Proses Pembuatan Baja

Biji besi dari hasil pengeboran biasanya bercampur dengan pasir, tanah lempung, tanah liat serta batu-batuan,Pertama - tama memisahkan campuran tambahan dari biji besi. Untuk keperluan itu biji besi diangkut ke atas saluran goncang melawan aliran air. Dengan pengerjaan ini pasir tanah lempung dan tanah liat dipisahkan. Untuk kelancaran fabrikasi besi ada baiknya jikalau biji berukuran sama, oleh karena itu biji dipecahkan dengan pemecah biji hingga ukurannya sedapat mungkin sama besar dan selanjutnya disaring. Dengan demikian diperoleh suatu jumlah tertentu biji halus yang kemudian setelah  dicampur antara lain dengan bahan-bahan imbuh, dimasak bersama atau dirol hingga berupa bola-bola yang dapat dipergunakan kembali. Selanjutnya batu-batuan dipisahkan dari biji. Pengerjaan ini dilaksanakan dengan bantuan silinder besar yang berpuatar dan di dalamnya dipasang maknit-maknit kuat. Biji dan batu-batuan diangkut ke atas silinder dengan bantuan saluran transpor. Maknit akan lebih menarik biji berkadar besi dari pada batu-batuan. Dengan pemutaran silinder batu-batuan lebih dahulu dilepaskan dan berpindah ke tempat lain dari pada biji berkadar besi. Setelah itu biji dipanggang. Pemanggangan terjadi di dalam oven panggang. Dalam oven panggang ini biji dikeringkan, zat-zat yang mudah menghawa menghilang dan jikalau perlu karbonat besi diubah menjadi oksid besi. Jikalau biji telah mengalami pengerjaan ini, biji dibawa ke dapur tinggi. Dapur tinggi terdiri dari dua buah bentuk kerucut, yang berdiri satu di atas yang lain dengan alas-alasnya. Dapur ini dibangun tahan api, yang memperoleh kekokohan yang dibutuhkan dengan selubung baja pelat. Dapur diisi dengan sebutan muatan. Muatan terdiri dari biji besi bahan imbuh dan kokas. Gas yang dikala proses meninggalkan dapur tinggi masih dapat dipergunakan. Dengan alasan ini dapur dari atas ditutup dengan saluran gas. Muatan dapat dimasukkan ke dalam melalui saluran ini dengan kerugian gas yang minim. Untuk pembakaran kokas dibutuhkan banyak zat asam. Oleh karena itu udara atau angin ditiup ke dalam dapur melalui pipa tiup yang berada di atas api. Di dalam bagian bawah dapur tinggi ditampung besi kasar dan terak.

Seperti dapat dilihat dari rumus-rumus biji besi pada umumnya adalah suatu persenyawaan besi zat asam. Jikalau tidak demikian haalnya, umpama pada batu besi kalsit, maka biji besi di dalam oven panggang dapat diubah menjadi ilsid besi. Pada prinsipnya dalam dapur tinggi terjadi tidak lain dari pada pemisahan zat asam dari biji besi, sehingga kita mendapat besi sebagai sisa. Proses reduksi ( reduksi = pengurangan).

Dalam biji terdapat batu-batuan galian. Batu-batuan ini mempunyai titik lumer tinggi. Untuk menurunkan titik lumer ini ditambahakan bahan imbuh dalam bentuk kapur (CaO). Bahan imbuh ini melumer bersama dengan batu-batuan dan abunya menjadi terak yang menyelubungi tetesan besi yang terbentuk dan terak melindunginya melawan oksidasi dan mengapung di dalam tungku di atas cairan besi kasar.

Kita mengetahui bahwa berbagai proses kimia pada suhu tinggi berlangsung lebih cepat. Oleh karena itu udara yang kita butuhkan untuk pembakaran kokas, dipanaskan sebelumnya dalam pemanas udara.

