Инженерные свойства строительного материала алюминия - Строительство и ремонт

Алюминий используется в качестве строительного материала в различных формах как для жилых, так и для промышленных целей. Здесь рассматриваются различные инженерные свойства алюминия как строительного материала.

Представление об алюминиевом материале

Общее описание элемента “алюминий” – это металл с химическим символом ‘Al”. Элемент имеет атомный номер 13 и атомный вес 27.
Алюминий является третьим по распространенности элементом, который встречается в земной коре. Он идет после кислорода и кремния. Восемь процентов от общей массы земной коры занимает этот металл, поэтому он является самым распространенным.

Алюминий как промышленный металл

В качестве промышленного металла алюминий начали использовать с 1886 года. Именно тогда был разработан современный процесс выплавки. Это означает, что металл был доступен в течение более короткого периода, если сравнивать с такими металлами, как свинец, медь и бронза, которые использовались в течение тысяч лет.
Этот материал обычно используется в качестве замены стали, когда его особые свойства важны и стоят того, чтобы за них заплатить. Под особыми свойствами подразумевается их легкий вес и яркий внешний вид. В настоящее время мировое потребление алюминия составляет около 20 миллионов тонн в год.

Сплавы и литье алюминиевых материалов

Предел прочности алюминия на разрыв находится в диапазоне от 90 до 140 Н/мм2. Это в основном зависит от закалки. В чистом виде алюминий слаб.
Этот материал обычно используется для изготовления электрических проводников и бытовых изделий, таких как банки, кастрюли и упаковка.
Для серьезных конструкционных применений алюминий должен быть усилен добавлением сплавов. Такая трансформация свойств позволяет добиться прочности на разрыв более 500 Н/мм2 для алюминиевого материала.
Деформируемый материал в виде профилей, плит и листов может использовать 10 основных сплавов. Этот материал прост в выборе по сравнению с конструкционной сталью.
В технике под термином “алюминий” понимается материал на основе алюминия и его сплавов. Чтобы получить чистый материал из алюминия, необходимо указать “чистый алюминий”.
Алюминий является подходящей альтернативой чугуну при литье в песчаные формы. Для литья мелких изделий он является хорошей и прочной альтернативой цинку. Огромную надежность алюминиевым отливкам придает стандарт и гарантия, которые они дают при использовании их для автомобильных колес.

Опасность для здоровья и пожароопасность алюминиевых материалов

Этот металл считается нетоксичным и неопасным по сравнению с другими металлами. Впоследствии длительное использование алюминиевой посуды привело к проблемам. По мнению исследователей, они являются причиной развития болезни Альцгеймера.
Алюминиевые части любых конструкций, будь то пластина, лист, проволока или фольга, не поддерживают горение. Но эти металлы сгорают, когда они находятся в заряженном состоянии. Известны случаи, произошедшие во время Фолклендской войны 1981 года, когда алюминий потерял прочность, но не вызвал пожара.

Физические свойства алюминиевого строительного материала

Существуют определенные важные физические свойства алюминия, которые необходимы для проектирования.

a. Вес алюминиевого металла

Плотность алюминия составляет 2,70 г/см3, в то время как для конструкционной стали, используемой в строительстве, этот показатель равен 7,9 г/см3. Значения сплавов, которые используются для деформируемых изделий, лежат в диапазоне 2,67 – 2,80 г/см3.
Приблизительное значение 2,7 г/см3 может быть использовано при проектировании также по следующей формуле:

Для профилей, масса = 0,0027A кг/м и вес = 0,027A Н/м
Для листовой стали масса = 2,7 т кг/м2 и вес = 27 т Н/м2

Здесь A= площадь сечения в миллиметрах квадратных, а “t” – толщина листа в миллиметрах (мм).
В таблице-1 ниже приведена плотность различных металлов наряду с алюминием.
Таблица.1: Плотность различных металлов

b. Упругие константы

Модуль упругости (E) алюминиевого металла очень низок. По своей природе этот металл является пружинистым. Чистый алюминий при комнатной температуре сравнивается с конструкционной сталью по модулю упругости следующим образом:

Чистый алюминий имеет значение E = 69 кН/мм2

Конструкционная сталь имеет E = 205 кН/мм2.

Значение E для деформируемых сплавов находится в диапазоне от 69 до 72 кН/мм2. В британских стандартах используется значение E, равное 70 кН/мм2. Это значение используется в целях проектирования и аналогично значению для стекла.
Модуль упругости алюминия неуклонно снижается с повышением температуры. Он снижается с 67 до 59 кН/мм2 при температуре от 100 до 200 градусов Цельсия соответственно.
Коэффициент Пуассона выше, чем для стали. Это следует из экспериментов и рассмотренных исследований.
Значение модуля сдвига определяется как:

G = E/ (2(1+v);

Если значение коэффициента Пуассона v = 0,33, то модуль сдвига G = 26 кН/мм2.

c. Тепловое расширение алюминия

Коэффициент теплового расширения алюминия составляет = 23,5 x 10-6/oC. Это значение для деформируемых сплавов лежит в диапазоне 22 -24,610-6/oC. Значение 23 x 10-6/oC используется британскими стандартами при проектировании конструкций. Значение коэффициента теплового расширения увеличивается с температурой.

d. Температура плавления алюминия

Температура плавления алюминия в чистом состоянии составляет 660 градусов Цельсия. Для мягкой стали это значение составляет 1500 градусов Цельсия. Используемые сплавы имеют более низкую температуру плавления. Температура кипения металла составляет 1800 градусов Цельсия.

e. Электропроводность алюминия

Это стандартный материал, используемый для изготовления проводников в воздушных линиях электропередач. Этот металл конкурирует с медью в некоторых областях применения. Удельное сопротивление металла алюминия при комнатной температуре составляет 2,7 Ом-см. При легировании этот металл изменяется в большую сторону.
Читать далее:
Свойства алюминия как строительного материала
Проблемы со здоровьем при использовании строительных материалов во время и после строительства

Читайте далее: