Nama : Alfred Oktavianus Palmers NIM : DAB 117 091
UNSUR UNSUR KIMIA, PROSES KIMIA SERTA SIFAT SIFAT DARI BAHAN BANGUNAN/KONTRUKSI
1. UNSUR UNSUR KIMIA
Unsur kimia atau hanya disebut unsur, adalah zat kimia yang dapat dibagi lagi menjadi zat yang lebih kecil, atau tidak dapat diubah menjadi zat kimia lain menggunakan metode kimia biasa. Unsur merupakan suatu zat yang hanya mengandung satu jenis atom.
Partikel terkecil dari unsur adalah atom. Dapat dikatakan bahwa unsur adalah atom itu sendiri. Sebuah atom terdiri atas inti atom (nukleus) dan dikelilingi oleh elektron. Inti atom terdiri atas sejumlah proton dan neutron. Hingga saat ini diketahui terdapat kurang lebih 117 unsur didunia.
Hal yang membedakan unsur satu dengan yang lainnya adalah Jumlah Proton dan Jumlah Elektron suatu unsur atau ikatan dalam inti atom tersebut. Misalnya, seluruh atom karbon memiliki proton sebanyak 6 buah, sedangkan atom oksigen memiliki proton sebanyak 8 buah. Jumlah proton pada sebuah atom dikenal dengan istilah nomor atom (dilambangkan dengan Z).
Namun, atom atom pada unsur yang sama tersebut dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda, hal ini dikenal dengan sebutan isotop. Massa atom sebuah unsur (dilambangkan dengan A)v adalah massa elektron sangatlah kecil, dan massa neutron hampir sama dengan massa proton, maka massa atom biasanya dinyatakan dengan jumlah proton dan neutron pada inti atom, pada isotop yang memiliki kelimpahan terbanyak dialam. Ukuran massa atom adalah satu massa atom (smu). Beberapa isotop bersifat radioaktif, dan mengalami penguraian (peluruhan) terhadap radiasi partikel alfa atau beta.
Unsur paling ringan adalah hidrogen atau helium. Hidrogen dipercaya sebagai unsur yang ada pertama kali dijagad raya setelah terjadinya Big Bang. Seluruh berat secara alam terbentuk (baik secara alami ataupun buatan) melalui berbagai metode nukleosintesis.Hingga tahun 2005 dikenal 118 unsur yang diketahui, 93 unsur diantaranya unsur alam dialam dan 23 unsur merupakan unsur buatan. Unsur buatan pertama kali diduga adalah teknetium pada tahun 1937. Setelah unsur buatan adalah radioaktif dengan waktu paruh yang pendek, sehingga atom atom tersebut yang terbentuk secara alami sepertinya telah terurai.
unsur cuprum dalam bahasa Inggris dikenal dengan copper, dan dalam bahasa Indonesia dengan istilah tembaga. Contoh lain, dalam Bahasa Jerman wasserstoff berarti hidrogen dan sauerstoff berarti oksigen.
Kandungan Unsur Kimia dalam Baja
Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan,fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium.
Rumus Kimia Baja yaitu :
Fe
3C
2. PROSES KIMIA PEMBUATAN BAJA 1) Proses Konvertor
Konvertor adalah salah satu wadah untuk mengolah besi menjadi baja siap untuk diproduksi. Dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Pada bagian dalam konvertor dibuat dari batu yang tahan api, batu tahan api tersebut dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang akan diolah.
Di bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara penghembus yang disebut sebagai air blast. Terdapat juga penyangga pada konvertor yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal konvertor.
Sistem kerja
a. Bahan baku dipanaskan dengan kokas (seperti batu bara komposisi karbon) sampai ± 1500 derajat C.
b. Konvertor miringkan untuk memasukkan bahan baku baja kurang lebih 1/8 dari volume konvertor.
c. Setelah abhan baku baja masuk, ke=onvertor kembali ditegakkan.
d. Tekanan udara penglolahan berkisar 1,5 – 2 atm di hembuskan dari kompresor.
e. Kemudian setelah 20-25 menit, konvertor di putar balik (dijungkirkan) untuk mengelaurkan hasilnya.
