENELITIAN Untuk mencapai tujuan penelitian dengan baik, maka perlu dibuat perencanaan alur penelitian. Alur penelitian ditunjukkan dengan diagram alir penelitian berikut ini : Tahap pertama persiapkan alat dan bahan, kemudian pembuatan beton bertulang, pertama dilakukan proses pengadukan pengadukan dilakukan secara manual dimulai dengan pencampuran pasir dan semen di ember dalam keadaan kering, kemudian pengadukan dilanjutkan dengan menambahkan air sedikit demi sedikit. Setelah itu dilakukan penuangan, adukan dituang ke dalam cetakan yang terbuat dari PVC, setelah dituang dilakukan pelepasan beton dari PVC proses dilakukan 24 jam setelah penuangan. Setelah proses penuangan dilakukan proses pengeringan. Pada proses ini spesimen dilakukan dengan tidak memberi perlakukan apapun pada spesimen. Proses pengeringan ini dilakukan selama 14 hari, agar beton bisa dikatakan benar benar kering. Setelah proses pengeringan selesai beton dilakukan pengambilan data awal dengan Cu/CuSo4. Kemudian beton dilakukan imersi, imersi berguna menghilangkan lapisan pasif yang ada pada baja tulangan setelah pengecoran, setelah proses imersi dilakukan proses pengambilan data. Setelah pengambilan data setelah imersi dilakukan instalasi ICCP dengan memasang mesh 304 dengan spesifikasi diameter kawat (BWG) 0,05mm, mesh 150, width 1m, length 30m, weigth 2% Ni. Kemudian beton yang sudah terlapisi oleh wire mesh dilapisi kembali dengan semen, yang bertujuan agar wire mesh tidak kontak langsung dengan kondisi lingkungan, ketebalan lapisan wire mesh ± 1mm. Setelah proses pelapisan dengan wire mesh selesai dilakukan Proses instalasi ICCP dengan pengkondisian spesimen dilingkungan yang sudah dipersiapkan yaitu : dengan penambahan oksigen sebesar 0,21, 0,28, 0,42 %. Pengambilan data untuk nilai potensial proteksi dilakukan setiap dua hari sekali dalam kurun waktu 30 hari. Pengukuran nilai potensial proteksi dilakukan dengan half-cell Cu/CuSo4 sebagai refrence electrode metode pengukuran dan peralatannya mengikuti standart ASTM C 876. Setelah nilai proteksi didapatkan kemudian dialakukan perhitungan umur anoda, perhitungan umur anoda dilakukan dengan pengujian potensio stat untuk mencari corrosion rate.
2
III. DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 1. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Beton Bertulang awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,21% dengan ICCP NO I II III IV
Eawal(mV) -450 -440 -438 -430
EImersi(mV) -652 -654 -680 -672
Tabel 2. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Beton Bertulang awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,21% Tanpa ICCP. NO I II III IV
Eawal(mV) -567 -565 -575 -586
EImersi(mV) -654 -652 -662 -652
Tabel 3. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Beton Bertulang awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,28% dengan ICCP NO I II III IV
Eawal(mV) -567 -543 -565 -571
Eimersi(mV) -640 -642 -637 -669
Tabel 4. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Baja Tulangan awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,28% Tanpa ICCP NO I II III IV
Eawal(mV) -440 -455 -451 -430
Eimersi(mV) -620 -652 -647 -640
Tabel 5. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Baja Tulangan awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,42% dengan ICCP NO I II III IV
Eawal(mV) -426 -396 -412 -406
Eimersi(mV) -659 -645 -620 -639
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) Tabel 6. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Baja Tulangan awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Oksigen 0,42% Tanpa ICCP NO I II III IV
Eawal(mV) -479 -427 -489 -496
Eimersi(mV) -623 -569 -531 -542
3
Dapat dilihat dari perbedaan grafik antara ICCP dan tanpa ICCP,kita melihat dari grafik ICCP nilai dan arus yang di butuhkan untuk di lingkungan penambahan oksigen 0,21 % tidak terlalu signifikan atau drastis,dari arus awalnya yang 7mA setelah beberapa hari di lihat nilai potensial didapatkan nilai yg standart dan terkadang nilai itu turun di hari selanjutnya,kemudian saya menambahkan arus menjadi 10mA dapat dilihat nilai yang terproteksi sangat signifikan yg awal 350mV menjadi -225.
