Universitas Kristen Petra
3. METODE PENELITIAN
3.1. Kerangka Penelitian
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk menganalisa pengaruh variasi mutu beton, kadar grafit epoxy, dan densitas arus listrik terhadap bond strength antara spesimen dengan CFRP laminate dan peluang terjadinya korosi pada ICCP dengan CFRP sebagai anoda. Pada penelitian ini dibuat 81 spesimen, dimana 9 spesimen akan digunakan untuk membuktikan mutu beton (fc’ 20 MPa, fc’ 30 MPa, dan fc’ 40 MPa masing-masing 3 spesimen) dan 72 spesimen akan digunakan untuk menganalisa pengaruh variasi mutu beton, kadar grafit epoxy, dan densitas arus listrik terhadap bond strength antara spesimen dengan CFRP laminate dan peluang terjadinya korosi pada ICCP dengan CFRP sebagai anoda.
Setelah dilakukan proses curing selama 28 hari pada 81 spesimen, 9 spesimen diuji dengan menggunakan alat tes tekan beton untuk membuktikan mutu betonnya, sedangkan 72 spesimen sisanya diberikan initial corrosion dengan metode impressed current. Kemudian, CFRP laminate dipasang pada 72 spesimen dan dilakukan proses ICCP. Setelah itu, dilakukan pengamatan visual dan half cell potential test kepada 72 spesimen tersebut. Kemudian, dilakukan pull-off test kepada 54 spesimen tersebut.
Alur penelitian yang akan dilakukan dari awal sampai akhir ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan variabel spesimen pada penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 3.1.
3.2. Persiapan Material
Persiapan material dilakukan untuk mendapatkan properties dari material yang digunakan dalam perhitungan mix design. Persiapan material yang dilakukan meliputi, pengujian ayakan kerikil dan pasir, pengujian bahan organis pasir, dan pengujian untuk menentukan nilai specific gravity kerikil dan pasir. Semua pengujian mengacu pada standar ASTM C-136, ASTM C-40, ASTM C-127, dan ASTM C-128.
11
12
Universitas Kristen Petra
Setelah properties material didapatkan, dilakukan perhitungan mix design yang menggunakan acuan British Department of Environment tahun 1975 untuk menentukan perbandingan kerikil, pasir, air, dan semen.
Pengecoran Beton 81 spesimen
Pengamatan Visual
Pull Off Test Pemberian Initial
Corrosion 72 spesimen
Menggunakan CFRP Laminate dengan
kadar grafit 15%
36 spesimen
Perlindungan Katodik ICCP 24 spesimen
Arus Listrik 20 mA/m2 12 spesimen
Arus Listrik 30 mA/m2 12 spesimen Tes Tekan Beton
9 spesimen
Menggunakan CFRP Laminate dengan
kadar grafit 17,5%
36 spesimen Persiapan Material
Studi Literatur Mulai
Half Cell Potential Test
Pengolahan Data
Penulisan Laporan
Selesai
Perlindungan Katodik ICCP 24 spesimen
Arus Listrik 20 mA/m2 12 spesimen Arus Listrik 30 mA/m2
12 spesimen ICCP
72 spesimen
Control efek ICCP 12 spesimen
Control efek ICCP 12 spesimen
Gambar 3.1. Flowchart Metode Penelitian
13
Universitas Kristen Petra
Tabel 3.1. Tabel Variabel Spesimen
KETERANGAN fc' (MPa)
Kadar Grafit (%)
Densitas Arus (mA/m2)
Jumlah Spesimen
KONTROL MUTU 20 - - 3
KONTROL 15% 20 15 0 4
15% - 20 mA/m2 20 15 20 4
15% - 30 mA/m2 20 15 30 4
KONTROL 17,5% 20 17,5 0 4
17,5% - 20 mA/m2 20 17,5 20 4
17,5% - 30 mA/m2 20 17,5 30 4
KONTROL MUTU 30 - - 3
KONTROL 15% 30 15 0 4
15% - 20 mA/m2 30 15 20 4
15% - 30 mA/m2 30 15 30 4
KONTROL 17,5% 30 17,5 0 4
17,5% - 20 mA/m2 30 17,5 20 4
17,5% - 30 mA/m2 30 17,5 30 4
KONTROL MUTU 40 - - 3
KONTROL 15% 40 15 0 4
15% - 20 mA/m2 40 15 20 4
15% - 30 mA/m2 40 15 30 4
