Jurnal
TEKNIK SIPIL TERAPAN
http://Jurnal.
JTST, 2 .
, 2020, 36-45
Ketahanan sulfat dan laju korosi beton yang menggunakan kaolin dan abu terbang Steve W.
M Supit1.
Ferry Sondakh2, dan Regina Waworuntu3 Program Studi Konstruksi Bangunan Gedung.
Jurusan Teknik Sipil.
Politeknik Negeri Manado.
Manado, 95252 1,2,3 E-mail: 1stevewmsupit@gmail.
Abstrak Pemanfaatan sisa limbah industri maupun sumber daya alam sebagai material konstruksi bangunan semakin berkembang dewasa ini karena kandungannya yang menyerupai semen sehingga dapat mengganti sebagian berat semen dalam komposisi campuran beton.
Tujuan penelitian ini difokuskan pada evaluasi campuran beton dengan menggunakan kaolin dan abu terbang terhadap ketahanan beton akan sulfat dan laju korosi.
Prosentasi kaolin diambil 10% (BK) dari berat semen dan tanpa dikalsinasi sedangkan abu terbang 40% berukuran lolos saringan No.
100 (BFA) dan campuran kombinasi dengan 15% abu terbang lolos saringan No.
200 (BFA25% BFA15%).
Metode pengujian adalah studi eksperimen di Lab.
Uji Bahan Politeknik Negeri Manado dengan prosedur sesuai SNI 03-2834-2000 dan American Society of Testing Materials (ASTM)-standard.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa beton dengan kandungan kaolin, abu terbang dan kombinasi ukuran partikel abu terbang memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap kandungan asam serta memberikan hasil yang masih setara dengan beton normal pada uji laju korosi.
Dapat disimpulkan bahwa penggunaan kaolin dan abu terbang dapat menjadi alternatif material konstruksi khusunya di daerah-daerah yang korosif.
Kata kunciAikaolin, abu terbang, beton, sulfat, korosi
PENDAHULUAN
Untuk dunia modern yang marak dengan pembangunan infrastruktur, peranan material pembentuk elemen konstruksi sangat diperlukan untuk menjamin kekuatan dan ketahanan Dewasa ini, komposisi campuran beton banyak divariasikan dengan penambahan material-material lain yang disebut juga pozzolan seperti abu terbang (Fly as.
Silica Fume, abu sekam padi, abu serabut kelapa ataupun kaolin untuk mereduksi penggunaan semen, meningkatkan kekuatan, serta memperbaiki karakteristik beton.
Pozzolan adalah bahan yang mengandung senyawa silika dan alumina, yang tidak mempunyai sifat mengikat seperti semen namun dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida yang pada suhu normal membentuk senyawa kalsium silikat hidrat yang bersifat hidraulis dan mempunyai angka kelarutan yang cukup rendah .
Walaupun pemanfaatannya sudah mulai tersebar luas karena menghasilkan beton yang lebih kuat dan ekonomis, namun masalah ketahanan terhadap serangan kimiawi dari beton dengan pozzolan dibandingkan dengan beton normal masih perlu diteliti.
Umumnya kekuatan dan ketahanan pada beton dengan dan tanpa pozzolan sangat dipengaruhi oleh lingkungan korosif khususnya jika dibangun di daerah pantai, bangunan dermaga pelabuhan, talud dan Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 bangunan lainnya.
Lingkungan asam yang mengandung unsur kimia asam akan merusak beton secara perlahan-lahan mulai dari tepi dan sudut beton dengan terjadinya pelepasan butiranbutiran partikel beton sehingga beton menjadi keropos .
Ada banyak jenis asam yang dapat merusak beton, salah satu diantaranya adalah asam sulfat (H2SO.
yang sangat agresif terhadap Menurut Song .
, asam sulfat adalah senyawa asam yang terbentuk secara alam di permukakan tanah dan air tanah dan asam sulfat adalah asam yang paling sering dijumpai di lingkungan sekitar serta agresifitasnya yang tinggi dibandingkan dengan asam lainnya.
Serangan asam yang ada akan membuat beton mengalami korosi, sehingga bisa terjadi ekspansi, retak dan kehancuran pada beton.
