Алюминий в строительстве
|
Среди металлов, не содержащих железа, наибольшее распространение в качестве конструкционного материала получил алюминий. Последние 15 лет годовой прирост мирового производства алюминия составляет около 10 %, тогда как стали — приблизительно 5,5 %. Прогнозируется, что мировое производство алюминия достигнет к 2000 г. 250 млн.т. Производство тяжелых металлов, не содержащих железа (свинца, меди, цинка), будет расти относительно медленно, в то время как производство алюминия значительно обгонит рост производства стали. Прогнозы роста объемов производства этих материалов на период 970-2000 гг. следующие:  Алюминий после выплавки имеет чистоту не менее 99,5 %. В таком виде он используется в строительной промышленности преимущественно для декоративных целей. Гораздо шире применяются алюминиевые сплавы. В дополнение к примесям, остающимся в алюминии после его выплавки, сплавы содержат еще один или несколько материалов, главным образом кремний, магний, марганец, медь, цинк, никель, титан и хром. Свойства алюминия и его сплавов, наиболее важные для применения их в строительной промышленности: - высокое соотношение между прочностью и плотностью; - устойчивость к коррозии; - хорошая обрабатываемость и прессуемость; - возможность получения привлекательного вида (в том числе цвета) поверхности; хорошее отражение солнечной радиации. Алюминий и его сплавы обладают и некоторыми недостатками: - низким модулем упругости (в 3 раза ниже, чем у стали) и, таким образом, большей, чем у стали, деформативностью; - относительно низкой температурой плавления (660 °C), что вызывает необходимость в защите от температурного воздействия в случае пожара; - высокими коэффициентами линейного расширения (24*10в-6 к--1) и теплопроводности (210 Вт/ (м*К); - затрудненность клепки, сварки и пайки (возможны только с применением особых методов); - подверженностью электрохимической коррозии, в особенности при контакте алюминия со сталью; - потерей прочности при температуре всего лишь 200 °C. Недостатком является и относительно высокая стоимость алюминия, однако она часто покрывается за счет его преимуществ. Алюминиевые листы в Венгрии в настоящее время дороже оцинкованных стальных, но все же конкурентоспособны для применения в качестве покрытий. Благодаря достоинствам алюминия (и его сплавов) его применение растет во многих отраслях, а в легком строительстве он стал важнейшим материалом. Около 14 % мирового производства алюминия расходуется на нужды строительной промышленности (рис. 20-28).  Значительная часть ежегодно применяемого в строительстве алюминия (около 350-400 тыс.т) идет на изготовление окон и дверей. Расход 6—15 кг алюминия на 1 м2 этих изделий соответствует ежегодному мировому производству 35—40 млн. м2 алюминиевых окон и дверей.   На диаграмме зависимости "напряжения-деформации" виден постепенный переход от упругих деформаций к пластическим, который свидетельствует, что алюминий не имеет точки предела текучести, как сталь (см. рис. 20). Предел текучести в данном случае понимается как напряжение, вызывающее определенную постоянную деформацию: 0,2 % в Европе ( σ0,2) или 0,1 % в Америке. Предел упругости определяется как напряжение, вызывающее постоянную деформацию 0,02 % (σ0,02). В общем виде   Меньшие величины относятся к мягким сплавам, в то время как большие значения справедливы для холоднообразуемых при закаленных с отпуском сплавов.  Наиболее важными для строительства характеристика алюминиевых сплавов являются  Наиболее часто применяемые в Венгрии алюминиевые сплавы делятся на три категории:  где первые после тире цифры обозначают предельное растягивающее напряжение, а следующие - нормативный предел текучести при растяжении, ГПа. Эти горячеобразуемые сплавы обладают высокой стойкостью к коррозии и хорошим характеристикам пластичности; несмотря на то что их прочность снижается при нагревании, она может быть восстановлена при охлаждении. Таким образом, они пригодны для сварки и наиболее применимы для тонкостенных сварных конструкций, находящихся под небольшими нагрузками:  Эти холоднообразуемые сплавы повышенной прочности пригодны для сварки, однако они отпускаются при нагревании (например, при сварке) и их прочность уменьшается до уровня прочности горячеобразуемых сплавов такого же состава. По этой причине и с учетом их хорошей коррозиестойкости они применимы для тонкостенных клепаных конструкций;  Закаленные сплавы AlMgSi и AlCuMg обладают высокой прочностью, но они отпускаются при нагревании с уменьшением прочности до уровня незакаленных сплавов. Поэтому они непригодны для сварных конструкций. Сплав AlМgSi можно успешно применять в сильнонапряженных клепаных или соединительных болтами конструкциях. Сплав AlCuMg ввиду его слабой коррозиестойкости и обрабатываемости применяется только в тех случаях, когда совершенно необходим высокопрочный материал. Сплав AlZnMgTi - 34.20 теряет свою прочность при нагревании, но восстанавливает ее через 90 дней. Он легко сваривается, но сварные стыки подвержены быстрой коррозии.  Высокопрочные алюминиевые сплавы используются только в тех случаях, когда критическим граничным условием является несущая способность, а не деформативность. В строительстве наиболее часто встречаются алюминиевый (Al 99,5) и сплавы AlMg3, AlMg4 и AlMgSi. Производственные предприятия выпускают каталоги типовых изделий из алюминия и алюминиевых сплавов. Алюминиевые профили могут быть прессоваными, тянутыми, гнутыми или катаными. Как правило, они производятся методом горячего прессования (экструзии) стержневого, трубчатого, L-, T-, I- или U образного сечения (см. рис. 21-28).  