KONTROL 17,5% 40 17,5 0 4
17,5% - 20 mA/m2 40 17,5 20 4
17,5% - 30 mA/m2 40 17,5 30 4
Total Spesimen 81
3.3 Pengecoran Spesimen Beton Bertulang
Spesimen beton kubus 150 mm × 150 mm × 150 mm dicor dan baja tulangan dengan diameter 10 mm ditanamkan di tengah penampang beton dengan jarak 20 mm dari bagian bawah permukaan benda uji. Spesimen beton yang digunakan memiliki variasi mutu yaitu fc’ 20 MPa, fc’ 30 MPa, dan fc’ 40 MPa dengan rencana mix design seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Mix Design
fc' Rencana (MPa) Semen (kg/m3) Air (kg/m3) Pasir (kg/m3) Kerikil (kg/m3) w/c
20 353 205 790 1091 0,58
30 427 205 723 1085 0,48
40 513 205 655 1068 0,40
14
Universitas Kristen Petra
Baja tulangan yang digunakan adalah baja tulangan polos dengan tegangan (fy) 240 MPa dengan panjang 250 mm. Pita perekat polytetrafluoroethylene atau teflon wrap direkatkan pada bagian bawah baja tulangan dan bagian atas baja tulangan yang berbatasan dengan beton. Teflon wrap berfungsi melindungi baja tulangan sehingga bagian tengah tulangan sepanjang 100 mm yang terbenam dalam beton yang akan mengalami korosi terlebih dahulu. Selanjutnya, dilakukan curing selama 28 hari pada beton bertulang. Detil spesimen beton bertulang ditunjukkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Detil Spesimen Beton Bertulang
3.4. Pemberian Initial Corrosion
Spesimen beton bertulang yang sudah berumur 28 hari akan diberikan korosi dengan menggunakan metode pemberian arus anodik ke baja tulangan (Ahmad, 2009). Spesimen direndam ke dalam wadah yang mengandung larutan NaCl 5% seperti pada Gambar 3.3.
Batang stainless steel diletakkan ke dalam larutan dan bertindak sebagai katoda. Direct current (DC) power supply digunakan untuk memberikan aliran anodik ke tulangan. Kutub positif dihubungkan ke tulangan yang bertindak sebagai anoda dan kutub negatif dihubungkan ke batang stainless steel yang akan bertindak sebagai katoda.
15
Universitas Kristen Petra
Gambar 3.3. Pemberian Initial Corrosion
Perhitungan durasi pemberian arus anodik sebagai berikut:
Massa baja tulangan sepanjang 10 cm = 61,7 gram
18% × 61,7 = 11,106 gram
Luas permukaan yang diberi korosi = 31,4 cm2
Mth = 11,106 ÷ 31,4
= 0,354 gram/cm2 𝑀𝑡ℎ = 𝑊 . 𝐼𝑎𝑝𝑝 . 𝑇
𝐹 𝑇 = 𝑀𝑡ℎ . 𝐹
𝑊 . 𝐼𝑎𝑝𝑝
𝑇 = 0,354 . 96487 27,925 . 1,847 . 10−3
𝑇 = 662186,83 detik = 183,9 jam
3.5 Pemasangan CFRP Laminate pada Spesimen Beton Bertulang
Pemasangan CFRP laminate dilakukan setelah spesimen beton bertulang yang telah mencapai level initial corrosion yang direncanakan telah dikeringkan terlebih dahulu. Lebar CFRP laminate yang digunakan adalah 100 mm dengan ketebalan 1,2 mm. CFRP laminate terlebih dahulu ditutupi dengan teflon wrap seperti pada Gambar 3.4 untuk mencegah aliran listrik selama proses ICCP merambat melalui larutan NaCl ke dalam beton. CFRP laminate kemudian dipasang ke permukaan spesimen beton bertulang untuk mensimulasikan perkuatan struktur beton yang mengalami korosi.
16
Universitas Kristen Petra
Gambar 3.4. Pemasangan Teflon Wrap pada CFRP Laminate
Detil pemasangan CFRP laminate pada beton bertulang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Epoxy yang digunakan untuk menempelkan CFRP laminate ke permukaan beton bukan merupakan bahan yang konduktif listrik. Oleh karena itu, epoxy dimodifikasi agar menjadi konduktif dengan cara mencampurkan bubuk grafit pada epoxy dengan persentase 15% dan 17,5%.