Demikian juga dengan pengaruh ion klorida yang umumnya berasal dari kandungan air laut yang juga dapat menyebabkan laju korosi menjadi lebih cepat sehingga mempengarungi ketahanan bangunan yang memiliki pengaruh langsung dari air laut.
Berdasarkan beberapa hal di atas, kualitas campuran beton perlu diperbaiki yang salah satunya dengan menggunakan material pozzolan.
Ketahanan beton terhadap serangan kimiawi yang tinggi dapat meningkatkan tingkat layanan bangunan infrasruktur menjadi lebih lama bahkan melebihi umur rencana sehingga dapat secara signifikan mengurangi biaya pemeliharaan akibat kerusakan struktur.
Oleh karena itu berdasarkan beberapa latar belakang di atas, pengujian ketahanan beton dengan dan tanpa pozzolan pada lingkungan korosif dengan menggunakan material lokal Propinsi Sulawesi Utara sangat penting sehingga dapat diketahui potensi pemanfaatan material lokal yang bukan hanya dapat meningkatkan karakteristik mekanik beton, namun juga memiliki kemampuan dalam meningkatkan ketahanan beton terhadap serangan-serangan kimiawi.
DASAR TEORI
Korosi didefinisikan sebagai kerusakan atau penurunan mutu suatu material yang diakibatkan oleh reaksi antar lingkungan dan material itu sendiri.
Penetrasi oleh ion klorida dan karbonasi merupakan penyebab utama dari korosi.
Salah satu penyebab utama korosi adalah penetrasi ion klorida (HCL atau NaCL) dan asam sulfat (H2SO.
yang bereaksi debfab oksigen dan permukaan logam.
Korosi yang terjadi pada baja .
eperti pada baja tulangan dalam beto.
merupakan sebuah proses reaksi elektrokimia .
lectrochemical reactio.
, yang melibatkan transfer elektron dari satu jenis material ke material lain.
Reaksi ini terjadi jika ada reaksi anodik atau oksidasi dan reaksi katodik atau reduksi .
Reaksi anodik pada baja adalah reaksi oksidasi atau penguraian baja menjadi ion.
Reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:
Fe C Fe2 2e.
Dua buah elektron .
e-) yang dihasilkan pada reaksi anodik haruslah di konsumsi di tempat lain pada permukaan baja untuk menjaga kenetralan elektrik.
Berikut ini adalah reaksi yang mengkonsumsi air dan oksigen:
A O2.
H2O .
2e- C 2OH- .
Reaksi anodik .
dan katodik .
adalah reaksi-reaksi parsial, yang keduanya harus terjadi secara simultan dan pada tingkat yang sama.
Kondisi ini menjadi prinsip dasar korosi, yaitu selama korosi pada metal berlangsung, maka tingkat oksidasi sama dengan tingkat reduksi.
Dengan kata lain produksi jumlah elektron dan konsumsi jumlah elektron adalah sama.
Korosi akan terjadi secara terus menerus sampai konstruksi hancur.
Proses terjadinya korosi dapat dilihat pada Gambar 1.
Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 Gambar 1.
Bagan Alir terjadinya Lingkaran Korosi .
METODE PENELITIAN 1 Material Material yang digunakan dalam penelitian ini terlihat pada Tabel 1.
Material pozzolan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu abu terbang kelas C dari PLTU 2 Amurang dan kaolin dari Desa Toraget Kec.
Langowan.
Sesuai dengan hasil yang telah diuji, menghasilkan abu terbang yang digunakan memiliki kandungan CaO > 5% maka sesuai dengan ACI Manual of Concrete Practice 1993 Part 1 226.
3R-3 .
menyatakan bahwa fly ash ini merupakan pozzolan kelas C.
Hasil pemeriksaan komposisi kimia semen PCC, abu terbang dan kaolin dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1.
Material yang Digunakan Nama Material Semen Agregat Halus Agregat Kasar Fly ash Kaolin Air Keterangan Portland Cement Composite (PCC) merek Tiga Roda Amurang.
Kab.
Minahasa Selatan Desa Lansot.
Kec Kema.
Kab Minahasa Uatara PLTU II Amurang.
Kab Minahasa Selatan Desa Toraget.
Kec Langowan Utara.
