## Penurunan Nilai
Half Cell Potential Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash dan Ca(C
18 H 35 O 2 )
2
Reduction of Half Cell Potential in Concrete by Fly Ash and Ca(C 18 H 35 O 2 ) 2
Agus Maryoto *1
agus_maryoto1971@yahoo.co.id
Fakultas Teknik Jurusan Sipil, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto
Abstrak — Serangan korosi pada tulangan baja di dalam beton bertulang dapat diinisiasi oleh ion klorida. Semakin banyak ion klorida yang meresap ke dalam beton, laju korosi pada beton bertulang semakin tinggi. Tingkat Ke-potensi-an korosi ini bisa diukur dengan melakukan uji half cell potential . Fly ash merupakan bahan yang mempunyai butir lebih halus dibanding semen mampu memperkecil diameter kapiler beton. Sementara itu senyawa stearate bila diaplikasikan pada beton mampu meningkatkan ke-hydrophobic-an beton. Studi ini meneliti tentang pengaruh penggunaan fly ash dan calcium sterarate / Ca(C 18 H 35 O 2 ) 2 pada beton. Investigasi ini menggunakan benda uji balok beton bertulang ukuran 11.4 x 15.2 x 28.0 cm sebanyak 15 buah. Baja tulangan yang digunakan merupakan baja ulir diameter  16  mm.  Dua  buah  tulangan  dalam  balok  beton  bertulang  yang  terletak  di  bawah  berfungsi  sebagai  katoda  dan  satu  buah tulangan yang terletak di atas berfungsi sebagai anoda. Hasil uji half cell potential menunjukkan bahwa beton dengan kandungan fly ash dan calcium stearate dapat menurunkan tingkat kepotensian beton dari serangan korosi.
Kata kunci —  korosi, beton bertulang, kapiler, half cell potential
Abstract — Corrosion attack on the steel reinforcement in reinforced concrete can be initiated by chloride ions. The more chloride ions are absorbed into the concrete, the higher is reinforced concrete corrosion rate. Potentiality levels of corrosion can be measured by test half-cell potential. Fly ash which is a material that has a finer grain than cement concrete is able to reduce the capillary diameter of concrete. Meanwhile, stearate compound when applied to concrete can increase hydrophobic properties of concrete. This study examines the effect of the use of fly ash and calcium stearate / Ca(C 18 H 35 O 2 ) 2 in concrete. This investigation uses reinforced concrete beam test specimen size of 11.4 x 15.2 x 28.0 cm by 15 pieces.  Reinforcing steel used is a deformed steel with its diameter of 16 mm. Two steels reinforcement embedded in reinforced concrete beam at the bottom serves as a cathode and one steel reinforcement located in the upper serves as the anode. The test results show that the half-cell potential of concrete containing fly ash and calcium stearate can reduce the potentiality level of corrosion attack in reinforced concrete.
Keyword — corrosion, reinforced concrete, capillary, half cell potential

