4
Universitas Kristen Petra
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Korosi
Secara umum, baja tulangan pada beton bertulang tidak akan terkorosi dikarenakan selimut beton merupakan lingkungan dengan kadar alkalinitas yang tinggi (memiliki pH 11-13) (Broomfield, 2006). Sifat alkali beton terbentuk ketika terjadi pencampuran semen dan air sehingga Ca(OH)2 dari semen melepas ion OH- . Ion-ion tersebut membawa sifat alkali dari beton dan menempel pada permukaan baja tulangan sehingga terbentuk lapisan pasif Fe(OH)2 yang akan melindungi baja tulangan dari korosi (Maryoto, 2014). Proses karbonasi (carbonation) dan masuknya ion-ion klorida (Cl-) ke dalam beton adalah dua faktor utama yang menyebabkan rusaknya lapisan pasif tersebut dan berlanjut pada terjadinya korosi tulangan di dalam beton (Broomfield, 2006).
2.2. Fiber Reinforced Polymer (FRP)
Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan material perkuatan struktur beton yang populer digunakan karena FRP memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi, massa jenis yang ringan, tidak bisa berkarat, serta memiliki modulus elastisitas yang mendekati baja tulangan (Hioe, 2016). Dalam pelaksanaannya pun, FRP memiliki kelebihan, yaitu cepat dan mudah.
FRP yang umum digunakan terbagi menjadi tiga jenis, yaitu Carbon FRP (CFRP), Aramid FRP (AFRP), dan Glass FRP (GFRP). Komposit carbon fiber cocok untuk aplikasi struktur yang harus memenuhi persyaratan kekuatan, kekakuan, ringan, dan ketahanan terhadap fatigue (Achmad, Soerhadjono M.D., &
Tavio, 2012). CFRP yang beredar di pasaran memiliki be ntuk laminate (strip), fabric (wrap), dan rod (tulangan).
CFRP juga memiliki ketahanan yang baik terhadap reaksi kimia, sehingga cocok digunakan pada lingkungan yang korosif. CFRP bersifat kedap air dan udara sehingga bisa mencegah masuknya ion klorida dan senyawa perusak lainnya masuk ke dalam tulangan (Lu et al., 2018). Selain itu, CFRP juga dapat digunakan sebagai anoda pada Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) karena dapat
5
Universitas Kristen Petra
menghantarkan listrik (Nguyen et al., 2014). Tabel 2.1 menunjukkan bahwa carbon memiliki nilai potensial yang lebih positif dibandingkan dengan besi tulangan sehingga CFRP bisa digunakan sebagai anoda dalam sistem ICCP.
Tabel 2.1. Perbandingan Nilai Potensial Elektroda Standar Karbon dengan Besi
Reaksi Reduksi Eo (Volt)
Fe2+ + 2e- → Fe(s) -0,44
CO(g) + 2H+ + 2e- → C(s) + H2O +0,52
Sumber: Santhanam, Press, Miri, Bailey, & Takacs (2009)
2.3. Cathodic Protection (CP)
Cathodic Protection (CP) merupakan metode atau teknologi yang sudah diaplikasikan secara luas untuk mengurangi masalah teknik yang berhubungan dengan korosi pada logam. Cathodic Protection merupakan teknik yang digunakan untuk mengendalikan korosi pada permukaan logam dimana permukaan logam tersebut berperan sebagai katoda. Pada perlindungan katodik terdapat dua macam perlindungan yaitu Sacrificial Anode dan Impressed Current (Bu & Ao, 2017).
Sacrificial Anode adalah logam anoda yang dihubungkan dengan struktur yang akan dilindungi dimana logam tersebut lebih reaktif terhadap lingkungan korosif. Logam anoda tersebut akan perlahan mengalami korosi dan melindungi struktur baja yang dihubungkan dengan anoda tersebut. Untuk mengaplikasikan perlindungan katodik pada struktur bangunan yang lebih besar, metode Sacrificial Anode tidak dapat lagi diterapkan karena arus yang dihasilkan dari beda potensial antara logam dan baja tersebut tidak cukup untuk menghasilkan perlindungan katodik, sehingga digunakan metode Impressed Current Cathodic Protection (ICCP).
Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) merupakan metode perlindungan katodik yang menggunakan arus searah/direct current (DC) dari sebuah power supply. Power supply digunakan sebagai sumber listrik untuk menghasilkan beda potensial yang lebih besar, sehingga laju arus yang dihasilkan cukup untuk melindungi sebuah struktur. ICCP bekerja dengan cara
6
Universitas Kristen Petra
menghubungkan logam anoda ke kutub negatif dan elektroda acuan ke kutub positif. Keduanya ditempatkan pada lingkungan yang membentuk sel elektrolit dan logam yang akan dilindungi berfungsi sebagai katoda (Bu & Ao, 2017). BSEN 12696 (2012) menyarankan densitas arus ICCP sebesar 2-20 mA/m2 untuk beton bertulang.
2.4. Epoxy dan Grafit
Epoxy merupakan bahan perekat yang digunakan untuk menempelkan CFRP laminate pada permukaan spesimen beton bertulang. Akan tetapi, epoxy bukanlah bahan konduktif listrik, sehingga pada sistem ICCP, penggunaan epoxy perlu ditambahkan bahan campuran yang bersifat konduktif listrik (Bahekar &
Gadve, 2017). Grafit merupakan bahan konduktif listrik, sehingga penambahan bubuk grafit dapat dilakukan pada campuran epoxy (Lu et al., 2018). Menurut Eric
& Kennedy (2019), kadar grafit di atas 17,5% membuat campuran epoxy tidak lagi memiliki daya rekat untuk menempelkan CFRP Laminate pada beton, sedangkan campuran epoxy dengan kadar grafit di bawah 7,5% tidak memiliki sifat konduktif.
Campuran epoxy dengan kadar grafit 12,5% memiliki nilai bond strength yang jauh dari batas minimum 1,4 MPa, sehingga kadar grafit tersebut dapat ditinggikan.
2.5. Half Cell Potential Test
Half cell potential test merupakan metode yang bisa digunakan untuk mengukur beda potensial antara baja tulangan dengan elektroda acuan. Nilai beda potensial tersebut menunjukkan peluang terjadinya korosi pada baja tulangan.
Hubungan antara nilai beda potensial dengan peluang terjadinya korosi dapat dilihat pada Tabel 2.2. Elektroda acuan yang umum digunakan adalah copper/copper sulfate electrode (Cu/CuSO4) atau silver/silver chloride electrode (Ag/AgCl) (Vassie, 1978). Perbedaan tipe elektroda acuan yang digunakan akan mengakibatkan perbedaan nilai potensial permukaan. Koreksi terhadap hasil pembacaan yang sesuai dengan elektroda acuan diperlukan selama melakukan interpretasi terhadap hasil permeriksaan. Konversi hasil pembacaan half cell potential test antar elektroda acuan dapat dilihat pada Tabel 2.3. Skema kerja
7
Universitas Kristen Petra
pengukuran beda potensial tulangan dengan metode half cell potential test dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Tabel 2.2. Hubungan antara Nilai Potensial dengan Korosi
Nilai Pembacaan Potensial (mV) terhadap Elektroda Acuan
(Tembaga Sulfat-CuSO4)
Peluang Terjadinya Korosi (%)
< -350 90
-200 s.d -350 50
> -200 10
Sumber: ASTM C876 (2015)
Tabel 2.3. Tabel Konversi Nilai Beda Potensial antara Elektroda Acuan
Sumber: Park (2009)
Gambar 2.1. Half-Cell Potential Test -66 mV
+66 mV
8
Universitas Kristen Petra
2.6. Pull-off Test
Pull-off test adalah metode yang digunakan untuk mengukur bond strength antara permukaan dua buah material (ASTM C1583, 2014). Pull-off test merupakan metode yang sederhana, sehingga dapat dilakukan pada struktur bangunan yang telah maupun belum dirancang untuk diuji sebelumnya. (Pereira & Medeiros, 2012).