Proses Bassemer (Asam)
Pengolahan dengan proses bassemer yaitu lapisan dalam yang digunakan adalah batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 + CaO CaSiO3.
Proses Thomas (basa)
Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5) untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO), 3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair).
2) Proses Siemens Martin
Proses siemens martin diolah didalam dapur pelebur baja yang dapat mencapai suhu tinggi, Proses pengolahan baja siemens martin dibuat oleh dua orang yang bernama Siemen dan Martin, sehingga dapurnya disebut pula dapur siemen martin. Dapur untuk proses siemens martin mempunyai tungku kerja yang diperlengkapi dengan ruang-ruang hawa.
Tungku pengolahan ini mempunyai kapasitas 30 – 50 ton, bahan baku yang diolah selain besi kasar juga dapat dimasukkan besi bekas atau besi tua. Jika besi yang dimasukkan mengandung posfor, bahan lapisan dapurnya bersifat basa. Sebaliknya jika besinya tidak mengandung posfor bahan lapisan dalam pada dapurnya bersifat asam.
Sistem kerjanya
Sistem kerja dengan proses siemens martin menggunakan sistem regenerator dengan suhu mencapai 3000 derajat C. Fungsi dari regenerator adalah:
a. Memanaskan gas dan udara untuk menambah temperatur dapur olah. b. Berfungsi sebagai fundamen / landasan dapur.
c. Menghemat pemakaian ruang di dalam dapur
d. Bahan baku yang bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih. Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2) sedangkan besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3).
3) Proses Basic Oxygen Furnace (BOF)
Proses pengolahan baja dengan proses Basic Oxygen Furnace (BOF) merupakan modifikasi dari proses Bessemer. Pada proses Bessemer menggunakan uap air panas ditiupkan pada besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa. Sedangkan pada proses BOF memakai oksigen murni sebagai ganti uap air.
Dapur bejana BOF biasanya berukuran 5 m untuk diameternya dan mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan. Peleburan baja menggunakan BOF ini juga termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Tungku konstruksi relatif sederhana, pada bagian luarnya dibuat dari plat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api (firebrick).
Sistem kerjanya
Oksigen akan mengikat karbon yang terdapat pada besi kasar secara berangsur-angsur turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Saat proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang sangat tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair hingga mencapai diatas 165 derajat C.
Saat oksidasi berlangsung, ditambahkan batu kapur yang dimasukkan kedalam tungku. Batu kapur tersebut akan mencair kemudian bercampur dengan bahan-bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi) sehingga membentuk terak yang terapung diatas baja cair.
Ketika proses oksidasi selesai, aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan, pengambilan sampel baja cair kemidian dilakukan analisa komposisi kimia untuk menilai kadar bajanya.
Jika komposisi kimia pada unsur baja telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan dilakukan ketika temperature baja cair sekitar 165 derajat C. cara penuangan yang dilakukan yaitu dengan memiringkan perlahan-lahan tungku pengolahan sehingga cairan baja tertuang masuk kedalam ladel (wadah tuangan baja cari yang belum dicetak).
Di dalam ladel kemudian dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair. Setalh terak dibersihkan dilakukan proses perlakuan logam cair (metal treatment).
Keuntungan dari BOF:
i. Proses BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen
ii. Proses berjalan lebih cepat dan efektif, hanya lebih-kurang 50 menit. iii. Pada dapur olah / tungku tidak diperlukan tuyer pada bagian bawahnya.
iv. Filtering zat yang tidak digunakan seperti phosphor dan sulfur dapat dipisahkan dulu daripada karbon
v. Biaya operasional dengan proses BOF relatif lebih murah dengan proses lainnya. (menggunkan O2, proses lebih cepat)
4) Proses Dapur Listrik
Proses pengolahan baja dengan menggunakan dapur listrik adalah metode pengontrol temperatur peleburan dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama proses pemurnian. Pada awal pemurnian baja digunakan dapur tungku terbuka atau konvertor.
