SERANGAN KLORIDA PADA BETON

• Penetrasi klorida kedalam beton bertulang adalah penyebab utama korosi pada struktur beton di lingkungan laut.
• Serangan ion klorida iniunik karena aksi utamanya adalah menimbulkan korosi pada tulangan beton dan relatif tidak menyebabkan kerusakan pada material betonnya sendiri

• Ion klorida menyerang lapisan pasif dan ketika konsentrasinya pada permukaan tulangan sudah mencapai jumlah tertentu, bahkan pada nilai pH yang tinggi, lapisan pasif tulangan bisa hancur.
• Korosi yang disebabkan klorida diawali dengan pembetukan lubang-lubang di lokasi-lokasi dimana lapisan pasifnya hancur. Mekanisme khusus ini disebut sebagai korosi pitting atau korosi sumuran.

• Jika pada serangan karbonasi seluruh lapisan pasif tulangan akan mengalami depasivasi setelah terjadinya penurunan nilai pH beton dan berakibat pada korosi merata (general/uniform corrosion),maka pada serangan klorida mekanisme awalnya adalah pembentukan lubang-lubang di lokasi-lokasi dimana tulangannya telah di devasipasi.

• Korosi pitting merupakan serangan korosi yang paling berbahaya untuk tulangan, karena keberadaan daerah anoda yang amat aktif dan terlokalisasi yang dikombinasi dengan daerah katoda yang luas serta proses korosinya yang self catalysis, akan menyebabkan reduksi yang cepat dari luas penampang tulangan, seringkali tanpa adanya indikasi kerusakan yang tampak pada permukaan beton.

Mekanisme penetrasi klorida kedalam beton

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

                 2 Fe → 2 Fe^2+ + 4e-

• Ion Fe positifakanbereaksidenganion kloridamembentukkomponenbesiklorida(FeCl2)

                 2 Fe^2+   +  4 Cl-   → 2 FeCl2

                 2 FeCl^2  + 4 H2O → 2 Fe(OH)2 + 4 HCl
                 2 FeCl2    + 4 H2O → 2 Fe(OH)2 + 4 HCl

• Komponen besi klorida (FeCl2) yang terlarut dalam air pori beton akan meningkatkan keasaman lingkunganlubang 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 saat struktur dapat memenuhi fungsi strukturalnya.
• Kebutuhan untuk memprediksi umur layan yang akurat didasarkan pada:

1. Struktur beton bertulang di lingkungan laut umumnya hanya memiliki umur layan setengah kali dari umur layan prediksinya

2. Biaya rehabilitasi struktur beton bertulang akibat kerusakan korosi amat tinggi (di US dan di Inggris masing-masing mecapai US$5 x 1010dan £ 5 x 108 per tahun)

Untuk menaksir umur dan durabilitas dari struktur beton di laut maka dibutuhkan prediksi dari proses penetrasi ion klorida kedalam beton. yaitu dengan faktor :

• Koefisien difusi ion klorida
• Jumlah konsentrasi klorida kritis pada permukaan tulangan.

Pemodelan kerusakan korosi dan umur layan dari struktur beton bertulang (Tuutti, 1982)

Pemodelan Umur Layan didasarkan 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:

Dimulai dari saat klorida melakukan penetrasi melalui selimut beton sampai ketika konsentrasinya di permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas tertentu (treshold value) yang menyebabkan terjadinya depasivasi tulangan

Perioda propagasi:

Dimulai ketika tulangan yang sudah mengalami depasivasi mengalami kerusakan korosi lebih jauh lagi sampai akhirnya beton mengalami retak-retak dan spalling yang mengindikasikan kerusakan korosi yang sudah parah

Jika awal terjadinya korosi diambil sebagai kondisi batas kerusakan struktur, maka akhir perioda inisiasi merupakan kondisi batas →umur layan dari struktur (model 1).

