Dasar Teknologi Baja

Bijih besi pada umumnya adalah besi oksida:

1.    Hematit (Fe2O3)

Bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi dan kadar kotorannya relatif rendah.

2.    Magnetit (Fe3O4)

3.    Limonit (Fe2O3.xH2O)

Proses Pembuatan Baja

1.    Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Bahan bakunya merupakan pelet bijih besi dan gas alam. Gas alam (CH4 – metana) yang dipanaskan direaksikan dengan air (H2O) dengan katalis Ni.

2.    Tanur Tinggi (Blast Furnace)

80% baja dihasilkan dari proses tanur tinggi yang merupakan hasil perkembangan sejak abad 14. Bahan bakunya adalah bijih besi, kokas, batu kapur, dan udara. Hasilnya adalah besi kasar cair (Molten Iron) yang harus dimasukkan ke converter untuk diubah menjadi baja.

Konversi Besi ke Baja

1.    Basic Oxygen Furnace (BOF) atau Basic Oxygen Steelmaking (BOS)

2.    Electric Arc Furnace (EAF)

3.    Secondary Steel Making

4.    Casting

Proses Pembuatan Produk Setengah Jadi

1.    Hot Rolling

Ingot, billet dan slab dirol panas (Hot Rolling) menjadi Flat Product (Pelat) dan Long Product (Baja Profil, Besi Beton, dan Batang Kawat)

2.    Cold Rolling

Pelat diubah menjadi baja lembaran (sheet) dilanjutkan dengan proses pemanasan/annealing untuk melunakkan dan diakhiri dengan temper rolling untuk “menyetrika”.

3.    Hot Forging

Untuk membuat komponen yang berukuran besar digunakan proses tempa panas.

4.    Hot Tube Piercing

Tahap awal pembuatan pipa seamless dilakukan dengan hot tube piercing terhadap billet yang dipanaskan. Pengecilan diameter pipa berdinding tebal dilakukan dengan proses hot tube rolling, tebal dindingnya juga akan berkurang. Untuk membuat pipa yang lebih kecil lagi diameternya dipakai proses cold tube drawing.

5.    Welded Pipe

Dapat dibuat dengan 2 cara yaitu:

·         Longitudinal Welded Pipe (Electric Resistance Welding Pipe)

Bahan bakunya pelat baja hasil hot rolling. Proses pembentukan dengan roll forming bertahap.

·         Spiral Welded Pipe (Submerged Arc Welding Pipe)

Bahan bakunya pelat baja hasil hot rolling, dapat dibentuk menjadi pipa dengan alur spiral. Dengan satu lebat pelat dapat diperoleh pipa dengan berbagai diameter, tergantung pada cetakan dan sudut pemasukan pelat.

Klasifikasi dan Standard

Jenis baja dikelompokkan sebagai berikut:
1.    Baja Karbon (Plain Carbon Steel)
2.    Low carbon steel (C < 0,25%), medium carbon steel (0,25% < C < 0,5%), dan high carbon steel (C > 0,5%).
3.    Baja Paduan (Alloy Steel)
4.    Low alloy steel (E unsur-unsur paduan < 8%) dan high alloy steel (E unsur-unsur paduan > 8%)

Standard dalam Perdagangan/Industri Baja

1.    American Iron & Steel Institute (AISI)

2.    Society of Automotive Engineers (SAE)

3.    American Society of Mechanical Engineers (ASME)

4.    American Society for Testing and Materials (ASTM)

5.    Deutsche Industrie Normen (DIN)

6.    Japanese Industrial Standard (JIS)

Standard AISI/SAE membuat klasifikasi baja secara komprehensif berdasarkan komposisi kimia: pada dasarnya baja karbon dan baja paduan rendah diberi kode klasifikasi 4 digit. Digit 1 & 2 menyatakan kelompok/jenus paduan. Digit 3 & 4 menyatakan kadar karbon nominal.

