Durabilitas Beton

Denifisi Durabilitas

Durabilitas memiliki arti sebagai ketahanan beton menghadapi serangan serang yang bersifat merusak baik disebabkan oleh faktor fisik maupun disebabkan faktor kimiawi.

Merancang beton dengan durabilitas yang tinggi berujuan untuk meminimalisir tingkat kerusakan yang mungkin terjadi pada beton

Zona Zona dalam Lingkungan Laut

• Zona Atmosfir Laut

Intensitas serangan korosi dipengaruhi oleh jumlah partikel garam yang terbawa angin dan mengendap pada permukaan struktur. Rentan terhadap keretakan yang disebabkan oleh proses pembeukan-pencairan dan perubahan suhu. Frekuensi hujan yang tinggi dapat mengurangi laju korosi

• Zona Splash (Zona Terpercik

Zona ini akan selalu dibahasi oleh percikan air laut. Rentan terhadap keretakkan yang disebabkan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton. Untuk baja tulangan, zona ini adalah zona yang paling agresif terhadap korosi

• Zona Pasang Surut

Saat pasang, struktur akan terendam dan saat surut, struktur tidak benar benar kering karena adanya percikan oleh sebab itu endapan garam dapat tertinggal pada struktur. Organisme laut dapat tertinggal dalam zona ini sehingga dapat menyebabkan korosi setempat pada baja. Zona ini juga rentan terhadap keretakkan yang disebabkan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton

• Zona Terendam

Kerusakan pada zona ini terutama disebabkan oleh reaksi kimia antara ion ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton, seperti misalnya reaksi antara sulfat, klorida dan CO2 dengan beton. kadar oksigen terlarut mendekati tingkat jenuhnya/ relatif rendah. aktivitas biologi maksimum. Adanya kandungan sulfida dan ammonia yang mempercepat korosi baja

Proses proses fisika dan kimia penyebab kerusakan elemen beton di lingkungan laut

Dari berbagai kasus kerusakan beton yang dijumpai selama ini, terbukti bahwa dilingkungan laut, terdapat banyak potensi interaksi simultan dari faktor faktor fisik dan kimiawi yang dapat menyebabkan kerusakan pada material beton. Kerusakan kerusakan beton di lingkungan laut dan pantai dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu : kerusakan yang disebabkan oleh faktor fisik dan kerusakan yang disebabkan oleh faktor kimiawi. hasil analisa kegagalan (failure analysis) suatu struktur beton di lingkungan laut yang sudah mengalami kerusakan parah selalu menunjukan adanya interaksi dari penyebab fisik dan kimia yag bekerja bersama sama.

Kerusakan Beton akibat faktor fisik terbadi 2 macam :

1. Pengikisan Permukaan

• Benturan / Beban impact 

Beban impact adalah beban yang datang secara tiba tiba dan mempunyai kecepatan tinggi. Ketahanan impact  sangat bergantung dari kemampuan beton untuk menahan dan menyerap energi benturan yang terjadi

• Abrasi

Abrasi adalah ausnya permuakaan beton yang disebabkan oleh hantaman gelombang yang mengandung pasir, kerikil atau benda padat lainnya 

• Erosi

Kerusakan terhadap erosi dan abrasi sangat dipengauhi oleh kualitas beton, properti/kualitas dari permukaan beton dan kekuatan dan kekerasan agregat kasar.

• Kavitasi

adalah kerusakan permukaan beton yang diakibatkan hantaman air berkecepatan tinggi yang memiliki gelembung udara dan kemudian pecah dengan kecepatan tinggi pada saat membentur permukaan beton. Ketahanan terhadap kavitasi sangat dipengaruhi oleh kualitas beton, lekatan antara agregat kasar dan pasta semen serta ukuran maksimum agregar kasar. 

2. Keretakan beton

• Retak pada Beton Segar :

- Plastic Shrinkage 

Ketika air yang menguap dari permukaan beton yang baru dicor lebih cepat dari air yang dihasilkan dalam proses bleeding, maka permukaan beton akan menyusut. Karena adanya restrain dari beton dibawah lapisan permukaan yang mengering, timbul tegangan tarik pada beton yang masih lemah dan baru mulai mengeras, hal ini mengakibatkan retak retak dangkal dengan berbagai variasi kedalaman. Kadang lebar retak retak dipermukaan beton cukup besar

-Crazing

Adalah pola dari retak retak halus yang tidak menembus jauh kebawah permukaan dan umumnya hanya merupakan masalah kosmetik. Retak retak ini biasanya hampir tidak tampak kecuali ketika permukaan beton baru saja mengering setelah dibasahi.

