Архитектурно приложение на алуминиевите сплави

В строителния сектор популярността на алуминиевите сплави, във вторичните или декоративни елементи, се е увеличила значително през последните 50 години.

5327

Обхватът на алуминиевите приложения за строителство е широк. Той обикновено се използва във фасадната вентилируема обвивка на сградата, остъклението на фасади, дограми, врати, покривни системи. Алуминият се прилага също и за парапети, балкони, стълбища, отопление/климатизация и слънцезащитни елементи.

Можем да благодарим на Алуминия за променящия се имидж на съвременните градове: яснотата на линиите, трескавото желание да се издигнеш на небето, красотата, функционалността и екологичната съвместимост на съвременните мегаполиси. Стъклените лица на офис небостъргачи се поддържат от леки и здрави алуминиеви рамки. Развлекателните, търговските и изложбените центрове буквално почиват на алуминиевите рамки. Стадиони, басейни и други спортни съоръжения също са изградени с помощта на алуминиеви конструкции.

Този метал стана един от най-популярните материали сред строителите, архитектите и дизайнерите поради факта, че 25% от всичкия произведен алуминий в света се използва в строителството.

Представете си, че имате лек, но в същото време здрав метал, който не е склонен към корозия, който е нетоксичен и издръжлив, и на който може да се придаде практически всякаква желана форма. Алуминият е инструмент за неограничена креативност в ръцете на архитекта, което прави възможно създаването на конструкции, които не могат да бъдат направени от дърво, пластмаса или стомана.

Защо алуминият е толкова често използван в съвременното строителство?

Минималният експлоатационен живот на алуминиевите конструкции е 80 години. В рамките на този период от време, алуминият може да се използва при всякакви климатични условия и не губи свойствата си при температури от -80 ° C до +300 ° C. Алуминиевите конструкции могат да бъдат леко податливи на повреди при пожари, но металът става още по-здрав при ниски температури.

В архитектурата алуминият обикновено се класифицира като метал, чиято основна съставка е или алуминий,  или алуминиева сплав. Чистият алуминий е метал със сила, варираща от 90 MPa до 140 MPa, поради което той с неохота се използва за конструктивни цели в строителството. Когато обаче към него се добавят към други метали, като например Mg (магнезий)  или с металоиди като Si (силиций), се образуват алуминиеви сплави със завишена здравина, която някои случаи може да достигне до 500 MPa. Структурните алуминиеви сплави се класифицират в различни категории по отношение на техния химичен състав и процесите, на които са подложени; всяка сплав се характеризира с уникални свойства и проявява различно структурно поведение. Те представляват широко семейство строителни материали, чиито механични свойства ги правят изключително популярни в строителните работи и обхващат широк спектър от области на приложение.

Чистият алуминий е сравнително мек. За да се преодолее това, металът може да бъде легиран с други метали (легиращи елементи). По-голямата част от алуминия, достигащ до пазара, е легирана с поне още един елемент.

Въз основа на типа легиращ елемент, алуминиевите сплави са разделени на 8 групи (серии)

Серия 1xxx. Тези сплави не съдържат легиращи елементи. Делът на алуминия е 99,3 - 99,9%, а останалата част се образува от малки примеси. Комбинацията от свойства на материала, предоставя на сплавта превъзходна проводимост, те са подходящи за приложения главно в електрическата и топлинната енергия. Материалите от тази серия се считат за невтвърдими сплави и имат якост на опън от 105 - 115 МРа. В тази серия се включва и така позната ни сплав 1050, която също се използва за валцови фасадни приложения, но отстъпва по якост и корозоусточивост от специализираните покривни и фасадни сплави като 3105, 5005 и 5754.

Серия 2xxx. Легиращият елемент е мед. Сплавите от тази серия са сплави с висока якост. Силата се постига чрез процеса на топлинна обработка. Якостта на опън е около 400 MPa при завършване на втвърдяването. Сплавите от тази серия се считат за неподходящи за повърхностни обработки и лоши за заваряване. Използват се в самолетостроеното и военната индустрия.

Серия 3xxx. Легиращият елемент е манган. Сплавите от тази серия са с умерена якост, имат добра формалност. С тази сплав се постига гладка повърхност при тънки дебелини затова се използва при производство на алуминиеви композитни панели. Най-често сплав 3105. Други приложния са алуминиеви кенчета за напитки, винтови затварящи капачки и консерви.

Серия 4xxx. Легиращият елемент е силиций.

Серия 5xxx. Легиращият елемент е магнезий, това придава вече умерена сила подходяща за фасадни елементи (200 - 350 MPa). Силата се постига чрез термична обработка или формоване. Сплавите от тази серия имат отлична устойчивост на корозия в агресивна атмосфера и в морска вода. Отлични при заваряване и подходящи за елоксация (електрохимичен процес за повърхностна обработка за постигане на цвят и подобряване устойчивостта на корозия и абразия). Това са и сплавите,  които са предпочитани в облицовъчната архитектура. Сплав 5005 е с 1% магнезий AlMg1, което подобрява якостта в сравнение с 1050 от  105 - 115 МРа на 145 - 185 МРа и от HB 34 на HB 48, т.е. единици якост по Бринел. НВ – Hardness by Brinell.

Серия 6xxx. Легиращите елементи са магнезий и силиций. Сплавите от тази серия са със сила от (200 - 350 MPa). Те могат лесно да се елоксират. Най-често използвани при екструзията на алуминиеви профили за фасадни системи.