Klasifikasi/Standard Baja dibuat Menurut
1.    Proses pembuatan/bentuk produk
Plate, sheet, forgings, wire, pipe, dll.
2.    Kekuatan
DIN ST.50     : Tensile Strength > 50 KGFNINI2
JIS SS 41      : Tensile Strength > 41 KGF/MM2
API 5L – 65 X : Yield Strength > 65 KSI
3.    Komposisi kimia
DIN 25CrMo4
JIS S45C
AISI/SAE 4130
AISI 304
4.    Nomor standard tanpa pola tertentu
ASTM A 106  : Seamless pipe
ASTM A 210  : Seamless tube for boiler and superheater

Praktikum 2 (7 Oktober 2016)

Pada Jumat, 7 Oktober 2016 telah dilakukan praktikum kedua Bahan Bangunan Laut di Lab Rekayasa Struktur yang terletak di belakang Gedung Center for Infrastructure and Built Environment (CIBE) ITB. Pada praktikum kali ini, kami mengolah data yang telah didapat pada praktikum pertama untuk menentukan rancangan beton yang diinginkan (mix design).

Tujuan

Perancangan beton dilakukan dengan tujuan untuk me ndapatkan komposisi campuran beton yang ekonomis dan memenuhi persyaratan kelecakan, kekuatan, dan durabilitas.

Perancangan Proporsi Campuran Beton

Step 1: Pemilihan angka slump

Tabel 1: Nilai slump yang disarankan untuk berbagai jenis pengerjaan konstruksi

Jenis Konstruksi	Slump (mm)
	Maksimum	Minimum
Dinding pondasi, footing, dinding basemen	75	25
Dinding dan balok	100	25
Kolom	100	25
Perkerasan dan lantai	75	25
Beton dalam jumlah besar (dam)	50	25

 

Step 2: Pemilihan ukuran maksimum agregat kasar

Dasar pemilihan ukuran maksimum agregat biasanya dikaitkan dengan dimensi struktur. Ukuran maksimum agregat harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

1.    1/5 jarak terkecil antara 2 tepi bekisting

2.    1/3 tebal pelat

3.    3/4 jarak bersih selimut beton

4.    2/3 jarak bersih antar tulang

Step 3: Estimasi kebutuhan air pencampur dan kandungan udara

Jumlah air pencampur persatuan volume beton yang dibutuhkan untuk menghasilkan nilai slump tertentu sangat bergantung pada ukuran maksimum agregat, bentuk serta gradasi agregat dan pada jumlah kebutuhan kandungan udara pada campuran.

Jumlah air yang dibutuhkan tersebut tidak banyak terpengaruh oleh jumlah kandungan semen dalam campuran. Tabel berikut memperlihatkan informasi mengenai kebutuhan air pencampur untuk berbagai nilai slump dan ukuran maksimum agregat

Tabel 2: Kebutuhan air pencampuran dan udara untuk berbagai nilai slump dan ukuran maksimum agregat

Jenis Beton	Slump (mm)	Air (kg/m3)
		10 mm	12,5 mm	20 mm	25 mm	40 mm	50 mm	75 mm
Tanpa penambahan udara	25 – 50	205	200	185	180	160	155	140
	75 - 100	225	215	200	190	175	170	155
	150 - 175	240	230	210	200	185	175	170
	Udara yang tersekap (%)	3	2,5	2	1,5	1	0,5	0,3
Dengan penambahan udara	25 - 100	180	175	165	160	150	140	135
	75 - 100	200	190	180	175	160	155	150
	150 - 175	215	205	190	180	170	165	160
	Udara yang disarankan (%)	8	7	6	5	4,5	4	3,5

Step 4: Pemilihan nilai perbandingan air semen

Untuk rasio air semen yang sama, kuat tekan beton dipengaruhi oleh jenis agregat dan semen yang digunakan. Oleh karena itu hubungan rasio air semen dan kekuatan beton yang dihasilkan seharusnya dikembangkan berdasarkan material yang sebenarnya digunakan dalam pencampuran. Terlepas dari hal di atas tabel berikut dapat dijadikan pegangan dalam pemilihan nilai perbandingan air semen.

