Durabilitas Beton

1. Terminologi

Merupakan ketahanan beton menghadapi serangan-serangan yang merusak baik yang disebabkan oleh faktor-fisik maupun yang disebabkan oleh faktor-faktor kimiawi. Merancang beton dengan durabilitas yang tinggi sama artinya dengan meminimumkan tingkat kerusakan yang mungkin terjadi.

2. Zona-Zona Dalam Lingkungan Laut

• Zona Atmosfer laut
• Zona Terpercik (splash-zone)
• zona pasang-surut (tidal-zone)
• zona terendam (submerged-zone)

3. Zona Atmosfer Laut

Intensitas serangan korosi dipengaruhi oleh jumlah partikel garam yang terbawa angin dan mengendap pada permukaan struktur. Rentan erhadap keretakan akibat proses pembekuan-pencairan dan perubahan suhu.Tetapi frekuensi hujan yang tinggi dapat mengurangi laju korosi, karena dapat membersihkan beton dari garam yang menempel

4. Zona Terpercik

Zona ini akan selau dibasahi oleh percikan air laut.Rentan terhadap keretakan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion-ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton. Zona ini merupakan zona paling agresif untuk korosi.

5. Zona Pasang Surut

Saat pasang, struktur akan terendam dalam air dan saat surut, garam dari air laut akan tertinggal di struktur. Organisme laut dapat tinggal dalam zona ini sehingga dapat menyebabkan korosi setempat pada baja. Zona ini juga rentan terhdap keretakan yangdisebabkan oleh abrasi, erosi, benturan serta reaksi kimia antara ion-ion agresif yang terkandung dalam air laut dengan beton

6. Zona Terendam

Kerusakan pada zona ini terutama disebabkan oleh reaksi kimia antara ion-ion agresif yang terkandung dalam air laut misalnya reaksi antara sulfat, klorida dan CO2 dengan beton. kadar oksigen terlarut mendekati tingkat jenuh atau relatif rendah.aktivitas biologi maksimum. adanya kandungan sulfida dan ammonia mempercepat korosi baja.

7. Kerusakan Beton Akibat Kerusakan Fisik

1. Pengikisan permukaan

• Benturan/Beban: beban yang datang secara tiba-tiba dan mempunyai kecepatan yang tinggi. ketahanan impact amat tergantung dari kemampuan beton untuk menahan dan menyerap energi benturan yang terjadi.
• Abrasi: Ausnya permukaan beton yang disebabkan olehhantaman gelombang yang mengandung pasir, kerikil, atau benda padat lainnya. 
• Erosi: Kerusakan permukaan beton yang disebabkan oleh air, angin, hujan dan proses mekanik lainnya yang menyebabkan ausnya permukaan. Ketahanan terhadap erosi dan abrasi amat dipengaruhi oleh kualitas beton, properti/kualitas dari permukaan beton dan kekuatan & kekerasan agregat kasar.
• Kavitasi: kerusakan permukaan beton yang diakibatkan hantaman air berkecepatan tinggi yang memiliki gelembung udara dan kemudian pecah dengan kecepatan tinggi pada saat membentur permukaan beton. Ketahanan terhadap kavitasi amat dipengaruhi oleh kualitas beton, lekatan antara agregat kasar dan pasta semen serta ukuran maksimum agregat kasar

2. Keretakan beton

Ditinjau dari mekanisme penyebab fisik, keretakan pada beton bisa disebabkan oleh perubahan volume, pembebanan atau karena terekspos pada suhu yang ekstrim. Umumnya keretakan-keretakan yang dijumpai pada suatu struktur beton merupakan kombinasi dari satu atau lebh mekanisme penyebabnya.