Jika kondisi batas diambil pada garis kerusakan yang masih bisa di toleransi pada tahap propagasi, maka umur layan struktur adalah jumlah dari perioda inisiasi ditambah perioda propagasi sampai pada batas kerusakan yang tidak bisa diterima lagi (model 2)

• Sampai saat ini, penelitian lebih banyak difokuskan pada pengembangan formula di tahap inisiasi >> prediksi umur layan struktur beton akibat penetrasi klorida didasari padaperioda inisiasi korosidari tulangan.
• Struktur beton yang berlokasi di zona splashmemiliki risiko korosi terbesar, sekali korosi berlangsung, maka penyebaranya akan berlangsung amat cepat karena ketersediaan air dan oksigen dalam jumlah yang banyak >> perioda propagasi dapat diabaikan
• Prediksi umur layan >> prediksi perioda inisiasi pada tulangan beton >> prediksi laju penetrasi ion kloridakedalam beton sampai konsentrasinya pada permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas.
• Prediksi umur layan merupakan masalah yang komplekskarena banyak mekanisme tranportasi yang terlibat dalam pemodelan laju penetrasi klorida kedalam beton. Model prediksi yang reliable harus memperhitungkan kombinasi antara beberapa mekanisme transportasi

MEKANISME PENETRASI KLORIDA MELALUI SELIMUT BETON

• Sampai saat ini, mekanisme tranport yang paling sering digunakan untuk estimasi penetrasi klorida kedalam tulangan beton adalah mekanisme difusi.
• Model yang paling sering digunakan untuk mekanisme difusi klorida adalah model yang diturunkan dari Hukum Fick kedua. Prediksi umur layan berdasarkan Hukum Fick kedua melibatkan perhitungan dari koefisien difusiklorida.
• Koefisien difusi klorida merupakan parameter kunci yang digunakan untuk mengukur laju penetrasi klorida kedalam beton melalui proses difusi.

Hukum Kedua Fick (Persamaan Difusi)

• C = C(x,t) adalah konsentrasi klorida pada jarak x dari permukaan, pada waktu t
• Dc adalah koefisien difusi (m^2/detik).

Langkah-langkah untuk estimasi penetrasi klorida

• Pengambilan sample beton yang mengandung klorida -> concrete core ->drilling
• Analisa kandungan klorida pada sample beton titrasi
• Hasil analisa konsentrasi ion klorida selanjutnya di plot pada berbagai kedalaman yang berbeda dari permukaan beton menghasilkan profil klorida
• Dari profil klorida yang diperoleh dan dengan menggunakan persamaan difusi Fick kedua, koefisien difusi dankonsentrasi klorida pada permukaan betondapat dihitung.

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 (Dc)

• 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)
• Koefisien difusi bukan suatu konstanta, untuk suatukondisi exposure tertentu koefisien difusi adalah fungsi dari lamanya exposure (t), jarak dari permukaan yang terekspos (x), dan konsentrasi klorida didalam beton.
• Koefisien difusi terutama amat tergantung pada waktu, dibanding pada jarak dan konsentrasi
• Koefisien difusi akan menurun dengan waktu

Sumber Klorida

• Pada proses pencampuran, ditambahkan kedalam beton, yang menggunakan:
• Air laut sebagai air campuran
• Akselerator yang mengandung klorida
• Agregat yang terkontaminasi klorida
• Pada beton yang sudah mengeras, mekanismenya melalui difusi, disebabkan:
• Penggunaan garam pengencer
• Pembasahan dan pengeringan air laut
• Penggunaan bahan kimia yang mengandung klorida

Konsentrasi klorida permukaan (Cs)

Faktor-faktor yang menentukan tingkat konsentrasi klorida permukaan (Cs) dipermukaan struktur beton, antara lain:

• Lokasi atau jarak dari struktur tsb terhadap sumber klorida → amat menentukan; semakin dekat jaraknya dari sumber klorida, nilaiCs akan semakin tinggi.
• Kondisi lingkungan, seperti: hujan dan arah angin
• Material, Kondisi permukaan beton → tingkat kekasaran beton