## P ENDAHULUAN
Korosi  adalah  penurunan  mutu  logam  akibat  reaksi elektrokimia  dengan  lingkungannya.  Korosi  pada  baja tulangan  beton  dapat  terjadi  ketika  cukup  tersedia  air dan  udara  (oksigen).  Pada  umumnya  baja  tulangan beton  yang  telah  diselimuti  beton  tidak  akan  terkorosi karena  beton  bersifat  sangat  alkalin.  Beton  disebut bersifat  alkalin  ketika  air  yang  berada  dalam  beton memiliki  konsentrasi  sodium,  potassium,  dan  kalsium yang  tinggi  (Broomfield,  2003).  Sifat  alkalin  beton kemudian  membentuk  lapisan  tipis  Fe(OH) 2 ( ferro
oksida ) atau lapisan pasif yang melapisi permukaan baja tulangan  beton  dan  melindunginya  dari  korosi.  Pada kondisi ini, beton memiliki pH > 13, selanjutnya pH beton berkisar antara 12 dan 13. Sifat alkalin beton terbentuk ketika  terjadi  percampuran  antara  semen  dan  air sehingga Ca(OH) 2 dari semen melepas ion OH - dan ion- ion ini, yang membawa sifat alkali dari beton, menempel pada  permukaan  baja  tulangan  sehingga  terbentuk Fe(OH) 2 .
Lapisan  pasif  ini  akan  terus  ada  selama  lingkungan yang bersifat alklin tetap terjaga. Tapi pada kenyataannya  lingkungan  alkalin  ini  tidak  dapat  terus terjaga.  Ada  dua  hal  yang  dapat  menyebabkan
Penurunan Nilai Half Cell Potential Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash dan Ca(C 18 H 35 O 2 ) 2
kehancuran  lapisan  pasif,  yaitu  karbonasi  (CO 2 )  dan serangan ion klorida.
Korosi  merupakan  peristiwa  elektrokimia,  yaitu adanya  aliran  elektron  dari  anoda  menuju  katoda  atau pengaruh  derajat  keasaman  (pH).  Ketika  lapisan  pasif rusak, karat akan mulai terbentuk pada tulangan. Reaksi kimia  yang terjadi sama, walaupun korosi terjadi akibat serangan  ion  klorida  ataupun  karbonasi.  Timbulnya reaksi  anodik  pada  anoda  dan  reaksi  katodik  pada katoda menyebabkan adanya aliran elektron dari anoda menuju katoda.
Reaksi anodik adalah reaksi oksidasi atau pelepasan elektron, sedangkan reaksi katodik adalah reaksi reduksi atau penarikan elektron. Kedua reaksi ini terjadi secara bersamaan.  Secara  lebih  rinci  digambarkan  sebagai berikut.
Ketika  baja  tulangan  mengalami  korosi  terjadi pelepasan elektron
Reaksi anodik : 2Fe→2 Fe 2+ + 4e - (1)
Reaksi  kimia  yang  lain  terjadi  untuk  mengkonsumsi elektron yang dilepaskan tadi. Reaksi ini menggunakan air dan oksigen
Reaksi katodik:  4e - + 2H 2 O + O 2 → 4OH - (2)
Kedua reaksi tersebut akan membentuk Fe(OH) 2 2Fe 2+ + 4(OH) - → 2Fe(OH) 2 (3) Ferrous Hydroxide 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O →4Fe(OH) 3 (4) Ferric Hydroxide 4Fe(OH) 3 → 2Fe 2 O 3 .H 2 O + 4H 2 O (5) Hydrated Ferric Oxide (karat) Gambar 1. Proses Korosi pada Tulangan
Fe 2 O 3 memiliki  volume  sekitar  dua  kali  volume  baja awal  yang  digantikannya.  Hal  ini  akan  menyebabkan terjadinya  pembengkakan  volume  tulangan,  yang bersifat  keropos,  menjadi  sekitar  dua  sampai  sepuluh kalinya  (Broomfield,  2003).  Pembengkakan  pada permukaan  baja  tulangan  beton  ini  mengakibatkan retaknya permukaan beton dan diikuti dengan terjadinya
spalling ,  kedua  hal  ini  merupakan  hal  yang  biasa  jika terjadi korosi.
Sifat  pozzolan  adalah  sifat  bahan  dalam  keadaan halus dapat bereaksi dengan kapur bebas dan air pada suhu  24 –  27  derajat  celcius,  dengan  membentuk senyawa  yang  padat  dan  tidak  larut  dalam  air. Fly  ash merupakan limbah pembakaran batubara pada pembangkit listrik tenaga uap. Senyawa kimia yang ada di  dalam fly  ash meliputi  silika,  besi  oksida,  aluminium oksida,  magnesium  oksida  dan  sulfat  (Hausmann, 1990).  Oleh  karena  kandungannya  yang  mengandung bahan-bahan pozzolan maka fly ash termasuk material pozzolanic. Selain itu, produksi fly ash di Indonsia akan mencapai  jutaan  meter  kubik  pada  akhir  tahun  2020. Pemanfaatan fly ash secara massive sangat diperlukan untuk memusnahkan limbah ini dengan aman (Maryoto, 2004).
Bahan-bahan  yang  bersumber  dari  material  sabun, butyl  stearate dan  produk  sampingan  dari  proses pembuatan  minyak  bumi  merupakan  bahan  yang  bisa digunakan  untuk  membuat  beton  menjadi  kedap  air (Tattersal&Banfill,  1992).  Hal  ini  sudah  pernah dibuktikan  dengan  mencampurkan calcium  stearate ke dalam beton dan hasilnya menunjukkan bahwa absorbsi dan  penetrasi  beton  menjadi  lebih  rendah  dibanding dengan  beton  tanpa  calcium  stearate  (Maryoto,  2014). Sayangnya,  pengujian  secara  langsung  terhadap kemampuan  mencegah  korosi  besi  tulangan  akibat penetrasi ion klorida ke dalam beton belum dilakukan.
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi seberapa besar  pengaruh  penggunaan calcium  stearate untuk mencegah  korosi  pada  beton  bertulang  secara langsung.  Kombinasi  penggunaannya  dengan fly  ash dalam  jumlah  besar  pada  beton  juga  diselidiki.  Hal  ini mengingat  produksi  limbah fly  ash sangat besar  setiap tahunnya.

