Kata-kata Kunci : Degradasi beton, intrusi mikroorganisme, jamur, ragi, koloni mikroorganisme. Abstract - Degradasi Kekuatan Beton Akibat Intrusi Mikroorganisme
Wibowo
Vol. 13 No. 3 Juli 2006
urnal
TEKNIK SIPIL
Degradasi Kekuatan Beton Akibat
Intrusi Mikroorganisme
Hanafi Ashad1)
Amrinsyah Nasution2)
Iswandi Imran2)
Saptahari Soegiri2)
Abstrak
Makalah ini merupakan hasil studi eksperimental perilaku degradasi kekuatan beton di bawah kondisi intrusif
mikroorganisme. Media intrusi yang digunakan berupa air kelapa dengan proses fermentasi alamiah. Produksi
dominan mikroorganisme dengan media ini adalah dari golongan jamur dan ragi. Mikroorganisme dapat
berkembang di dalam beton karena tersedianya nutrisi berupa kapur bebas dari hasil sampingan proses reaksi.
Mikroorganisme dalam aktivitasnya memproduksi asam sulfur (H2SO4) yang jika bereaksi dengan kalsium
hidoksida (CaOH), dapat berakibat degradasi/penurunan kekuatan beton. Hasil penelitian menunjukkan beton
mutu rendah lebih sensitif terhadap degradasi kekuatan akibat intrusi mikroorganisme. Degradasi kekuatan
beton dalam interval waktu dua tahun dapat mencapai kehilangan kekuatan sampai 60% untuk fc’ = 25 MPa,
50% untuk fc’ = 40 MPa, dan sampai 33% untuk fc’ = 60 MPa.
Kata-kata Kunci : Degradasi beton, intrusi mikroorganisme, jamur, ragi, koloni mikroorganisme.
Abstract
This paper presents the experimental study on concrete strength degradation under intrusive of microorganism.
The intrusion media of coconut water with natural fermentation process produces microorganism with dominant
elements are aspergillus niger and sacchromycode ludwigi. The microorganism may be well spread in concrete
due to nutrition such as free lime from reaction process. The microorganism in its present in concrete produces
sulfuric acid (H2SO4) and its reaction with calsium hydroxide (CaOH) causes strength reduction in concrete.
Experimental result shows that for concrete of minimum strength, its strength degradation is more sensitive due
to intrusion microorganism. The degradation in strength concrete may be of range 60% for concrete strength fc’
= 25 MPa, 50% for fc’ = 40 MPa, and 33% for fc’ = 60 MPa.
Keyword : Concrete degradation, intrusion of microorganism, aspergillus niger, sacchromycodes ludwigi,
coloni of microorganism
1. Pendahuluan
Berbagai bentuk mikroorganisme ditemukan di alam
yang pada umumnya berinteraksi dengan bahan
anorganik. Seperti halnya bentuk kehidupanan pada
umumnya, hasil sampingan dari aktifitas
mikroorganisme dapat merubah keadaaan lingkungan
di sekitarnya. Hal ini telah dibuktikan oleh beberapa
peneliti, terutama dalam kasus spesies thiobacillus.
Dua turunan dari spesies ini yaitu thiobacillus
thiooxidans yang mengoksidasi sulfur sebagai bagian
dari siklus metabolik, dan thiobacillus ferroxidans
yang mengoksidasi besi.
Covino (1999), mengemukakan bahwa pengaruh
bakteri terhadap degradasi beton, belum diketahui
secara pasti. Namun secara umum organisme yang
bersifat asam, sangat mungkin menyebabkan
kerusakan di dalam beton.
Islander (1999), berkesimpulan bahwa zat asam yang
berekasi dengan kalsium hidroksida, dapat
menghancurkan beton.
Muethel (2001), mengemukakan bahwa kehadiran
bio-organisme di dalam beton akan menyebebabkan
deteriorisasi prematur. Hal ini diindikasikan oleh
penurunan pH secara signifikan pada beton normal
akibat karbonasi dan intrusi air tanah. Kondisi
lingkungan lokal seperti ini sangat memungkinkan
1. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia, Makassar
2. Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
Catatan : Usulan makalah dikirimkan pada 29 Mei 2006 dan dinilai oleh peer reviewer pada tanggal 02 Juni 2006 07 Agustus 2006. Revisi penulisan dilakukan antara tanggal 08 Agustus 2006 hingga 30 Agustus 2006.
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 151
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
Isolasi PDA
Media
mikroorgnaisme
Identifikasi AA
Gambar 1. Isolasi dan identifikasi mikroorganisme
bagi mikoorganisme untuk hidup dan aktif di dalam
beton.
Salah satu ciri pertumbuhan mikroorganisme adalah
bau yang tidak sedap dan umumnya memiliki nilai pH
yang berubah-ubah seiring dengan proses
pertumbuhannya.
Dalam
kondisi
terisolir,
jumlah
koloni
mikroorganisme dan pH medium dipantau setiap enam
jam sekali. Pemantauan ini dilakukan hingga
pertumbuhan mikroorganisme memasuki fase
kematian.
2.2 Spesifikasi benda uji
Setiap mikroorganisme membutuhkan nutrien sebagai
sumber energi dan aseptor elektron dalam reaksi
bioenergik. Sumber energi bagi mikroorganisme di
dalam beton antara lain; air, magnesium, besi, dan
senyawa karbon dioksida. Kecukupan unsur-unsur ini
sebagai sumber energi bagi pertumbuhan
mikroorganisme, tergantung dari material pembentuk
beton.
Benda uji beton berbentuk silinder berdiameter 100
mm, tinggi 200 mm. Benda uji ini dibuat dalam 3
(tiga) jenis kuat tekan yaitu; fc’ = 25 MPa, fc’ = 40
MPa, dan fc’ = 60 MPa.
Pada taraf konsentrasi dan pH tertentu, intrusi
mikroorganisme ke dalam beton cenderung
berdampak serius terhadap kinerja struktur beton
disekitarnya. Selain itu akan berdampak pula terhadap
aspek-aspek lainnya, seperti; aspek sosial, ekonomi
maupun aspek pembangunan secara menyeluruh.