• Retak pada beton segar:
• Plastic shrinkage: Ketika air yang menguap dari permukaan beton yang baru di cor lebih cepat dari air yang dihasilkan dalam proses bleeding, maka permukaan beton akan menyusut. Karena adanya restrain dari beton dibawah lapisan permukaan yang mengering, timbul tegangan tarik pada beton yang masih lemah dan baru mulai mengeras. Hal ini mengakibatkan retak-retak dangkan dengan berbagai variasi kedalaman. Kadang lebar retak-retak di permukaan beton cukup besar.
• Crazing: Pola dari retak-retak halus yang tidak menembus jauh ke bawah permukaan dan umunya hanya merupakan masalah kosmetik. Retak-retak ini biasanya tidak tampak kecuali ketika di pemrukaan beton baru saja mengering setelah dibasahi.
• Retak pada beton mengeras:
• Drying Shrinkage: Karena hampir semua beton mempunyai campuran air lebih besar dari yang dibutuhkan untuk proses hidrasi. Air yang tersisa itu akan menguap, mengakibatkan beton menyusut. Restrai terhadap sust oleh tulangan atau bagian lain struktur menyebabkan timbulnya tegangan tarik pada beton yang mengeras. Restrain  terhadap drying shrinkage adalah penyebab retak paling umum pada beton. Pada kebanyakan aplikasi, drying shrinkage tidak bisa dihindari.
• Thermal Shrinkage: Kenaikan temperatur diakibatkan oleh panas yang dibebaskan pada proses hidrasi. Ketika interior beton mengalami kenaikan temperatur dan mengembang, permukaan beton mungkin sedang mengaami pendinginan. Jika perbedaan temperatur ini terlalu jauh, maka akan timbul tegangan tarik yang akan mengakibatkan thermal shrinkage pada permukaan beton. Lebar dan kedalaman retak tergantung pada perbedaan temperatur serta karateristik fsik beton dan tulangan.
• Beban Siklis: Beban siklis sering dijumpai pada struktur-struktur lepas pantai dan pantai, (akibat angin, arus, dan gelombang), jembatan, dermaga. Ketahanan beton terhadap beban siklis disebut ketahanan fatigue dan amat dipengaruhi oleh karateristik lekatan antara agregat dengan pasta semen pada zona transisinya. Semakin kecil ukuran maksimum agregatnya, semakin tinggi ketahanan fatiguenya. 
• Kebakaran: Pengaruh kebakaran pada beton bertulang tergantung dari tinggi temperaturnya dan lama terjadinya. pengaruh kebakaran terhadap kekuatan komponen beton bertulang adalah menurunnya kuat tekan, modulus elastisitas, kuat lekat baja-beton, ekspansi longitudinal dan radial dari beton bertulang. Pembentukan retak akibat kebakaran diawali pada sambungan-sambungan dan bagian-bagian beton yang kurang kompak.
• Kristalisasi garam: Stress yang diakibatkan oleh kristalisasi garam pada beton yang permeable dapat menyebabkan retak-retak dan spalling.
• Pembekuan dan Pencairan: Pada daerah dingin, kerusakan dan keretakan disebabkan oleh proses pembekuan dan pencairan yang terus berulang-ulang.

8. Kerusakan Beton Akibat Kerusakan Kimiawi

Korosi dimulai ketika terjadi kerusakan pada lapisan oksida pelindung tulangan, kerusakan ini disebabkan karena terakumulasinya ion klorida dalam konsentrasi tertentu pada permukaan tulangan atau karena karbonasi. Mekanisme kedua jenis korosi ini karena aksi utamanya adalah menyerang tulangan beton dan relatif tidak menyerang material betonnya sendiri. Korosi yang disebabkan oleh ion klorida dapat mengakibatkan berkurangnya luas penampang baja tulangan sebelum tanda-tanda kerusakan akibatkorosi terlihat pada permukaan beton. 

Korosi yang disebabkan oleh penetrasi ion klorida merupakan ancaman tersebar bukan hanya untuk struktur beton di lingkungan laut/ pantai tetapi juga untuk struktur beton yang terekspos pada lingkungan yang mengandung ion korida. Pada kebanyakan kasus, yang mengendalikan proses korosi di lingkungan laut adalah mekanisme penetrasi ion klorida yang masuk ke dalam beton melalui selimut betonnya. Hal ini disebabkan karena air laut mengandung ion klorida yang amat agresif yang dapat menghancurkan lapisan pasif bahkan pada kondisi nilai pH yang.tinggi. 

