POTENSIAL KOROSI BETON BERTULANG

Mari kita kupas mengenai potensial korosi beton bertulang, dimana banyak bangunan yang menggunakan beton bertulang di daerah-daerah yang rawan akan terjadinya korisi seperti di pantai. 

Korosi yang terjadi di struktur bangunan dermaga

1. Beton Bertulang

 Beton bertulang merupakan material komposit yang terdiri dari beton dan baja tulangan. Komposisi dari beton bertulang terdiri dari campuran semen, agregat halus, agregat kasar, baja tulangan dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan lainnya. Sifat utama beton yaitu kuat di dalam menahan beban tekan (kuat tekan tinggi) tetapi lemah didalam menahan gaya tarik. Baja tulangan didalam beton berfungsi menahan gaya tarik yang terjadi pada beton dan memperkuat beton dalam menahan gaya tekan secara maksimal (Pratikto ¹²).

Menurut Praktiko ¹², baja tulangan mempunyai kuat tarik tinggi dan koefisien pemuaian yang hampir sama dengan beton. Beton mempunyai koefisien pemuaian antara 0,000010 s.d 0,000013 per derajat celsius, sedangkan baja 0,000012 per derajat celsius. Maka dari itu, baja dapat digunakan sebagai tulangan pada bagian beton yang menerima gaya tarik.

Baja tulangan di dalam beton dapat memberikan gaya tarik menjadi lebih kuat, namun disisi lain baja tulangan dapat mengalami degradasi atau disebut juga korosi. Baja tulangan di dalam beton hakikatnya tahan terhadap korosi, karena sifat alkali dari beton (pH-nya sekitar 12–13). Namun jika sifat alkali dari beton menurun (pH < 12), maka baja di dalam beton akan terkorosi yang dapat menyebabkan struktur beton bertulang mengalami kegagalan (Broomfield ¹).

2. Mekanisme Korosi Beton Bertulang

 Korosi didefinisikan sebagai penurunan sifat bahan berupa penurunan mutu suatu logam akibat reaksi kimia atau elektrokimia dengan lingkungannya. Korosi merupakan peristiwa alamiah yang terjadi pada logam. Terkorosinya baja di dalam beton dikarenakan lapisan yang melindungi baja dari pengaruh luar telah rusak. Hal yang paling berpengaruh terhadap kerusakan tulangan dalam beton adalah lingkungan. Lingkungan yang bersifat korosif akan menyebabkan tulangan beton terkorosi. Lingkungan yang korosif berarti lingkungan yang memungkinkan terjadinya proses korosi. Ada dua faktor utama penyebab korosi baja tulangan dalam beton yaitu penetrasi oleh ion khlorida dan proses karbonasi oleh karbon dioksida (Broomfield ¹).

Selain karbonisasi dan instrusi ion-ion khlorida, terdapat faktor lain yang berpengaruh terhadap peningkatan atau penurunan terjadinya korosi, seperti faktor yang berhubungan dengan tulangan baja di dalam beton, faktor yang berhubungan dengan lingkungan sekitar beton, faktor yang berhubungan dengan retakan beton, faktor yang berhubungan dengan selimut beton dan faktor yang berhubungan dengan material pengisi beton. Faktor ini lebih cenderung untuk mempengaruhi potensial laju korosi (Niken Swastika ³, Aredondo-Rea dkk ⁴, Henki.W dkk ⁵, Luca Bartolini dkk ⁶).

Pada permukaan baja tulangan terdapat lapisan pasif baja yang tipis. Lapisan tipis ini berguna untuk melindungi baja dari korosi. Lapisan pasif akan bereaksi dengan larutan asam atau akan larut dalam kondisi asam yang terjadi pada lingkungan akibat larutan air dan garam. Karena beton bersifat alkali, yaitu basa dengan pH sekitar 12 – 13, maka baja tulangan di dalam beton masih aman terhadap pengaruh korosi (Broomfield ¹).