Листы выпускаются максимальной шириной 2 м. Крупнейший гидравлический пресс может производить профили сечением, вписывающимся в круг диаметром около 400 мм. Прессованные алюминиевые профили могут быть сплошного, замкнутого полого или открытого сечения. Гнутые профили изготовляются из ленты или листа. Минимальный внутренний радиус загиба зависит от типа сплава, его прочности и пластичности, а также от толщины листа. Алюминий позволяет изготовлять сложные профили, которые из стали можно изготовить только сваркой или путем соединения на болтах нескольких профилей. Однако большая, чем у стали, деформативность алюминия вызывает необходимость увеличения высоты решетчатых балок или повышения момента инерции сплошных балок за счет увеличения площади сечения полок. Алюминиевые сплавы пригодны для производства жестких (профилированных) листов, применяемых для облицовки стен и устройства покрытий. Жалюзи изготовляются из пластин толщиной 0,25 мм и шириной 25—50 мм; для подвесных потолков и перегородок пригодны листы шириной 60—150 мм и толщиной 0,6-0,8 мм. Для наружной облицовки используются листы толщиной 0,8—1,2 мм, но для обеспечения необходимой жесткости иногда требуются листы толщиной до 8 мм. Из тонких листов выполняют волнистые, гофрированные и другие профилированные панели. Такие продольно-профилированные листы производятся всеми основными производителями алюминиевой продукции — "Хетштет", "Сидаль", "Кайзер", "Алюсюис" и др. (см. рис. 28—30). В соответствии с Британским стандартом BS -4868 "Технические условия на профилированные алюминиевые листы для строительства" листы могут иметь профиль волнистый (синусоидальный), трапецеидальный несимметричный, трапецеидальный симметричный. В Венгрии производятся четыре типа алюминиевых листов с трапецеидальным профилем с высотой рифления 12,7; 20; 40 и 65 мм. Эти листы имеют маркировку TR а/б, где а — высота сечения, мм, б — расстояние между осями соседних трапецеидальных складок, мм. Листы TR 13/63 и 20/100 имеют толщину 0,8 мм, TR 40/180 — 0,8 или 1,0 мм, ТR 65/180 - 1,0 или 1,2 мм. Листы двух последних типов с большей высотой рифления предпочтительны для применения в покрытиях, листы с более мелким рифлением используются для облицовки. По внедренной в Венгрии наиболее современной технологии непрерывного производства сначала выполняется поперечное профилирование небольшой высоты, затем — устройство продольных ребер. Поперечное профилирование повышает жесткость и позволяет снизить толщину применяемого листа на 0,1 мм. Алюминиевые элементы, производимые западногерманской компанией "Кайзер-Пройсаг" ("Капал") под торговой маркой "Кал-Зип", имеют толщину 0,7-1,2 мм и ширину 300 мм. Их отличием является длина до 30 м при массе около 45 кг. В значительно меньшем количестве алюминий используется в виде отливок. Компания "Алюсюис" освоила производство крупноразмерных литых фасадных элементов (максимальный размер около 2x4 м) толщиной 6—12 мм. Одна сторона элемента остается необработанной, на другой, фасадной, в процессе охлаждения выполняется декоративный рисунок. Крючки для крепления привариваются к остывшим листам. Фасадные элементы этого типа даже после 10 лет эксплуатации сохраняют чистоту и декоративность. Такая облицовка фасадов весьма дорога, однако благодаря легкости и крупноразмерности элементов способна конкурировать с отделкой естественным камнем, например гранитом. Японская компания "Кубота" производит рельефные алюминиевые фасадные панели, отливаемые в закрытых формах. Этот метод получил название "Алкает". Элементы вместе с крепежными устройствами изготовляются в различных формах с разнообразными рисунками и покрытиями поверхности. Для этих элементов наиболее пригодны алюминиевокремниевые сплавы ("Силмин"), такие, как ALSi , содержащий 10—13% Si, или AlSiMgMn, содержащий 8—10% Sc , 0,3-0,8 % Mg и 0,3-0,8 % Mn . Фасадные элементы "Алкаcт" были применены при сооружении нового административного здания БМВ в Мюнхене и нового здания штаб-квартиры Международной организации труда в Женеве. В ФРГ для создания желаемой пластики фасадов применяются литые алюминиевые плиты среднего размера. Во Франции литые алюминиевые фасадные элементы толщиной около 7 мм выпускаются под торговой маркой "Сифа" (применены, например, на административном здании компании "Сименс"). У этих алюминиевых листов может быть оставлен естественный цвет поверхности, однако при этом трудно сохранить ровность оттенка. Анодированные поверхности лучше, но так как при этом также нельзя получить ровный цвет, обычно выбирают лакированные поверхности (как правило, акрилом). Листы "Алюколюкс", изготовляемые швейцарской компанией "Алюсюис", имеют толщину 0,3-1,5 мм и цветное лаковое покрытие внешней поверхности толщиной 8—12 мкм. Листы с лаковым или пластиковым покрытием производятся многими предприятиями алюминиевой промышленности (например, листы "Алкоа Колор Шит"). Продукцией компании "Хантер Дуглас" являются профилированные алюминиевые листы ("Люксафлекс", "Люксалон", "Люксаклэр", "Люксафер”) различного цвета, имеющие двойную защитную окраску обеих поверхностей; максимальная ширина их в последнее время была увеличена с 300 до 600 мм. Алюминиевая фольга имеет толщину 5—30 мкм (0,005—0,030 мм). Фольга толщиной до 15 мкм, как правило, применяется для теплоизоляции, а толстая (30 мкм) фольга - в качестве пароизоляции. Из-за легкой подверженности повреждениям алюминиевая фольга редко используется при теплоизоляции, и только будучи надежно защищенной. Вспененный алюминий является теплоизоляционным материалом с плотностью 190-640 кг/м3 но применяется он весьма ограниченно. |