Penamaan benda uji didasarkan atas kondisi perlakuan
dan mutu beton, yaitu :
Salah satu contoh dari kejadian ini adalah degradasi
komponen struktur beton pada bangunan gedunggedung pasar di beberapa daerah, khususnya
komponen struktur beton disekitar blok barang-barang
campuran terutama yang bersentuhan langsung
dengan buangan air kelapa.
mikroorganisme
Berkaitan dengan hal tersebut di atas, sejauh ini belum
ditemukan publikasi hasil-hasil penelitian yang
menunjukkan bahwa mikroorganisme dapat hidup dan
aktif di dalam beton.
Keseluruhan benda uji beton diberikan perlakuan
dalam dua kondisi, yaitu kondisi intrusif dan non
intrusif mikroorganisme (Gambar 2).
(i) BNI25
: Beton non-intrusif
dengan fc’ = 25 MPa.
(ii) BNI40
: Beton non-intrusif
dengan fc’ = 40 MPa.
(iii) BNI60
: Beton non-intrusif
untuk fc’ = 60 MPa.
(iv) BI25
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 25 MPa.
(v) BI40
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 40 MPa.
(vi) BI60
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 60 MPa.
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
2. Program Eksperimental
2.1 Media intrusi
Media intrusi yang digunakan adalah air kelapa
dengan fermentasi secara alamiah. Media ini dianggap
cukup representatif bagi pertumbuhan
mikroorganisme.
Pertama-tama media diisolasi dengan menggunakan
Potato Dextrose Agar (PDA). Selanjutnya identifikasi
mikroorganisme menggunakan Acetobacter Agar
(AA).
(a). Beton intrusif mikroorganisme
(b). Beton non intrusif mikroorganisme
Gambar 2. Model perlakuan benda uji beton
152 Jurnal Teknik Sipil
Wibowo
2.3 Parameter-parameter pengujian
Untuk mengetahui gambaran umum perilaku
degradasi kekuatan beton di bawah kondisi intrusif
mikroorganisme, parameter penting yang ditetapkan
dalam penelitian adalah kuat tekan (fc’) dan kedalaman intrusi (D).
Parameter kuat tekan (fc’) meliputi beton mutu normal
(fc’ = 25 MPa), mutu transisi (fc’ = 40 MPa) dan mutu
tinggi (fc’ = 60 MPa). Sedangkan parameter kedalaman intrusi (D) ditetapkan antara 0 – 2,5 cm dan 2,5 –
5,0 cm.
Pada kedalaman intrusi (D) dan mutu beton (fc’)
tertentu, akan menggambarkan perilaku degradasi
kekuatan beton intrusif mikroorganisme dalam fungsi
waktu (t) dan total koloni mikroorganisme (C). Data
pendukung lainnya yang dihimpun adalah pH,
temperatur, dan kelembaban.
2.4 Metode pengujian dan pengukuran
Pengukuran pertumbuhan mikroorganisme dilakukan
dengan metode hitungan cawan. Prinsip dari metode
ini adalah sel mikrobe yang masih hidup ditumbuhkan
pada medium sedemikian sehingga mikrobe tersebut
akan berkembang biak dan membentuk koloni yang
dapat dilihat langsung dan dihitung tanpa
menggunakan mikroskop.
Jumlah koloni mikroorganisme dihitung berdasarkan
Standard Plate Count (SPC). Metode ini cukup sensitif karena hanya sel mikroorganisme yang hidup yang
dapat dihitung. Selain itu beberapa sel yang berdekatan dapat dihitung sekaligus sebagai suatu koloni.
Pengujian kuat tekan beton secara uniaksial dengan
alat uji Universal Testing Machine. Standar uji mengikuti ASTM C39-86.
Parameter-parameter tersebut di atas diuji dan diukur
dalam setiap waktu (t) tertentu, baik dalam kondisi
intrusif maupun non intrusif mikroorganisme.
3. Hasil dan Diskusi
3.1 Komposisi kimia media intrusi
Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam media,
secara umum merupakan sumber energi potensil bagi
pertumbuhan mikroorganisme (Tabel 1).
3.2 Identifikasi
dan
mikroorganisme
analisis
pertumbuhan
Gambar 3 menunjukkan hasil identifikasi
mikroorganisme yang terbentuk di dalam media yaitu
golongan jamur (aspergillus niger) dan ragi
(sacchromycodes ludwigi).
Gambar 4 menunjukkan bahwa puncak pertumbuhan
mikroorganisme terjadi pada saat umur medium 72
hari dengan jumlah koloni sebesar 7.80E+07 cfu/ml.
Pada fase ini mikroorganisme memiliki waktu
generasi selama 22.42 jam dengan nilai pH 3.8 – 6.1.
Tabel 1. Komposisi kimia media intrusi
Komponen
Air
Gula total
Kalium oksida
Mineral
Asam fosfat
Zat besi
Nitrogen
ragi
(sacchromycodes ludwigi)
%
95.50
2.08
0.69
0.62
0.56
0.50
0.05
jamur
(aspergillus niger)
Bersamaan dengan uji kuat tekan, jumlah koloni
mikroorganisme (C) di dalam beton diukur pada setiap
kedalaman (D) = 0 – 2,5 cm dan 2,5 – 5,0 cm. Benda
uji berupa serbuk beton diperoleh dengan cara
pengeboran pada kedalaman tersebut.
Batas kedalaman maksimal 5 cm dipilih atas pertimbangan bahwa apabila pada kedalaman ini masih
terindikasi adanya pertumbuhan mikroorganisme,
maka kemungkinan akan terjadi dampak intrusi pada
komponen tulangan.
Untuk mengetahui perubahan-perubahan fisik seiring
dengan perubahan sifat mekanik, setiap pengujian
kuat tekan beton (fc’) dan pengukuran jumlah koloni
mikroorganisme (C), dilakukan pula pengukuran pH
beton dan temperatur (T) serta kelembaban (H).
