3. METODOLOGI. 3.1 Kerangka Penelitian

(1)

18

Universitas Kristen Petra

3. METODOLOGI

3.1 Kerangka Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kadar grafit pada campuran epoxy dan densitas arus listrik yang dipilih pada sistem impressed current cathodic protection (ICCP) terhadap efektifitas ICCP dalam melindungi tulangan dari serangan korosi dan terhadap kekuatan ikatan antara CFRP laminate dengan beton. Tabel 3.1 menunjukkan bahwa pada penelitian ini, dibuat 84 buah spesimen dimana 3 spesimen untuk mengukur mutu beton, 6 spesimen untuk kontrol dari korosi awal, dan 75 spesimen untuk mengukur efektifitas dari ICCP.

Setelah spesimen selesai dibuat dan dilakukan proses curing selama 28 hari, 3 buah spesimen langsung diuji dengan menggunakan alat tes tekan untuk membuktikan mutu beton hasil perhitungan mix design, sedangkan 75 spesimen diberikan korosi awal dengan impressed current method. Tiga spesimen kontrol korosi awal akan dibiarkan terekspos dengan udara luar sedangkan 3 spesimen sisanya akan direndam dalam larutan NaCl tanpa diberi arus listrik. Setelah korosi awal diberikan, CFRP laminate dipasang pada 75 spesimen kemudian ICCP diberikan pada spesimen tersebut. Setelah itu dilakukan half cell potential test, pull off test, dan pengamatan visual untuk mengevaluasi efektifitas dari ICCP.

Gambar 3.1 menunjukkan alur penelitian dari awal sampai akhir.

3.2 Persiapan Material

Persiapan material dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan properties dari material yang diperlukan dalam pehitungan mix design. Persiapan dilakukan dengan melakukan beberapa pengujian: pengujian ayakan, dan pengujian untuk menentukan nilai spesific gravity pasir dan kerikil. Semua pengujian didasarkan pada standar ASTM, yaitu: ASTM C-136; ASTM C-127; ASTM C-128. Setelah data properties material didapatkan, langkah selanjutnya adalah menghitung mix design untuk menentukan perbandingan pasir, kerikil, air, dan semen. Standar

(2)

19

DOE (British Department of Environment) tahun 1975 digunakan sebagai acuan dalam perhitungan mix design.

Tabel 3.1. Tabel Rekapitulasi Variabel Penelitian

KETERANGAN f_c' (MPa) Korosi Awal (%)

Kadar Grafit (%)

Densitas Arus (mA/m²)

Jumlah Spesimen

KONTROL 7,5% 23,1 18 7,5 0 5

7,5%-10 23,1 18 7,5 10 5

7,5%-20 23,1 18 7,5 20 5

KONTROL 10% 23,1 18 10 0 5

10%-10 23,1 18 10 10 5

10%-20 23,1 18 10 20 5

KONTROL 12,5% 23,1 18 12,5 0 5

12,5%-10 23,1 18 12,5 10 5

12,5%-20 23,1 18 12,5 20 5

KONTROL 15% 23,1 18 15 0 5

15%-10 23,1 18 15 10 5

15%-20 23,1 18 15 20 5

KONTROL 17,5% 23,1 18 17,5 0 5

17,5%-10 23,1 18 17,5 10 5

17,5%-20 23,1 18 17,5 20 5

KONTROL MUTU 23,1 - - - 3

KONTROL

KOROSI AWAL 23,1 - - - 6

Total

spesimen 84

(3)

20

Pengecoran 84 Spesimen 3 Spesimen Beton81 Spesimen Beton Bertulang Tes Kuat Tekan BetonPemberian Intial Corrotion 75 Spesimen Pemasangan CFRP Laminate Kadar Grafit 7,5% 15 Spesimen 5 Spesimen KontrolICCP 10 Spesimen 5 Spesimen Arus 10 mA/m2

Kadar Grafit 10% 15 Spesimen 5 Spesimen KontrolICCP 10 Spesimen5 Spesimen KontrolICCP 10 Spesimen5 Spesimen KontrolICCP 10 Spesimen5 Spesimen KontrolICCP 10 Spesimen Half Cell Potential Test Pull Off Test Kadar Grafit 12,5% 15 SpesimenKadar Grafit 15% 15 SpesimenKadar Grafit 17,5% 15 Spesimen 5 Spesimen Arus 20 mA/m25 Spesimen Arus 10 mA/m25 Spesimen Arus 20 mA/m25 Spesimen Arus 10 mA/m25 Spesimen Arus 20 mA/m25 Spesimen Arus 10 mA/m25 Spesimen Arus 20 mA/m25 Spesimen Arus 10 mA/m25 Spesimen Arus 20 mA/m2