Beton bersifat basa karena mengandung ion hdroksil (OH-), kondisi ini menguntungkan untuk tulangan beton, karena ion hidroksil yang terkandung pada air pori beton tsb dapat bereaksi dengan tulangan baja membentuk lapisan pelindung pasif atau pasif film pada permukaan tulangan. Lapisan pasif ini bertindak sebagai pelindung bagi tulangan baja dengan cara menghalangi kontak antara tulangan dengan air dan oksigen. Jika lingkungan beton bebas klorida dan karbon dioksida, lapisan pasif akan terus dibentuk dan terpelihara dan sepanjang lapisan pasif itu utuh.

Ada dua proses yang bisa menghancurkan lapisan pasif, yaitu:

• Reaksi karbon dioksida (CO2) dengan ion hidroksil pada beton, mekanismenya dikenal dengan sebutan karbonasi
• Penetrasi ion  klorida (CL-) ke dalam beton

Pembentukan karat mengakibatkan peningkatan volume beton pada permukaan tulangan di daerah perbatasan tulangan dan beton (steel concrete interface). Peningkatan volume ini harus di akomodasi dan jika beton tidak bisa mengakomodasi maka akan terjadi retak-retak.

• Karbonasi adalah korosi pada beton bertulang yang disebabkan oleh gas karbon dioksida (CO2). Karbon dioksida dalam air laut dapat berasal dari penyerapan CO2 di atmosfir atau dari pembusukan tanaman laut. 
• Konsentrasi CO2 di udara sebesar 0,03% per volume, sudah cukup untuk menimbulkan serangan pada beton sedang kandungan CO2 di udara pada kota-kota besar umumnya mencapai 0,3%. 
• Hidrat semen yang diserang adalah Ca(OH)2, produk reaksinya adalah kalsium karbonat (CaCO3). Ketika kandungan Ca(OH)2 hampir habis, CO2 akan bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika yang memiliki karakteristik pori-pori yang berukuran besar (>100 nm).
• Jika kandungan CO2 tinggi (seperti pada daerah muara/teluk) maka kalsium karbonat yang terbentuk pada reaksi awal akan bereaksi lebih lanjut membentuk kalsium karbonat.
• Atau setelah Ca(OH)2 habis, CO2 bereaksi dengan hidrat kalsium silika (C-S-H) membentuk gel silika
• Dengan berubahnya Ca(OH)2 yang bersifat basa menjadi asam karbonat (CaCO3) maka pH pori beton yang sebelumnya berkisar antara 12.6 sampai 13.5 bisa turun dan dapat mecapai nilai ph< 9.
• Nilai pH yang rendah akan menyebabkan hancurnya lapisan pasif yang melindungi tulangan beton.
• Akibat lain dari perubahan Ca(OH)2 menjadi asam karbonat (CaCO3) adalah terbentuknya lapisan karbonasi, yang akan membagi beton manjadi dua bagian, yaitu zona yang tidak terkarbonasi. 
• Ketika zona karbonasi mencapai permukaan tulangan, maka depasivasi tulangan mulai terjadi.
• Waktu yang dibutuhkan oleh proses karbonasi dari permukaan beton sampai mencapai lapisan pasif adalah fungsi dari:
• Ketebalan selimut beton
• Karakteristik beton
• Laju difusi CO2 ke dalam beton
• CO2berdifusi hampir seluruhnya dalam bentuk gas. Jadi depasivasi tulangan oleh CO2 amat tergantung pada kandungan air/kelembapan beton.
• Laju karbonasi sebenarnya lebih tergantung pada mikrostruktur permukaan beton pada saat difusi CO2 berlangsung.