Serangan Klorida Pada Beton

Serangan Klorida

Penetrasi Klorida ke dalam beton bertulang adalah penyebab utama korosi pada struktur beton di lingkungan laut. Serangan ion klorida ini aksi utamanya adalah menimbulkan korosi pada tulangan beton dan relatif tidak menyebabkan kerusakan pada material betonnya sendiri. Ion klorida menyerang lapisan pasif dan ketika konsentrasinya pada permukaan tulangan sudah mencapai jumlah tertentu, maka lapisan pasif pada tulangan akan hancur. 

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

Jika pada serangan karbonasi seluruh lapisan pasif tulangan akan mengalami depasivasi setelah terjadinya penurunan nilai pH beton dan berakibat pada korosi merata. Maka serangan klorida terjadi pada bagian tulangan yang lapisan pasifnya telah mengalami depasivasi. 

Korosi pitting 

merupakan serangan korosi yang aling 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.

Komponen besi klorida yang terlarut dalam air pori beton akan meningkatkan keasaman lingkungan lubang korosi karena akan menurunkan nilai pH beton, dan ini akan mengakibatkan oksidasi lebih jauh dari besi tulangan. Klorida bebas yang di regenerasi dalam proses ini akan meningkatkan laju korosi lubang sumuran.

Masa/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 dan biaya rehabilitasi struktur beton bertulang akibat kerusakan korosi amat tinggi.

Untuk menaksir umur dan durabilitas dari struktur beton di laut maka dibutuhkan prediksi dari proses penetrasi ion klorida ke dalam beton dengan faktor utamanya koefisien difusi ion klorida dan jumlah konsentrasi klorida kritis pada permukaan tulangan.

Serangan klorida memiliki dua perioda:

1. Perioda Inisiasi: Dimulai dari saat klorida melakukan penetrasi melalui selimut beton sampai ketika konsentrasinya di permukaan tulangan mencapai nilai ambang batas tertentu (threshold value) yang menyebabkan terjasinya depasivasi tulangan.
2. Perioda Propagasi: Dimulai ketika tulangan yang sudah mengalami depasivasi mengalami kerusakan korosi lebih jauh lagi sampai akhirnya beton mengalami retak-retak dan spalling yang mengindikasikan kerusakan korosi yang sudah parah.

Jika awal terjadinya korosi diambil sebagai kondisi batas kerusakan struktur, maka akhir perioda inisiasi merupakan batas umur layan dari struktur.

Sampai saat ini, penelitian lebih banyak difokuskan pada pengembangan formula di tahap inisiasi untuk memprediksi umur layan struktur beton akbat penetrasi klorida didasari pada perioda inisiasi korosi dari tulangan. Struktur beton yang berlokasi di zona splash memiliki risiko terbesar, sekali korosi berlangsung, maka penyebarannya berlangsung amat cepat karena ketersediaan air dan oksigen dalam jumlah yang banyak.

Prediksi umur layan yang berasal dariprediksi laju penetrasi ion klorida merupakan masalah yang kompleks karena banyak mekanisme transportasi yang terlibat dalam pemodelan laju penetrasi klorida ke dalam beton.

Mekanisme penetrasi klorida melalui selimut beton

1. Difusi (dominan di zona terendam)
2. Gaya kapiler (zona pasang surut dan splash)
3. Permeasi dan difusi (zona pasang surut dan splash)

Sampai saat ini, mekanisme transport yang paling sering digunakan untuk estimasi penetrasi klorida ke dalam tulangan beton adalah mekanisme difusi. Model yang paling sering digunakanuntuk mekanisme difusi klorida adalah model yang diturunkan dari hukum fick ke dua. Prediksi umurlayan berdasarkan hukum fick kedua melibatkan perhitungan dari koefisien difusi klorida.

