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铝合金建筑材料的发展现状及应用


发布时间:

2023-09-11

铝合金作为一种优质的、高比强度的轻质结构材料,经过一百余年的发展,已经成为全球用量仅次于钢铁的第二大金属材料。尤其是20世纪中期开始,铝合金开始大量由军工转向民用,广泛应用于国民生产的各个领域,成为国民基础经济建设中不可或缺的一类重要材料。传统的混凝土及钢材等建筑材料由于自重大、耐久性差、力学性能差等不足,大大限制了其在一些领域的使用。而铝合金作为一种有着多种优异性能的新型建筑材料,在当今经济社会建设发展中扮演着越来越重要的角色。

1 概念

铝合金是指以铝为基体的一类合金的总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在建筑业、航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

2 性能特点

相对于钢材和混凝土材料来说,铝合金作为一类新型建筑材料具有很多传统建材所不具有的优良特性。重量轻、比强度高,耐腐蚀性能好和耐低温性能等。采用铝合金代替钢材或者混凝土可以大大减轻结构自重。由于上部结构较轻,不但减轻了施工强度,缩短施工周期而且对基础的要求降低,而且减少了下部结构的建造费用。张新明等[1]人针对大规格高强度的铝合金材料的成分设计、熔炼、均匀化、固溶、淬火、预拉伸以及时效各工序的相关技术进行了研究。现代铝合金材料正朝着轻质高强、大规格、高均匀性和材料/结构一体化方向发展,这也是高强铝合金材料科学与工程研究的热点;铝合金在大气的影响下,其表面能够自然地形成一层氧化层。这种氧化层可以在很大程度上防止铝合金材料的腐蚀,人对海洋微生物SRB作用下,铝合金的耐腐蚀情况分析结果表明铝合金作为建筑材料应用到海洋工程时也需要采取一定的防护措施,如涂覆聚氨酯、聚脲防护层等;研究发现随着温度的降低,合金的抗拉强度和屈服强度均呈上升趋势,且抗拉强度的增幅明显大于屈服强度,不会因为屈服强度接近抗拉强度而发生韧脆转变。随着温度的降低,其强度和延伸率非但不减小反而有所增加,因此可以用于制造北方寒冷地区的建筑结构[4]。

3 建筑应用

铝合金建筑材料主要用作建筑门窗、幕墙、室内外装饰用、隔热铝型材、结构用等。

3.1 玻璃幕墙用铝合金型材

随着我国建筑领域对幕墙使用的普及程度逐渐加强,各种材质的幕墙形式的应用也受到了社会各界的关注,其中玻璃幕墙是我国目前市面上具有整体性、弹性连接、质量轻盈以及便于施工等特点,因此使用的建筑也非常多,而铝合金型材是玻璃幕墙的施工的主要材料之一。

3.2 铝合金装饰板

作为国内异军突起的新型内外墙装饰材料,铝合金装饰板综合了铝合金板材、高质量保温材料和热喷塑技术的多方优点,由于装饰板是铝合金薄板经热喷塑压花、成型、剪裁等工序加工而成,故具有极大的适用性,根据现场要求而“量体裁衣”,大大节省了型材,降低了边角料的耗损。

3.3 隔热铝型材

隔热穿条铝型材是由铝合金型材和热塑性混合材料隔热条组合而成;滚压式隔热铝合金型材是以隔热性能好的高密度聚酰胺6788胶条或聚氯乙烯硬质塑料胶条经穿条滚压加工;发泡式隔热铝型材是利用隔热条把内、外层铝型材连接嵌装成一体,在形成的隔热腔内填充聚氨酯泡沫,成为隔热铝合金型材的 “冷桥”,达到保温、节能的功效。隔热铝合金型材将是一种发展潜力很大的新型隔热材料。

3.4 结构用铝型材

钢材作为土木工程应用较为广泛的结构材料之一,但钢桥长期为因其耐腐蚀性差而引起的耐久性问题所困扰[8]。相对而言,由于铝合金具有密度小、强重比高、耐腐蚀、焊接性能好、维护费用低及可循环利用等诸多优点,在结构工程中越来越引起人们的兴趣与重视。

4 发展方向

调整产品结构、提高高性能产品的产量是我国铝加工材的重点发展方向,今后铝合金建材产业发展趋势是:小型企业的数量会逐步减少,并购趋势加剧,实现集团化、规模化经营,以规模、技术、品牌、管理和服务为主的企业综合竞争能力日渐重要;产品结构调整,工业型材、高档节能型建筑型材产品比例增加;产业链优势将日益发挥影响力,挤压企业将进一步加快向上游或下游发展,一方面整合上游产业链,降低成本,另一方面积极与下游铝制品企业合作,通过深加工制造以铝合金建材为主体的制成品,实施铝制品增值战略。

5 总结

铝合金有着优异的力学性能、耐低温性能、耐久性,优良的加工性能,应用广泛,无论是作为装饰材料还是结构材料,都起着无法替代的作用。中国铝合金建材进入了新一轮高速发展时期,铝合金建材的应用在全球范围内也越来越广泛,在中国现阶段铝合金仍是以建筑材料为第一消费行业,这符合中国国情。随着中国经济社会建设的不断发展,科研人员对铝合金建材研究的不断深入,铝合金必将在更广泛的领域发挥更大的作用。

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