Tabel 7. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Beton Bertulang 3.2 Perbandingan Nilai Potensial Baja Tulangan B3 dengan B4 Setelah didapat nilai potensial baja tulangan pada kondisi awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan basah dengan penambahan oksigen 0,28%, baik lingkungan Basah Tanpa Oksigen dengan ICCP dengan ICCP maupun tanpa ICCP, maka dapat diperoleh nilai potensial rata-rata yang merupakan hasil penjumlahan NO Eawal ( mV ) Eimersi ( mV ) keseluruhan baja tulangan (I,II,III,IV) dalam satu beton. I -426 -640 Berikut garik dari hasil penjumlahan rata-rata. II -435 -656 III -419 -664 IV -429 -630
Tabel 8. Nilai Half-Cell Potensial Elektrode Beton Bertulang awal & imersi pada beton yang akan dikondisikan di lingkungan Basah Tanpa Oksigen Tanpa ICCP NO I II III IV
Eawal ( mV ) -427 -446 -407 -423
Eimersi ( mV ) -578 -623 -630 -586
3.1 Perbandingan Nilai Potensial Baja Tulangan B1 dengan B2 Setelah didapat nilai potensial baja tulangan pada kondisi lingkungan basah dengan penambahan oksigen 0,21%, baik dengan ICCP maupun tanpa ICCP, maka dapat diperoleh nilai potensial rata-rata yang merupakan hasil penjumlahan keseluruhan baja tulangan (I,II,III,IV) dalam satu beton. Berikut garik dari hasil penjumlahan rata-rata.
Gambar 1. Grafik Perbandingan Nilai Potensial Proteksi ICCP dengan Tanpa ICCP pada kondisi lingkungan penambahan oksigen 0,21%.
Gambar 2. Grafik Perbandingan Nilai Potensial Proteksi ICCP dengan Tanpa ICCP pada kondisi lingkungan penambahan oksigen 0,28 %.
3.3 Perbandingan Nilai Potensial Baja Tulangan B5 dengan B6 Setelah didapat nilai potensial baja tulangan pada kondisi lingkungan basah dengan penambahan oksigen 0,42%, baik dengan ICCP maupun tanpa ICCP, maka dapat diperoleh nilai potensial rata-rata yang merupakan hasil penjumlahan keseluruhan baja tulangan (I,II,III,IV) dalam satu beton. Berikut garik dari hasil penjumlahan rata-rata.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Nilai Potensial Proteksi ICCP dengan Tanpa ICCP pada kondisi lingkungan penambahan oksigen 0,42%.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 3.4 Perbandingan Nilai Potensial Baja Tulangan B3 dengan B4 Setelah didapat nilai potensial baja tulangan pada kondisi lingkungan basah dengan penambahan oksigen 0,42%, baik dengan ICCP maupun tanpa ICCP, maka dapat diperoleh nilai potensial rata-rata yang merupakan hasil penjumlahan keseluruhan baja tulangan (I,II,III,IV) dalam satu beton. Berikut garik dari hasil penjumlahan rata-rata.
4
pertama perhitungan yaitu 10mA, dalam pemberian arus proteksi kita bisa melihat bagaimana peningkatan kebutuhan arus yang di butuhkan setiap sekali peningkatan, kebutuhan arus di sebabkan oleh karena cepat lambatnya laju korosi yang menyerang beton tersebut.
Gambar 6. Kondisi beton bertulang di lingkungan dengan penambahan oksigen 0,21% dan ditandai dengan serangan korosi.
Gambar 4. Grafik Perbandingan Nilai Potensial Proteksi ICCP (B7) Dengan Tanpa ICCP (B8) pada kondisi normal (Tanpa Penambahan Oksigen)
Setelah didapat potensial pada beton bertulang di setiap lingkungan yang berbeda, nilai potensial yang didapat sudah mencukupi standar potensial proteksi -350 mV. penambahan arus pada instalasi ICCP pada beton bertulang di setiap lingkungan yang berbeda, dengan arus pertama sebesar 10 mA menjadi 18 mA. Berikut grafik dari hasil setiap lingkungan yang berbeda.