Asumsi-asumsi untuk Persamaan Difusi Fick

1. Proses difusinya dianggap non-steady state
2. Ion klorida berdifusi hanya ke satu arah atau proses difusinya adalah satu dimensi.
3. Koefisien difusi dan konsentrasi klorida di permmukaan beton tidak berubah dengan waktu
4. Koefisien difusinya tidak berubah dengan perubahan kedalaman selimut beton 
5. Koefisien difusinya tidak berubah dengan perubahan konsentrasi klorida didalam beton

Koefisien Difusi (Dc)

Koefisien difusi bukan suatu konstanta, tetapi tergantung pada umur beton, perbandingan air semen, jumlah dan difusivitas agregat, kelembapan relatif temperatur dan mikro strktur dari pasta semen dan agregat dan jenis lamanya perawatan. Koefisien difusi bukan suatu konstanta, untuk suatu kondisi exposure tertentu koefisien difusi adalah fungsi dari lamanya exposure (t), jarak dari pemrukaan yang terekspos (x), dan konsentrasi klorida dalam beton. koefisien difusi terutama amat tergantung pada waktu, dibanding pada jarak dan konsentrasi. Koefisien difusi akan menurun dengan waktu. 

Nilai Ambang untuk konsentrasi klorida (Ccr)

Ada jumlah konsentrasi korida tertentu yang harus dipenuhi untuk terjadinya depasivasi tulangan yang kemudia akan memulai proses korosi yang disebut nilai ambang batas klorida. Yaitu jumlah konsentrasi klorida kritis yang diperlukan untuk berlangsungnya proses korosi. Banyak parameter yang nilai konsentrasi klorida kritis , karenanya ada sejumlah variasi nilai yang bisa digunakan sebagai nilai ambang batas konsentrasi klorida. Parameter-parameter yang mempengaruhi nilai ambang batas adalah:

1. Kualitas beton (Jenis semen, perbandingan air semen, transport zat cair dalam beton)
2. Kondisi lingkungan dan pembebanan, misalnya apakah struktur terletak pada zona spalsh atau terletak pada lokasi yang selalu terendam dan temperatur.

Nilai ambang batas klorida bervariasiantara 0.17% dan 2.5% berat semen. CEB menetapkan konsentrasi klorida kritis sebesar 0.4% berat semen atau 0.1% berat beton untuk estimasi penetrasi klorida pada struktur beton bertulang yang memiliki kualitas baik. Nilai ambang batas klorida:

1. 0.2% berat semen untuk splash zone
2. 0.4% berat semen untuk lingkungan yang tidak terlalu agresif

Sumber klorida

Pada proses pencampuran, ditambahakan ke dalam beton, yang menggunakan:

1. Air laut sebagai air campuran
2. Akselerator yang mengandung klorida
3. Agregat yang terkontaminasi klorida

Pada beton yang sudah mengeras, mekanismenya melalui difusi, disebabkan:

1. Penggunaan garam pengencer
2. Pembasahan dan pengeringan air laut
3. Penggunaan bahan kimia yang mengandung klorida

Klorida terdapat pada beton dalam bentuk-bentuk berikut:

1. Ion klorida bebas dalam larutan air pori
2. Terikat secara kimiawi dengan produk hidrasi semen
3. Terserap secara fisik ke dalam gel semen sebagai klorida terikat

Hanya klorida bebas yang dapat menyebabkan terjadinya korosi. klorida yang terikat tidak akan menimbulkan korosi sampai klorida tersebut larut dalam air pori dan menjadi klorida bebas.

Konsentrasi klorida pada permukaan (Cs)

Faktor-faktor yang menentukan tingkat konsentrasi permukaan (Cs) di permukaa struktur beton, antara lain:

1. Lokasi atau jarak dari struktur tsb terhadap sumber klorida (semakin dekat jaraknya dari sumber klorida, nilai Cs akan semakin tinggi
2. Kondisi lingkungan seperti hujan dan arah angin
3. Material (Kondisi permukaan beton seperti tingkat kekerasan beton

Serangan Klorida

Beton yang spalling