Алюминий — строительный материал ХХI-го века

Актуальным проблемам применения алюминия в строительстве была посвящена 1-я Международная конференция и выставка, проходившая в Москве в октябре прошлого года, организованная Московским представительством компании АЛЮСИЛ АГ и Ассоциацией прессовщиков алюминия (НО “АПРАЛ”) при содействии Европейской алюминиевой ассоциации (ЕАА).
Отличительными особенностями форума явились представительный состав его участников — более 160 специалистов из 88 компаний 19 стран Европы, Азии и Северной Америки—и обширная тематика докладов. На пленарном и секционных заседаниях было заслушано 43 доклада ведущих российских и зарубежных компаний о достижениях и проблемах развития алюминиевых строительных конструкций, современной технологии и оборудовании для производства профилей — главного компонента конструкций, отделке и обработке поверхности профилей и листов путем анодирования и окрашивания. Конференции сопутствовала развернутая выставка наиболее интересных решений в строительстве и архитектуре, достигнутых за счет применения алюминия, современного прессового оборудования, инструмента, технологий и материалов. В ней приняло участие 20 компаний — признанных мировых лидеров в этих областях.
Анализ материалов прошедшего форума позволяет отметить основные тенденции в производстве и применении алюминиевых сплавов в строительстве.

1. Рост объемов применения алюминиевых сплавов в строительном секторе
Он обусловлен уникальным комплексом свойств сплавов, включающим высокую механическую прочность при малой плотности, стойкость к атмосферным воздействиям, отличную хладостойкость, хорошую технологичность при обработке давлением и пластичность, возможность вторичной переработки с незначительными энергозатратами. Все это не только открывает дорогу алюминию в реализации новых архитектурных и конструкторских решений в строительстве, но и определяет важнейшее преимущество алюминиевых строительных материалов и конструкций, особо ценимое в современных условиях,—сравнительно низкую стоимость жизненного цикла. Хотя первичные расходы на изготовление алюминиевых конструкций сравнительно высоки, однако с учетом весьма длительного жизненного цикла сооружений расходы на эксплуатацию и поддержание в рабочем состоянии ниже, чем у всех остальных конкурирующих материалов, а рециклирование алюминия из лома конструкций делает их утилизацию прибыльным бизнесом.
Сейчас каждая пятая тонна алюминия, потребляемая в развитых странах, идет в строительство. Самым крупным в мире потребителем алюминия являются страны Европейского Союза, в которых с 1950 года было израсходовано для этих целей 30 млн. т первичного алюминия. Непрерывно наращивая применение прессованных, катаных и литых полуфабрикатов в строительных конструкциях (табл. 1).

Таблица 1. Потребление алюминия в строительной индустрии стран ЕС

2. Расширение номенклатуры алюминиевых сплавов, используемых в строительстве
В середине прошлого столетия, когда в заметных объемах началось применение алюминия в строительстве, подавляющее число конструкций изготавливалось с применением прессованных профилей из сплава 6063 системы Al-Mg-Si, запатентованного в 1954 г в США, и его аналога — сплава АД31 у нас в стране, а также листовых полуфабрикатов из технического алюминия. В дальнейшем развитие сплавов строительного назначения первоначально шло в направлении увеличения их механических свойств за счет повышения легированности магнием и кремнием (сплав 6061 и его аналог у нас в стране АД33), введения в состав сплавов добавок марганца, хрома (для повышения прочности и нейтрализации отрицательного влияния примеси железа) и меди (для утоньшения структуры выделений вторых фаз и компенсации потери свойств в случае вылеживания закаленных изделий перед искусственным старением). При этом избыток кремния в структуре способствовал повышению прочности без заметного снижения способности к формообразованию. Примером этого являются сплавы 6082 и АД35.
В последующем жесткая конкуренция алюминиевым сплавам в строительстве со стороны нержавеющей стали и сталей с покрытиями, а также ПВХ, заставила производителей профилей использовать более сложные формы, уменьшенную толщину стенок и более качественную отделку поверхности, что в свою очередь потребовало применить менее легированные сплавы с повышенной технологичностью при прессовании, такие как сплав 6060.
В настоящее время в мире существует около 70 марок Al-Mg-Si сплавов. Всех их разделяют на сплавы строительного назначения для ограждающих конструкций, примыкающие по составу к сплавам 6060, 6063 и имеющие в состоянии Т5 (закалка на прессе + искусственное старение) предел прочности 170-250 МПа, и конструкционные сплавы средней прочности, используемые для несущих конструкций, типа 6061, 6082 с более высоким содержанием легирующих элементов и с пределом прочности в состоянии Т5 не менее 300 МПа.
Развитие строительства мостов с использованием алюминиевых конструкций, огромных алюминиевых куполов для нефтехранилищ и большепролетных блоков для перекрытия спортивных залов, стадионов, выставочных, концертных и торговых центров потребовало применения более прочных свариваемых алюминиевых сплавов систем Al-Mg-Mn и Al-Zn-Mg, а также сплавов типа дуралюмин (2024, Д1 и др.) в случае применения заклепочных и болтовых соединений.