Gambar 3. Identifikasi mikroorganisme
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 153
9.E+07
7
8.E+07
6
7.E+07
6.E+07
5
5.E+07
4.E+07
3.E+07
2.E+07
4
1.E+07
0.E+00
1
3
3.4 Prediksi kekuatan beton
pH
2
0
0
18
36
54
72
90
108 126 144
Waktu (hari)
Koloni Mikroba
Secara umum, beton mutu rendah lebih sensitif
terhadap
intrusi
mikroorganisme.
Hal
ini
dimungkinkan karena pori beton mutu rendah relatif
lebih besar dibandingkan dengan pori beton mutu
tinggi. Akibatnya mikroorganisme dapat berkembang
karena udara di dalam pori tersebut sebagai sumber
energi. Di samping itu kemampuan mikroorganisme
untuk bertahan hidup lebih lama di dalam beton,
sangat tergantung pada kecukupan nutrisi berupa
kapur bebas di dalam beton.
pH
Gambar 4. Kurva pertumbuhan mikroorganisme
Memasuki fase kematian, nilai pH hampir konstan
yaitu berkisar antara 3.5 – 3.8. Kondisi ini mengindikasikan bahwa meskipun mikroorganisme telah
memasuki fase kematian, dampak intrusi mikroorganisme terhadap degradasi kekuatan beton tetap
memungkinkan akan terjadi.
3.3 Perilaku mikroorganisme di dalam beton
Secara umum, mikroorganisme dalam aktifitasnya
dapat memproduksi zat-zat asam. Hal ini melalui
proses dispersi sumber-sumber energi yang tersedia
sebelum dikonsumsi. Sumber-sumber energi yang
dimaksud antara lain; sulfur, besi, dan karbon organik.
Dalam proses dispersi, secara teoritik sulfur dioksidasi
sedemikian sehingga menjadi asam sulfur. Asam ini
berpotensi menghancurkan beton jika bereaksi dengan
kalsium hidroksida.
Gambar 10 menunjukkan bahwa pada kedalaman (D)
0 – 2,5 cm, jumlah koloni mikroorganisme terbesar
terdapat pada beton mutu rendah (BI25) yaitu 1,1E+05
cfu/gr dengan lama intrusi 180 hari. Hal yang sama
terjadi pada kedalaman (D) 2,5 – 5,0 cm, yaitu sebesar
1,7E+04 cfu/gr dengan lama intrusi 210 hari (Gambar
11). Hal ini menunjukkan bahwa beton mutu rendah
memiliki sifat yang lebih mudah terintrusi oleh
mikroorganisme dibandingkan dengan beton mutu
tinggi, karena beton mutu rendah relatif memiliki pori
yang lebih besar dan ketersediaan sumber energi yang
cukup bagi pertumbuhan mikroorganisme. Sumber
energi ini berupa kapur bebas (free lime) sebagai hasil
sampingan dari proses pengerasan beton.
Berdasarkan data kuat tekan uniaksial, persamaan
kekuatan
beton
non-intrusif
mikroorganisme
cenderung mengikuti bentuk persamaan logaritmik
(Gambar 5). Sedangkan persamaan kekuatan beton
intrusif
mikroorganisme
mengikuti
bentuk
eksponensial (Gambar 6).
ª Untuk fc’ = 25 MPa
fc’BNI25 = 3.3938 ln(t) + 34.611
fc’BI25 = 28.341e-0.3285 t
(a)
(b)
ª Untuk fc’ = 40 MPa
fc’BNI40 = 4.979 ln(t) + 51.016
fc’BI40 = 45.229e-0.2555 t
(c)
(d)
ª Untuk fc’ = 60 MPa
fc’BNI60 = 3.9958 ln(t) + 69.865
fc’BI60 = 65.285e-0.146 t
(e)
(f)
Hal mana t adalah lama waktu intrusi yang dinyatakan
dalam tahun.
Persamaan (b), (d), dan (f), menunjukkan bahwa jika
beton terintrusi mikroorganisme berlangsung selama
waktu (t) dua tahun, akan terjadi degradasi kekuatan
sebesar 60% untuk BI25, 50% untuk BI40, dan 33%
untuk BI60.
90
80
Kuat tekan, fc' (MPa
Jumlah koloni (cfu/ml
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
fc'BNI60 = 3.9958Ln(t) + 69.865
70
60
fc'BNI40 = 4.979Ln(t) + 51.016
50
40
fc'BNI25 = 3.3938Ln(t) + 34.611
30
Dengan demikian laju pertumbuhan mikroorganisme
di dalam beton dipengaruhi oleh dua faktor yaitu
faktor kimiawi dan faktor fisika. Faktor kimiawi
terkait dengan nutrien mikroorganisme yang
bersumber dari hasil sampingan proses kimiawi
material beton. Sedangkan faktor fisika lebih ke arah
struktur pori beton.
154 Jurnal Teknik Sipil
20
0
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
BNI25
BNI40
BNI60
Gambar 5. Prediksi kuat tekan beton nonintrusif
mikroorganisme
Wibowo
Daftar Pustaka
Degradasi kekuatan, fc" (M P
60
Brandt, A. M., 1995, “Cement Based Composites :
Materials,
Mechanical
Properties
and
Performance”, E & FN Spon, London, U. K.
50
fc'BI60 = 65.258e-0.146t
40
Hu, J., 2004, “Porosity of Concrete”, Morphological
Study of Model Concrete, PhD Thesis,
Faculty of Civil Engineering and Geosciences,
Delft University of Technology, Optima Grafische Communicatie.
fc'BI40 = 45.229e-0.2555t
30
-0.3285t
fc'BI25 = 28.341e
20
10
0
0
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
BI25
BI40
Mechelen, V. A.C.A., and Polder, R.B., 1990,
“Degradation of Concrete In Sewer Environment By Biogenic Sulfuric Acid Attack”,
Microbiology in Civil Engineering, FEMS
Symposium No. 59, 146-157.