• Retak pada Beton yang sudah mengeras :

- Drying Shrinkage

Karena hampir semua beton mempunyai campuran air lebih besar dari yang dibutuhkan untuk proses hidrasi, air yang tersisa itu akan menguap, mengakibatkan beton menyusut. Restrain terhadap susut oleh tulangan atau bagian lain struktur menyebabkan timbulnya tegangan tarik ada beton yang mengeras. Restarin terhadap drying shrinkage adalah penyebab retak yang paling umum pada beton. Pada kebanyakan aplikasi, drying shrinkage tidak bisa dihindari. 

- Thermal Shrinkage

Kenaikan temperatur diakibatkan oleh panas yang dibebaskan pada proses hidrasi. Ketika interior beton mengalami kenaikan temperatur dan mengembang, permukaan beton mungkin sedang mengalami pendinginan. Jika perbedaan temperatur ini terlalu jauh, maka akan timbul tegangan tarik yang akan mengakibatkan thermal shrinkage pada permukaan beton. Lebar dan kedalaman retak tergantung pada perbedaan termperatur serta karakteristik fisik beton dan tulangan.

- Beban Siklis (fatigue load)

Beban siklis sering dijumpai pada struktur lepas pantai (akibat angin, arus dan gelombang), jembatan, dermaga. Ketahanan beton terhadap beban siklis disebut ketahanan fatigue dan amat dipengaruhi oleh karakteristik lekatan antara agregat dengan pasta semen pada zona transisinya. Semakin kecil ukuran maksimum agregat, semakin tinggi ketahanan fatiguenya.

- Kebakaran

Pengaruh kebakaran pada beton bertulang tergantung dari tinggi temperaturnya dan lama terjadinya. Pengaruh kebakaran terhadap kekuatan  komponen beton bertulang adalah : menurunnya kuat tekan beton, menurunnya modulus elastisitas, menurunnya kuat lekat baja beton, serta ekspansi longitudinal dan radial tulangan. Pembentukan retak akibat kebakaran diawali pada sambungan sambungan dan bagian bagian beton yang kurang kompak (padat).

- Kristalisasi garam

Stress yang diakibatkan oleh kristalisasi garam pada beton yang permeable dapat menyebabkan retak retak dan spalling.

- Pembekuan dan Pencairan

Pada daerah dingin, kerusakan dan keretakan beton umumnya disebabkan oleh proses pembekuan darah dan pencairan yang terus berulang ulang. 

Korosi Tulangan Baja

• Korosi dimulai ketika terjadi kerusakan pada lapisan oksida pelindung tulangan, kerusakan ini disebabkan karena terakumulasinya ion klorida dalam konsentrasi tertentu pada permukaan tulangan atau karena karbonasi.
• Mekanisme kedua jenis korosi ini unik karena aksi utamanya adalah menyerang tulangan beton dan relatif tidak menyerang material betonnya sendiri.
• Korosi yang disebabkan oleh ion klorida dapat mengakibatkan berkurangnya luas penampang baja tulangan sebelum tandatanda kerusakan akibat korosi terlihat pada permukaan beton. 
• Korosi yang disebabkan oleh penetrasi ion klorida merupakan ancaman terbesar bukan hanya untuk struktur beton di lingkungan laut/ pantai tetapi juga untuk struktur beton yang terekspos pada lingkungan yang mengandung ion klorida.
• Pada kebanyakan kasus, yang mengendalikan proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk kedalam beton melalui selimut betonnya.
• Hal ini disebabkan karena air laut mengandung ion klorida yang amat agresif yang dapat menghancurkan lapisan pasif bahkan pada kondisi nilai pH yang tinggi.
• Pada kebanyakan kasus, yang mengendalikan proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk kedalam beton melalui selimut betonnya.
• Hal ini disebabkan karena air laut mengandung ion klorida yang amat agresif yang dapat menghancurkan lapisan pasif bahkan pada kondisi nilai pH yang tinggi.
• Lapisan pasif ini akan bertindak sebagai pelindung bagi tulangan baja dengan cara menghalangi kontak antara tulangan dengan air dan oksigen.
• Jika lingkungan beton bebas klorida dan karbon dioksida, lapisan pasif akan terus dibentuk dan terpelihara dan sepanjang lapisan pasif itu utuh.