Kab Minahasa Air Suling Laboratorium Uji Bahan Politeknik Negeri Manado Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 Tabel 2.
Komposisi kimia semen, abu terbang dan kaolin yang digunakan Analisa kimia
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K 2O
Na2O
SO3
PCC
Fly Ash Kaolin 2 Metode pengujian 1 Komposisi campuran Proses perencanaan komposisi beton berdasarkan SNI 03-2834-2000 .
dengan prosentase kaolin yang digunakan adalah 10% dari berat semen sedangkan abu terbang sebesar 40% dan kombinasi 25% 15% berdasarkan ukuran partikel dimana abu terbang yang lolos saringan No.
200 dinamakan fine fly ash (FFA).
Prosentase ini didasarkan dari penelitian sebelumnya yang menghasilkan kuat tekan maksimum pada beton .
Proporsi campuran yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3.
Proporsi material campuran beton normal dan pozzolan Proporsi .
g/m.
Tipe campuran Semen
Kaolin
Fly ash
Fine fly ash
Agregat Kasar
Agregat Halus
Rasio air : semen
Rasio agregat : semen
Rasio pasir : agregat
BFA
BFA FFA
4,75 : 1
0,36 Ae 0,41 5,28 : 1 0,36 Ae 0,41 7,92 : 1 0,36 Ae 0,41 7,92 : 1 0,36 Ae 0,41 2 Pengujian ketahanan sulfat Untuk pengujian ketahanan sulfat beton, benda uji yang digunakan adalah silinder berukuran 100x50 mm sebanyak 2 sampel untuk tiap campuran dan ditimbang pada umur 4, 7, 14, 21, 28, dan 42 hari untuk mencari perubahan berat sampel akibat perendaman pada H2SO4.
Prosedur pengujian menggunakan AST C 267-01 .
Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 3 Pengujian laju dan densitas arus korosi Pada pengujian korosi, nilai arus sampai waktu tertentu direkam secara berkala untuk melihat peningkatannya yang menjadi pertanda inisiasi korosi.
Prosedur yang digunakan sebagai berikut:
Menyiapkan bak rendaman yang bersih dari kotoran, air sesuai dengan kebutuhan yang telah diperhitungkan, dan garam NaCl pure analyzed sebanyak 3,5% dari volume air.
Masukkan beton kedalam bak rendaman yang sudah terisi air garam, kemudian menghubungkannya dengan power supply.
Mengamati dan mencatat perubahan arus menggunakan volt meter dan power supply masing-masing air rendaman setiap siang hari hingga beton pecah.
Metode yang digunakan yaitu metode basah kering .
hari basah dan 3 hari kerin.
Setelah bacaan arus sudah konstan dan beton sudah banyak yang retak serta tulangan besi sudah berkarat, proses pengamatan dihentikan, dan beton diangkat dari air dan dipotret untuk melihat perubahan yang terjadi setelah korosi.
Benda uji dipecahkan untuk melihat baja tulangan yang ada didalamnya.
Menimbang berat baja tulangan kembali untuk mendapatkan selisih berat sebelum dan setelah pengujian.
Selisih berat baja tulangan tersebut akan digunakan sebagai data untuk mendapatkan nilai laju korosi .
orrosion rat.
dan densitas arus korosi .
orrosion current densit.
Gambar eksperimen yang dilakukan untuk mengukur laju korosi dan dan densitas arus korosi dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 dengan metode pengujian mengikuti standard ASTM C876-15 .
Laju korosi .
orrosion rat.
adalah kecepatan rambatan atau kecepatan penurunan kualitas bahan terhadap waktu.
Laju korosi merupakan parameter dalam menentukan kelayakan suatu konstruksu dengan mengukur ketahanan terhadap korosi pada suatu material.
Satuan yang digunakan adalah gr/m2.
rams per square metre per hou.
Ada dua cara menghitung laju korosi yaitu metode kehilangan berat dan metode elektrokimia.
Metode yang digunakan untuk menghitung laju korosi dalam penelitian ini adalah metode kehilangan berat.
Metode kehilangan berat merupakan perhitungan laju korosi dengan mengukur kekurangan berat akibat korosi yang terjadi.