BI60
Gambar 6. Prediksi kuat tekan beton intrusif
mikroorganisme
4. Kesimpulan
Berdasarkan fenomena dan hasil analisis, dapat ditarik
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Intrusi mikroorganisme ke dalam beton berdampak
serius terhadap degradasi kekuatan beton.
2. Beton mutu rendah lebih sensitif terhadap dampak
intrusi mikroorganisme.
3. Hasil uji kekuatan beton menunjukkan bahwa
untuk waktu dua tahun, dampak intrusi mikroorganisme terhadap degaradasi kuat tekan adalah
sebesar 60% untuk BI25, 50% untuk BI40, dan
33% untuk BI60.
4. Meskipun mikroorganisme telah memasuki fase
kematian, dampak intrusi masih menunjukkan
degradasi kekuatan beton secara signifikan.
Makalah ini adalah bagian dari penelitian lanjut untuk
menemukan usaha pencegahan degradasi kekuatan
beton akibat intrusi mikroorganisme, dengan
penelitian :
1. Penggunaan bahan tambah (mineral addmixture)
yang berpotensi menghambat laju intrusi
mikroorganisme ke dalam pori beton.
2. Penggunaan proposi campuran sedemikian
sehingga hasil sampingan dari proses pembentukan
beton tidak potensial menjadi sumber energi bagi
pertumbuhan mikroorganisme.
Mehta, P. K., and Monteiro, P. J. M., 2001, “Concrete
Microstructure, Properties and Materials”,
http://pcc2340.pcc.usp.br/2004/Publica/
CONCRETE-microstructure properties and
materials.
Sagüės, A. A., and Kranc, A. C., 2001, “Corrosion
Forecasting For 75-Year Durability Design of
Reinforced Concrete”, Final Report to Florida
Department of Transportation, Departemen of
Civil and Environmental Engineering University of South Florida.
Sato, N., Ogane, Y., Syouya, M., Sugita, S., and Higa,
T., 2004, “Investigation on Concrete Rust
Preventive Agents Using Micro-organism”,
The First International Conference of Asian
Concrete Federation (ACF), Chiang May,
October 28-29, 625-633 .
Siddique, R., 2000, “Special Structural Concretes”,
Galgotia, New Delhi, India.
Sutter, L. L., and Van. D. T., 2003, “Preliminary
Investigation of the Role of Bacteria in
Concrete Degradation”,
http://www.tech.mtu.edu/llsutter/pdf/
BUGSsum.pdf.
Waluyo, L., 2005, “Mikrobilogi Umum”, UMM Press,
Malang.
Webster, J. B., and Newman, C. R., 1994, “Producing
Rapid Sulfate-Reducing Bacteria (SRB)Influenced Corrosion in the Laboratory”,
Microbiologically Influenced Corrosion Testing, ASTM, Philadelphia.
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 155
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
34
70
32
68
30
66
28
64
62
26
60
24
58
22
56
20
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
30
60
90
120
180
210 240 270 300
Waktu, t (hari)
Wakt u, t (hari)
Non-intrusi
150
300
Non-intrusi
Int rusi
Gambar 7. Grafik kuat tekan beton fc’ = 25 MPa
Gambar 9. Grafik kuat tekan beton fc’ = 60 MPa
90
48
80
Kuat tekan, fc' (MPa)
50
46
44
42
40
38
36
34
Intrusi
fc'BNI60 = 3.9958Ln(t) + 69.865
70
60
fc'BNI40 = 4.979Ln(t) + 51.016
50
40
fc'BNI25 = 3.3938Ln(t) + 34.611
30
20
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300
Waktu, t (hari)
Non-intrusi
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
Intrusi
Gambar 8. Grafik kuat tekan beton fc’ = 40 MPa
156 Jurnal Teknik Sipil
0
BNI25
BNI40
BNI60
Gambar 10. Grafik prediksi kuat tekan beton
nonintrusif mikroorganisme
Wibowo
2.0E+04
50
Total koloni, C (cfu/gr)
60
fc'BI60 = 65.258e-0.146t
40
fc'BI40 = 45.229e-0.2555t
30
fc'BI25 = 28.341e-0.3285t
20
10
1.5E+04
1.0E+04
5.0E+03
0.0E+00
0
100
200
300
0
0
10
20
30
40
Waktu, t (hari)
50
Waktu, t (tahun)
BI25
BI40
BI25
BI60
Gambar 11. Grafik prediksi kuat tekan beton
intrusif mikroorganisme
BI60
Gambar 13. Pertumbuhan koloni pada kedalaman
D = 2.5 – 5.0 cm
30.00
1.2E+05
29.00
1.0E+05
Kuat tekan, fc' (MPa)
Total koloni, C (cfu/gr)
BI40
8.0E+04
6.0E+04
4.0E+04
2.0E+04
0.0E+00
28.00
27.00
26.00
25.00
24.00
23.00
22.00
21.00
0
50
100
150
200
250
300
Waktu, t (hari)
20.00
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
Total koloni, LogC(cfu/gr)
BI25
BI40
BI60
Gambar 12. Pertumbuhan koloni pada kedalaman
D = 0 – 2.5 cm
D=0- 2.5cm
d=2.5- 5.0cm
Gambar 14. Kuat tekan versus total koloni
di dalam beton untuk fc’ = 25 MPa
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 157
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
45.00
69.00
44.00
67.00
Kuat tekan, fc' (MPa)
Kuat tekan, fc' (MPa)
43.00
42.00
41.00
40.00
39.00
38.00
37.00
63.00
61.00
59.00
57.00
36.00
35.00
0.0
65.00
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
55.00
0.0
1.0
2.0
3.0
Total koloni, Log C(cfu/gr)
Total koloni, Log C(cfu/gr)
D= 0 - 2.5 cm
D=0 - 2.5 cm
D= 2.5 - 5.0 cm
Gambar 15. Kuat tekan versus total koloni
di dalam beton untuk fc’ = 40 MPa
158 Jurnal Teknik Sipil
4.0
5.0
D=2.5- 5.0 cm
Gambar 16. Kuat tekan versus total koloni di dalam
beton untuk fc’ = 60 MPa
Vol. 13 No. 3 Juli 2006
urnal
TEKNIK SIPIL
Degradasi Kekuatan Beton Akibat
Intrusi Mikroorganisme
Hanafi Ashad1)
Amrinsyah Nasution2)
Iswandi Imran2)
Saptahari Soegiri2)
Abstrak
Makalah ini merupakan hasil studi eksperimental perilaku degradasi kekuatan beton di bawah kondisi intrusif
mikroorganisme. Media intrusi yang digunakan berupa air kelapa dengan proses fermentasi alamiah. Produksi
dominan mikroorganisme dengan media ini adalah dari golongan jamur dan ragi. Mikroorganisme dapat
berkembang di dalam beton karena tersedianya nutrisi berupa kapur bebas dari hasil sampingan proses reaksi.