Secara makro, beton terlihat sebagai material yang kuat dan masif, tetapi jika dilihat secara mikro, beton adalah material yang berpori dengan diameter yang kecil. Pori tersebut biasanya terisi udara (air void) atau berisi air (water filled space) yang saling berhubungan dan disebut dengan kapiler beton. Kapiler beton akan tetap ada walaupun air di dalam beton telah menguap, sehingga hal tersebut akan mengurangi kepadatan beton yang dihasilkan. Pori kapiler memiliki ukuran diameter 3nm s.d 2μm. (Agus ¹⁰).

Menurut Agus ¹⁰, ukuran diameter pori-pori kapiler tersebut menyebabkan senyawa-senyawa disekitar beton berinfiltrasi ke dalam beton dengan cara berdifusi. Proses tersebut terjadi karena ada perbedaan konsentrasi di dalam beton dan di luar beton. Struktur beton dilingkungan pantai atau laut akan terkonsentrasi dengan ion Cl^– dari lingkungan sekitar beton yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi. Ion dari senyawa-senyawa yang bersifat asam, seperti ion Cl⁻ pada daerah pantai atau laut, yang berdifusi ke dalam beton sampai ke permukaan baja tulangan dapat mengakibatkan lapisan pasif baja tulangan hilang. Permukaan baja tulangan yang lapisan pasifnya hilang menjadi anoda dari reaksi korosi. 

Proses korosi pada baja tulangan dalam beton diawali dengan penetrasi oleh ion atau zat-zat yang bersifat korosif, yang menyebabkan penurunan pH dan berakibat rusaknya lapisan pasif, serta pembentukan daerah anoda dan katoda pada permukaan tulangan. Pada daerah anoda akan terjadi reaksi oksidasi dari baja tulangan. Elektron dari anoda pada tulangan akan disuplai melalui air dalam pori beton ke katoda, yang dikenal sebagai reaksi anodik.

Persamaan reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut (Broomfield ¹) :

Reaksi Anodik :

Fe -->  Fe²⁺ + 2e^-        (1.1)

Dua elektron yang disuplai oleh anoda harus dikonsumsi oleh daerah permukaan tulangan baja. Daerah yang mengkonsumsi elektron tersebut disebut daerah katoda. Reaksi pada katoda dapat ditulis sebagai berikut:

            Reaksi Katodik :

2e^- + H₂O + ¹/₂ O₂ --> 2OH^-     (1.2)

Dengan bantuan air dan oksigen pada anoda terjadi pengkonsumsian elektron dan menghasilkan ion hydroksil. Reaksi pada anoda dan katoda adalah suatu langkah awal terciptanya korosi pada tulangan baja dalam beton, tetapi kita belum bisa melihat terbentuknya karat. Perlu beberapa tahapan reaksi lagi untuk menghasilkan karat dan dapat terjadi dengan berbagai cara.

Secara umum pembentukan karat pada baja tulangan setelah lapisan pasif pecah atau rusak terjadi sebagai berikut :

 Fe²⁺ + 2OH --> Fe (OH)₂          (1.3)
4Fe (OH)₂ + O₂ + 2H2O --> 4Fe (OH)₂    (1.4)

2Fe (OH)₂  --> Fe₂ O₃  . H₂O + 2H₂O      (1.5)

2.2.1  Perusakan lapisan pasif hingga pembentukan karat

Rusaknya lapisan pasif akan menyebabkan korosi pada tulangan baja dalam beton (Broomfield ¹). Perusakan lapisan pasif berarti hilangnya kepasifan tulangan baja dalam beton dan lapisan ini tidak selamanya dapat dijaga dikarenakan penetrasi oleh ion klorida dan proses karbonasi oleh karbon dioksida. Beton yang selama ini dikenal sebagai material yang “tahan karat”, sebenarnya bisa juga mengalami korosi sebagaimana yang terjadi pada struktur logam berupa baja. Korosi yang dimaksud di sini adalah kerusakan material beton tersebut akibat proses kimia yang terjadi di dalamnya. Tentu saja bentuk korosi beton ini tidak sama dengan korosi yang terjadi pada baja.