## M ETODE P ENELITIAN

## A.  Bahan-bahan
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  meliputi semen,  agregat  kasar,  agregat  halus,  air, fly  ash dan calcium  stearate .  Semen  merupakan  produksi  PT. Semen  Gresik  dan  merupakan  semen  tipe  1.  Agregat kasar  merupakan  batu  pecah  mesin  dengan  ukuran agregat  maksimum  sebesar  20  mm.  Agregat  kasar  ini merupakan  produksi  dari  daerah  Karang  Lewas, Purwokerto.  Agregat  halus  merupakan  pasir  yang diambil dari Sungai Serayu. Air yang digunakan sebagai pelumas  material-material  penyusun  beton  diambil  dari sumur  dalam  di  lingkungan  Laboratorium  Teknik  Sipil, Universitas  Jenderal  Soedirman. Fly  ash berasal  dari limbah pembakaran batu bar PLTU Cilacap. Selanjutnya calcium  sterate  yang  digunakan  merupakan  material produksi  dari  PT.  Wadah  Makmur,  Jakarta.  Baja tulangan  yang digunakan merupakan baja tulangan ulir diameter 16 mm yang dijual bebas di took-toko material di Purwokerto. Fly Ash PLTU Cilacap ditunjukkan dalam Gambar 2.

## Dinamika Rekayasa Vol. 10 No. 2 Agustus 2014
ISSN 1858-3075

## B.  Peralatan
Peralatan yang digunakan meliputi timbangan dengan kapasitas 20 kg dan 2.61 kg, ayakan untuk gradasi batu pecah  dan  pasir,  alat  pengaduk  beton,    cetak  silinder, cetakan  untuk  benda  uji  korosi,  oven,  alat  uji  slump, komopor  listrik,  cetakan capping ,  alat  tekan  beton  dan alat  uji  half  cell  potential.  Alat  uji  half  cell  potential ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 2. Fly Ash
Gambar 3. Alat ukur uji half cell potential

## C.  Benda Uji
Jumlah  benda  uji  dan  porsi  campuran  beton ditampilkan  dalam  Tabel  1.  Dimensi  benda  uji half  cell potential dapat dilihat pada Gambar 4. Proses pengujian dan pemasangan dam seperti terlihat dalam Gambar 5.
Tabel 1. Jumlah benda uji dan porsi campuran beton
Gambar 4. Ukuran benda uji

## Gambar 5. Pemasangan dam

## D.  Prosedur Pengujian Half Cell Potential
Setelah beton benda uji selesai dirawat dalam waktu 28  hari,  pemasangan  kabel  pada  baja  tulangan  mulai dilakukan  sesuai  dengan  ASTM  G  109-92.  Ada  dua pengukuran half  cell  potential yaitu  ketika  benda  uji dalam  keadaan  basah  dan  dalam  keadaan  kering. Setelah  bak plexyglass diisi  dengan  larutan  NaCl  3% selama  2  minggu  dan  kemudian  kemudian  dilakukan pengukuran half  cell  potential .  Pengukuran  dalam kondisi  ini  disebut  pengukuran  dalam  kondisi  basah.
Penurunan Nilai Half Cell Potential Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash dan Ca(C 18 H 35 O 2 ) 2
Sebaliknya, pengukuran kering dilakukan ketika larutan NaCl  3%  sudah  dikuras  dari plexiglass dan  benda  uji dibiarkan dalam kondisi kering selama 2 minggu. Skema pengukuran  basah  dan  kering  ditampilkan  dalam Gambar 6.
a.  Kondisi basah
b.  Kondisi kering
Gambar 6. Skema pengukuran half cell potential
Pengukuran half  cell  potential dilakukan  dengan  alat seperti  Gambar  3.  Caranya  dengan  menempelkan elektroda alat di permukaan beton yang berada di dalam plexyglass dam.  Gambar  7  menunjukkan  cara pengukuran half cell potential dalam eksperimen kondisi kering.  Sebelum  pembacaan  dilakukan,  hubungan antara katoda dan anoda seperti pada Gambar 5 harus diputus lebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa half  cell  potential hanya  membaca  tulangan anoda  saja  (tulangan  sebelah  atas).  Semua  peralatan dan  metode  pengukuran  korosi  yang  digunakan  dalam uji  ini  mengikuti  standar  yang  telah  ditetapkan  oleh ASTM  G  109-92  dan  menggunakan  elektroda  acuan Cu/CuSO 4 (CSE).
Gambar 6. Pengukuran half cell potential

