Алюминий в строительстве
Ежегодное мировое потребление алюминия превышает 20 млн. т. Из них 4,0-4,5 млн. т находят применение в строительстве, главным образом, в виде профилей и листов. В Европе (UE-15) на цели строительства расходуется около 2 млн. т из общего потребления 5,7 млн. т, при этом количество алюминиевых полуфабрикатов растет непрерывно (рис. 1). В США в 2002 г. из 1,772 млн. т прессованных профилей строительство поглотило 0,87 млн. т, а за период с 1995 по 2002 гг. потребление выросло с 12,7 до 16,2%.
Сегодня строительные материалы на основе алюминия применяют для изготовления ограждающих, несущих и несуще-ограждающих конструкций. Сюда, в первую очередь, относятся оконные рамы, двери, фасады и другие светопроводящие конструкции, солнцезащитные устройства, готовые строительные элементы, в том числе для зимних садов, оранжерей. Несущие конструкции - глухие стеновые панели, фермы, кровли и т. п. Они находят применение в перекрытиях больших пролетов торговых центров и стадионов, в мостах, сходнях, строительных лесах. Развивается применение несуще-ограждающих конструкций, главным образом, при сооружении крупногабаритных емкостей для хранения зерна, сыпучих и жидких химических и строительных материалов, цистерн и т. п. Алюминий используют в нагревательном и вентиляционном оборудовании жилых и общественных зданий. В табл. 1 представлены основные области и относительные объемы строительного применения алюминиевых профилей и листов в США.
Табл. 1. Назначения продаж плоского алюминиевого проката и профилей строительного назначения в США в 2000 г.
|
Назначение |
Доля от общих продаж плоского проката для строительных целей, % |
Доля от общих продаж профилей для строительных целей, % |
|
Двери и окна обществ. зданий |
3,6 |
32,2 |
|
Двери и окна частных домов |
0,9 |
10,7 |
|
Решетки и ограждения |
3,9 |
0,8 |
|
Навесы и тенты |
3,4 |
4,1 |
|
Сайдинг и панели отделки для обществ. зданий |
46,6 |
0,2 |
|
Крыши и сайдинг для индивид. строительства |
1,7 |
0,2 |
|
Крыши и сайдинг для сельск. строительства |
1,7 |
0 |
|
Кровли общественных зданий |
1,9 |
0,2 |
|
НИОКР зданий и конструкций |
0,2 |
0,9 |
|
Производственные помещения |
2,1 |
2,8 |
|
Короба, каналы |
2,1 |
0 |
|
Вентиляционные решетки, каналы |
2,1 |
3,1 |
|
Другие нагреватели и кондиционеры |
1,1 |
1,2 |
|
Ограждающие стены и фасады |
1,1 |
19,6 |
|
Дорожные знаки и сигналы |
1,3 |
1,4 |
|
Освещение дорог и парковок |
0,2 |
0,3 |
|
Мосты, улицы и шоссе |
0,6 |
0,5 |
|
Ливневые спуски, водосточные желоба |
17,4 |
0,5 |
|
Ливневые емкости |
0 |
3,1 |
|
Строительная арматура и принадлежности |
0,2 |
0,5 |
|
Оконные жалюзи |
1,9 |
0 |
|
Плавательные бассейны |
0,2 |
0,9 |
|
Прочее |
5,6 |
17 |
Широкое применение конструкций из алюминия в строительстве обусловлено его известными достоинствами.
- Высокая коррозионная стойкость алюминиевых сплавов, применяемых в строительстве. Эти относительно низко легированные сплавы содержат не более 1,5% магния, марганца и кремния, что обусловливает их надежную работу, в том числе в морских и тропических условиях, при сроке эксплуатации, как уже показала практика, более 50 лет. Среднее значение глубины коррозионных повреждений за 20 лет испытаний даже в морских условиях не превысило 0,08 мм.
- Высокая технологичность при обработке, открывающая возможность реализации разнообразных технических и эстетических решений. Алюминиевые сплавы легко деформируются с высокими скоростями; прессование обеспечивает получение профилей сложного сечения, обусловливающего максимальную несущую способность; гибка, формовка, чеканка, штамповка обеспечивают получение сложных поверхностей, сочетающих рациональное использование материала с архитектурной выразительностью. Алюминий обрабатывается резанием (точением, распиливанием, сверлением, фрезерованием) со скоростями, свойственными обработке дерева. Он хорошо соединяется методами сварки плавлением (аргонно-дуговой, электронно-лучевой, плазменной, лазерной), сваркой давлением, включая точечную и холодную сварку, паяется, склеивается с другими металлами, органическими и неорганическими материалами; последнее обеспечивает возможность производства композиционных материалов, включающих сочетание алюминиевых листов и синтетических и минеральных тепло-, звукоизолирующих слоев и т. п.