Серия 7xxx. Легиращият елемент е цинк. Сплавите от тази серия имат най-висока якост сред всички серии. Якостта на опън в диапазона между 450 - 500 MPa може да надвиши 600 MPa в някои случаи. Тези сплави са склонни към корозия на напрежението, особено когато са заварени.  Приложение - самолетостроене, при леярски изделия и други.

Серия 8xxx. Легиращият елемент е различен от други серии (включително литий). Спрещат се в хранително вкусовата индустрия.

По отношение на серията алуминиеви сплави и използването им в строителни приложения, по-конктретно облицовъчните системи във фасадното инженерство, се отличават сплави от серия 3xxx като 3105, които се характеризират с относително добра якост и добра корозионна устойчивост и отлична гладкост, така и сплавите от серия 5xxx (5005 и 5754),  които са много устойчиви на корозия, подходящи са за заваряване, отлични при елоксация. 

Като най-подходящи и масови за фасадни облицовки са сплавите 5005 и 5754.

Може да си направим изводи, че алуминий с дебелина 2мм в сплав 5754 AlMg3 H22, специално разработен за фасадни обшивки, е с подобни характеристики на натоварване с 3мм в сплав 5005 AlMg1 H14. Това означава, че теглото на материала се намалява с една трета и,  че с тази дебелина на материала може да се постигне същата ширина на натоварване. Така материалът е идеален за инсталация, транспорт и манипулация.

AlMg3, дебелина 2.0мм = 5.4кг/м2

AlMg1, дебелина 3.0мм = 8.1кг/м2

Дори при по-високи сгради, където ветровите натоварвания са по-големи, може да се използва AlMg3, дебелина 2.0мм. При сгради тип небостъргачи, предпочитаната дебелина на използваната ламарина е 3.0мм 5754. Въпреки високите натоварвания, движенията на сградата и температурните разлики,  алуминият е подходящият материал за подобни сгради. Сплавта 5754 е устойчива и в морски райони, благоприятна е за обекти в голяма близост до морски басейни, за екстремни климатични зони и замърсени промишлени райони.

Алуминият е в съответствие с най-новите EN 13501 стандарти за негоримост, като нормативно се дефинира към А1 (абсолютно негорими материали). Това се отнася само за цялостен, еднороден алуминий.

Припомняме, че съгласно действащите в България строителни разпоредби, в сгради с височина над 28 метра могат да се използват само негорими материали. Това изискване се прилага независимо от височината за обществени съоръжения като детски градини, училища, летища, хотели и болници.

Строителният сектор е най-големият потребител на суровини и енергия и ролята на параметрите на околната среда по отношение на проектирането и изграждането на строителни приложения става все по-значима. В областта на строителството сградите консумират значителни количества енергия, понастоящем около 40%  от общото потребление на енергия в страните-членки на Европейския съюз (ЕС) и допринасят около 45% от емисиите на въглероден диоксид, отделени в атмосферата. В тази рамка е наложително необходимостта от намаляване на потреблението на изкопаеми източници на енергия, за справяне с проблема с потока на материали и производството на отпадъци и тяхното третиране.

Алуминият може с основание да бъде описан като "зелен метал". Той е нетоксичен и рециклируем, лесно се формира, но заедно с това е здрав, издръжлив и същевременно модерен.

Големи намаления на разходи при използване на енергия могат да се постигнат с помощта на алуминиеви фасади, които действат като слънчеви отражатели и термични буфери. Алуминиева фасада може да бъде интегрирана в разнообразието на архитектурната традиция.

Освен това алуминиевите сплави показват отлична рециклируемост. Използваните алуминиеви продукти и скрап могат да бъдат рециклирани, като по този начин се намалява въздействието върху околната среда, свързано с отпадъците. Тъй като почти всички алуминиеви материали, използвани в строителството, могат да бъдат рециклирани, значителната енергия, инвестирана в производството на първичен алуминий, може да бъде реинвестирана в други алуминиеви продукти. Възможно е скрапът да не бъде рециклиран обратно в оригиналния му продукт или дори повторно използван в страната, в която е произведен за първи път, но оригиналната инвестиция в енергия няма да бъде загубена.

Алуминиевите конструкции са лесни за демонтиране и транспортиране, а процесът на рециклиране за получаване на вторичен слитък от скрап изисква само 5% от вложената енергия, необходима за производството на първичен алуминий и без загуба на качество. Понастоящем се постига 85% рециклиране в строителната индустрия. Последната фаза от живота на сградата също трябва да бъде взета предвид при избора на материал.

За разлика от други метали, алуминият се рециклира по начин, който е устойчив. Алуминият има ниска температура на топене и затова може да бъде рециклиран със сравнително малко енергия.

Около 30% от използваният алуминий в света е от преработката на отпадък след приложение.

Автор: Стефан Моллов, Аксал ЕООД - алуминиеви продукти за фасади

                                                                   

 

 

Нови
Блогове

Металните покриви, ръководство за архитекти

Oт дълбока древност човешката цивилизация е използвала метални покриви, доказали своята непреходност във времето. Съвременните фалцови покриви произвеждани чрез механично ролформоване продължават традицията на ръчно вдигнатия и скопчан фалц. Днес все по-често подобни покривни метални елементи се изпълняват от ламарина мед, цинк, алуминий, стомана и др

Признание за ВАС Про ООД

Вас Про ООД е класирана в Career Show Index 2021, който отличава 100-те най-добри работодатели в България. Ежегодната класация събира резултатите на работодателите на база отличията им в различни бизнес награди за последните 3 години.

Изпрати запитване