Алюминий — строительный материал ХХI-го века

 3 367
Алюминий в качестве нового материала для изготовления строительных конструкций начали применять более ста лет тому назад. Первая алюминиевая кровля появилась в Риме в 1897 году. В отечественном строительстве алюминиевые конструкции впервые были применены в начале пятидесятых годов в оборудовании исследовательской станции “Северный Полюс”. В настоящее время мировое потребление алюминия превышает 20 млн. тонн. Из них 4,0-4,5 млн. тонн находят применение в строительстве, главным образом в виде профилей и листов.

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

Полуфабрикат
Потребление, тыс. т./г
Доля от общего потребления данного вида полуфабриката, %
Прессованные изделия
1250
50
Плоский алюминиевый прокат
850
20
Отливки из алюминиевых сплавов
185
6

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

Полуфабрикат
Европа
США
Россия
Профили
60
55
80
Листы
40
45
20

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:

  • Применением нового поколения прессов с повышенной жесткостью конструкции — компактных горизонтальных прессов с фронтальной загрузкой.
  • Оптимизацией химического состава сплава.
  • Оптимизацией тепературно-скоростных режимов прессования и, в частности, применением изотермического прессования.

    Реализация рассматриваемой тенденции особенно актуальна для России, где большинство производимых профилей строительного назначения уступают пока в этой части зарубежным аналогам. Существенное снижение металлоемкости навесного вентилируемого фасада достигается при применении композиционного материала ALUCOBOND, наружная поверхность которого выполнена из листа алюминиевого сплава 5005 (Al-1%Mg) толщиной 0,5 мм. Такой материал обеспечивает заметное снижение веса конструкции по сравнению с листовым алюминием, сталью или фиброцементной плитой с эквивалентным значениями жесткости, а это уменьшает нагрузку на несущие элементы крепежа, что особенно важно при реконструкции и монтаже фасадов на старых зданиях. К началу этого столетия немецкая компания ALCAN Singen GmbH поставила многочисленным заказчикам со всего мира 80 млн. м2 панелей из композиционного материала ALUCOBOND.

    6. Сокращение издержек в производстве профилей из алюминиевых сплавов
    Эта проблема представляет первостепенную важность для российских производителей профилей, так как наряду с повышением качества необходимо существенно увеличить выход годного, съем с прессовой линии и др. показатели. Сейчас на российских заводах эксплуатируется 43 прессовых линии и производится немногим более 50 тыс. т профилей строительного назначения в год. Для сравнения — на 400 прессовых линиях в Европе выпускают ежегодно около 2,2 млн. т профилей. Поэтому модернизация морально устаревшего оборудования и технологий на отечественных заводах является весьма актуальной.
    Технические новшества, примененные в последние годы на прессовых линиях, позволяют увеличить выход годного при производстве профилей строительного назначения на 16,5 %. Оценка величины экономического эффекта от повышения выхода годного на 1% показывает, что при существующей стоимости на европейском рынке профилей из сплава 6063 (2230 евро/т) и стоимости скрапа профилей H9 (1450 евро/т) он может достигать 7,8 евро на 1 т профилей. Таким образом, реализация всех указанных новшеств на предприятии, выпускающем 5000 т профилей в год, даст годовую экономию более 640 тыс. евро.
    Совершенно очевидно, что компании, первыми сделавшие вывод о важности модернизации своих прессовых производств, сумеют занять лидирующие позиции в производстве алюминиевых профилей и укрепиться на строительном рынке, конкуренция на котором существенно обостриться с вступлением России в ВТО.
    НО “АПРАЛ готова оказать практическую помощь в модернизации оборудования предприятиям, производящим прессованные профили из алюминиевых сплавов.

    7. Негативные тенденции
    Наряду с достижениями в применении алюминия в строительстве конференция выявила и ряд упущений, требующих пристального внимания. Прежде всего — недостаточность испытаний и нормативных материалов в области коррозии алюминиевых сплавов. Если в отраслях ответственного машиностроения по этому вопросу накоплен многолетний значительный практический и научный материал, то в строительстве этот путь еще в самом начале. Упущения в этом напрвлении грозят серьезными осложнениями и требуется усиление работ, как научных, так и практических для устранения отставания. Тем более, что сегодня ожидается активное использование алюминия как в высотном строительстве, так и в силовых конструкциях.
    Завершившившийся форум стал для многих ее участников не только неким подведением итогов сделанного в области алюминиевых строительных конструкций и прессования алюминиевых сплавов, но и позволил почувствовать зарождение некоторых новых тенденций.


    В.В. Авдеев
    И.О. исполнительного директора НО “АПРАЛ”
    Действительный член Нью-Йоркской Академии Нау

  • Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.
    Вікна, двері, балкони REHAU

    Новое и лучшее