Bahan Tambah Untuk Campuran Beton (Plasticizer, Retarder dan Hardener)

Bahan tambah (admixture) adalah suatu bahan berupa bubuk atau cairan, yang ditambahkan ke dalam campuran adukan beton selama pengadukan, dengan tujuan untuk mengubah sifat adukan atau betonnya. (Spesifikasi Bahan Tambahan untuk Beton, SK SNI S-18-1990-03).

Berdasarkan ACI (American Concrete Institute), bahan tambah adalah material selain air, agregat dan semen hidrolik yang dicampurkan dalam beton atau mortar yang ditambahkan sebelum atau selama pengadukan berlangsung.

Penambahan bahan tambah dalam sebuah campuran beton atau mortar tidak mengubah komposisi yang besar dari bahan lainnya, karena penggunaan bahan tambah ini cenderung merupakan pengganti atau susbtitusi dari dalam campuran beton itu sendiri. Karena tujuannya memperbaiki atau mengubah sifat dan karakteristik tertentu dari beton atau mortar yang akan dihasilkan, maka kecenderungan perubahan komposisi dalam berat-volume tidak terasa secara langsung dibandingkan dengan komposisi awal beton tanpa bahan tambah.

Penggunaan bahan tambah dalam sebuah campuran beton harus memperhatikan standar yang berlaku seperti SNI (Standar Nasional Indonesia), ASTM (American Society for Testing and Materials) atau ACI (American Concrete Institute) dan yang paling utama memperhatikan petunjuk dalam manual produk dagang.

Secara umum bahan tambah yang digunakan dalam beton dapat dibedakan menjadi dua yaitu bahan tambah yang bersifat kimiawi (chemical admixture) dan bahan tambah yang bersifat mineral (additive).

II. Chemical admixtures (bahan tambah kimia)

Menurut standar ASTM , terdapat 7 jenis bahan tambah kimia, yaitu:

1. Tipe A, Water-Reducing Admixtures
2. Tipe B, Retarding Admixtures
3. Tipe C, Accelerating Admixtures
4. Tipe D, Water Reducing and Retarding Admixtures
5. Tipe E, Water Reducing and Accelerating Admixtures
6. Tipe F, Water Reducing, High Range Admixtures
7. Tipe G, Water Reducing,High Range Retarding Admixtures

Water-Reducing Admixtures (Plasticizer)

Water-Reducing Admixtures adalah bahan tambah yang mengurangi air pencampur yang diperlukan untuk menghasilkan beton dengan konsistensi tertentu. Bahan tambah ini biasa disebut water reducer atau plasticizer.

Plasticizer dapat digunakan dengan cara-cara sebagai berikut:

1. Kadar semen tetap, air dikurangi

Cara ini untuk memproduksi beton dengan nilai perbandingan atau faktor air semen (fas) yang rendah. Dengan faktor air semen yang rendah akan meningkatkan kuat tekan beton. Dengan penambahan plasticizer, walaupun fas rendah, beton tetap memiliki sifat workabilitas yang baik.

2. Kadar semen tetap, air tetap

Cara ini untuk memproduksi beton dengan slump yang lebih tinggi. Tingginya nilai slump akan memudahkan penuangan adukan.

3. Kadar semen dikurangi, faktor air semen tetap

Cara ini dilakukan untuk memperoleh beton dengan penggunaan semen yang lebih sedikit, sehingga mengurangi biaya.

Komposisi dari plasticizer diklasifikasikan secara umum menjadi 5 kelas:

1. Asam lignosulfonic dan kandungan garam-garam
2. Modifikasi dan turunan asam lignosulfonic dan kandungan garam-garam
3. Hydroxylated carboxylic acids dan kandungan garamnya
4. Modifikasi hydroxylated carboxylic acids dan kandungan garamnya
5. Material lain seperti:

–        Material inorganik seperti seng, garam-garam, barak, posfat, klorida

–        Asam amino dan turunannya

–        Karbohidrat, polisakarin dan gula asam

–        Campuran polimer, seperti eter, turunan melamic, naptan, silikon, hidrokarbon-sulfat.