Mikroorganisme dalam aktivitasnya memproduksi asam sulfur (H2SO4) yang jika bereaksi dengan kalsium
hidoksida (CaOH), dapat berakibat degradasi/penurunan kekuatan beton. Hasil penelitian menunjukkan beton
mutu rendah lebih sensitif terhadap degradasi kekuatan akibat intrusi mikroorganisme. Degradasi kekuatan
beton dalam interval waktu dua tahun dapat mencapai kehilangan kekuatan sampai 60% untuk fc’ = 25 MPa,
50% untuk fc’ = 40 MPa, dan sampai 33% untuk fc’ = 60 MPa.
Kata-kata Kunci : Degradasi beton, intrusi mikroorganisme, jamur, ragi, koloni mikroorganisme.
Abstract
This paper presents the experimental study on concrete strength degradation under intrusive of microorganism.
The intrusion media of coconut water with natural fermentation process produces microorganism with dominant
elements are aspergillus niger and sacchromycode ludwigi. The microorganism may be well spread in concrete
due to nutrition such as free lime from reaction process. The microorganism in its present in concrete produces
sulfuric acid (H2SO4) and its reaction with calsium hydroxide (CaOH) causes strength reduction in concrete.
Experimental result shows that for concrete of minimum strength, its strength degradation is more sensitive due
to intrusion microorganism. The degradation in strength concrete may be of range 60% for concrete strength fc’
= 25 MPa, 50% for fc’ = 40 MPa, and 33% for fc’ = 60 MPa.
Keyword : Concrete degradation, intrusion of microorganism, aspergillus niger, sacchromycodes ludwigi,
coloni of microorganism
1. Pendahuluan
Berbagai bentuk mikroorganisme ditemukan di alam
yang pada umumnya berinteraksi dengan bahan
anorganik. Seperti halnya bentuk kehidupanan pada
umumnya, hasil sampingan dari aktifitas
mikroorganisme dapat merubah keadaaan lingkungan
di sekitarnya. Hal ini telah dibuktikan oleh beberapa
peneliti, terutama dalam kasus spesies thiobacillus.
Dua turunan dari spesies ini yaitu thiobacillus
thiooxidans yang mengoksidasi sulfur sebagai bagian
dari siklus metabolik, dan thiobacillus ferroxidans
yang mengoksidasi besi.
Covino (1999), mengemukakan bahwa pengaruh
bakteri terhadap degradasi beton, belum diketahui
secara pasti. Namun secara umum organisme yang
bersifat asam, sangat mungkin menyebabkan
kerusakan di dalam beton.
Islander (1999), berkesimpulan bahwa zat asam yang
berekasi dengan kalsium hidroksida, dapat
menghancurkan beton.
Muethel (2001), mengemukakan bahwa kehadiran
bio-organisme di dalam beton akan menyebebabkan
deteriorisasi prematur. Hal ini diindikasikan oleh
penurunan pH secara signifikan pada beton normal
akibat karbonasi dan intrusi air tanah. Kondisi
lingkungan lokal seperti ini sangat memungkinkan
1. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia, Makassar
2. Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
Catatan : Usulan makalah dikirimkan pada 29 Mei 2006 dan dinilai oleh peer reviewer pada tanggal 02 Juni 2006 07 Agustus 2006. Revisi penulisan dilakukan antara tanggal 08 Agustus 2006 hingga 30 Agustus 2006.
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 151
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
Isolasi PDA
Media
mikroorgnaisme
Identifikasi AA
Gambar 1. Isolasi dan identifikasi mikroorganisme
bagi mikoorganisme untuk hidup dan aktif di dalam
beton.
Salah satu ciri pertumbuhan mikroorganisme adalah
bau yang tidak sedap dan umumnya memiliki nilai pH
yang berubah-ubah seiring dengan proses
pertumbuhannya.
Dalam
kondisi
terisolir,
jumlah
koloni
mikroorganisme dan pH medium dipantau setiap enam
jam sekali. Pemantauan ini dilakukan hingga
pertumbuhan mikroorganisme memasuki fase
kematian.
2.2 Spesifikasi benda uji
Setiap mikroorganisme membutuhkan nutrien sebagai
sumber energi dan aseptor elektron dalam reaksi
bioenergik. Sumber energi bagi mikroorganisme di
dalam beton antara lain; air, magnesium, besi, dan
senyawa karbon dioksida. Kecukupan unsur-unsur ini
sebagai sumber energi bagi pertumbuhan
mikroorganisme, tergantung dari material pembentuk
beton.
Benda uji beton berbentuk silinder berdiameter 100
mm, tinggi 200 mm. Benda uji ini dibuat dalam 3
(tiga) jenis kuat tekan yaitu; fc’ = 25 MPa, fc’ = 40
MPa, dan fc’ = 60 MPa.
Pada taraf konsentrasi dan pH tertentu, intrusi
mikroorganisme ke dalam beton cenderung
berdampak serius terhadap kinerja struktur beton
disekitarnya. Selain itu akan berdampak pula terhadap
aspek-aspek lainnya, seperti; aspek sosial, ekonomi
maupun aspek pembangunan secara menyeluruh.
