Impressed Current Cathodic Protection Pada Besi Tulangan Beton

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 2(a) dan 2(b) serta tabel 1 dan 2.

Gambar 2. Kurva depolarisasi untuk beton  tercelup dalam larutan NaCl 30 gr/lt, anoda terletak dipinggir  hari ke-12 (selasa 19 November 2002).

  1. Beton 1:4.
  2. 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

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

  1. Tercelup dalam larutan NaCl 50 gr/lt hari ke 10.
  2. 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 4. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance pada berbagai kondisi  lingkungan untuk beton 1:4, anoda terletak di pinggir.

Gambar 5. Hubungan antara waktu pemaparan dengan resistance pada berbagai kondisi  lingkungan untuk beton 1:2, anoda terletak di pinggir.

 

Dari gambar 4 dan 5 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 6. 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 6 dan tabel 3.

Gambar 6. 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 6. 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.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.

     

 


Share

Leave a Reply

*

Saran, Kritik, Ngobrol

Categories
Tweet
Sugar Research Fan Page