Untuk menghitung nilai laju korosi dengan menggunakan metode kehilangan berat, digunakan rumus sebagai berikut:
CR = (K x W) (A x T x D) .
Dimana:
= laju korosi .
orrosion rat.
r/m2.
= konstanta .
,0 x 104 x D gr/m2.
= kehilangan berat .
Densitas arus korosi .
orrosion current densit.
adalah ukuran kerapatan arus korosi suatu benda yang dinyatakan dalam miliAmpere per satuan luas.
Densitas arus korosi dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
Icorr = (WoOeW.
F A.
Dimana: I = densitas arus korosi .
A/cm.
, = berat tulangan sebelum korosi .
, = berat tulangan setelah korosi .
, = konstanta FaradayAos .
87 Amp-se.
Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 = diameter baja tulangan .
, = panjang baja tulangan yang terendam .
, = berat equivalent baja, diambil dari rasio berat atom besi .
25 g.
, = waktu terhadap korosi .
Gambar 2.
Set up pengujian laju korosi Gambar 3.
Proses pengamatan perubahan arus
HASIL DAN PEMBAHASAN
1 Ketahanan sulfat Gambar 4 menunjukkan hasil perubahan berat beton akibat perendaman sulfat yang dilakukan pada waktu yang direncanakan yakni 1, 4, 7, 14, 21, 28 dan 42 hari.
Terlihat pada gambar bahwa beton normal (Gambar 4.
mengalami pengurangan berat yang sangat signifikan dari awal perendaman, hingga umur 42 hari dengan variasi pengurangan berat dari 0,5-0,9%.
Adapun beton yang menggunakan material pozzolan abu terbang maupun kaolin memberikan hasil yang lebih baik dengan prosentase pengurangan berat yang lebih kecil dibandingan dengan beton normal.
Dapat dilihat pada gambar 4b, beton kaolin memiliki perubahan berat yang hanya Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 berkisar 0,1-0,4% sedangkan beton dengan 40% abu terbang (Gambar 4.
tidak menunjukkan adanya pengurangan berat malahan penambahan berat mulai dari 0,1-0,7% yang dapat terjadi akibat penyerapan air.
Ketika prosentase abu terbang yang lebih halus dikombinasikan dalam campuran beton abu terbang, terlihat bahwa terjadi pengurangan berat namun hanya berkisar antara 0,1-0,3% .
ihat Gambar 4.
Gambar 4.
Prosentase perubahan berat dari beton dengan variasi campuran Dari hasil yang ada dapat disimpulkan bahwa beton dengan 40% abu terbang (BFA) memberikan ketahanan yang paling baik terhadap asam sulfat dibandingkan dengan beton Demikian juga dengan beton yang menggunakan kaolin 10% dengan pengurangan berat yang kecil dengan nilai prosentase perubahan berat yang hampir sama dengan beton BFA BFFA dimana penambahan partikel halus dalam campuran beton dengan abu terbang tidak memberikan pengaruh yang baik terhadap ketahanan sulfat beton.
Hal ini kemungkinan terjadi akibat tidak terdistribusinya dengan baik partikel halus dalam beton sehingga menyebabkan asam sulfat mudah untuk menyerang beton dan mempengaruhi ketahanan tingkat Selain itu, hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan abu terbang tipe C dengan prosentase 40% dapat memperbaiki kinerja abu terbang tipe C yang dikenal memiliki tingkat ketahanan terhadap sulfat yang rendah.
Hal ini didukung oleh penelitian yang dilakukan Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 oleh penulis pada referensi .
dimana komposisi campuran seperti perbandingan semen dan air yang rendah serta penggunaan high volume fly ash, silica fume maupun ultrafine fly ash.
dapat memperbaiki ketahanan sulfat beton dengan abu terbang.
2 Laju korosi Prosentase laju korosi baja tulangan pada beton dengan variasi campuran dengan 2 benda uji tiap campurannya ditunjukkan oleh Tabel 4 dan Gambar 5.
Hasil pengujian ini memperlihatkan bahwa laju korosi yang lambat ditunjukkan oleh beton dengan abu terbang 40% dengan nilai laju korosi sebesar 0,40802 gr/m2.
sedangkan beton dengan 10% kaolin menunjukkan laju korosi yang paling cepat dengan nilai sebesar 2,19928 gr/m2.