Penamaan benda uji didasarkan atas kondisi perlakuan
dan mutu beton, yaitu :
Salah satu contoh dari kejadian ini adalah degradasi
komponen struktur beton pada bangunan gedunggedung pasar di beberapa daerah, khususnya
komponen struktur beton disekitar blok barang-barang
campuran terutama yang bersentuhan langsung
dengan buangan air kelapa.
mikroorganisme
Berkaitan dengan hal tersebut di atas, sejauh ini belum
ditemukan publikasi hasil-hasil penelitian yang
menunjukkan bahwa mikroorganisme dapat hidup dan
aktif di dalam beton.
Keseluruhan benda uji beton diberikan perlakuan
dalam dua kondisi, yaitu kondisi intrusif dan non
intrusif mikroorganisme (Gambar 2).
(i) BNI25
: Beton non-intrusif
dengan fc’ = 25 MPa.
(ii) BNI40
: Beton non-intrusif
dengan fc’ = 40 MPa.
(iii) BNI60
: Beton non-intrusif
untuk fc’ = 60 MPa.
(iv) BI25
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 25 MPa.
(v) BI40
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 40 MPa.
(vi) BI60
: Beton
intrusif
dengan fc’ = 60 MPa.
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
mikroorganisme
2. Program Eksperimental
2.1 Media intrusi
Media intrusi yang digunakan adalah air kelapa
dengan fermentasi secara alamiah. Media ini dianggap
cukup representatif bagi pertumbuhan
mikroorganisme.
Pertama-tama media diisolasi dengan menggunakan
Potato Dextrose Agar (PDA). Selanjutnya identifikasi
mikroorganisme menggunakan Acetobacter Agar
(AA).
(a). Beton intrusif mikroorganisme
(b). Beton non intrusif mikroorganisme
Gambar 2. Model perlakuan benda uji beton
152 Jurnal Teknik Sipil
Wibowo
2.3 Parameter-parameter pengujian
Untuk mengetahui gambaran umum perilaku
degradasi kekuatan beton di bawah kondisi intrusif
mikroorganisme, parameter penting yang ditetapkan
dalam penelitian adalah kuat tekan (fc’) dan kedalaman intrusi (D).
Parameter kuat tekan (fc’) meliputi beton mutu normal
(fc’ = 25 MPa), mutu transisi (fc’ = 40 MPa) dan mutu
tinggi (fc’ = 60 MPa). Sedangkan parameter kedalaman intrusi (D) ditetapkan antara 0 – 2,5 cm dan 2,5 –
5,0 cm.
Pada kedalaman intrusi (D) dan mutu beton (fc’)
tertentu, akan menggambarkan perilaku degradasi
kekuatan beton intrusif mikroorganisme dalam fungsi
waktu (t) dan total koloni mikroorganisme (C). Data
pendukung lainnya yang dihimpun adalah pH,
temperatur, dan kelembaban.
2.4 Metode pengujian dan pengukuran
Pengukuran pertumbuhan mikroorganisme dilakukan
dengan metode hitungan cawan. Prinsip dari metode
ini adalah sel mikrobe yang masih hidup ditumbuhkan
pada medium sedemikian sehingga mikrobe tersebut
akan berkembang biak dan membentuk koloni yang
dapat dilihat langsung dan dihitung tanpa
menggunakan mikroskop.
Jumlah koloni mikroorganisme dihitung berdasarkan
Standard Plate Count (SPC). Metode ini cukup sensitif karena hanya sel mikroorganisme yang hidup yang
dapat dihitung. Selain itu beberapa sel yang berdekatan dapat dihitung sekaligus sebagai suatu koloni.
Pengujian kuat tekan beton secara uniaksial dengan
alat uji Universal Testing Machine. Standar uji mengikuti ASTM C39-86.
Parameter-parameter tersebut di atas diuji dan diukur
dalam setiap waktu (t) tertentu, baik dalam kondisi
intrusif maupun non intrusif mikroorganisme.
3. Hasil dan Diskusi
3.1 Komposisi kimia media intrusi
Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam media,
secara umum merupakan sumber energi potensil bagi
pertumbuhan mikroorganisme (Tabel 1).
3.2 Identifikasi
dan
mikroorganisme
analisis
pertumbuhan
Gambar 3 menunjukkan hasil identifikasi
mikroorganisme yang terbentuk di dalam media yaitu
golongan jamur (aspergillus niger) dan ragi
(sacchromycodes ludwigi).
Gambar 4 menunjukkan bahwa puncak pertumbuhan
mikroorganisme terjadi pada saat umur medium 72
hari dengan jumlah koloni sebesar 7.80E+07 cfu/ml.
Pada fase ini mikroorganisme memiliki waktu
generasi selama 22.42 jam dengan nilai pH 3.8 – 6.1.
Tabel 1. Komposisi kimia media intrusi
Komponen
Air
Gula total
Kalium oksida
Mineral
Asam fosfat
Zat besi
Nitrogen
ragi
(sacchromycodes ludwigi)
%
95.50
2.08
0.69
0.62
0.56
0.50
0.05
jamur
(aspergillus niger)
Bersamaan dengan uji kuat tekan, jumlah koloni
mikroorganisme (C) di dalam beton diukur pada setiap
kedalaman (D) = 0 – 2,5 cm dan 2,5 – 5,0 cm. Benda
uji berupa serbuk beton diperoleh dengan cara
pengeboran pada kedalaman tersebut.
Batas kedalaman maksimal 5 cm dipilih atas pertimbangan bahwa apabila pada kedalaman ini masih
terindikasi adanya pertumbuhan mikroorganisme,
maka kemungkinan akan terjadi dampak intrusi pada
komponen tulangan.
Untuk mengetahui perubahan-perubahan fisik seiring
dengan perubahan sifat mekanik, setiap pengujian
kuat tekan beton (fc’) dan pengukuran jumlah koloni
mikroorganisme (C), dilakukan pula pengukuran pH
beton dan temperatur (T) serta kelembaban (H).
