Serangan Klorida pada Beton

Apa itu serangan klorida?

Merupakan penyebab utama korosi pada struktur beton di lingkungan laut. Serangan ini unik karena menimbulkan korosi pada tulangan beton dan relatif tidak menyebabkan kerusakan pada material betonnya sendiri. Ion klorida menyerang lapisan pasif dan ketika konsentrasinya mencapai jumlah terentu, lapisan tersebut bisa hancur.

Korosi pitting / korosi sumuran?

Pembentukan lubang-lubang di lokasi-lokasi dimana lapisan pasifnya hancur. 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. Menyebabkan reduksi yang cepat dari luas penampang tulangan bahkan tanpa adanya indikasi kerusakan yang tampak pada permukaan beton.

Perbedaan dengan karbonasi?

Lapisan pasif tulangan akan mengalami depasivasi setelah terjadinya penurunan nilai pH beton dan berakibat pada korosi merata. Beda dengan serangan klorida mekanisme awalnya adalah pembentukan lubang-lubang di lokasi-lokasi dimana tulangannya telah di devasipasi.

Siklus retak-korosi-retak pada beton di lingkungan laut

Service life?

Perioda saat struktur dapat memenuhi fungsi strukturalnya. Didasarkan pada :

-          Umumnya hanya memiliki umur layan setengah kali dari umur layan prediksinya

-          Biaya rehabilitasi struktur beton bertulang akibat kerusakan korosi amat tinggi

Untuk menaksir umur dan durabilitas, dibutuhkan prediksi dari proses penetrasi ion klorida ke dalam beton. Dengan faktor utama :

-          Koefisien difusi ion klorida

-          Konsentrasi klorida kritis pada permukaan tulangan

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 pada batas yang bisa diterima

3. Model kerusakan akhir

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

Inisiasi : dimulai saat klorida melakukan penetrasi melalui selimut beton sampai ketika konsentrasinya di permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas tertentu (treshold value) menyebabkan depasivasi tulangan

Propagasi : dimulai saat tulangan yang sudah mengalami depasivasi mengalami kerusakan korosi lebih jauh sampai beton mengalami retak-retak dan spalling

Jika awal terjadinya korosi diambil sebagai kondisi batas kerusakan struktur maka akhir perioda inisasi merupakan kondisi batas, yang menentukan umur layan dari struktur (model 1 di gambar)

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

Penelitian lebih banyak difokuskan pada pengembangan formula di tahap inisasi. Struktur beton yang berlokasi di zona splash memiliki resiko korosi terbesar. Prediksi umur layan didasari oleh prediksi perioda inisiasi maka dari itu harus diprediksi laju penetrasi ion klorida ke dalam beton sampai konsentrasi pada permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas. Prediksi umur layang merupakan masalah yang kompleks karena banyak mekanisme transportasi yang terlibat dalam pemodelan laju penetrasi klorida kedalam beton

Mekanisme transport yang paling sering digunakan untuk estimasi penetrasi klorida ke dalam tulangan beton adalah mekanisme difusi. Model yang paling sering digunakan untuk mekanisme difusi klorida adalah model yang diturunkan dari Hukum Fick kedua. Prediksi berdasarkan hukum tersebut melibatkan perhitungan dari koefisien difusi klorida.

 

Diagram difusi

Estimasi penetrasi klorida?

-          Pengambilan sampel beton yang mengandung klorida, dengan cara concrete core atau drilling

-          Analisa kandungan klorida pada sampel beton, dengan cara titrasi

-          Hasil analisa konsentrasi ion klorida selanjutnya di plot pada berbagai kedalaman yang berbeda dari permukaan beton

-          Dari profil tersebut diperoleh koefisien difusi dan konsentrasi klorida pada permukaan beton

Profil klorida tipikal

Solusi persamaan difusi fick

Plot of error function

Zona splash ada perhitungan tersendiri namun bisa menggunakan solusi persamaan sebelumnya dengan nilai D yang dimodifikasi

Asumsi persamaan difusi Fick :

-          Non steady state

-          Hanya ke satu arah

-          Tidak berubah dengan waktu

-          Koefisien difusi konstan

Koefisien difusi tergantung :

-          Umur beton

-          Perbandingan air semen

-          Jumlah dan difusivitas agregat

-          Kelembaban relatif

-          Temperatur

-          Mikro struktur dari pasta semen dan agregat

-          Jenis dan lamanya curing

Nilai Ambang untuk Konsentrasi Klorida?

Ada jumlah konsentrasi klorida tertentu yang harus dipenuhi untuk terjadinya depasivasi tulangan yang kemudian akan memulai proses korosi, biasa disebut nilai ambang batas klorida atau jumlah konsentrasi klorida kritis yang diperlukan untuk berlangsungnya proses korosi. 

Parameter :

-          Kualitas beton

-          Kondisi lingkungan dan pembebanan

Nilai ambang batas klorida yang tercantum di berbagai standar peraturan

Sumber klorida?

-          Pencampuran air laut sebagai air campuran, akselerator yang mengandung klorida atau agregat yang terkontaminasi klorida

-          Penggunaan garam pengencer, pembahasan dan pengeringan air laut, dan penggunaan bahan kimia yang mengandung klorida

-          Ion klorida bebas dalam larutan air pori, terikat secara kimiawi dengan produk hidrasi semen, terserap secara fisik kedalam gel semen sebagai klorida terikat

Hanya klorida bebas yang dapat menyebabkan terjadinya korosi

Konsentrasi klorida permukaan?

Faktor yang menentukan antara lain :

-          Lokasi atau jarak dari struktur tersebut terhadap sumber klorida

-          Kondisi lingkungan

-          Material

Profil klorida terhadap zona

Profil klorida terhadap w/c