Serangan Klorida

Serangan Klorida

Penetrasi klorida ke dalam beton bertulang adalah penyebab utama korosi pada struktur beton di lingkungan laut. Aksi utamanya adalah menimbulkan korosi pada tulangan beton dan relative tidak menyebabkan kerusakan pada material betonnya sendiri.

Korosi yang disebabkan klorida diawali dengan pembentukan lubang-lubang di lokasi-lokasi dimana lapisan pasifnya hancur. Mekanisme ini disebut sebagai korosi pitting atau korosi sumuran.

Pada serangan karbonasi seluruh lapisan pasif tulangan akan mengalami depasivasi setelah terjadinya penurunan nilai pH beton dan berakibat pada korosi merata (general/uniform corrosion), mekanisme awalnya adalah pembentukan lubang-lubang 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 ke dalam beton

1.    Richardson (2010)

2 Fe ->  2 Fe²⁺ + 4 e^-

2.    Ion Fe positif akan bereaksi dengan ion klorida membentuk komponen besi klorida

2 Fe²⁺ + 4Cl^- -> 2 FeCl₂

2 FeCl₂ + 4 H₂O -> 2 Fe(OH)₂ + 4 HCl

3.    Komponen besi klorida yang terlarut dalam air pori beton akan meningkatkan keasaman lingkungan lubang korosi karena akan menurunkan nilai pH beton, dan mengakibatkan oksidasi lebih jauh dari besi tulangan.

4.    Klorida bebas yang di regenerasi dalam proses ini akan meningkatkan laju korosi pada lubang sumuran

Umur Layan (Service Life)

Umur layan adalah perioda saat struktur dapat memenuhi fungsi strukturalnya. Kebutuhan untuk memprediksi umur layan yang akurat didasarkan pada struktur beton bertulang di lingkungan laut umumnya hanya memiliki umur layan setengah kali dari umur layan prediksinya dan biaya rehabilitasi struktur beton bertulang akibat kerusakan korosi amat tinggi. Untuk menaksir umur dan durabilitas struktur beton di laut maka dibutuhkan prediksi dari proses penetrasi ion klorida ke dalam beton. Faktor utamanya adalah koefisien difusi ion klorida dan konsentrasi korida kritis pada permukaan tulangan.

Mekanisme kerusakan struktur beton yang diakibatkan oleh korosi baja tulangan (Tuutti, 1982)

1.    Perioda inisiasi: dimulai saat klorida melakukan penetrasi melalui selimut beton sampai ketika konsentrasinya di permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas tertentu (threshold value), menyebabkan depasivasi tulangan.

2.    Perioda propagasi: dimulai ketika tulangan yang sudah mengalami depasivasi mengalami kerusakan korosi lebih jauh sampai akhirnya beton mengalami retak-retak dan spalling, mengindikasikan kerusakan korosi yang sudah parah.

Mekanisme Penetrasi Klorida Melalui Selimut Beton

Mekanisme yang terlibat:

1.    Difusi, dominan pada zona terendam

2.    Gaya kapiler, dominan pada zona pasang surut dan zona splash

3.    Permeasi dan difusi, dominan pada zona pasang surut dan zona splash

Mekanisme tranport untuk estimasi penetrasi klorida ke dalam tulangan beton adalah mekanisme difusi. Model untuk mekanisme difusi klorida diturunkan dari Hukum Fick kedua, prediksi umur layan berdasarkan Hukum Fick kedua melibatkan perhitungan dari koefisien difusi klorida.

Hukum Kedua Fick (Persamaan Difusi)

C = C(x,t) adalah konsentrasi klorida pada jarak x dari permukaan, pada waktu t

Dc adalah koefisien difusi (m²/detik)

Algoritma untuk estimasi penetrasi klorida

Pengambilan beberapa contoh data dari struktur beton yang terkontaminasi klorida. Digunakan dan dimasukan ke dalam persamaan difusi Fick. Akan diperoleh koefisien difusi (D) dari ion klorida dan konsentrasi klorida pada permukaan (selimut) beton.

Solusi Persamaan Difusi Fick

1.    Untuk struktur beton pada zona terendam dan zona pasang surut (nilai konsentrasi ion klorida dianggap konstan).

Cs: Konsentrasi klorida permukaan

D: Koefisien difusi

x: Jarak kedalaman dari permukaan yang terekspos

2.    Untuk struktur beton pada zona splash (nilai konsentrasi ion klorida merupakan fungsi waktu, tidak konstan)

A: Nilai laju pelekatan ion klorida pada permukaan beton

Alternatif lain untuk zona splash, persamaan difusi yang sama dengan zona terendam bisa digunakan tetapi dengan nilai koefisien difusi (D) yang telah dimodifikasi.

Asumsi-asumsi untuk Persamaan Difusi Fick

1.    Proses difusi dianggap non-steady state

2.    Ion klorida berdifusi hanya ke satu arah atau proses difusinya satu dimensi

3.    Koefisien difusi dan konsentrasi klorida di permukaan beton tidak berubah dengan waktu

4.    Koefisien difusinya tidak berubah dengan perubahan kedalaman selimut beton

5.    Koefisien difusi tidak berubah dengan perubahan konsentrasi klorida dalam beton

Koefisien Difusi (Dc)

1.    Koefisien difusi bukan suatu konstanta, tetapi bergantung 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)

2.    Koefisien difusi bukan suatu konstanta, untuk suatu kondisi exposure tertentu koefisien difusi adalah fungsi dari lamanya exposure (t), jarak dari permukaan yang terekspos (x), dan konsentrasi klorida di dalam beton

3.    Koefisien difusi terutama amat tergantung pada waktu, dibanding pada jarak dan konsentrasi

4.    Koefisien difusi akan menurun dengan waktu

Nilai Ambang untuk Konsentrasi Klorida (Ccr)

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

Parameter-parameter yang mempengaruhi nilai ambang batas:

1.    Kualitas beton (jenis semen, perbandingan air semen, transport zat cair dalam beton)

2.    Kondisi lingkungan dan pembebanan

Nilai ambang batas klorida:

1.    0,2% berat semen -> lingkungan laut (splash)

2.    0,4% berat semen -> lingkungan yang tidak terlalu agresif

Sumber Klorida

1.    Pada proses pencampuran, ditambahkan ke dalam beton, yang menggunakan: air laut sebagai air campuran, akselerator yang mengandung klorida, dan agregat yang terkontaminasi klorida

2.    Pada beton yang sudah mengeras, mekanismenya melalui difusi, disebabkan: penggunaan garam pengencer, pembasahan dan pengeringan air laut, dan penggunaan bahan kimia yang mengandung klorida

3.    Klorida terdapat pada beton dalam bentuk-bentuk berikut: ion klorida bebas dalam larutan air pori, terikat secara kimiawi dengan produk hidrasi semen, dan terserap secara fisik ke dalam gel semen sebagai klorida terikat

4.    Hanya klorida bebas yang dapat menyebabkan terjadinya korosi

Konsentrasi Klorida Permukaan (Cs)

Faktor yang menentukan tingkat konsentrasi klorida permukaan:

1.    Lokasi atau jarak dari struktur tersebut terhadap sumber klorida, semakin dekat jarak dengan sumber klorida Cs akan semakin tinggi

2.    Kondisi lingkungan, seperti hujan dan arah angin

3.    Material, kondisi permukaan beton -> tingkat kekasaran beton