Mulai Studi Literatur Persiapan Material Analisis Data Selesai

Kontrol Intial Corrotion 6 Spesimen Gambar 3.1. Diagram alur penelitian

(4)

21

3.3 Pembuatan Spesimen Beton Bertulang

Spesimen berbentuk kubus dengan dimensi 150 × 150 × 150 mm³. Menurut ACI 440.2R-08, mutu beton minimal bagi struktur beton yang diperkuat FRP adalah 17 MPa. Mutu beton dari spesimen digunakan sebesar fc’ = 23,117 MPa. Tulangan besi polos (mutu fy = 240 MPa) sepanjang 250 mm dengan diameter 10 mm ditanamkan pada bagian tengah dari spesimen beton kubus.

Selimut beton pada sisi samping direncanakan sebesar 70 mm karena beton yang terekspos cuaca memerlukan selimut beton dengan tebal minimal 40 mm (Badan Standarisasi Nasional, 2013). Sedangkan selimut beton pada sisi bawah direncanakan sebesar 20 mm. Teflon tape direkatkan pada bagian atas dan bawah tulangan sehingga bagian tengah dari tulangan sepanjang 100 mm yang tidak dilindungi teflon tape lebih cepat mengalami korosi. Teflon tape merupakan pita perekat yang sifatnya sangat tidak reaktif sehingga bisa melindungi baja dari serangan korosi. Detil spesimen beserta pemasangan teflon tape bisa dilihat pada Gambar 3.2. Gambar 1 pada Lampiran 5 menunjukkan proses pengecoran spesimen. Setelah spesimen selesai dibuat, dilakukan proses curing selama 28 hari dengan cara merendam spesimen tersebut dalam air. Proses pemberian curing pada spesimen bisa dilihat pada Gambar 2 pada Lampiran 5.

150

10 70

202010010

250

TULANGAN Ø10 MM TEFLON TAPE

Gambar 3.2. Detil spesimen beton bertulang

(5)

22

3.4 Pemberian Korosi Awal

Setelah beton selesai diberikan proses curing, penampang tulangan yang terekspos dibor kemudian ditanamkan sebuah baut dengan diameter 4 mm yang berfungsi untuk mengalirkan listrik pada tulangan saat pemberian korosi awal dan ICCP. Metode yang dipilih untuk pemberian korosi awal adalah impressed current method. Impressed current method terbukti cepat dan efektif dalam mempercepat dan mensimulasikan korosi tulangan pada beton (Ahmad, 2009).

Sebuah DC power supply digunakan untuk mengalirkan arus yang konstan. Tulangan berperan sebagai anoda dan dihubungkan pada kutub positif dari power supply, sedangkan batang stainless steel diameter 3 mm dengan panjang 20 cm berperan sebagai katoda dan dihubungkan pada kutub negatif.

Spesimen kemudian direndam dalam larutan NaCl 5% yang berperan sebagai elektrolit (Lu, Hu, Li, & Tang, 2018). Larutan NaCl juga bertujuan agar korosi yang terjadi pada tulangan memenuhi Hukum Faraday (Ahmad, 2009).

Permukaan larutan NaCl dijaga sedikit dibawah dari permukaan beton untuk mencegah terjadi korosi pada pertemuan antara beton dan tulangan (Gadve, Mukherjee, & Malhotra, 2011). Gambar 3.3 menunjukkan konfigurasi spesimen saat korosi awal diberikan.

STAINLESS STEEL ROD Ø3 MM

+ -

LARUTAN NaCl 5%

DC POWER SOURCE

Gambar 3.3. Konfigurasi spesimen saat pemberian korosi awal

(6)

23

Detil bentuk rangkaian listrik yang digunakan untuk pemberian korosi awal pada spesimen bisa dilihat pada Lampiran 5 Gambar 3.

Level korosi awal yang diberikan pada penelitian ini disebut high corrosion level, yaitu korosi yang menyebabkan mass loss teoritis tulangan sebesar 18%. Besar arus yang diberikan pada masing-masing spesimen sebesar 64 mA (densitas arus = 2,037 × 10^-3 A/cm²). Durasi pemberian arus dihitung berdasarkan Persamaan 2.7 sehingga didapatkan durasi sepanjang 166,55 jam.