Gambar 3. Identifikasi mikroorganisme
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 153
9.E+07
7
8.E+07
6
7.E+07
6.E+07
5
5.E+07
4.E+07
3.E+07
2.E+07
4
1.E+07
0.E+00
1
3
3.4 Prediksi kekuatan beton
pH
2
0
0
18
36
54
72
90
108 126 144
Waktu (hari)
Koloni Mikroba
Secara umum, beton mutu rendah lebih sensitif
terhadap
intrusi
mikroorganisme.
Hal
ini
dimungkinkan karena pori beton mutu rendah relatif
lebih besar dibandingkan dengan pori beton mutu
tinggi. Akibatnya mikroorganisme dapat berkembang
karena udara di dalam pori tersebut sebagai sumber
energi. Di samping itu kemampuan mikroorganisme
untuk bertahan hidup lebih lama di dalam beton,
sangat tergantung pada kecukupan nutrisi berupa
kapur bebas di dalam beton.
pH
Gambar 4. Kurva pertumbuhan mikroorganisme
Memasuki fase kematian, nilai pH hampir konstan
yaitu berkisar antara 3.5 – 3.8. Kondisi ini mengindikasikan bahwa meskipun mikroorganisme telah
memasuki fase kematian, dampak intrusi mikroorganisme terhadap degradasi kekuatan beton tetap
memungkinkan akan terjadi.
3.3 Perilaku mikroorganisme di dalam beton
Secara umum, mikroorganisme dalam aktifitasnya
dapat memproduksi zat-zat asam. Hal ini melalui
proses dispersi sumber-sumber energi yang tersedia
sebelum dikonsumsi. Sumber-sumber energi yang
dimaksud antara lain; sulfur, besi, dan karbon organik.
Dalam proses dispersi, secara teoritik sulfur dioksidasi
sedemikian sehingga menjadi asam sulfur. Asam ini
berpotensi menghancurkan beton jika bereaksi dengan
kalsium hidroksida.
Gambar 10 menunjukkan bahwa pada kedalaman (D)
0 – 2,5 cm, jumlah koloni mikroorganisme terbesar
terdapat pada beton mutu rendah (BI25) yaitu 1,1E+05
cfu/gr dengan lama intrusi 180 hari. Hal yang sama
terjadi pada kedalaman (D) 2,5 – 5,0 cm, yaitu sebesar
1,7E+04 cfu/gr dengan lama intrusi 210 hari (Gambar
11). Hal ini menunjukkan bahwa beton mutu rendah
memiliki sifat yang lebih mudah terintrusi oleh
mikroorganisme dibandingkan dengan beton mutu
tinggi, karena beton mutu rendah relatif memiliki pori
yang lebih besar dan ketersediaan sumber energi yang
cukup bagi pertumbuhan mikroorganisme. Sumber
energi ini berupa kapur bebas (free lime) sebagai hasil
sampingan dari proses pengerasan beton.
Berdasarkan data kuat tekan uniaksial, persamaan
kekuatan
beton
non-intrusif
mikroorganisme
cenderung mengikuti bentuk persamaan logaritmik
(Gambar 5). Sedangkan persamaan kekuatan beton
intrusif
mikroorganisme
mengikuti
bentuk
eksponensial (Gambar 6).
ª Untuk fc’ = 25 MPa
fc’BNI25 = 3.3938 ln(t) + 34.611
fc’BI25 = 28.341e-0.3285 t
(a)
(b)
ª Untuk fc’ = 40 MPa
fc’BNI40 = 4.979 ln(t) + 51.016
fc’BI40 = 45.229e-0.2555 t
(c)
(d)
ª Untuk fc’ = 60 MPa
fc’BNI60 = 3.9958 ln(t) + 69.865
fc’BI60 = 65.285e-0.146 t
(e)
(f)
Hal mana t adalah lama waktu intrusi yang dinyatakan
dalam tahun.
Persamaan (b), (d), dan (f), menunjukkan bahwa jika
beton terintrusi mikroorganisme berlangsung selama
waktu (t) dua tahun, akan terjadi degradasi kekuatan
sebesar 60% untuk BI25, 50% untuk BI40, dan 33%
untuk BI60.
90
80
Kuat tekan, fc' (MPa
Jumlah koloni (cfu/ml
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
fc'BNI60 = 3.9958Ln(t) + 69.865
70
60
fc'BNI40 = 4.979Ln(t) + 51.016
50
40
fc'BNI25 = 3.3938Ln(t) + 34.611
30
Dengan demikian laju pertumbuhan mikroorganisme
di dalam beton dipengaruhi oleh dua faktor yaitu
faktor kimiawi dan faktor fisika. Faktor kimiawi
terkait dengan nutrien mikroorganisme yang
bersumber dari hasil sampingan proses kimiawi
material beton. Sedangkan faktor fisika lebih ke arah
struktur pori beton.
154 Jurnal Teknik Sipil
20
0
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
BNI25
BNI40
BNI60
Gambar 5. Prediksi kuat tekan beton nonintrusif
mikroorganisme
Wibowo
Daftar Pustaka
Degradasi kekuatan, fc" (M P
60
Brandt, A. M., 1995, “Cement Based Composites :
Materials,
Mechanical
Properties
and
Performance”, E & FN Spon, London, U. K.
50
fc'BI60 = 65.258e-0.146t
40
Hu, J., 2004, “Porosity of Concrete”, Morphological
Study of Model Concrete, PhD Thesis,
Faculty of Civil Engineering and Geosciences,
Delft University of Technology, Optima Grafische Communicatie.
fc'BI40 = 45.229e-0.2555t
30
-0.3285t
fc'BI25 = 28.341e
20
10
0
0
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
BI25
BI40
Mechelen, V. A.C.A., and Polder, R.B., 1990,
“Degradation of Concrete In Sewer Environment By Biogenic Sulfuric Acid Attack”,
Microbiology in Civil Engineering, FEMS
Symposium No. 59, 146-157.
BI60
Gambar 6. Prediksi kuat tekan beton intrusif
mikroorganisme
4. Kesimpulan
Berdasarkan fenomena dan hasil analisis, dapat ditarik
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Intrusi mikroorganisme ke dalam beton berdampak
serius terhadap degradasi kekuatan beton.
