Oleh :
Risvan Kuswurjanto
Amin Hidayat
Jurusan Teknik Kimia
ITS Surabaya 2003

ABSTRAK

Beton merupakan bahan konstruksi yang paling banyak digunakan karena kekuatannya dan ekonomis. Ion klorida yang terdapat di lingkungan dapat menyebabkan kerusakan dini pada beton. Kerusakan ini terjadi karena ion klorida menyerang baja tulangan beton sehingga terkorosi. Untuk itu dipelajari suatu cara untuk mencegah proses korosi yang terjadi pada beton. Dalam penelitian ini akan dilakukan pencegahan korosi dengan proteksi katodik secara impressed current.

Penelitian ini dilakukan dengan pemaparan spesimen beton bertulang di laboratorium dengan beberapa variasi komposisi beton bertulang, kondisi lingkungan yang meliputi kadar ion klorida dan posisi anoda dalam beton dengan standart kontrol perlindungan depolarisasi 100mv. Setelah dilakukan proteksi, lalu mengukur laju korosi besi tulangan dengan metode Elechtrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) pengukuran ini dilakukan setiap 5 hari sekali. Selanjutnya hasil pengukuran dianalisa untuk mengetahui laju korosinya.

Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa resistansi dari beton dipengaruhi oleh kondisi dari lingkungan dan komposisi nya. Semakin tinggi konsentrasi larutan NaCl maka resistansi beton semakin rendah sehingga lebih reaktif. Beton dengan komposisi 1:2 mempunyai resistasni lebih tinggi daripada komposisi 1:4.

Kata kunci : beton; elechtrochemical impedance spectroscopy;korosi; proteksi katodik

PENDAHULUAN

Beton bertulang merupakan bahan konstruksi baru yang dikembangkan pada abad XX. Kombinasi antara beton dengan tulangan besi merupakan struktur yang optimal, bukan hanya karena kekuatan mekanisnya tapi juga karena umur penggunaannya yang cukup lama. Korosi baja tulangan merupakan penyebab utama penurunan umur pakai struktur beton bertulang. Produk korosi baja tulangan akan menempati lebih dari tiga kali volume baja yang terkorosi sehingga memberikan tegangan tarik destruktif pada selimut beton di sekelilingnya yang menyebabkan peretakan dan pengelupasan selimut beton (spalling).

Beton akan memberikan perlindungan pada baja tulangan karena selimut beton merupakan lingkungan dengan kadar alkalinitas yang tinggi (pH 13.5). Ion klorida yang berpenetrasi kedalam beton dan mencapai permukaaan baja tulangan akan merusak selaput pasif besi oksida ( -Fe₂O₃ atau Fe₃O₄) dan hidroksida (FeOOH) sehingga korosi setempat berlangsung. Usaha – usaha penelitian telah banyak dilakukan untuk menanggulangi korosi yang terjadi pada baja tulangan. Beberapa usaha yang dilakukan adalah dengan proteksi katodik, menggunakan inhibitor, pelapisan atau coating, penggunaan baja galvanis dan mengeluarkan ion klorida dari selimut beton secara elektrokimia. Proteksi katodik ada dua cara yaitu dengan sacrificial anode dan dengan impressed current. Perlindungan katodik dengan impressed current menggunakan sebuah sumber tegangan searah dengan anoda inert (titanium, karbon, besi, multi oksida logam, dll.) untuk melindungi struktur logam yang bertindak sebagai katoda. Arus dengan tegangan rendah dialirkan dari anoda melewati beton ke permukaan baja. Keunggulan dari sistem ini adalah dapat mengendalikan jumlah arus yang dialirkan ke katoda.

Supaya perlindungan katodik dengan impressed current dapat berjalan dengan efektif maka harus mengikuti beberapa kriteria. Salah satu kriteria adalah polarisasi sebesar 100-mV. Kriteria lain yang biasanya digunakan adalah potensial mutlak, dimana baja tulangan dipolarisasi secara katodik sehingga potensialnya menjadi lebih negatif daripada potensial metal yang teroksidasi (-780 mV vs elektroda standard kalomel jenuh, SCE).

Gambar 1. Skema Proteksi Katodik Dengan Impressed Current pada Spesimen Beton Bertulang

Saat ini metode EIS ( elechtrochemical impedance spectroscopy) merupakan metode yang paling baik dan akurat digunakan untuk memperlajari korosi dari material. Oleh karena itu korosi pada baja tulangan dan proteksi katodik dengan impressed current dipelajari dengan metode ini.

METODOLOGI PENELITIAN

Pembuatan spesimen beton bertulang
Spesimen beton dibuat dengan bentuk balok yang terdapat empat buah baja tulangan. Panjang dari tiap baja tulangan 30 cm dengan jarak antar tulangan sebesar 10 cm. Setelah pencetakan selesai dilakukan pengeringan kurang lebih empat hari.