Tabel 3: Hubungan rasio air – semen dan kuat tekan beton

Kuat tekan beton umur 28 hari (MPa)	Rasio Air Semen
	Tanpa Penambahan Udara	Dengan Penambahan Udara
48	0,33	-
40	0,41	0,32
35	0,48	0,40
28	0,57	0,48
20	0,68	0,59
14	0,82	0,74

Nilai kuat tekan beton yang digunakan adalah nilai kuat tekan beton rata – rata yang dibutuhkan, yaitu:

fm = fc’ + 1,64 sd

fm = nilai kuat tekan beton rata-rata

fc’ = nilai kuat tekan karakteristik (yang disyaratkan)

sd = standar deviasi (berdasarkan tabel 4)

Tabel 4: Klasifikasi standar deviasi untuk berbagai kondisi pengerjaan

Kondisi Pengerjaan	Standar Deviasi (MPa)
	Lapangan	Laboratorium
Sempurna	< 3	< 1,5
Sangat baik	3 – 3,5	1,5 – 1,75
Baik	3,5 – 4	1,75 – 2
Cukup	4 - 5	2 – 2,5
Kurang baik	> 5	> 2,5

Harga rasio air semen tersebut biasanya dibatasi oleh harga maksimum yang diperbolehkan untuk kondisi exposure (lingkungan) tertentu.

Step 5: Perhitungan kandungan semen

Berat semen yang digunakan addalah sama dengan jumlah berat air pencampur (step 3) dibagi dengan rasio air semen (step 4).

Step 6: Estimasi kandungan agregat kasar

Tabel 5: Volume agregat kasar per satuan volume beton untuk beton slump 75-100 mm

Ukuran maksimum agregat kasar (mm)	Volume agregat kasar per satuan volume beton untuk berbagai nilai modulus kehalusan pasir
	2,40	2,60	2,80	3,00
10	0,50	0,48	0,46	0,44
12,5	0,59	0,57	0,55	0,53
20	0,66	0,64	0,62	0,60
25	0,71	0,69	0,67	0,65
40	0,75	0,73	0,71	0,69
50	0,78	0,76	0,74	0,72
75	0,82	0,80	0,78	0,76
150	0,87	0,85	0,83	0,81

Tabel 6: Faktor koreksi untuk nilai slump yang berbeda

Slump (mm)	Faktor koreksi untuk berbagai ukuran maksimum agregat
	10 mm	12,5 mm	20 mm	25 mm	40 mm
25 – 50	1,08	1,06	1,04	1,06	1,09
75 – 100	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
150 - 175	0,97	0,98	1,00	1,00	1,00

Step 7: Estimasi kandungan agregat halus

Jumlah pasir yang dibutuhkan dapat dihitung dengan 2 cara, yaitu:

1.    Cara perhitungan berat (weight method)

2.    Cara perhitungan volume absolut (absolut volume method)

Tabel 7: Estimasi awal untuk berat jenis beton segar

Ukuran maksimum agregat (mm)	Estimasi awal berat jenis beton (kg/m3)
	Tanpa penambahan udara	Dengan penambahan udara
10	2285	2190
12,5	2315	2235
20	2355	2280
25	2375	2315
40	2420	2335
50	2445	2375
75	2465	2400
150	2502	2435

Step 8: Koreksi kandungan air pada agregat

Tanpa adanya koreksi kadar air, harga rasio air semen yang diperoleh bisa jadi lebih besar atau lebih kecil dari harga yang telah ditentukan berdasarkan sep 4 dan berat SSD agregat menjadi lebih kecil atau lebih besar dari harga estimasi pada step 6 dan 7.

Urutan rancangan beton dari step 1 sampai 7 dilakukan berdasarkan kondisi agregat yang SSD. Oleh karena itu, untuk trial mix air pencampur yang dbutuhkan dalam campuran bisa diperbesar atau diperkecil tergantung dengan kandungan air bebas pada agregat. Sebaliknya, untuk mengimbangi perubahan air tersebut jumlah agregat harus diperkecil atau diperbesar.

Step 9: Trial mix

Hal yang perlu diuji dalam trial mix:

1.    Nilai slump

2.    Kelecakan (workability)

3.    Kandungan udara

4.    Kekuatan pada umur-umur tertentu