Pada korosi beton, kerusakan terjadi pada baja tulangan di dalam beton. Hal ini disebabkan karena tulangan di dalam beton bereaksi dengan lingkungan korosif dan membentuk karat. Karat yang terbentuk pada tulangan ini mengakibatkan pengembangan volume baja tulangan tersebut. Pengembangan volume ini kemudian mendesak beton sehingga beton tersebut terkelupas atau pecah. Terjadinya karat ini disebabkan adanya reaksi antara unsur baja (Fe) di dalam tulangan dengan unsur hidroksi (OH^-) dari air.

Berikut dijelaskan proses korosi dan mekanisme korosi karena penetrasi oleh ion khlorida dan proses karbonasi oleh CO₂ (Broomfield ¹).

2.2.1.1  Perusakan lapisan pasif karena penetrasi oleh ion khlorida

Proses ini diawali dengan berdifusinya ion Cl^- yang ada dialam dari berbagai lingkungan ke dalam beton. Keberadan ion Cl^- dalam beton dapat disebabkan oleh penggunaan air yang asin, agregat yang terkontaminasi dan dapat juga karena difusi dari luar, seperti air laut dan bahan kimia (Broomfield ¹).

   Kehadiran ion Cl^- membuat ikatan kimia pada lapisan pasif lepas dan bereaksi dengan Cl^- membentuk klorida komplek. Hal ini menyebabkan pH dalam beton menurun dari keadaan normal (pH 12,5), menjadi 11 atau dibawahnya. Pada proses ini ion khlorida tidak terkonsumsi, melainkan hanya menjadi katalis, yang membantu merusak lapisan pasif (Broomfield ¹).

Reaksi kimia yang berlangsung adalah :

2Cl^- + Fe₂O₃  --> FeCl₂  +  FeO­₃      (2.1)
FeCl₂  -->  Fe²⁺  +  2Cl^-  +  2e         (2.2)

2.2.1.2 Mekanisme korosi tulangan baja karena penetrasi oleh ion khlorida

Proses korosi diawali dengan perusakan lapisan pasif. Setelah lapisan pasif rusak reaksi korosi dapat berlangsung dengan dua cara, yaitu :

a.      Dengan adanya oksigen

•            Pada anoda akan terjadi oksidasi tulangan baja (Broomfield ¹) :
•   Fe -->  Fe­²⁺  +  2e^-        (3.1)

           

            Reaksi ini menghasilkan ion Fe²⁺ + elektron. Ion Fe²⁺ akan dilepas ke dalam elektrolit dan elektron dari anoda akan disuplai ke katoda.

•         Pada daerah katoda terjadi reaksi yang mengkonsumsi elektron dengan bantuan air dan oksigen sehingga menghasilkan ion hidroksil (Broomfield ¹).

Reaksinya adalah :

 2e^-  +  H₂O  +  ½ O₂ --> 2OH^-           (3.2)

            Selanjutnya ion Fe­²⁺ akan bereaksi dengan ion hidroksil (2OH^-) dan menghasilkan ferrous hidroksil (Fe (OH)_{2 ­}). Reaksinya adalah :

Fe­²⁺  +  2OH  --> Fe (OH)₂                        (3.3)

4 Fe (OH)₂  +  2H₂O  +  O₂ --> 4Fe (OH)₃    (3.4)

Setengah dari  4Fe (OH)₃  beroksidasi membentuk karat dan air.

 2Fe(OH)₃ --> Fe₂O₃  +  3H₂O                     (3.5)

b.      Dengan adanya klorida

            Pada anoda, oksida tulangan baja akan bereaksi dengan ion klorida yang menghasilkan tulangan baja komplek (FeCl₄). Tulangan baja komplek ini selanjutnya akan bereaksi dengan air dan membentuk tulangan baja hidroksida (Broomfield ¹). Reaksinya adalah :

 Fe­²⁺  +  4Cl^- --> FeCl₄  +  2e^-                         (4.1)

 FeCl  +  2H₂O --> Fe (OH)₂   +  2H⁺  +   4Cl^-    (4.2)

            Ion klorida komplek akan bereaksi dengan kalsium hidroksida

 FeCl₄  +  CaOH₂ --> Fe (OH)₂   ­+  CaCl₂  2Cl^-     (4.3)

Pada daerah katoda, ion hidrogen akan bereaksi dengan elektron guna membentuk ion hidrogen. Reaksinya :

 2H⁺  +  2e^- --> H₂                                      (4.4)

2.2.1.3      Perusakan lapisan pasif karena proses karbonasi oleh CO₂

Proses karbonasi dapat berlangsung pada bangunan tua, struktur yang dibangun dengan kurang baik dan struktur yang dibangun dengan menggunakan batu-batuan dalam betonnya. Perusakan lapisan pasif oleh CO₂ melalui proses karbonasi terjadi dengan pengaruh siklus kering dan basah. Pada saat permukaan beton kering, CO₂ menempel pada permukaan beton, dengan bantuan titik air, CO₂ akan berdifusi kedalam sehingga mencapai permukaan tulangan baja (Broomfield ¹).

Selama proses difusi berlangsung, CO₂ akan bereaksi dengan air guna membentuk asam karbonat (H₂CO₃). Asam inilah yang nantinya akan bereaksi dengan lapisan pasif, yang berupa kalsium hidroksid (Ca(OH)₂) dan menghasilkan kalsium karbonat (CaCO₃). Proses ini menurunkan pH secara drastis sampai pada tingkat dimana tulangan baja akan terkorosi. Biasanya dengan proses karbonasi pH turun dari kondisi normal 12,5 sampai ke 8,5 (Broomfield ¹).

2.2.1.4  Mekanisme korosi karena proses karbonasi oleh CO₂

Mekanisme korosi karena proses karbonasi oleh CO₂ tidak jauh berbeda dengan korosi yang disebabkan oleh ion klorida. Proses karbonasi berperan merusak lapisan pasif (Broomfield ¹). Reaksi korosinya terjadi dengan bantuan oksigen dan air.

a.       Pada anoda akan terjadi oksidasi tulangan baja (Broomfield ¹) 

 Fe --> Fe­²⁺  +  2e^-             (5.1)

Reaksi ini menghasilkan ion Fe²⁺ + 2 elektron. Ion Fe²⁺ akan dilepas kedalam elektrolit dan elektron dari anoda akan disuplai ke katoda.

b.      Pada daerah katoda akan terjadi reaksi yang mengkonsumsi elektron dengan bantuan air dan oksigen, sehingga menghasilkan ion hidroksil [Broomfield ¹]. Reaksinya adalah :

          2e^-  +  H₂O  +  ½ O₂  -->  2OH^-     (5.2)

Selanjutnya ion Fe­²⁺ akan bereaksi dengan ion hidroksil (2OH^-) dan menghasilkan ferrous hidroksil (Fe (OH)_{2 ­}) [18]. Reaksinya :

 Fe­²⁺  +  2OH --> Fe (OH)₂             (5.3)

           4 Fe (OH)₂  +  2H₂O  +  O₂ -->   4Fe (OH)₃   (5.4)

Setengah dari  4Fe (OH)₃  beroksidasi membentuk karat dan air

          2Fe(OH)₃ -->  Fe₂O₃  +  3H₂O           (5.5)

            Pada Gambar 1.3 dapat kita lihat bagaimana terjadinya mekanisme korosi baja tulangan yang diakibatkan penetrasi ion khlorida dan karbonisasi oleh CO_2.

Gambar 1.1     Mekanisme korosi baja tulangan

Sumber : (Anonim, http://testconsult.co.uk ¹⁴)

  Kerugian Akibat Korosi

 Infrastruktur seperti pelabuhan (coastal berthing), bendungan air pasang (tidal barriers), pemecah gelombang (breakwaters) dan jembatan (bridge) sangat rentan terhadap korosi. Apabila infrastruktur tersebut mengalami kegagalan dan rusak, maka akan menyebabkan kerugian baik materil maupun korban jiwa. Kerugian akibat proses korosi mencapai hingga 80 persen dari biaya perawatan  yang dibutuhkan. Korosi juga menjadi salah satu penyebab utama kecelakaan pada dunia kerja (Scully ⁸).

Setiap tahun tiap negara memiliki angka kerugian yang disebabkan oleh infrastruktur yang terkorosi. Kerugian tiap negara disebabkan korosi mencapai 3 sampai 5 persen dari gross domestic product (GDP). Negara dikawasan tropis seperti Indonesia paling banyak menderita kerugian akibat korosi. Namun sangat disayangkan, sampai saat ini Indonesia belum mempunyai data yang konkret tentang besarnya kerugian akibat korosi (Bambang ⁹).

INDOCOR sebagai Asosiasi Korosi Indonesia (AKI), telah menjalin kerjasama dengan PT. Surveyor Indonesia untuk mengadakan survey korosi nasional mendata kerugian materi yang diakibatkan oleh korosi di Indonesia. Kerjasama ini telah dituangkan dalam suatu nota kesepahaman atau MoU pada tanggal 24 Februari 2005 di Hotel Bidakara Jakarta, tetapi sangat disayangkan rencana tersebut sampai saat ini belum terlaksana diakibatkan kurangnya perhatian dari Pemerintah Indonesia terhadap masalah kerugian korosi. Indonesia setiap tahunnya mengalami kerugian diperkirakan sekitar Rp. 20 triliun, yang disebabkan korosi. Angka ini setara dengan 2% - 5% dari total gross domestic product (GDP) dari sejumlah industri yang ada (Bambang ¹⁶).

Gambar 1.1 menunjukkan proses terjadinya korosi baja tulangan dalam beton pada struktur dilingkungan laut (marine structure). Sedangkan pada Gambar 2.2 dapat dilihat  bagaimana infrastrukur wahana bermain berupa seluncur berbentuk spiral di Jaya Ancol, Jakarta, runtuh diakibatkan faktor korosi (Anonim, www.vivanews.com ²).

Gambar 1.2     Korosi Beton Bertulang

Sumber : (Agus, http://aguzher.wordpress.com ⁷)

Gambar 1.3     Rubuhnya Seluncur Atlantis di Ancol

Sumber : (Anonim, www.vivanews.com ²)

_{reference :} 

1.  Broomfield, J.P., ^2ndEdition, 2007, “Corrosion of Steel in Concret – Understanding Investigation and Repair”, London and New York, Penerbit Taylor & Francis.
2.  Anonim, 2011, “Seluncur Atlantis Runtuh Karena Korosi”, available at : http://vivanews.com/, accssed September 2011.
3. Niken Swastika, 2010, “Analisis Ketahanan Beton Geopolimer Berbahan Abu Terbang dan Berbahan Metakolin Terhadap Paparan Air Laut ASTM”, Tesis, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia, Depok.
4.    S.P. Arredondo-Rea, R. Corral-Higuera, J.M. Gómez-Soberón, J.H. Castorena-González, V. Orozco-Carmona, J.L. Almaral-Sánchez, 2012, “Carbonation Rate and Reinforcing Steel Corrosion of Concretes with Recycled Concrete Aggregates and Supplementary Cementing Materials”, International Journal of Electrochemical Science, Vol. 7, 1602 – 1610, , available at : www.electrochemisci.org, accssed June 2012.
5.   Henki W Ashadi, Sulistyoweni W, Irma Gusniani, Agustus 2002, “Pengaruh Unsur-Unsur Kimia Korosif Terhadap Laju Korosi Tulangan Beton : II. Didalam Lumpur Rawa”, Makara Teknologi, Vol. 6, No. 2, Jurnal Ilmiah, Teknik Sipil, Universitas Indonesia, Depok.
6.   Luca Bertolini, Bernhard Elsener, Pietro Pedeferri, Rob Polder, 2004, “Corrosion of Steel Concrete – Prevention, Diagnosis, Repair”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany.
7.         Agus Hernandar, 2008 “Korosi Pada Beton Bertulang”, available at: http://aguzher.wordpress.com/, accssed September 2011.
8.              Scully, J.C., 1983, “The Fundamentals of Corrosion”, Penerbit Pergamon Press, Oxford.
9.          Bambang Widyanto, 2008, “Permasalahan Korosi dan Permasalahannya di Indostri Perminyakan di Indonesia”, Komunitas Migas Indonesia, INDOCOR, Indonesia.
10.           Agus Santoso Sudjono, 2005, “Prediksi Waktu Layan Bangunan Beton Terhadap Kerusakan Akibat Korosi Baja Tulangan”, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 7, Universitas Kristen Patra, Surabaya.