Perhitungan durasi arus yang diberikan sebagai berikut:

Massa baja tulangan sepanjang 10 cm = 61,7 gram Theoritical mass rust = 18% × 61,7 = 11,106 gram Luas permukaan yang diberi korosi = 31,4 cm²

Mth = 11,106 ÷ 31,4 = 0,354 gram/cm²

𝑀_𝑡ℎ= 𝑊 . 𝐼_𝑎𝑝𝑝 . 𝑇 𝐹 𝑇 = 𝑀_𝑡ℎ . 𝐹

𝑊 . 𝐼_𝑎𝑝𝑝 𝑇 = 0,354 . 96487

27,925 . 2,037 . 10⁻³

𝑇 = 599588,531 detik = 166,55 jam

3.5 Pemasangan CFRP Laminate pada Spesimen Beton Bertulang

Setelah level korosi pada spesimen dicapai, spesimen beton dikeluarkan dari larutan NaCl kemudian dikeringkan. Salah satu sisi permukaan beton yang tidak mengalami retak diamplas hingga halus kemudian CFRP laminate ditempelkan dengan menggunakan epoxy. CFRP laminate yang digunakan adalah Sika® Carbodur® S1012 dengan dimensi 100 × 1,2 × 200 mm³. Epoxy yang digunakan adalah Sikadur® - 30. Lampiran 1 dan Lampiran 2 menunjukkan product data sheet dari CFRP laminate dan epoxy tersebut.

Ada 2 hal yang harus dipersiapkan sebelum menempelkan CFRP laminate pada spesimen beton:

(7)

24

Pertama, sisi dari CFRP laminate yang terekspos dengan larutan NaCl saat pemberian ICCP perlu dilapisi dengan teflon tape. Tujuannya agar protective current yang dihasilkan dalam proses ICCP tidak ada yang mengalir ke larutan NaCl, melainkan seluruh protective current langsung masuk menuju ke tulangan beton.

Kedua, epoxy yang digunakan harus dimodifikasi agar menjadi bersifat konduktif. Tujuannya agar protective current saat pemberian ICCP bisa merambat dari CFRP laminate menuju ke tulangan beton. Modifikasi epoxy diberikan dengan cara menambahkan conductive pigment pada epoxy dengan kadar tertentu.

Menurut Gadve, Mukherjee, & Malhotra, (2011), kadar conductive pigment yang disarankan berkisar antara 2 - 20%. Pada penelitian ini, akan digunakan bubuk grafit sebagai conductive pigment dan dicoba menggunakan 5 macam kadar grafit:

7,5 %; 10 %; 12,5 %; 15 %; 17,5 %. Lampiran 3 menunjukkan komposisi dari bubuk grafit yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 6 pada Lampiran 5 menunjukkan tipikal spesimen beton bertulang yang telah dipasang CFRP laminate.

3.6 Pemberian ICCP pada Spesimen Beton Bertulang yang Telah Dipasang CFRP Laminate

Setelah CFRP laminate selesai dipasang, spesimen direndam dalam larutan NaCl. Tujuannya untuk mensimulasikan kondisi struktur yang berada pada daerah korosif (Lu, Hu, Li, & Tang, 2018). Kadar NaCl yang digunakan untuk merendam spesimen sebesar 5% dari berat total larutan. Pemilihan kadar NaCl 5%

didasarkan pada kadar salinitas laut Indonesia yang berkisar antara 3% – 3,5%

(Hamuna, Tanjung, Suwito, Maury, & Alianto, 2018). Permukaan larutan NaCl dijaga sedikit dibawah dari permukaan beton untuk mencegah terjadi korosi pada pertemuan antara beton dan tulangan (Gadve, Mukherjee, & Malhotra, 2011).

Setelah spesimen direndam selama 4 hari, spesimen dikeluarkan dari larutan dan dikeringkan selama 1 hari. Tujuannya agar oksigen yang diperlukan tulangan untuk mengalami korosi tersedia sehingga proses korosi masih terus berjalan (Kim & Ann, 2018). Setelah dikeringkan selama 1 hari, spesimen

(8)

25

direndam lagi dalam larutan NaCl 5% selama 4 hari. Proses pemberian ICCP pada spesimen dilakukan selama 30 hari.

DC power supply digunakan untuk mengalirkan arus konstan pada sistem ICCP. Menurut BS EN 12696:2012, densitas arus yang perlu diberikan untuk perlindungan katodik pada baja yang telah mengalami korosi sebesar 2 – 20 mA/m². Dalam penelitian ini, digunakan 2 macam densitas arus: 10 mA/m² dan 20 mA/m². Kedua jenis densitas tersebut dipilih karena terbukti efektif dalam mengurangi laju korosi pada tulangan dengan level korosi awal yang tinggi (Bahekar, & Gadve, 2017). Tulangan berperan sebagai katoda dan dihubungkan pada kutub negatif dari power supply, sedangkan CFRP laminate berperan sebagai anoda dan dihubungkan pada kutub positif. Gambar 3.4 menunjukkan konfigurasi spesimen saat proses pemberian ICCP. Detil rangkaian listrik yang digunakan dalam penelitian ini bisa dilihat pada Lampiran 5 Gambar 7.