Gambar 3.5. CFRP Laminate pada Spesimen Beton
3.6 Proses ICCP dengan CFRP Laminate sebagai Anoda
Spesimen yang telah dipasangi CFRP laminate direndam ke dalam larutan NaCl 5% selama 30 hari untuk mensimulasikan lingkungan korosif. Selama masa perendaman, proses ICCP terhadap spesimen dengan CFRP laminate sebagai anoda dilakukan. BSEN 12696 menyarankan densitas arus ICCP sebesar 2-20 mA/m2 (BSEN 12696, 2012). Pada penelitian ini digunakan arus DC dengan densitas arus
17
Universitas Kristen Petra
sebesar 20 mA/m2 dan 30 mA/m2. Kutub positif dihubungkan ke CFRP laminate sehingga bertindak sebagai anoda dan kutub negatif dihubungkan ke baja tulangan sehingga bertindak sebagai katoda. Skema kerja ICCP dengan menggunakan CFRP laminate sebagai anoda dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Skema Kerja ICCP
3.7 Pengamatan Visual pada Spesimen
Pengamatan visual dilakukan pada spesimen beton bertulang yang telah dipasang CFRP laminate. Pengamatan visual tersebut meliputi dokumentasi sebelum dan sesudah proses ICCP dilakukan. Penelitian ini akan membandingkan apakah ada perubahan bentuk, warna, dan kondisi permukaan pada CFRP laminate.
3.8 Monitoring Korosi dengan Half Cell Potential Test
Selama perendaman spesimen di dalam larutan NaCl 5%, spesimen yang dilindungi dengan ICCP diuji menggunakan half cell potential test. Half cell potential test digunakan untuk mengukur beda potensial antara baja tulangan dan elektroda acuan. Half cell potential tulangan diukur sesuai dengan ASTM C876 menggunakan referensi elektroda acuan Silver/Silver Chloride (Ag/AgCl) (ASTM C876, 1999). Pengamatan dilakukan pada 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 24 jam setelah arus listrik dimatikan untuk memastikan depolarisasi yang sempurna pada tulangan.
18
Universitas Kristen Petra
Untuk melakukan half cell potential test seperti pada Gambar 3.7, diperlukan sebuah voltmeter, dua buah kabel, dan sebuah elektroda acuan. Kutub negatif dari voltmeter dihubungkan dengan kabel kepada elektroda acuan, sedangkan kutub positif dihubungkan dengan kabel kepada tulangan. Kemudian, elektroda acuan digerakkan di atas permukaan beton untuk mengetahui beda potensial antara tulangan yang berada di dalam beton terhadap elektroda acuan yang ditempatkan pada permukaan beton.
Hasil pembacaan yang ditampilkan oleh half cell potential test merupakan beda potensial antara baja tulangan dengan elektroda acuan Silver/Silver Chloride (Ag/AgCl). Untuk dapat menggunakan tabel pada ASTM C876, nilai beda potensial tersebut harus dikonversikan ke referensi elektroda acuan Copper/Copper Sulfate (Cu/CuSO4) dengan cara mengurangi hasil sebesar 66 mV.
Gambar 3.7. Half Cell Potential Test
3.9 Pull-off Test terhadap Spesimen
Setelah 30 hari, proses ICCP diberhentikan dan spesimen yang hendak dilakukan pull-off test dikeringkan. Setiap spesimen dibor menggunakan core drill seperti pada Gambar 3.8. Kemudian, disk logam yang memiliki diameter yang sama dengan bagian spesimen yang telah dibor sebelumnya dilekatkan menggunakan epoxy seperti pada Gambar 3.9. Setelah dibiarkan mengering dengan baik (± 2 hari), disk logam tersebut akan ditarik dengan menggunakan mesin pull-off portable seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Hasil pengukuran yang ditampilkan pada mesin menunjukkan besarnya bond strength dalam satuan kN. Oleh sebab itu, hasil pengukuran tersebut harus
19
Universitas Kristen Petra
dibagi dengan luas disk logam, sehingga didapatkan nilai bond strength dalam satuan MPa. Setelah itu, nilai bond strength diperiksa apakah memenuhi ketentuan minimum ACI 440.2R-08, yaitu sebesar 1,4 MPa. Selain itu, dilakukan pengamatan visual bagaimana jenis kegagalan dari setiap spesimen yang dilakukan pull-off test.
Gambar 3.8. Core Drill pada Spesimen
Gambar 3.9. Disk Logam Dilekatkan dengan Epoxy
Gambar 3.10. Pull-off Test