Adapun beton normal memiliki nilai laju korosi yang seimbang dengan campuran beton dengan kombinasi ukuran partikel abu terbang (BFA BFFA).
Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan abu terbang 40% dapat meningkatkan ketahanan beton terhadap serangan NaCl.
Sedangkan beton kaolin perlu diperbaiki dengan melakukan kalsinasi kaolin terlebih dahulu sehingga reaksi pozzolan dapat terjadi dan mempengaruhi tingkat kepadatan dan ketahanan beton kaolin terhadap serangan klorida.
Tabel 4.
Laju korosi variasi campuran beton Kode beton Prosentase .
r/m2.
Rata-rata .
r/m2.
BN 1
BN 2
1,12542
0,97746
1,05144
BK 1
BK 2
2,18807
2,21049
2,19928
BFA 1
BFA 2
0,43941
0,37664
0,40802
BFA FFA 1
BFA FFA 2
1,12094
0,99539
1,05817
3 Densitas arus korosi Hasil pengujian pada bagian 4.
2 juga didukung oleh hasil pengujian densitas arus korosi sebagaimana ditunjukkan oleh Tabel 5.
Densitas arus korosi rerata untuk benda uji BN.
BK.
BFA dan BFA FFA berturut-turut adalah 1.
04 x 10-6 mA/cm2, 2.
17 x 10-6 mA/cm2, 4.
02 x 10-7 mA/cm2 dan 1.
04 x 10-6 mA/cm2 dimana beton kaolin menunjukkan rata-rata arus yang paling tinggi yang menunjukkan tingkat korosi yang paling besar dibandingkan dengan campuran beton lainnya.
Adapun beton dengan menggunakan abu terbang 40% menghasilkan densitas arus korosi yang paling kecil dan selaras dengan hasil pengujian laju korosi.
Walaupun tidak menunjukkan hasil tertinggi, beton dengan kombinasi ukuran partikel abu terbang berpotensi untuk dikembangkan karena menunjukkan hasil yang dapat mengimbangi hasil densitas arus korosi beton normal.
Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843 Tabel 5.
Densitas arus korosi .
A/cm.
Kode beton Prosentase .
A/cm.
Rata-rata .
A/cm.
BN 1
BN 2
11 x 10-6
63 x 10-7
04 x 10-6
BK 1
BK 2
16 x 10-6
18 x 10-6
17 x 10-6
BFA 1
BFA 2
33 x 10-7
71 x 10-7
02 x 10-7
BFA FFA 1
BFA FFA 2
10 x 10-6
81 x 10-7
04 x 10-6
KESIMPULAN
Dari beberapa hasil penelitian di atas diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Hasil pengujian ketahanan sulfat, laju korosi dan densitas arus korosi menunjukkan bahwa beton dengan menggunakan material abu terbang maupun kaolin memiliki hasil ketahanan yang lebih besar dibandingkan dengan beton PCC normal.
Penggunaan material pozzolan seperti abu terbang dan kaolin, dalam suatu campuran yang tepat berpotensi untuk meningkatkan ketahanan beton terhadap serangan sulfat dan klorida.
Dalam hal ini perlu diperhatikan perbandingan rasio w/c dan kalsinasi kaolin sehingga pemanfaatan material ini dapat lebih optimal.
Beton dengan 40% abu terbang tipe C dan kombinasi ukuran partikel berpotensi untuk diaplikasikan sebagai material konstruksi pada bangunan-bangunan yang rentan terhadap asam sulfat dan korosi seperti bangunan dekat pantai, tiang pancang, jembatan yang dibangun di air laut maupun dermaga.
SARAN
Dalam rangka pengembangan penelitian beberapa saran yang dapat digunakan sebagai berikut:
Diperlukan analisa lanjutan yang berkaitan dengan korelasi kuat tekan beton dan ketahanan sulfat maupun laju dan densitas arus korosi.
Pengujian dapat dilakukan untuk periode perendaman yang lebih lama sehingga tingkat agresifitas beton terhadap lingkungan asam dapat lebih diteliti secara optimal.
Copyright A 2020.
JTST, e-ISSN 2714-7843
DAFTAR PUSTAKA