+ - DC POWER SOURCE

LARUTAN NaCl 5%

CFRP LAMINATE 100 x 1,2 x 200 MM³

CAMPURAN EPOXY

Gambar 3.4. Konfigurasi spesimen saat pemberian ICCP

3.7 Monitoring Korosi dengan Half Cell Potential Test

Half cell potential test dilakukan setiap 5 hari sekali selama proses ICCP berlangsung. Half cell potential test memberikan hasil pembacaan berupa beda potensial antara tulangan spesimen dengan reference electrode yang digunakan.

Half cell potential test dilakukan berdasarkan ASTM C876-09. Half cell potential test dilakukan 25 jam setelah arus listrik ICCP dimatikan agar tulangan telah

(9)

26

mengalami depolarisasi dimana nilai potensial tulangan telah stabil (British Standards Institution, 2012). Potensial tulangan dikatakan stabil jika potensial tidak berubah lebih dari 20 mV dalam waktu 1 menit (Elsener, 2003).

Sebuah avometer digital digunakan untuk mendapatkan nilai beda potensial antara tulangan dengan electrode. Tulangan spesimen dihubungkan dengan kutub positif avometer sedangkan reference electrode dihubungkan dengan kutub negatif avometer. Pembacaan potensial dilakukan pada 1 titik (pada bagian tengah spesimen) untuk masing-masing sisi spesimen. Gambar 3.5 menunjukkan cara pengujian half cell potential test pada spesimen.

Reference electrode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Ag/AgCl/0,5M KCl sehingga perlu dilakukan konversi agar hasil pembacaan bisa dibandingkan dengan syarat pada ASTM C876-09. Konversi dilakukan berdasarkan Persamaan 2.6. Untuk nilai beda potensial reference electrode yang digunakan dan reference electrode tembaga terhadap standard hydrogen electrode (SHE) pada suhu 25^oC, digunakan Tabel 3.1 yang dibuat oleh produsen reference electrode yang digunakan dalam penelitian ini. Melalui Persamaan 2.6, konversi dilakukan dengan mengurangi hasil pembacaan dengan angka -66 mV. Nilai beda potensial yang telah dikonversi kemudian dibandingkan dengan nilai pada Tabel 2.2 untuk menentukan peluang terjadinya korosi.

Gambar 3.5. Proses pengujian half cell potential test

(10)

27

Tabel 3.2. Tabel Beda Potensial Rerefence Electrode terhadap Standard Hydrogen Electrode (SHE) pada Suhu 25^oC

Reference Electrode Electrode Potential terhadap SHE (mV)

Ag/AgCl 0.5M KCl +250

Cu/CuSO4 Saturated +316

Sumber: Silvion (n.d.)

3.8 Pengamatan Visual dan Pull Off Test pada CFRP Laminate

Pengamatan visual dilakukan sebelum dan setelah proses ICCP dilakukan.

Setelah itu dilakukan perbandingan terhadap perubahan bentuk, warna, dan kondisi permukaan dari CFRP laminate. Ada atau tidak adanya perubahan pada CFRP laminate menjadi salah satu indikator yang menentukan keberhasilan sistem ICCP dalam penelitian ini.

Setelah pengamatan visual selesai dilakukan, seluruh spesimen dibor dengan menggunakan core drill Ø45 mm. Kedalaman pengeboran spesimen mengikuti syarat ASTM C1583 dan rekomendasi dari product sheet Sika®

Carbodur® serta operating instructions dari alat pull off yang digunakan.

Spesimen dibor sedalam 25 mm. Gambar 8 pada Lampiran 5 menunjukkan proses coring pada spesimen.

Disk logam yang memiliki diameter sama dengan bagian spesimen yang telah dibor kemudian ditempelkan pada bagian tersebut dengan menggunakan epoxy. Epoxy yang digunakan untuk menempelkan disk logam sama dengan epoxy yang digunakan untuk menempelkan CFRP laminate ke spesimen beton, tetapi tidak dimodifikasi dengan grafit. Epoxy dibiarkan mengering selama kurang lebih 2 hari agar lekatan disk logam dengan spesimen sempurna. Setelah itu, dilakukan pull off test dengan menggunakan alat pull off portable. Alat pull off portable yang digunakan adalah Proceq DY-216.

Hasil pembacaan dari alat pull off portable berupa gaya tarik dalam satuan kN, seperti yang terlihat pada Lampiran 5 Gambar 9. Gaya tarik tersebut

(11)

28

kemudian akan dibagi dengan luas permukaan disk logam untuk mendapatkan nilai tegangan tarik dalam satuan MPa. Nilai tegangan tarik tersebut akan diperiksa apakah memenuhi syarat minimum sebesar 1,4 MPa (ACI Committee 440, 2008).