Percobaan.
Spesimen beton yang telah jadi dikondisikan pada beberapa media uji. Kondisi lingkungan ini merupakan lingkungan dengan kadar garam tertentu. Dalam penelitian ini digunakan larutan NaCl dengan kadar 10 gr/lt, 30 gr/lt dan 50 gr/lt. Pada pengkondisian ini spesimen beton dicelupkan dalam larutan NaCl selama 30 hari. Sebagai elektroda acuan (reference electrode) digunakan Cu/CuSO4 sedangkan elektroda pembantu (auxiliary) menggunakan stainless steel. Setelah itu dilakukan proteksi katodik dengan memberikan arus searah pada beton.Tegangan yang diberikan sebesar 550 – 1000 mV. Untuk mengecek proteksi katodik maka dilakukan depolarisasi selama 24 jam sebelum dilakukan pengukuran.

Pengukuran.

Pengukuran dilakukan dengan metode EIS. Untuk mengurangi gangguan – gangguan medan listrik lingkungan yang dapat mempengaruhi pengujian maka spesimen beton ditempatkan dalam snagkar. Pengukuran dilakukan pada temperatur kamar dan sel uji terbuka pada atmosfer laboratorium dengan menggunakan Gamry Instrument yang dijalankan dengan mengguankan paket program EIS 300 (untuk pengukuran EIS) pada potensial korosi dari frekuensi 1000 Hz sampai 0.02 Hz dan 10 titik per decade.

Gambar 2. Sampel beton untuk percobaan

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proteksi katodik dilakukan dengan mendorong beda potensial operasi dibawah –850 mV (vs SCE.) agar diperoleh polarisasi minimum sebesar 100 mV. Pemantauan potensial polarisasi dilakukan setelah beton mengalami proteksi selama 12 hari dengan cara mematikan arus proteksi dan memantau beda potensialnya. Beda potensial diukur dengan reference cell Cu/CuSO₄. Hasilnya seperti tampak pada gambar 3(a) dan 3(b) serta tabel 1 dan 2.
(a)
(b)

Gambar 3. Kurva depolarisasi untuk beton tercelup dalam larutan NaCl 30 gr/lt, anoda terletak dipinggir hari ke-12 (selasa 19 November 2002).

a. Beton 1:4.

b. Beton 1:2.

Tabel 1. potensial depolarisasi untuk beton 1:4, tercelup dalam larutan NaCl 30 gr/lt hari ke-12.

Posisi besi	1	Bagle bawah	3	4	Bagle atas	6
Out Current (mA)	1.9	0.1	2.7	0.1	1.8	2.3
On Pot (mV)	922	731	912	945	803	745
Instant Off Pot (mV)	668	728	816	681	307	705
Pot depolarisasi setelah 8.5 jam	430	729	536	488	201	457
Pot depolarisasi setelah 17 jam	437	720	520	500	197	427
Pot depolarisasi setelah 24 jam	426	713	503	503	171	407
Total depolarisasi	242	15	313	178	136	298

Tabel 2. Potensial depolarisasi untuk beton 1:2, tercelup dalam larutan NaCl 30 gr/lt, anoda terletak di pinggir hari ke-12.

Posisi beton	1	2	3	4	5	6
Out Current (mA)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
On Pot (mV)	688	202	751	676	729	790
Off Pot (mV)	540	140	618	509	543	566
Pot. depolarisasi setelah 8.5 jam	300	66.6	122	339	348	130.8
Pot. depolarisasi setelah 17 jam	330	30.2	84.2	347	325	102
Pot. depolarisasi setelah 24 jam	371	10.1	60	347	358	99.4
Total depolarisasi	169	129.9	558	162	185	466.6

Dari data diatas menunjukkan bahwa proteksi yang dilakukan terhadap beton telah memenuhi kriteria polarisasi 100 mV. Untuk beton 1:4 pada bagle bagian bawah poalrisasinya lebih kecil dari 100 mV. Hal ini terjadi karena pada bagle bagian bawah yang terendam dalm media konsentrasi ion klorida lebih besar sehingga sulit untuk diproteksi. Pengecekan potensial proteksi ini perlu dilakukan untuk mempertahankan potensial standar yang ideal untuk proteksi.

Pengukuran Laju Korosi

Beton yang telah dikondisikan dalm lingkungan garam diukur dengan metode elechtrochemical impedance spectroscopy. Hasil dari pengukuran ditampilkan dalam bentuk diagram Nyquist. Dalam diagram ini diplot antara Zreal dengan Zimaginer. Komponen real pada diagram Nyquist menggambarkanadanya resistansi total dari larutan dan beton. Sedangkan komponen imaginer terdiri dari kapasiotr dan induktor. Dari diagram nyquist ini dapat memberikan informasi tentang proses korosi yang terjadi pada beton. Dari diagram ini terlihat bahwa dengan semakin besarnya harga impedansi (Zreal) maka beton bersifat non reaktif sehingga tidak mudah terkorosi. Impedasni yang besar akan menghasilkan resistansi yang besar pula dan sebaliknya kapasitansi dari beton semakin kecil. Berikut ini adalah contoh plot nyquist untuk beton 1:2 yang tercelup dalam larutan NaCl 50 gr/lt.

Gambar 4. Plot nyquist untuk beton 1:2, anoda terletak di pinggir.

a. Tercelup dalam larutan NaCl 50 gr/lt hari ke 10.

b. Tercelup dalam larutan NaCl 30 gr/lt hari ke5.

Pengaruh Kondisi Lingkungan.

Pada penelitian ini dilakukan pengkondisian lingkungan di laboratorium yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh kondisi lingkungan terhadap korosi baja tulangan beton. Pengkondisian dilakukan dengan mencelupkan spesimen beton pada larutan NaCl dengan konsentrasi yang berbeda.

Berikut ini adalah beberapa grafik yang menggambarkan hubungan antara waktu pemaparan dengan resistansi dari beton :

Gambar 5. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance pada berbagai kondisi lingkungan untuk beton 1:4, anoda terletak di pinggir.

Gambar 6. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance pada berbagai kondisi lingkungan untuk beton 1:2, anoda terletak di pinggir.

Dari gambar 5 dan 6 terlihat bahwa dengan semakin tinggi konsentrasi larutan NaCl resistansi korosi menurun, berarti laju korosi tulangan beton meningkat. Semakin tinggi konsentrasi ion klorida berarti semakin tinggi daya dorong (driving force) diffusi ion klorida menuju permukaan besi. Flux difusi Cl^- ini harus ditandingi oleh arus katodik agar korosi dapat dicegah. Namun untuk konsentrasi ion klorida yang tinggi proteksi tidak efektif. Pada konsentrasi tinggi diperlukan arus tandinganyang tinggi dan beda potensial yang lebih tinggi. Kenaikan arus dan beda potensial ini menghasilkan pengaruh buruk timbulnya gas dan pemanasan.

PengaruhKomposisi Beton.
Pada gambar 7. terlihat bahwa beton dengan komposisi 1:2 mempunyai harga resistan yang lebih tinggi daripada beton 1:4. Hal ini menunjukkan bahwa beton 1:4 lebih reaktif dan mudah terjadi korosi. Beton dengan komposisi 1:4 mempunyai porositas yang tinggi. Beton dengan porositas tinggi akan lebih mudah ditembus oleh ion klorida. Nilai perbedaan dari waktu ke waktu pada berbagai konsentrasi NaCl dapat dilihat pada gambar 7 dan tabel 3.

Gambar 7. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance untuk komposisi beton 1:4 dan beton 1:2.

Tabel 3. Perbedaan nilai resistansi (R) antara beton 1:2 dan 1:4 anoda di pinggir pada berbagai konsentrasi NaCl.

Kadar NaCl (gr/lt)	Waktu (hari)
	0	12	16	20	25	30
10	1.24E+02	1239954	811184.5	437903.7	1.87E+09	3.09E+08
30	109.1998	4276.59	54459.35	3993.634	95.05066	118.6603
50	186.9117	229.7383	204.355	280.6717	229.903333	20.116

Pengaruh Posisi Anoda

Gambar 8. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance untuk posisi anoda yang berbeda pada beton 1:4, tercelup dalam larutan NaCl 50 gr/lt.

KESIMPULAN

1. Supaya proteksi katodik dapat berjalan dengan baik maka perlu dilakukan polarisasi sebesar 100 mV.

2. Kondisi lingkungan mempengaruhi ketahanan beton terhadap korosi. Lingkungan dengan konsentrasi tinggi mengurangi resistasni beton terhadap korosi.

3. Beton dengan komposisi 1:2 mempunyai resistansi tang lebih tinggi dibandingkan dengan beton komposisi 1:4.

Ucapan Terima Kasih

Allah yang Maha Pengasih dan Penyayang, Ortu kami, Adhik 2 kami, Kawan-kawan seangkatan 98, my Great Teacher Yuwana M, Pak Sam pembimbing kami, Kawan-kawan sejawat di Lab Elkim. Hilmi w, Eko , Emean, Priyo, Hanik,Rini,Cicik,Izzah, Matus and Dian atas saran dan tenaganya.

Daftar Pustaka

1. Broomfield, John. P., Corrosion of Steel in Concrete (Understanding, investigation and repair), E & FN Spon An Imprint of Routledge, London and New York, 1997 halaman 108-119.

2. Daily, Steven F., Kendell, K., “Cathodic Protection of New Reinforced Concrete Structures in Aggressive Environments”, Material Performance NACE International, Oktober 1998, halaman 19-23.

3. Faber, John., Mead, Frank., Reinforcement Concrete, ELBS ed., The English Language Book Society and E & FN Spon Ltd., 1965.

4. Maher A. Al-Afraj, “The 100-mV depolarization criterion for Zinc Ribbon anodes on Externally Coated Tank Bottoms”, Material performance NACE International, January 2002.

5. Threthewey, K.R., Chamberlain, J., “Korosi Untuk Mahasiswa dan Rekayasawan”, P.T. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991, halaman 312-332.

9 Responses to “PROTEKSI KATODIK DENGAN IMPRESSED CURRENT PADA BESI TULANGAN BETON”