2. Beton mutu rendah lebih sensitif terhadap dampak
intrusi mikroorganisme.
3. Hasil uji kekuatan beton menunjukkan bahwa
untuk waktu dua tahun, dampak intrusi mikroorganisme terhadap degaradasi kuat tekan adalah
sebesar 60% untuk BI25, 50% untuk BI40, dan
33% untuk BI60.
4. Meskipun mikroorganisme telah memasuki fase
kematian, dampak intrusi masih menunjukkan
degradasi kekuatan beton secara signifikan.
Makalah ini adalah bagian dari penelitian lanjut untuk
menemukan usaha pencegahan degradasi kekuatan
beton akibat intrusi mikroorganisme, dengan
penelitian :
1. Penggunaan bahan tambah (mineral addmixture)
yang berpotensi menghambat laju intrusi
mikroorganisme ke dalam pori beton.
2. Penggunaan proposi campuran sedemikian
sehingga hasil sampingan dari proses pembentukan
beton tidak potensial menjadi sumber energi bagi
pertumbuhan mikroorganisme.
Mehta, P. K., and Monteiro, P. J. M., 2001, “Concrete
Microstructure, Properties and Materials”,
http://pcc2340.pcc.usp.br/2004/Publica/
CONCRETE-microstructure properties and
materials.
Sagüės, A. A., and Kranc, A. C., 2001, “Corrosion
Forecasting For 75-Year Durability Design of
Reinforced Concrete”, Final Report to Florida
Department of Transportation, Departemen of
Civil and Environmental Engineering University of South Florida.
Sato, N., Ogane, Y., Syouya, M., Sugita, S., and Higa,
T., 2004, “Investigation on Concrete Rust
Preventive Agents Using Micro-organism”,
The First International Conference of Asian
Concrete Federation (ACF), Chiang May,
October 28-29, 625-633 .
Siddique, R., 2000, “Special Structural Concretes”,
Galgotia, New Delhi, India.
Sutter, L. L., and Van. D. T., 2003, “Preliminary
Investigation of the Role of Bacteria in
Concrete Degradation”,
http://www.tech.mtu.edu/llsutter/pdf/
BUGSsum.pdf.
Waluyo, L., 2005, “Mikrobilogi Umum”, UMM Press,
Malang.
Webster, J. B., and Newman, C. R., 1994, “Producing
Rapid Sulfate-Reducing Bacteria (SRB)Influenced Corrosion in the Laboratory”,
Microbiologically Influenced Corrosion Testing, ASTM, Philadelphia.
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 155
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
34
70
32
68
30
66
28
64
62
26
60
24
58
22
56
20
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
30
60
90
120
180
210 240 270 300
Waktu, t (hari)
Wakt u, t (hari)
Non-intrusi
150
300
Non-intrusi
Int rusi
Gambar 7. Grafik kuat tekan beton fc’ = 25 MPa
Gambar 9. Grafik kuat tekan beton fc’ = 60 MPa
90
48
80
Kuat tekan, fc' (MPa)
50
46
44
42
40
38
36
34
Intrusi
fc'BNI60 = 3.9958Ln(t) + 69.865
70
60
fc'BNI40 = 4.979Ln(t) + 51.016
50
40
fc'BNI25 = 3.3938Ln(t) + 34.611
30
20
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300
Waktu, t (hari)
Non-intrusi
10
20
30
40
50
Waktu, t (tahun)
Intrusi
Gambar 8. Grafik kuat tekan beton fc’ = 40 MPa
156 Jurnal Teknik Sipil
0
BNI25
BNI40
BNI60
Gambar 10. Grafik prediksi kuat tekan beton
nonintrusif mikroorganisme
Wibowo
2.0E+04
50
Total koloni, C (cfu/gr)
60
fc'BI60 = 65.258e-0.146t
40
fc'BI40 = 45.229e-0.2555t
30
fc'BI25 = 28.341e-0.3285t
20
10
1.5E+04
1.0E+04
5.0E+03
0.0E+00
0
100
200
300
0
0
10
20
30
40
Waktu, t (hari)
50
Waktu, t (tahun)
BI25
BI40
BI25
BI60
Gambar 11. Grafik prediksi kuat tekan beton
intrusif mikroorganisme
BI60
Gambar 13. Pertumbuhan koloni pada kedalaman
D = 2.5 – 5.0 cm
30.00
1.2E+05
29.00
1.0E+05
Kuat tekan, fc' (MPa)
Total koloni, C (cfu/gr)
BI40
8.0E+04
6.0E+04
4.0E+04
2.0E+04
0.0E+00
28.00
27.00
26.00
25.00
24.00
23.00
22.00
21.00
0
50
100
150
200
250
300
Waktu, t (hari)
20.00
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
Total koloni, LogC(cfu/gr)
BI25
BI40
BI60
Gambar 12. Pertumbuhan koloni pada kedalaman
D = 0 – 2.5 cm
D=0- 2.5cm
d=2.5- 5.0cm
Gambar 14. Kuat tekan versus total koloni
di dalam beton untuk fc’ = 25 MPa
Vol. 13 No. 3 Juli 2006 157
Mengukur Risiko dan Atraktivitas Investasi Infrastruktur di Indonesia
45.00
69.00
44.00
67.00
Kuat tekan, fc' (MPa)
Kuat tekan, fc' (MPa)
43.00
42.00
41.00
40.00
39.00
38.00
37.00
63.00
61.00
59.00
57.00
36.00
35.00
0.0
65.00
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
55.00
0.0
1.0
2.0
3.0
Total koloni, Log C(cfu/gr)
Total koloni, Log C(cfu/gr)
D= 0 - 2.5 cm
D=0 - 2.5 cm
D= 2.5 - 5.0 cm
Gambar 15. Kuat tekan versus total koloni
di dalam beton untuk fc’ = 40 MPa
158 Jurnal Teknik Sipil
4.0
5.0
D=2.5- 5.0 cm
Gambar 16. Kuat tekan versus total koloni di dalam
beton untuk fc’ = 60 MPa