Berdasarkan prosentase pengurangan jumlah air, plasticizer/water reducer dibedakan menjadi 3 macam:

1. Normal water reducer : Penggunaan jenis ini mampu mengurangi air antara 5 – 10%.
2. Mid-range water reducer : Penggunaan jenis ini mengurangi air antara 10 – 15%.
3. High-range water reducer : Jenis ini biasa disebut superplasicizers, mampu mengurangi air antara 20 – 40%.

Mekanisme adanya penambahan plasticizer dapat dijelaskan sebagai berikut:

Senyawa diserap oleh bidang muka antara air dengan zat padat. Partikel padat tersebut mengandung muatan sisa pada permukaannya dapat positif, negatif ataupun keduanya. Pada pasta semen, akibat perbedaan muatan tersebut,  partikel dengan muatan berbeda yang posisinya berdekatan menyebabkan gaya elektrostatik, selanjutnya partikel mengalami flokulasi/ penggumpalan (Gambar 1.a). Sejumlah air diikat oleh gumpalan tersebut dan diserap pada permukaan padat, sedang sedikit air yang tersisa mampu mengurangi viskositas/kekentalan pada pasta dan juga pada beton. Molekul pada plasticizer berfungsi menetralisir muatan pada permukaan atau membuat seluruh permukaan tersebut bermuatan seragam. Kemudian partikel tersebut saling tolak menolak (tidak lagi saling tarik menarik), sehingga semua partikel saling berpencar/dispersi dalam pasta  (Gambar 1.b). Hal ini membuat sebagian besar air mampu untuk mengurangi viskositas pada semen dan beton.  Interaksi pada permukaan ini hampir pasti diketahui terjadi pada partikel semen, dan dapat pula terjadi pada fraksi terhalus dari agregat halus.

 Gambar 1  Dispersion Action akibat Plasticizer: (a) Pasta menggumpal;    

(b) Pasta berpencar

Contoh produk plasticizer:

1. Plastiment NS

Produk ini dikeluarkan oleh Sika, dengan bahan dasar polimer padat. Plastiment NS memenuhi standar ASTM C-494 Tipe A dan AASHTO M-194 Tipe A. Plastiment NS direkomendasikan untuk digunakan pada aplikasi beton kualitas tinggi dengan peningkatan kuat tekan awal dan waktu ikatan normal. Produk ini dapat mengurangi air sampai dengan 10% untuk memperoleh beton yang mudah dikerjakan dengan kuat tekan dan kuat lentur yang lebih tinggi. Dosis yang digunakan adalah 130 - 265 ml untuk tiap 100 kg semen.

2. Plastocrete 161W

Merupakan produk Sika dengan bahan polimer dan telah memenuhi persyaratam ASTM C-494 Tipe A. Direkomendasikan untuk digunakan pada beton kualitas tinggi dengan workabilitas sangat baik dan waktu ikatan cepat. Plastocrete 161W memberikan hasil yang optimal apabila dikombinasikan dengan fly ash (abu terbang). Dosis yang digunakan adalah 195 - 650 ml/100 kg semen.

3. Plastocrete 169

Produk Sika dengan tujuan ganda, yaitu sebagai reducer dan retarder. Produk ini telah memenuhi syarat ASTM C-494 Tipe A. Digunakan untuk beton normal dan memerlukan retarder. Tujuan ganda Plastocrete 169 sebagai water reducer normal dan set retarder memberikan fleksibilitas yang tinggi pada penggunaannya dan dapat dikombinasikan untuk meningkatkan kualitas maupun nilai ekonomis. Apabila digunakan untuk reducer, digunakan dosis 261-391 ml/100 kg semen. Apabila digunakan sebagai set retarder, dosis 390-520 ml/100 kg berat semen.