- Высокая адгезионная способность при определенной подготовке поверхности обеспечивает возможность нанесения разнообразных защитно-декоративных покрытий - оксидных (анодно-оксидных), красок, эмалей, приклеенных пластиковых пленок и т. п. Производство алюминиевых строительных профилей и листов с покрытиями образовало отдельную подотрасль промышленности.
Рис. 1. Рост строительного применения алюминия в Европе. Алюсил по данным ЕАА
- Возможности новых выразительных и эффективных архитектурных и конструкторских решений достигаются за счет малого собственного веса алюминиевых конструкций. Хотя модуль упругости алюминия меньше модуля упругости стали, тем не менее вследствие малого удельного веса алюминиевая пластина, например, в 2 раза легче стальной при одинаковой жесткости (рис. 2). По данным американских и скандинавских мостостроителей собственный вес алюминиевой конструкции в 2-3 раза меньше веса стальной и до 7-ми раз меньше веса железобетонной конструкции при одинаковой несущей способности. В связи с малым весом и высокой технологичностью отдельного упоминания заслуживает применение алюминиевых строительных элементов при реставрации и реконструкции исторических зданий. Кроме того, обеспечивается простота демонтажа, перепланировок и реконструкции зданий при изменении их назначения, требований и архитектурных вкусов. Известная демпфирующая способность алюминия обеспечивает сейсмическую стойкость сооружений из алюминиевых конструкций.
Рис. 2. Жесткость и вес пластин (панелей) из различных материалов. Алюсил по данным Alcan
- Повышенная прочность и пластичность при низких температурах (при -70 оС повышение предела прочности составляет 5-10%, рост относительного удлинения - почти в 2 раза) отсутствие хладноломкости обусловливают особую эффективность использования алюминиевых в полярных условиях. Высокая отражательная способность алюминиевых поверхностей способствует сохранению комфортных условий при солнечном нагреве. Светлая металлическая поверхность зданий обеспечивает, например, в условиях штата Флорида экономию расходов на охлаждение до 23%. Высокая теплопроводность в сочетании с коррозионной стойкостью обеспечивает широкое применение алюминия для изготовления разнообразного климатического оборудования зданий (кондиционеров, калориферов, устройств солнечного нагрева, солнечных энергетических устройств и т. п.).
- Полное рециклирование алюминиевых строительных конструкций. Если, например, на удаление кровли из рубероида с битумом по американским данным требуется израсходовать 3 $/кв. м, а на ее разложение в природных условиях необходимо 300 лет, то утилизация отслужившей срок алюминиевой крыши является прибыльным бизнесом. В данном случае образуется крупнокусковой неперемешанный лом, включающий практически всего два сплава: сплав серии 5ххх - листы и серии 6ххх - профили. Такие отходы полностью и с малыми затратами на подготовку могут вовлекаться в производство тех же материалов для строительства. Нынешняя стоимость алюминиевого сплава составляет около $1000 за тонну, то есть при толщине алюминия 1,2 мм (обычная алюминиевая кровля) образуются те же 3 $/кв. м, но в данном случае - дохода. Отметим однако, что пока при производстве сплавов для строительства, например, в Европе используется всего 6% вторичного металла, что объясняется длительностью жизненного цикла алюминиевых строительных конструкций. Практически только начинают выбывать некоторые отслужившие свой век конструкции, изготовленные в 1 половине прошлого века, то есть на заре применения алюминия в строительстве.
Изложенные достоинства определяют важнейшее преимущество алюминиевых строительных материалов и конструкций, особо ценимое в современных условиях - сравнительно низкую стоимость жизненного цикла. Хотя первичные расходы на изготовление алюминиевой конструкции высоки - эксплуатация и поддержание в рабочем состоянии ниже, чем у всех остальных конкурирующих материалов, учитывая весьма длительный жизненный цикл со-оружений. Исследования, проведенные совместно американскими и европейскими специалистами в течение 8 лет в 7 различных средах (морских, тропических, промышленных), показали, что при идентичных условиях испытаний и одинаковых органических защитных покрытиях коррозионная стойкость алюминиевых образцов существенно выше даже предварительно оцинкованной стали. Потеря веса алюминиевой подложки указанных окрашенных образцов была настолько незначительна, что их использовали для определения потери веса покрытия. Очевидно также, например, что несравнима долговечность и потребность в ремонтах крыши из алюминия и кровли из рубероида с битумом. Таких примеров можно привести множество.
Продолжение в следующем номере.
| Автор: М. З. Локшин, М. С. Сиротинский, В. В. Авдеев Дата: 25.03.2004 Журнал Стройпрофиль 2-04 Рубрика: металлические конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |