Алюминий в строительстве (Eurocode 9)

Алюминий является не просто одиночным уникальным материалом, а дает семейство различных групп (серий) алюминиевых сплавов. Механические свойства алюминиевых сплавов очень широко изменяются от одной группы к другой, а также внутри каждой группы. Это разнообразие свойств и характеристик алюминиевых сплавов позволяет подобрать строительный материал, который является оптимальным для конкретного здания или сооружения.

Ниже представлены основные алюминиевые сплавы, которые рекомендуются к применению в строительной промышленности.

Деформируемые сплавы

Ниже представлены деформируемые алюминиевые сплавы, которые европейский стандарт EN 1999 (Еврокод 9) рекомендует к применению в строительных конструкциях в виде:

листов (EN 485),
лент (EN 485),
прессованных труб (EN 755),
прессованных профилей (EN 755),
прессованных прутков (стержней) (EN 755),
холоднотянутых профилей (EN 754),
поковок (EN 586).

8 серий деформируемых сплавов

Все деформируемые алюминиевые сплавы группируются в восемь серий – восемь групп. Согласно классификации Американской Алюминиевой ассоциации, которая принята во всем мире, обозначение деформируемых алюминиевых сплавов состоит из четырех цифр. Первая из четырех цифр характеризует главный легирующий элемент (иногда – два) этой группы, остальные три цифры носят вспомогательный характер и помогают различать сплавы внутри данной группы.

Еврокод 9 рекомендует к применению в строительных конструкциях алюминиевые сплавы не всех серий, а только серий 3000, 5000, 6000, 7000 и 8000 – по несколько, от 1 до 6, сплавов из каждой серии.

Технический алюминий: серия 1000

В этой серии процент содержания алюминия очень высокий – от 98,80 до 99,00 %. Различные по содержанию примесей варианты технического алюминия называют марками. В отличие от сплавов, марки не имеют специальных легирующих элементов, а отличаются друг от друга только содержанием примесей.

Марки алюминия серии 1000 применяют в малонагруженных конструкциях и в основном в виде листов. Электрическая и химическая промышленность применяют марки алюминия этой серии для кабелей и емкостей, так они обеспечивают им высокую коррозионную стойкость, которая характерна для алюминия как металла.

Предел текучести марок алюминия является весьма низким – около 30 Н/мм², однако они обладают очень высокой пластичностью – их относительное удлинение составляет от 30 до 40 %.

Если технический алюминий подвергать холодной пластической деформации – нагартовке, то его предел текучести может достигать 100 Н/мм². Однако, к сожалению, это происходит за счет снижения пластичности – относительное удлинение снижается при этом до 3-4 %.

В перечне алюминиевых сплавов, которые Еврокод 9 рекомендует для применения в строительстве, марки алюминия из серии 1000 отсутствуют.

Алюминиево-медные сплавы: серия 2000

Эти алюминиевые сплавы производят в основном в виде профилей, листов и труб. В термически упрочненном состоянии они достигают предела текучести до 300 Н/мм2 при сохранении достаточной пластичности с относительным удлинением около 10 %.

Поскольку коррозионная стойкость этих сплавов не слишком высока, их нужно защищать от коррозии, особенно при применении в коррозионных средах. Из-за плохой свариваемости сплавов серии 2000 они редко применяются в строительной индустрии. В основном эти сплавы применяют в самолетостроении с соединением их друг с другом с помощью заклепок.

В перечне алюминиевых сплавов Еврокода 9 алюминиевых сплавов серии 2000 нет.

Алюминиево-марганцевые сплавы: серия 3000

Эти сплавы не обладают способностью к термическому упрочнению. Они имеют прочность немного выше, чем чистый алюминий и очень высокую пластичность. Высокий уровень пластичности позволяет применять к этим сплавам весьма интенсивные процессы холодной пластической деформации для повышения их прочностных свойств. Они являются коррозионностойкими. Наиболее часто применяются для изготовления панелей и деталей для кровельных систем.

В перечень алюминиевых сплавов, рекомендуемых Еврокодом 9 для применения в строительстве, внесены сплавы
– 3004,
– 3005 и
– 3103.

Алюминиево-кремниевые сплавы: серия 4000

Свойства этих сплавов аналогичны свойствам сплавов серии 3000. Однако, как конструкционные сплавы они применяются редко. Их основное применение – сварочная проволока.

В перечне алюминиевых сплавов Еврокода 9 сплавы из серии 4000 отсутствуют.

Алюминиево-магниевые сплавы: серия 5000

Даже хотя эти сплавы не обладают способностью получать термическое упрочнение, их механические свойства могут достигать величин, которые выше, чем у сплавов серий 1000, 3000 и 4000. Прочность этих сплавов повышается в результате нагартовки – холодной пластической деформации – до предела текучести 200 Н/мм2 с сохранением относительно высокой пластичности (относительное удлинение до 10 %). Коррозионная стойкость этих сплавов является очень высокой, особенно в морской среде, при содержании магния не выше 6 %. Эти сплавы часто применяют в сварных конструкциях, так их прочность не так катастрофически снижается, как термически упрочненных сплавах.

Среди алюминиевых сплавов, рекомендуемых Еврокодом 9 для применения в строительстве, шесть сплавов из серии 5000:
– 5005,
– 5049,
– 5052,
– 5083,
– 5454 и
– 5754.

Алюминиево-магниево-кремниевые сплавы: серия 6000

С помощью термической обработки прочность этих сплавов может достигать по пределу текучести до 250 Н/мм2 с вполне приличной пластичностью до 12 % относительного удлинения. Эти сплавы являются коррозионностойкими. Они особенно хорошо подходят для экструзии профилей и труб, но используются также и для прокатки листов. Сплавы серии 6000 применяют как в сварных конструкциях, так и в конструкциях на болтах и заклепках.

Из алюминиевых сплавов серии 6000 Еврокод 9 рекомендует к применению в строительстве шесть сплавов:
– 6060,
– 6061,
– 6063,
– 6005А,
– 6082 и
– 6106.

Алюминиево-цинковые сплавы: серия 7000

Из этих сплавов производят алюминиевые как методом экструзии, так и методом прокатки. Они подразделяются на две подсемейства в зависимости от содержания меди как третьего легирующего элемента.

Сплавы AlZnMg

Эти сплавы достигают высокой прочности с пределом текучести выше 250 Н/мм2 при хорошей пластичности (относительное удлинение около 10 %). Кроме того, эти сплав являются коррозионностойкими. Эти сплавы обычно применяют в строительных конструкциях, так они особенно подходят для сварных конструкций, благодаря их способности к самозакалке, что позволяет восстанавливать исходную прочность в зоне термического влияния сварки.

Сплавы AlZnMgCu

Эти сплавы достигают максимальной прочности после в результате термического упрочнения. Они достигают предела текучести 500 Н/мм2. Однако эти сплавы имеют низкую свариваемость и низкую коррозионную стойкость из-за присутствия меди. Поэтому эти сплав требуют коррозионной защиты в виде гальванического покрытия или окраски.

Только один сплав этой серии включен в перечень сплавов Еврокода 9. Это сплав без легирования медью
– 7020.

Серия 8000: Алюминиево-железо-кремниевые сплавы

Сплавы этой серии применяются в основном для изготовления фольги для упаковки, а также электрических проводов.

В Еврокоде 9 присутствует только один сплав из этой серии – сплав
– 8011А.

Источник: EN 1999-1-1:2007+A1:2009