KARBONASI PADA BETON

Sebelum mengenal apa itu karbonasi, mari kita pelajari sedikit tentang beton. Beton merupakan bahan bangunan yang dibentuk oleh pengerasan campuran semen, air, agregat halus, agregat kasar (batu pecah atau kerikil), udara dan kadang-kadang campuran bahan tambahan lain. Campuran yang masih plastis dicor ke dalam acuan dan dirawat untuk mempercepat reaksi hidrasi. Bahan yang terbentuk mempunyai kekuatan tekan yang tinggi dan ketahanan tarik yang rendah. Untuk mengatasi kelemahan pada daerah tarik pada beton maka dibutuhkan baja tulangan yang memiliki kekuatan tarik yang besar. 

Gambar 1. Beton

Beton digunakan dalam kontruksi karena memiliki struktur yang kuat. Akan tetapi, hah ini tidak menjadi jaminan beton tidak dapat rusak. Secara umum kerusakan beton akibat serangan kimia dapat disebabkan oleh berbagai sebab seperti karbonasi, klorida/chloride, sulfat, leaching, dekalsifikasi, dan pengaruh kualitas air.

Dari berbagai penyebab tersebut, kita akan membahas mengenai karbonasi. Karbonasi beton terjadi ketika karbon dioksida di atmosfer dengan kelembaban tertentu bereaksi dengan mineral semen terhidrasi dan menghasilkan karbonat. Beton dapat mengalami dua tipe karbonasi yaitu karbonasi pelapukan (weathering carbonation) dan karbonasi dini (early age carbonation). 

Karbonasi Pelapukan (Weathering Carbonation)

Karbonasi tipe ini terjadi ketika karbon dioksida dari udara menembus beton dan bereaksi dengan hidroksida, yaitu dari kalsium hidroksida dan kalsium silikat hidrat untuk membentuk kalsit. Berikut proses dari karbonasi :

1. Terjadi reaksi antara dengan air ) dalam pori beton membentuk kalsit atau asam karbon.

2. Kalsit bereaksi dengan senyawa kalsium hasil reaksi hidrasi semen yang ada pada beton keras, terutama senyawa kalsium hidroksida (kandungan sekitar 25-50% berat pasta semen) dan membentuk kalsium karbonat.

3. Setelah  terkarbonasi dan terurai dari pasta semen, kalsium-silikathidrat gel (C-S-H) dapat mengalami dekalsifikasi (hilangannya senyawa garam kalsium) sehingga memungkinkan pembebasan CaO untuk proses karbonat menurut reaksi kimia 

4 Pelepasan senyawa kalsium hidroksida menyebabkan Ph larutan dalam pori beton mengalami penurunan hingga lebih kecil dari 13. Hal ini akan menyebabkan terjadinya gangguan bahkan hilangnya lapisan pelindung pasif yang menyebabkan baja tulangan rentan terhadap korosi.

Karbonasi Dini (Early Age Carbonation)

Karbonasi dini terjadi jika reaksi karbonasi terjadi bersamaan dengan terjadinya reaksi hidrasi semen dimana campuran beton segar terekspos langsung ke   . Karbonasi terjadi secara cepat dan berkontribusi pada kepadatan serta kekuatan beton yang lebih tinggi. Hasil reaksi karbonasi akan mempengaruhi perkembangan pertumbuhan kekuatan beton. Pengamatan lebih detil pada reaksi kimia karbonasi dini dari beton segar menunjukkan adanya beberapa tahapan reaksi kimia sebagai berikut :

Gas   mengalir di udara dan mencapai beton. 

Karbon dioksida menembus beton melalui pori-pori beton yang terisi air penuh.  

Penguraian   (g) menjadi   (air) yang terjadi pada tahapan beton segar.  

Hidrasi   (cair) menjadi   (reaksi yang lamban). 

Ionisasi   menjadi , ,  .

 Keberadaan ion  menyebabkan pH pada semen yang sedang berhidrasi menurun. Seiring dengan kematangan pasta semen maka pH lama-kelamaan akan meningkat.

AKIBAT KARBONASI

Karbonasi pada beton akan menyebabkan pH larutan dalam pori beton menurun. Apabila telah mengalami karbonasi penuh pH larutan pori dapat menurun mencapai pH 8. Padahal, beton bertulang membutuhkan tingkat pH yang tinggi untuk menjamin terjadi lapisan pelindung pasif (passivisity layer) pada permukaan baja tulangan. Penurunan pH ini menyebabkan terjadinya gangguan bahkan hilangnya lapisan pelindung pasif sehingga baja tulangan rentan terhadap korosi. Hal ini menjadi permasalahan serius apabila baja tulangan terekpos di lingkungan yang mengandung banyak senyawa agresif, misalnya ion klorida. Apabila terjadi korosi, volume karat yang terbentuk akan memiliki volume berkali-kali lipat lebih besar dari volume reaktannya sehingga timbul gaya desak keluar yang menyebabkan retakan pada selimut beton.

PENCEGAHAN KARBONASI

Cara yang dapat ditempuh untuk mencegah terjadinya karbonasi antara lain :

1. Pemakaian bahan bermutu baik.  

2. Mempertebal selimut beton.

3. Menggunakan beton kedap air (secara teoritis tidak ada).

3. Penambahan dimensi struktur.

5. Menerapkan cara pemampatan beton yang tepat.

6. Perlindungan permukaan (Coatings)  (bersifat sementara sebab jika pelindungnya cacat atau rusak maka proses korosi akan terjadi).

IDENTIFIKASI KARBONASI

Proses terjadinya karbonasi dapat diselidiki menggunakan cairan fenolftalein. Fenolftalein merupakan pewarna yang berperan sebagai indikator pH dan sering digunakan sebagai indikator dalam titrasi asam basa. 

Jika beton teridentifikasi mengalami  karbonasi maka fenolftalein berubah warna dari tak berwarna dalam larutan asam menjadi merah muda dalam larutan basa. Beton secara alami memiliki pH tinggi karena pembentukan kalsium hidroksida ketika semen Portland bereaksi dengan air. Oleh karena, apabila beton bereaksi dengan karbon dioksida di atmosfer pH turun menjadi 8,5 – 9. Jika larutan 1% fenolftalein diaplikasikan pada beton normal, ia akan berubah warna menjadi merah muda. Hal ini menunjukkan bahwa beton memiliki pH yang diatas 12. Namun jika tak berwarna, ini menunjukkan bahwa beton telah mengalami karbonasi. 

Proses penelitian dapat dilakukan dengan mengambil sampel beton inti dengan core drill pada daerah beton yang ditengarai telah terjadi karbonasi. Selanjutnya pada permukaan beton inti bekas pemboran disemprot dengan larutan fenolftalein dan diamati perubahan warna pada permukaan core beton.