Cara kerja pull-off test adalah dengan cara mengaplikasikan beban tarik langsung kepada spesimen yang sudah dibor dan diberi disk logam yang sudah dilekatkan dengan epoxy sebelumnya. Gaya tarik diberikan secara konstan dan nilai pull-off test diamati pada mesin. Skema kerja pull-off test dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan jenis-jenis kegagalan pada pull-off test dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.2. Skema Kerja Pull-off Test
Gambar 2.3. Jenis-Jenis Kegagalan pada Pull-off Test
Terdapat empat jenis kegagalan pada pull-off test seperti pada Gambar 2.3., yaitu: (a) Kegagalan pada lapisan bawah (substrate) menandakan kekuatan tarik pada permukaan sambungan (bond strength) lebih besar dibanding kekuatan tarik lapisan bawah (substrate); (b) Kegagalan pada permukaan sambungan menandakan
9
Universitas Kristen Petra
kekuatan tarik pada permukaan sambungan antara bagian atas (overlay) dengan bagian bawah (substrate); (c) Kegagalan pada lapisan atas (overlay) menandakan kekuatan tarik pada permukaan sambungan lebih besar dibanding kekuatan tarik lapisan atas (overlay); (d) Kegagalan pada sambungan disk logam pada lapisan atas (overlay) karena perekatan dengan epoxy yang kurang kuat. Kegagalan tipe (a) lebih dianjurkan karena tipe ini menunjukkan kekuatan tarik pada permukaan sambungan (bond strength) lebih besar dibanding kekuatan tarik lapisan bawah (Dakota, 2000). Menurut ACI 440.2R-08, minimal bond strength adalah sebesar 1,4 MPa, sedangkan beton yang menggunakan FRP memiliki gaya tekan (fc’) minimal 17 MPa.
2.7. Impressed Current Initial Corrosion
Pemberian initial corrosion menggunakan waktu yang lama sehingga digunakan metode untuk mempercepat terjadinya korosi pada beton bertulang. Cara mempercepat korosi bisa dilakukan dengan cara mencampurkan klorida ke campuran beton, pembasahan dan pengeringan secara bergantian, difusi klorida, penyemprotan garam, dan pemberian arus anodik (impressed current).
Pada penelitian ini akan dilakukan metode pemberian arus anodik. Metode ini menggunakan arus DC konstan yang dialirkan ke baja tulangan dalam beton untuk menghasilkan korosi dalam waktu yang relatif singkat. Prinsip metode ini menggunakan arus listrik DC dengan kutub positif yang dihubungkan dengan anoda dan kutub negatif yang dihubungkan dengan katoda. Anoda yang terpolarisasi positif akan menarik anion sedangkan katoda yang terpolarisasi negatif akan menarik kation. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat skema kerja untuk memberikan initial corrosion.
Gambar 2.4. Skema Pemberian Initial Corrosion
10
Universitas Kristen Petra
Baja tulangan yang akan diberi initial corrosion diberi arus listrik DC sehingga terpolarisasi positif dan menjadi anoda. Stainless steel dipakai sebagai katoda dan disambungkan ke kutub negatif dari sumber listrik DC. Anion dari larutan elektrolit NaCl yang digunakan yang berupa ion Cl- akan tertarik menuju ke anoda baja tulangan dan menjadi katalis proses korosi. Massa korosi dapat dihitung berdasarkan rumus hukum elektrolisis Faraday (Ahmad, 2009) :
(2.1)
dimana,
Mth = massa teoritis karat yang dihasilkan per unit area permukaan tulangan (gr/cm2) W = berat ekuivalen baja (rasio dari berat atomik besi ke valensi besi) (27,925 gr) Iapp = kepadatan arus (Amp/cm2)
T = durasi pemberian korosi (detik)
F = konstanta Faraday (96487 Amp-detik) 𝑀𝑡ℎ = 𝑊. 𝐼𝑎𝑝𝑝. 𝑇
𝐹