Beton bertulang di setiap lingkungan dengan kondisi yang berbeda-beda dengan instalasi ICCP sesuai dengan data pengukuran potensial, potensial proteksi dari beton bertulang di lingkungan yang penambahan oksigen 0,21% awal sebelum imersi sebesar -450mV Cu/CuSO4 setelah dilakukan imersi potensialnya sebesar -650 mV Cu/CuSO4, kemudian dipasang dengan ICCP ternyata potensial proteksi beton bertulang di lingkungan dengan penambahan oksigen 0,21% mencapai level proteksi antara -350 mV sampai -223 mV Cu/CuSO4. Dengan pemberian arus awal 10mA, dengan pemberian arus sebesar 10mA di dapatkan nilai proteksi -340, setelah di tahan dalam beberapa hari kemudian menambahkan arus yang menjadi 11mV, dapat dilihat dari hasil yang di peroleh bahwa dengan memberikan arus sebesar 11mV dapat membuat nilai proteksi itu stabil dalam jangka waktu pengujian.
Gambar 5. Grafik Perbandingan Nilai Potensial Proteksi ICCP
Gambar 7. Kondisi beton bertulang di lingkungan dengan penambahan oksigen 0,28% dan ditandai dengan serangan korosi.
Dari data yang di dapatkan bisa di lihat bahwa untuk kebutuhan arus itu sendiri lebih signifikan yaitu 18mA terjadi pada lingkungan yang di beri penambahan oksigen sebesar 0,42 %, dan untuk yang berada pada lingkungan normal kebutuhan arus yang di butuhkan masih dalam kondisi awal
Untuk beton bertulang di lingkungan dengan kondisi penambahan oksigen 0,28%, potensial proteksi awal sebelum imersi sebesar -561 mV Cu/CuSO4, setelah imersi potensial proteksi menjadi -647 mV Cu /CuSO4, setelah dipasang sistem ICCP pada beton bertulang di lingkungan yang di berikan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) penambahan oksigen 0,28%, level potensial proteksi mencapai level antara -391 mV sampai -322 mV Cu/CuSO4. Nilai standart untuk beton bertulang sesuai ASTM C876 nilai proteksi untuk beton itu adalah -350 dan bernilai lebih positiv. Dari kebutuhan arus proteksi pada lingkungan 0,28% oksigen,untuk hari kedua nilai proteksi yang di dapatkan 391mV dengan arus proteksi 10 mA, dengan itu maka arus proteksi ditambahkan manjadi 11 mA dan dihari ke 4 didapatkan nilai proteksi -379, ternyata hasil dihari ke 4 belum terproteksi kemudian arus di tambahkan menjadi 12 mA, dan didapatkan nilai proteksi -366 sampai -360 dalam jangka waktu hari ke 6 dan 8. Dari hasil yang didapatkan kemudian arus ditambahkan menjadi 13 mA, dapat terlihat nilai proteksi yang di dapatkan menjadi -351, dengan menggunakan standart nilai proteksi sesuai ASTM C876 di dapatkan bahwa dengan kondisi lingkungan dengan penambahan oksigen sebesar 0,28% didapatkan arus proteksi untuk beton dengan luas permukaan 1,7 ft2 adalah 13 mA.
5
3.5 Menghitung Umur Anoda Mesh SS 304
Gambar 9. Hasil Potensiostat untuk SS 304
mesh
CR
Luas (cm)
Konstant a (K)
Weight (gram)
Density (D)
Luas anoda (m)
T (mpy)
304
1,852 9
1cm
8,76
29,6
7,86
1,064
3,09
Untuk rumus yang digunakan adalah rumus weight lose. Jadi untuk umur anoda dalam ukuran yang sesuai digunakan pada beton bertulang, anoda stainless steel mesh dapat digunakan dalam jangka waktu 3 tahun.