## H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil  pengujian  half  cell  potential  ditampilkan  dalam Tabel 2. Berdasarkan ASTM C 876 memberikan kriteria mengenai  pembacaan  potensial  yang  berhubungan dengan  korosi.  Kriteria  tersebut  seperti  ditampilkan dalam Tabel 3.
Meskipun  berdasarkan  Tabel  3,  korosi  yang  terjadi pada  benda  uji  beton  bertulang  masih  sangat  kecil, namun berdasarkan nilai tersebut kecenderungan korosi pada Tabel 2. bisa dianalisis sebagai berikut.
Tabel 2. Pengujian half cell potential
Benda Uji Pembacaan HCP (-mV) Basah Kering Basah Kering 1 83.7 3.7 71.7 44.5 2 37.2 3.8 60.4 19.7 3 37.0 3.2 59.0 5.8 4 36.8 2.0 34.2 5.3 5 70.3 4.8 59.7 39.9 Tabel 3. Kriteria korosi Potensial (mV vs CSE) Kemungkinan korosi X ≥ -200 < 10% -200 > X > -350 50% X ≤ -350 >90%
Berdasarkan  Tabel  2  terlihat  bahwa  nilai half  cell potential saat kondisi basah lebih besar dari pada saat pengujian  kondisi  kering.  Hal  ini  bisa  dimengerti mengingat  dalam  kondisi  basah  larutan  NaCl  3%  lebih mudah memicu arus proses korosi. Sementara itu dalam kondisi  kering,  larutan  NaCl  3%  tidak  bisa  menembus beton lebih dalam.
Benda  uji  beton  yang  hanya  menggunakan  semen murni,  tanpa  tambahan fly  ash dan calcium  stearate , mempunyai  nilai half  cell  potential yang  paling  tinggi. Kecenderungan  ini  terjadi  pada  saat  pengujian  kondisi basah maupun kondisi kering.
Benda uji beton yang menggunakan campuran fly ash saja, nilai half cell potential mulai turun bila dibandingkan dengan  benda  uji  dengan  kandungan  semen  murni. Kecenderungan penurunan nilai ini semakin besar ketika kandungan calcium stearate juga meningkat. Penurunan nilai half  cell  potential pada  beton  dengan fly  ash disebabkan oleh pengecilan diameter kapiler saat beton mengeras. Proses ini disebabkan oleh diameter butir fly ash yang  lebih  kecil  disbanding  dengan  diameter  butir semen. Efeknya adalah butiran fly ash ini dapat mengisi pori-pori yang lebih kecil.
Selanjutnya  benda  uji  dengan  tambah fly  ash dan calcium stearate mempunyai nilai half cell potential yang paling  kecil  karena calcium  stearate akan  bereaksi dengan semen untuk membentuk lapisan hydrophobik di permukaan  kapiler  beton.  Nilai half  cell  potential yang paling kecil dicapai ketika penambahan calcium sterate sebesar 2 kg per meter kubik beton. Kandungan calcium stearate lebih  dari  2  kg  menunjukkan  kecenderungan nilai half  cell  potential meningkat  kembali.  Hal  ini disebabkan  karena  kadar calcium  stearate sudah berlebih  sehingga  menyebabkan  terjadinya  proses hidrolisis,  Akibatnya  kandungan  CaO  pada  beton berlebih.
Dinamika Rekayasa Vol. 10 No. 2 Agustus 2014 ISSN 1858-3075

## K ESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan di atas, beberapa kesimpulan dapat diberikan seperti berikut:
a.  Penggunaan fly  ash dalam  beton  dapat menurunkan  nilai half  cell  potential .  Hal  ini disebabkan  butirannya  yang  sangat  halus  dapat mengisi  pori-pori  yang  lebih  kecil  dan  akhirnya membentur  kapiler  dengan  diameter  yang  lebih kecil  bila  dibanding  dengan  beton  yang  hanya menggunakan semen saja.
b.  Penambahan calcium  stearate pada  beton  juga memperkecil  nilai half  cell  potential pada  beton.
Kadar  yang  paling  bagus  adalah  2  kg  per  meter kubik beton.
c.  Jumlah calcium stearate yang berlebih mengakibatkan nilai half cell potential beton juga membesar.

## D AFTAR P USTAKA
ASTM,  1992,  Standard  Test  Method  for  Half-Cell  Potentials  of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete. Annual Book of ASTM Standards, Designation: G 109-92, West Conshohocken. Broomfield, J. P., 2003, Corrosion of Steel in Concrete. E & F.N. Spon.
London. United Kingdom.
Hausmann, D. A.,1990, Electrochemical Behavior of Steel in Concrete. Journal of the ACI, American Concrete Institute, Detroit, USA, pp. 171-187
Maryoto,  A.,  2014,  Synergy  of calcium  stearate  and  fly  ash  usage to reduce  water  penetration  in  concrete,  Journal  of  Civil Engineering  and  Planning,  Universitas  Negeri  Semarang, Indonesia, Vol. 16 No. 2, pp. 135-140.
Maryoto,  A.,  2004,  Studi  Penggunaan  Calcium  Stearate  dan  Aspal Emulsi  untuk  Mengontrol Absorbsi  pada Beton  Mutu  Normal. Master Theses, Universitas Diponegoro. Semarang.
Tattersal, G.H. dan  Banfill, B.F.G., 1992, Rheology of Concrete, Pitman Advance Publishing, USA.