4. Viscocrete 4100

Merupakan produk Sika yang digunakan sebagai high range water reducer dan superplasticizer.Produk ini telah memenuhi syarat ASTM C-494 Tipe A dan F. Bahan tambah ini dapat digunakan dengan dosis rendah untuk mengurangi air antara 10-15% dan apabila digunakan dengan dosis tinggi mampu mengurangi air hingga 40%. Produk ini dapat digunakan untuk Self Compacting Concrete (SCC) karena dapat memberikan workabilitas yang tinggi. Viscocrete 4100 tidak mengandung formaldehid dan kalsium klorida serta tidak menyebabkan korosi pada tulangan baja. Untuk tujuan umum dosis yang direkomendasikan sebanyak 195-520 ml/100 kg semen. Apabila diinginkan pengurangan air secara maksimum, dosisnya dapat mencapai 780 ml/100 kg semen.

Alternatif Material Ferosemen Untuk Memperkuat Beton Bertulang

Akhir-akhir ini, para civil engineer, khususnya structural engineer, kembali harus menghadapi kenyataan betapa gempa bumi seperti pada gempa Turki dan gempa Taiwan dapat merobohkan tidak saja bangunan lama yang di bangun (tahun 70-an). Saat penguasaan ilmu mendesain struktur tidak sebaik sekarang ini, tetapi juga bangunan yang relatif baru. Akibat dari gempa-gempa tersebut selain jatuhnya korban yang mencapai angka ribuan, meskipun bukan semuanya disebabkan oleh ambruknya bangunan, puluhan ribu lainnya harus kehilangan tempat tinggal. Selain itu, juga mengakibatkan terhentinya aktivitas ekonomi dan pemerintahan, serta tidak berfungsinya fasilitas umum vital seperti aliran listrik, air bersih,telephone, gas, dsb. Hal ini menyebabkan penderitaan korban gempa bumi semakin bertambah. Penderitaan dan terhentinya nadi ekonomi sebenarnya tidak disebabkan oleh mekanisme dari suatu gempa bumi tetapi lebih disebabkan oleh hancurnya infrastruktur yang dibangun oleh manusia yang seharusnya menjadi tempat dan fasilitas untuk menunjang dan menikmati kehidupan yang nyaman. Penyebab dari rubuhnya bangunan, khususnya bangunan gedung beton bertulang yang berlantai banyak dan juga jembatan beton bertulang, adalah akibat ambruknya atau hancurnya kolom yang merupakan bagian struktur yang utama pada bangunan teknik sipil. Umumnya kehancuran kolom tersebut disebabkan oleh kurangnya kemampuan menahan geser dan rendahnya daktilitas (ductility) akibat, salah satunya, jumlah tulangan geser yang dipasang tidak mencukupi. Kalau pada bangunan lama kurangnya tulangan geser yang dipasang memang akibat peraturan beton yang ada pada saat itu mengaturnya demikian, tetapi pada bangunan baru kekurangan tulangan geser pada kolom lebih banyak disebabkan oleh kesalahan manusia yang dilakukan secara sadar. Selain jumlah tulangan geser yang tidak memadai, pada bangunan yang relatif masih baru, yaitu yang dibangun pada tahun 1980-an, meskipun jumlah tulangan geser yang dipasang jauh lebih rapat dibandingkan dengan yang terpasang pada bangunan yang dibangun pada tahun-tahun sebelumnya, akan tetapi karena sudut kait (hook) ujung tulangan geser yang hanya 90-derajat ternyata tidak mencukupi untuk mentranfer tegangan agar tulangan geser bisa menahan deformasi tulangan utama kolom. Pada beberapa kasus gempa bumi, banyak kolom yang mengalami kehancuran geser yang dimulai oleh terbukanya kait tulangan geser. Hasil dari beberapa peneliti menunjukkan bahwa jika pada kolom yang jumlah tulangan gesernya sedikit atau kurang tetapi diberi penguat berupa selubung (jacket) pada bagian luarnya, kekuatan kolom tersebut akan meningkat, dan yang paling penting adalah daktilitasnya juga meningkat secara signifikan. Karenanya,penggunaan selubung, baik dari pelat baja, compositbase material (carbon fiber sheet, aramid, dsb), maupun beton bertulang, banyak kita jumpai applikasinya terutama dinegara-negara yang rentan terhadap gempa bumi dan kaya seperti, Jepang, Amerika, New Zealand, dll. Akan tetapi, penggunaan material tersebut bisa jadi akan sangat mahal dan memerlukan high skill labors (misalnya jika bahan pelat baja dan carbon fiber yang digunakan), ataupun secara visual tidak atau kurang bisa diterima karena ukuran kolom menjadi sangat besar (beton bertulang, tebal jacket mencapai 10 cm).