Kemudian ada proses pemurnian lagi yang dilakukan didalam dapur listrik sehingga baja yang diperoleh menjadi lebih berkualitas. Dapur listrik terdiri dari dua jenis, yaitu dapur listrik busur nyala dan dapur induksi frekuensi tinggi.
Pada dapur lisrik busur nyala mempunyai kapasitas 25 – 100 ton, dilengkapi dengan tiga buah elektroda karbon yang dipasang pada bagian atas / atap dapur. Elektroda karbon dapat disetel dan secara otomatis bisa menghasilkan busur nyala sehingga secara langsung dapat memanaskan dan mencairkan logam.
Pada dapur modern ini mampu mengolah logam dengan proses asam atau basa. Bagian dalam dapur masih berlapiskan batu tahan api. Bahan olah yang dimasukkan ke dalam dapur adalah besi kasar dan juga logam keras (baja atau besi) yang terlebih dahulu diketahui komposisinya.
Apabila dilakukan proses basa pada pengolahan baja, maka akan terjadi oksidasi terak dari kapur yang ditambahkan untuk mereduksi unsur-unsur campuran. Selanjutnya diperoleh pemisahan terak (mengandung kapur) dari baja cair. Untuk mencegah oksidasi ditambahkan lagi logam campur pada logam baja yang telah diolah sebelum dikeluarkan dari tungku.
Dapur induksi frekuensi tinggi
Dapur listrik dengan cara induksi frekuensi tinggi ini terdiri dari kumparan yang dililiti kawat mengelilingi cawan batu tahan api. Tenaga yang dialirkan dari listrik akan menghasilkan arus listrik yang bersirkulasi di dalam logam sehingga menyebabkan terjadinya pencairan. Setelah bahan baku logam mencair selanjutnya peran arus listrik yaitu untuk membuat gerak mengaduk secara berputar. Kapasitas isi dari dapur jenis ini adalah 350 kg – 6 ton, pada umumnya dapur ini digunakan untuk meproduksi baja paduan (alloy steel) yang khusus.
Keuntungan Dengan Busur Listrik :
I. Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat II. Temperatur dapat diatur
III. Lebih efisien dalam pengolahannya
IV. Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitas baja lebih baik
V. Kerugian akibat penguapan sangat kecil 5) Proses Dapur Kupola (Cupola Furnace)
Dapur Cupola(Cupola Funace) digunakan untuk peleburan besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang, pada umumnya digunakan untuk menghasilkan peleburan sehari-hari berdasarkan pada kapasitas dari pabrik (foundry). Cupola (kubah-kubahnya) biasanya dioperasikan secara berpasangan, jadi pemeliharaannya bisa diatur pada satu kubah dankubah yang lainnya tetap bisa beroperasi, demikian seterusnya secara bergantian.
Sistem kerjanya
c) Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah dengan blower. d) Setelah kokas terbakar habis kemudian dimasukan kepingan baja dan besi kasa. e) Setelah beberapa menit 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.
Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar pospor dan sulfur, kemudian ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai lagi dengan reaksi kimia dan terakhir menghasilkan gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.
Proses terkahir saat di dalam dapur setelah pembersihan terak diatas cairan dari dalam dapur selanjutnya adalah mengeluarkan baja cair yang ditampung panci panci untuk dibawa ke tempat penuangan besi atau baja.
3. SIFAT SIFAT BAJA
Kelebihan Kelebihan Bahan Baja : Memiliki Kekuatan yang Besar
Baja merupakan salah satu bahan bangunan yang sangat kuat. Kekuatan yang tinggi per satuan berat ini membuat potensi beban matinya cukup kecil. Itulah kenapa baja termasuk material yang bagus untuk jembatan bentang panjang, bangunan tinggi, serta bangunan yang didirikan di atas tanah labil.
Mempunyai Sifat yang Seragam
Karena merupakan material buatan yang diproduksi oleh pabrik, baja memiliki sifat yang seragam sesuai dengan standar mutunya. Sifat-sifat tersebut juga tidak banyak berubah sering dengan berjalannya waktu penggunaan. Hal ini sangat berbeda dengan beton bertulang, di mana kualitasnya akan mengalami penurunan yang sangat drastis seiring dengan pemakaiannya.
Daya Elastisitasnya Bisa Diketahui
Perilaku yang dimiliki oleh baja sangat mendekati dengan asumsi yang dilakukan oleh
perancang teknik. Hal ini dikarenakan perilaku baja tersebut mengikuti hukum Hookie hingga mencapai tegangan yang cukup tinggi. Sehingga momen inersia pada penampang baja bisa diketahui dengan lebih pasti daripada momen inersia pada penampang beton bertulang.
Daya Tahannya Sangat Lama
Baja yang dirawat dengan baik akan memiliki usia pakai yang sangat lama. Bahkan dalam kondisi tertentu, struktur baja hampir tidak membutuhkan bentuk-bentuk pemeliharaan sama sekali. Artinya baja termasuk material yang murah walaupun biaya pengadaannya cukup besar.
Memiliki Daktilitas yang Bagus
keruntuhan. Berbeda dengan material lain yang bersifat keras dan getas, material tersebut akan langsung hancur apabila dikenai beban kejut.
Bersifat Liat (Toughness)
Liat (toughness) adalah kemampuan material untuk menyerap energi dalam jumlah yang cukup besar. Baja dapat dikatakan bersifat liat karena mempunyai kekuatan dan daktilitas yang bagus. Dengan kata lain, baja sanggup menahan beban yang memiliki deformasi yang relatif besar baik selama proses pabrikasi, pengangkutan, maupun pelaksanaan tanpa menimbulkan kehancuran. Ini artinya baja bisa diberikan lenturan, beban kejut, beban geser, dan lubang.
Bisa Digunakan untuk Struktur Tambahan
Selain digunakan sebagai struktur utama, baja juga dapat dipakai untuk struktur tambahan. Baja sangat cocok dimanfaatkan sebagai struktur bentang baru atau seluruh struktur sayap. Pekerjaan ini biasanya dilakukan pada pembangunan portal atau pelebaran jembatan.
Kelebihan Lain-lain
Baja juga mempunyai kelebihan-kelebihan selain poin-poin yang sudah kami sebutkan di atas. Di antaranya baja gampang disambung memakai baut, keling, atau las serta cepat dalam proses instalasinya. Baja juga bisa dibentuk dengan mudah sesuai dengan profil yang diinginkan dan memiliki kekuatan yang baik terhadap fatik. Baja yang telah dibongkar pun dapat dimanfaatkan kembali karena masih mengandung nilai, walaupun tidak dipakai untuk pembangunan struktur. Selain itu, baja mempunyai daya adaptasi yang bagus terhadap proses prefabrikasi.
Kekurangan Kekurangan Bahan Baja : Membutuhkan Biaya yang Tinggi
Pembangunan gedung menggunakan strutkur baja membutuhkan anggaran yang tidak sedikit. Begitu pula dalam hal perawatan dan perlindungannya. Pada dasarnya, baja sangat rentan terhadap udara dan air yang bisa menyebabkan korosi sehingga perlu dicat secara berkala. Karena termasuk konduktor panas yang baik, baja bisa memicu terjadinya kebakaran pada material-material di sekitarnya.
Memiliki Kerentanan Terhadap Tekuk
Baja sangat rentan mengalami tekuk (buckling) karena elemen tekannya bekerja secara
langsung. Jadi meskipun kekuatan yang dimilikinya sangat besar, baja bukanlah material yang bagus untuk pembuatan kolom. Sebab dibutuhkan material tambahan yang berfungsi untuk menopang baja agar tidak mengalami buckling yang dapat membahayakan penghuni di atasnya.
Lemah Terhadap Beban Siklis
tersebut terus-menerus. Untuk mengatasi dampak dari beban siklis, baja perlu dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi kekuatannya setiap kali akan timbul beban siklis.
Berisiko Mengalami Keruntuhan Getas
