Serangan Klorida Pada Beton

Penetrasi ion klorida ke dalam struktur beton merupakan penyebab kerusakan pada tulangan beton. Ion klorida merusak bagian tulangan beton dan relative tidak merusak struktur beton itu sendiri.

            Ion klorida akan menyerang lapisan pasif dan bereaksi dengannya, bahkan dengan pH yang tinggi sekalipun. Kerusakan diawali dengan lubang-lubang kecil yang mulai muncul yang disebut dengan korosi pitting. Berbeda dengan karbonasi yang lubang/kerusakannya merata, pada korosi pitting, lubangnya satu namun curam. Korosi pitting sangant berbahaya karena ukurannya kecil dan sulit terdeteksi.

Mekanisme penetrasi klorida kedalam beton.

Richardson (2010) memberikan penjelasan mekanisme korosiyang terjadi pada lingkungan yang kaya klorida, adalah sebagai berikut:

2Fe → 2 Fe2++ 4e-

Ion Fe positif akan bereaksi dengan ion klorida membentuk komponen besi klorida (FeCl2)

2Fe2++ 4Cl-→ 2 FeCl2

2FeCl2+ 4H2O → 2Fe(OH)2+ 4HCl

Komponen besi klorida (FeCl2) yang terlarut dalam air pori beton akan meningkatkan keasaman lingkungan lubang korosi karena akan menurunkan nilai pH beton, dan ini akan mengakibatkan oksidasi lebih jauh dari besi tulangan. Klorida bebas yang di regenerasi dalam proses ini akan meningkatkan laju korosi pada lubang sumuran.

Masa/Umur Layan (Service Life)

            Adalah perioda struktur memenuhi fungsi strukturalnya. Hal ini perlu diperhatikan mengingat :

1.      Masa layan bangunan di laut hanya setengah dari perkiraan masa layannya

2.      Biaya rehabilitasi struktur beton bertulang akibat korosi cukup mahal

Untuk menaksir masa layan suatu bangunan dapat diketahui melalui factor durabilitas beton dari :

1.      Laju difusi ion klorida dalam beton

2.      Kandungan klorida kritis pada permukaan tulangan

Mekanisme kerusakan struktur beton yang diakibatkan rusaknya tulangan baja (Tuutii, 1982)

1.      Laju korosi diabaikan

Tulangan pasif berada pada lingkungan basa

2.      Perioda inisiasi

Pada kasus penetrasi ion klorida , kandungan Cl^- melebihi ambang batas, sedangkan pada kasus karbonasi nilai pH kurang dari 11.5

3.      Perioda propagasi

Pada periode ini muncul air dan oksigen yang akan menyebabkan perkaratan pada tulangan

4.      Konsekuensi

Pada penetrasi Cl^‑ terbentuk lubang-lubang pitting, sementara pada kasus karbonasi akan terbentuk spalling pada struktur pada akhirnya

Pemodelan kerusakan korosi dan umur layan dari struktur beton bertulang (Tuutti, 1982). Pemodelan Umur Layandidasarkan pada kerusakan yang disebabkan oleh korosi tulangan:

1.      MODEL BEBAS KOROSI

Penentuan umur layan didasarkan pada ketentuan tidak boleh ada korosi

2.      MODEL KERUSAKAN KOROSI YANG MASIH DITERIMA

Penentuan umur layan didasarkan pada ketentuan boleh ada korosi namun masih pada batas yang bisa diterima

3.      MODEL KERUSAKAN AKHIR

Penentuan umur layan didasarkan pada kondisi ultimate dari struktur(runtuh).

                Perioda inisiasi : mulai masuknya ion beton ke tulangan hingga kandungan klorida mencapai titik kritis hingga terjadinya depasivasi pada beton.

Perioda propagasi : terjadinya depasivasi pada beton hingga mulai muncul kerusakan pada struktur beton seperti retak-retak dan spalling

                Sampai saat ini penelitian difokuskan pada perlindungan utama struktur beton dalam kondisi inisiasi dimana kondisinya masih cukup awal dan dapat dipersiapkan secara dini.