Dalam teknologi beton dikenal banyak jenis beton bertulang, diantaranya:

Beton bertulang konvensional (yang umumnya kita kenal dan digunakan pada banyak bangunan, seperti untuk membuat kolom atau tiang, balok, pelat lantai, dll).Tulangannya dari besi batangan dengan diameter yang beragam.

Beton Prestress (disebut juga beton prategang, karena terhadap tulangannya (biasanya dari kawat khusus) diberi sejumlah tegangan ditarik).

Ferrosemen (terbuat dari mortar (semen+pasir+air) + jaringan kawat (wire mesh) sebagai tulangan)

Fiber Concrete (beton serat), terbuat dari beton (semen+pasir+kerikil+air) + serat sebagai tulangan. Beton bertulang berserat ( fiber reinforced concrete ) didefinisikan sebagai bahan beton yang dibuat dari campuran semen, agregat halus, agregat kasar, air dan sejumlah serat ( fiber ) yang tersebar secara acak dalam matriks campuran beton segar    ( Amri, 2005 ). Penggunaan serat sebagai perkuatan pada bahan bangunan yang akan lebih memberikan tambahan kekuatan tarik daripada kuat tekan suatu bahan ( Swamy, 1980, dalam Bentur and Mindess,1990 ).  Adakalanya selain serat juga dipasang besi batangan sebagaimana beton bertulang konvensional. Untuk bahan serat ini bisa bermacam-macam:

a) sintetis : serat baja, serat carbon, serat polimer, dll.

b) natural : bambu, serat batang nibung, ijuk, dll.

Dibandingkan beton polos (tanpa tulangan) jelas beton serat lebih baik sifat mekanisnya. Tetapi ada kelemahan pada beton serat yaitu saat pencampuran bahan serat dengan bahan beton didalam pengaduk. Kemungkinan untuk tidak teraduk merata sangat besar. Jika hal ini terjadi sifat mekanisnya akan lebih jelek dibandingkan beton polos. Untuk mengatasi masalah pencampuran ini pada serat baja dan serat sintetis khususnya, dibuatkan bentuk serat sedemikian sehingga mudah bercampur. Misalnya, pada serat baja, panjang serat dibatasi hanya 3-4 cm; ujungnya dibuat bulat dsb. Pada serat alam kemungkinan untuk itu juga ada tetapi sepertinya tidak ekonomis. Barangkali diatasi dengan memperkerjakan banyak orang untuk mengaduk-aduk kembali setelah dikeluarkan dari pengaduknya (molen). Kelemahan serat alam lainnya adalah kemungkinan terjadi perubahan volume pada serat itu sendiri cukup besar karena bahan dari alam akan mudah sekali menyerap air pada saat pengadukan. Setelah sekian lama (beberapa bulan atau tahun) air tersebut akan mengering dan serat alam tersebut (misalnya serat bambu) akan mengecil. Akibatnya akan terbentuk pori disekitar serat. Hal ini sangat tidak diharapkan karena akan sangat mempengaruhi tidak saja kekuatan tetapi, yang terpenting, mempengaruhi daya tahan (durability) dari beton serat itu sendiri. Untuk jangka pendek barangkali masih kuat, tetapi untuk jangka panjang jelas tidak bisa diterima. Ada usaha untuk meminimalkan perubahan volume dari serat atau batangan bambu, yaitu dengan melaburi,mencat atau memberi lapisan tertentu (laminar atau dari bahan kimia lainnya) untuk mencegah masuk atau meresapnya air. Kembali, nantinya cost akan menjadi permasalahan.