Ada dua proses yang bisa menghancurkan lapisan pasif, yaitu:

• Reaksi karbon dioksida (CO2) dengan ion hidroksil pada beton, mekanismenya dikenal dengan sebutan karbonasi
• Penetrasi ion klorida (Cl-) ke dalam beton.

Masalah yang dihasilkan dari korosi tulangan dalam beton, terutama di struktur laut, telah ditemukan  di Indonesia :

Mekanisme Korosi pada Baja Tulangan.

Korosi dari baja tulangan pada beton adalah proses elektrokimia, sel elektrokimia terbentuk ketika terdapat perbedaan potensial sepanjang tulangan beton. Proses elektro-kimia melibatkan pembentukan daerah anoda dan katoda di dua lokasi yang berbeda di sepanjang baja tulangan yang sama.Proses Korosi Tulangan Beton

Pembentukan karat mengakibatkan peningkatan volume beton pada permukaan tulangan di daerah perbatasan tulangan dan beton (steel concrete interface). Peningkatan volume ini harus di akomodasi dan jika beton tidak bisa mengakomodasi maka akan terjadi retak - retak.

Kerusakan yang diakibatkan oleh Pembentukan Karat pada Beton Bertulang

Karbonasi

Karbonasi adalah korosi pada beton bertulang yang disebabkan oleh gas karbon dioksida (CO₂). Karbon dioksida dalam air laut dapat berasal dari penyerapan CO₂ di atmosfir  atau dari pembusukan tanaman laut. Konsentrasi CO₂ di udara sebesar 0,03 % per volume, sudah cukup untuk menimbulkan serangan pada beton, sedang kandungan CO₂ di udara pada kota-kota besar umumnya mencapai 0,3%.

Hidrat semen yang diserang adalah Ca(OH)₂, produk reaksinya adalah kalsium karbonat (CaCO₃). Ketika kandungan Ca(OH)₂ hampir habis, CO₂ akan bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika yang memiliki karakteristik pori-pori yang berukuran besar (>100 nm).

Jika kandungan CO₂ tinggi (seperti pada daerah muara atau teluk) maka kalsium karbonat yang terbentuk pada reaksi awal akan bereaksi lebih lanjut membentuk kalsium bikarbonat, reaksinya seperti dibawah ini:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + 2 H₂O  → Ca(HCO₃).

Atau setelah Ca(OH)₂ habis, CO₂ bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika CO₂ + CSH → 3CaCO₃ + 2SiO₂ . H₂O

Dengan berubahnya Ca(OH)₂ yang bersifat basa menjadi asam karbonat (CaCO₃) maka pH pori beton yang sebelumnya berkisar antara 12.6 sampai 13.5 bisa turun dan dapat mencapai nilai pH < 9. Nilai pH yang rendah akan menyebabkan hancurnya lapisan pasif yang melindungi tulangan beton.

Akibat lain dari perubahan Ca(OH)₂ menjadi asam karbonat (CaCO₃) adalah terbentuknya lapisan karbonasi,  yang akan membagi beton menjadi dua bagian, yaitu zona yang terkarbonasi dan zona yang tidak terkarbonasi. Ketika zona karbonasi mencapai permukaan tulangan, maka depasivasi tulangan mulai terjadi.

Penetrasi dari CO₂ kedalam Tulangan Beton

Waktu yang dibutuhkan oleh proses karbonasi dari permukaan beton sampai mencapai lapisan pasif adalah fungsi dari:

- Ketebalan selimut beton,

- Karakteristik beton,

- Laju difusi CO₂ kedalam beton. 

CO₂ berdifusi hampir seluruhnya dalam bentuk gas dan hampir tidak pernah berpenetrasi kedalam beton yang jenuh, dilain pihak reaksi dengan Ca(OH)₂ hampir tidak pernah terjadi jika beton benar-benar kering. Jadi depasivasi tulangan oleh CO₂ amat tergantung pada kandungan air atau kelembaban beton.

Sering diasumsikan bahwa laju karbonasi adalah fungsi dari kekuatan beton, asumsi ini kurang tepat karena laju karbonasi sebenarnya lebih tergantung pada mikrostruktur permukaan beton pada saat difusi CO₂ berlangsung.

Karenanya pengaruh perawatan (curing) beton terhadap karbonasi amat besar. Perawatan yang kurang tepat akan meningkatkan porositas beton yang selanjutnya akan meningkatkan laju karbonasi.