                Prediksi umur layan dapat diketahui dengan prediksi masa inisiasi ion klorida dalam beton, dimana dapat diketahui masa mulai melekatnya ion klorida hingga jumlah ion klorida mengalami fase kritis/jumlahnya kritis.

Mekanisme penetrasi ion klorida ke dalam selimut beton

1.      Difusi

Kebanyakan terjadi di zona terendam. Pada mekanisme ini ion klorida dan garam masuk ke tulangan beton karena tekanan udara di laut lebih tinggi daripada di dalam tulangan. Hal ini dapat digunakan untuk memprediksi umur layan beton melalui pendekatan Hukum Fick 2 berdasarkan laju difusi ion klorida pada beton.

1.  
    Gaya kapiler

Masuknya air laut melalui celah-celah kecil pada beton

2.      Permeasi dan difusi

Masuknya ion-ion melalui tekanan dari sekitarnya dan juga difusi dari permukaan beton bertulang.

Langkah-langkah untuk estimasi penetrasi kandungan ion klorida :

1.      Pengambilan sample beton yang mengandung ion klorida, concrete core/drilling

2.      Analisa kandungan klorida pada sample beton, titrasi

3.      Hasil analisa kemudian diplot pada kedalaman yang berbeda

4.      Dari profil klorida yang diperoleh dan dengan persamaan hukum Fick kedua, maka didapatkan koefisien difusi dan kandungan klorida pada permukaan beton

Solusi persamaan Hukum Fick:

Asumsi-asumsi untuk PersamaanDifusi Fick

►Proses difusinya dianggap non-steady state.

►Ion klorida berdifusi hanya ke satu arah atau proses difusinya adalah satu dimensi.

►Koefisien difusi dan konsentrasi klorida dipermukaan beton tidak berubah dengan waktu.

►Koefisien difusinya tidak berubah dengan perubahan kedalaman selimut beton

►Koefisien difusinya tidak berubah dengan perubahan konsentrasi klorida didalam beton

Koefisien difusi bukan suatu konstanta, tetapi tergantung pada umur beton, perbandingan air semen, jumlah dan difusivitas agregat, kelembaban relatif, temperatur dan mikro struktur dari pasta semen dan agregat dan jenis dan lamanya perawatan (curing)

Informasi yang dibutuhkan untuk evaluasi dari kerusakan yang disebabkan oleh serangan klorida

a.      Penetrasi ion klorida melalui selimut beton

b.      Tulangan baja mengalami korosi

c.       Terjadi retak-retak akibat korosi

Nilai ambang untuk konsentrasi ion klorida (C_cr)

            Adalah jumlah tertentu/jumlah kritis ion klorida guna memungkinkan terjadinya korosi

            Parameter yang mempengaruhi nilai klorida kritis, diantaranya :

a.      Kualitas beton

b.      Kondisi lingkungan dan pembebanan

c.       Nilai ambang batas klorida bervariasi antara 0.17 % dan 2.5 % berat semen

d.      CEB menetapkan konsetrasi klorida kritis 0.4% berat semen atau 0.1 % berat beton

e.      Nilai ambang batas klorida

0.2% berat semen-lingkungan laut(splash)

0.4% berat semen-lingkungan tidak terlalu agresif

Sumber Klorida :

1.      Pada proses pencampuran

Pada proses ini kemungkinan asal klorida dari air yang mengandung ion klorida atau alat-alat kerja yang terkontaminasi oleh ion klorida

2.      Ketika mongering

Masuk melalui proses difusi dari air laut

Klorida terdapat dalam beton dengan bentuk

-          Berada bebas dalam air pori

-          Terikat secara kimiawi dengan produk hidrasi semen

-          Terserap secara fisik ke dalam gel semen

Konsentrasi klorida permukaan (C_S)

Factor yang mempengaruhi tingkat konsentrasi ion klorida pada permukaan struktur ialah :

-          Lokasi atau jarak struktur tersebut dari sumber klorida

-          Kondisi lingkungan

-          Material