IV. Kesimpulan Gambar 8. Kondisi beton bertulang di lingkungan dengan penambahan oksigen 0,42% dan ditandai dengan serangan korosi Untuk beton bertulang yang berada pada kondisi lingkungan basah yang di beri penambahan oksigen 0,42%,membutuhkan arus yang lebih besar dibandingkan dengan kondisi lingkungan yang lainnya, dapat disimpulkan bahwa untuk kondisi lingkungan yang ekstrim dengan oksigen kebutuhan arus proteksi sangat besar mengingat bahwa, oksigen dalam proses terjadinya laju korosi sangat berperan penting dalam menghasilkan produk korosi, selain itu produk korosi dapat merusak lapisan beton dan menimbulkan keretakan pada lapisan beton.
Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Penambahan arus pada Beton Bertulang di Lingkungan 0,21% oksigen dari 7 mA menjadi 10 mA dapat meningkatkan level proteksi baja tulangan pada Beton Bertulang di lingkungan 0,21% oksigen 2. Sedangkan pada lingkungan 0,28% oksigen yang awal 10 mA ternyata belum terproteksi ditambahkan menjadi 13 mA. 3. Pada lingkungan 0,42% yang awalnya 10 mA hingga menjadi 18 mA, dilingkungan ini laju korosi sangat terjadi dengan cepat hingga kebutuhan arus yang di butuhkan besar.. 4. Pada pengukuran dimana dipasangnya kawat disetiap posisi pungukuran bawah tengah dan atas yang terjadi nilai lebih tinggi berada pada posisi kawat paling atas. 5. Anoda Stainless Steel 304 Mesh dapat digunakan secara efektif untuk instalasi ICCP pada Beton Bertulang. 6. Untuk umur anoda didpatkan nilai pada kondisi normal yaitu 3 tahun.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
6
DAFTAR PUSTAKA SNI-03-2834-1993 American Concrete Institute, "Corrosion of Metals in Concrete," 2,22R-85 Committee Report, Detroit 1985. Broomfield, John P, , 1987 ,” Corrosion of Steel in Concrete”, E and FN SPON, London. BS EN 12696 Cathodic protection of steel in concrete Part 1 :Atmospherically exposed concrete Cathodic Protection of Rebars in Concrete Structures: An Electrochemical Engineering Approach Corrosion. L L Shreir (2 vols), Newnes-Butterworth, 19 (3rd edition). Daily, F. Steven ,”Understanding Corrosion and Cathodic Protection of Reinforced Concrete Structures”, Page 1-2 Corrpro Companies,Inc. Diagram: Report No. FHWADP-34-3 12/88 Fontana, Mars G, Corrosion Engineering, McGraw-Hill International, Singapore, 1986 Funahasi, M., Wagner, J. and Young, W. T., Cathodic Protection Developments for Presterased Concrete Components, FHWA, McLean, VA, Contract No. DTFH61-88-V-00054 (Jul 1994). Handbook of Corrosion Engineering, 2000 J.H. Morgan 'Cathodic Protection' National Association of Corrosion Engineers (NACE) 1987 2nd Edition. Mengenal Korosi dan Akibatnya serta cara pencegahannya dalam kehidupan sehari-hari ”. Kumala, Ratih, 2011, Proteksi Katodik Metode Arus Tanding ” Muhandis, Mukhinur,2008” Teknologi Beton”, Penerbit Andi, Yogyakarta. Mulyono, Tri., 2004 NACE Standard – RP 0169-2002 National Association of Corrosion Engineers Standard RP0290-90, 1990., Standard Recommended Practice, " Cathodic Protection of Reinforcing Steel in Atmospherically Exposed Concrete," , “ Korosi Beton akibat Karbonasi dan Kontaminasi Klorida “Pujiastutik, Arin, 2007 Rengaswamy Srinivasan, Periya Gopalan, P. Ronald Zarriello, Christina J. Myles-Tochko, and James H. Meyer Design of Material Testing, Litton Educational Publishing New York, USA Scully, R., 1975
SNI-03-2834-2000 “Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete,” Annual Book of ASTM Standards, CD-ROM, ST1201-90, Designation: C876-90. Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15413, Tangerang Serpong, Suryanto PRPN BATAN 20 Nopember 2007