3. Увеличение доли плоского проката в полуфабрикатах строительного назначения
Эта тенденция характерна для российского строительного сектора, который потребляет в основном прессованные изделия из алюминиевых сплавов (табл. 2).
В российской строительной практике пока почти не находят применения алюминиевый сайдинг, ливневые спуски и водосточные желоба, короба и вентиляционные каналы, шумозащитные экраны, навесы, тенты, ограждения и др. конструкции, сделанные из алюминиевого листа, мало пока используется алюминиевая кровля, фасадные панели. Но это положение постепенно начинает меняться. Примером могут являться навесные вентилируемые алюминиевые фасады, обеспечивающие комплексное решение задач по современной технологии облицовки и утепления зданий. Лидеры в проектировании, изготовлении и монтаже таких фасадов в России—компании “ПИК Технолоджи” и “Юкон Инжиниринг“. При этом компания “ПИК Технолоджи” в настоящее время является единственным российским предприятием, производящим на линии, изготовленной компанией Otefal, автоматизированную порошковую окраску алюминия толщиной 0,8-3 мм в рулонах диаметром до 1500 мм и шириной 1000-1500 мм. Компания “Юкон Инжиниринг“ (член Ассоциации “АПРАЛ”), смонтировавшая уже более 1млн. м² вентилируемых фасадов, увеличивает ежегодно в 2 раза потребление алюминиевого проката для этих целей и в 2005 г. планирует переработать более 1000 т.

Таблица 2. Соотношение (%) прессованных и катаных полуфабрикатов

4. Применение новых процессов для финишной обработки поверхности полуфабрикатов
Строительные конструкции из алюминиевых сплавов в подавляющем (95%) большинстве случаев имеют защитно-декоративные покрытия на поверхности. Наибольшее распространение получила порошковая окраска. Существующее соотношение на европейском рынке окрашенной продукции к анодированной составляет 1,8 : 1. Поверхность алюминиевых профилей и листов, покрытая слоем порошковой краски толщиной от 25 до 100 мкм, обладает, благодаря процессу полимеризации в печи, улучшенными физико-механическими свойствами. Такое покрытие отличается высокой прочностью, очень хорошей адгезией, прекрасными антикоррозионными свойствами, стойкостью к колебаниям температуры в диапазоне от –60 до + 100 °С и долговечностью. За счет использования широкой цветовой гаммы (5000 цветов по каталогу RAL) удается получать при необходимости самые разнообразные тона окраски изделий: “под мрамор, гранит, дерево” и т. п. В зависимости от выбранной технологии гарантируемый срок службы порошковых покрытий DWALL, Iridium, MiraWALL, MiraPLUS, MiraBRITE итальянской компании Otefal составляет 10-20 и более лет.
Английская компания Akzo Nobel Powder Coatings в настоящее время ведет исследования по созданию нового поколения порошковых красок, включая антикоррозионные порошки для защиты конструкций и ультра твердые покрытия для монументальных сооружений. К числу новых технологий следует отнести применение экологически приемлемых бесхромных составов для подготовки поверхности полуфабрикатов под окраску. Примерами таких разработок являются цераниевый процесс, технология SAM и силановый процесс, разработанные немецкой компанией Chemetall GmbH. Российская компания “Алстоксервис” первая в стране внедрила экологически безопасный процесс подготовки под окраску алюминиевых строительных профилей продуктом Alodine 400 немецкой компании Henkel.
Интерес к анодным покрытиям для алюминиевых строительных конструкций, снова появившийся в последние годы, связан с тем, что дизайнеры и строители поняли преимущества анодирования в долгосрочной перспективе с точки зрения простоты ухода за фасадами из анодированных алюминиевых сплавов и сохранения первоначального вида изделий при помощи легкой абразивной зачистки. Большой прогресс в области многоцветного анодирования алюминиевых сплавов, позволяющего при использовании трехстадийного электролитического процесса в растворах серной кислоты и сульфата олова получать всю гамму цветов видимого спектра, достигнут итальянской компанией Italtecno Srl. Среди последних разработок компании — получение цветового тона “под нержавеющую сталь” в стандартных электролитических ваннах. Вопросам финишной обработки поверхности алюминиевых полуфабрикатов будет посвящена отдельная Конференция и Выставка “Защитные и декоративные покрытия алюминия-ХХ1 век” которая состоится 6-8 июня 2006г. в Москве. Московская компания “АЛЮСИЛ-МВиТ” и Ассоциация прессовщиков алюминия (НО “АПРАЛ”), как организаторы этого форума, приглашают все заинтересованные компании принять участие в этом мероприятии.

5. Снижение металлоемкости элементов строительных конструкций
Современные прессованные профили, используемые для изготовления светопрозрачных алюминиевых фасадов, имеют минимальную толщину элементов 0,4-0,6 мм и минимальное поле допуска на толщину полок 0,1 мм. Лидером на европейском рынке по развитию систем для производства фасадов, окон, дверей и зимних садов из таких профилей является немецкая компания Schuco International, поставляющая 12000 партнерам из 60 стран профильные системы, комплектующие для современной архитектуры и реконструкции, оборудование и технологии. С 1997 г. компания работает на российском рынке, обеспечивая партнеров не только материалами и комплектующими, но и проводя обучение и консультации компаний и архитекторов по решению технических и коммерческих вопросов.
Снижение металлоемкости элементов строительных конструкций обеспечивается: