Nhôm được sử dụng trong xây dựng vì ba lý do: tỷ lệ cường độ-trên-trọng lượng gấp khoảng ba lần so với thép, lớp oxit-tự phục hồi mang lại khả năng chống ăn mòn vốn có và khả năng kết hợp các cấu trúc kết cấu với nhiều loại hoàn thiện bền bỉ. Sự thành công của dự án phụ thuộc vào việc kết hợp hợp kim, tính ổn định, độ hoàn thiện và hiệu suất chống cháy với quy chuẩn xây dựng hiện hành.
Vai trò cấu trúc và phi cấu trúc-
Nhôm phục vụ cả chức năng chịu tải và chức năng phụ. Nhiệm vụ kết cấu bao gồm các thanh chắn và thanh ngang của tường rèm, khung cửa sổ và cửa ra vào, các khung đỡ kính kết cấu, các bộ phận mái và tán cũng như lan can. Nhiệm vụ phi cấu trúc bao gồm tấm ốp và tấm cassette, tấm che nắng, tấm mặt tiền tổ ong, hệ thống trần và lưới thông gió. Ở Trung Quốc, hệ thống cửa sổ và cửa ra vào thường được quy định theo GB/T 8478 và các cấu hình ép đùn kiến trúc theo dòng GB/T 5237. So với thép, mô đun đàn hồi của nhôm là khoảng 70 GPa so với khoảng 200 đến 210 GPa, do đó độ võng thay vì cường độ thường chi phối kích thước cấu kiện.
Lựa chọn hợp kim và nhiệt độ theo ứng dụng
| Ứng dụng | Hợp kim và tính khí | Tài sản quản lý |
|---|---|---|
| Hồ sơ tường cửa sổ và rèm | EN AW-6063-T5 hoặc T6 | Chất lượng hoàn thiện bề mặt và khả năng ép đùn |
| Giá đỡ và dầm chịu tải nặng | EN AW-6061-T6 | Cường độ chảy và hiệu suất của mối nối bu lông |
| Tấm ốp và tấm cassette | 3003, 5005, 3105 | Khả năng định hình, độ phẳng và phản ứng phủ |
| Tiếp xúc với vùng ven biển hoặc công nghiệp | 5052 | Khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở |
| Mặt tiền composite và tổ ong | 3003 giao diện với 3003 lõi | Độ cứng với trọng lượng bảng thấp |
Cấu hình ép đùn được đặt hàng theo EN 755-2 hoặc ASTM B221. Theo tiêu chuẩn ASTM B221, hợp kim 6063 ở nhiệt độ T6 có độ bền kéo tối thiểu là 205 MPa và cường độ năng suất tối thiểu là 170 MPa; điều kiện T5 cho giá trị tối thiểu là 150 MPa và 110 MPa. Thành phần hóa học được xác định theo EN 573-3 ở Châu Âu và chứng chỉ phân tích là bằng chứng thông thường về sự tuân thủ.
Hệ thống hoàn thiện: Anodizing và sơn phủ
Quá trình oxy hóa anốt là lớp hoàn thiện kim loại bền nhất. ISO 7599 chỉ định lớp phủ theo độ dày danh nghĩa, ví dụ AA15 cho 15 micron và AA20 cho 20 micron, và thực hành kiến trúc ở Bắc Mỹ tham khảo AAMA 611, trong đó Loại I yêu cầu lớp phủ anốt ít nhất 18 micron và Loại II ít nhất 10 micron. Lớp hoàn thiện hữu cơ, thường là hệ thống fluoropolymer hoặc polyester được áp dụng dạng cuộn, được sử dụng khi phải lặp lại một màu cụ thể trên một mặt tiền lớn; độ dày màng, độ ổn định màu sắc và khả năng giữ độ bóng là những thông số kỹ thuật chính. Cả hai dòng hoàn thiện đều được xác minh bằng thử nghiệm tăng tốc, phổ biến nhất là phun muối trung tính theo tiêu chuẩn ISO 9227 và thử nghiệm độ bám dính sau khi tạo hình. Hệ số giãn nở nhiệt của nhôm là khoảng 23,1 x 10-6 trên K, gần gấp đôi so với thép, vì vậy các chi tiết tấm và mối nối phải chịu được những chuyển động lớn hơn.
Yêu cầu về cháy, nhiệt và âm thanh
Nhôm không-cháy nhưng nó nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 660 C và bắt đầu mất độ bền ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đó, vì vậy nhôm không được bảo vệ không được chấp nhận làm bộ phận-chịu tải-chống cháy. Khi các tấm tạo thành một phần của lớp lót tường hoặc trần, hiệu suất cháy bề mặt được đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM E84, với Loại A yêu cầu chỉ số lan truyền ngọn lửa từ 25 trở xuống và chỉ số phát triển khói từ 450 trở xuống. Hiệu suất tản nhiệt bị chi phối bởi cầu nối nhiệt: các khung nhôm liên tục dẫn nhiệt xung quanh lớp cách nhiệt, do đó, cấu hình ngắt nhiệt có lớp lót bằng polyamide hoặc polyurethane là tiêu chuẩn trong các dự án quan tâm đến năng lượng-. Hiệu suất âm thanh của mặt tiền và vách ngăn được trích dẫn là Rw theo ISO 717-1, với phép đo trong phòng thí nghiệm theo loạt ISO 10140 và độ rò rỉ không khí của các hệ thống lắp ráp được xác minh bằng ASTM E283. Các trường hợp tải kết cấu được xác định theo mã quốc gia, chẳng hạn như GB 50009 ở Trung Quốc.
Câu hỏi thường gặp
Q:Hợp kim nào là tiêu chuẩn cho khung cửa sổ kiến trúc?
A: EN AW-6063 ở nhiệt độ T5 hoặc T6, được ép đùn theo EN 755-2 hoặc ASTM B221. Nó kết hợp chất lượng đùn tốt, phản ứng anodizing và cường độ phù hợp.
Q:Anodizing kiến trúc nên dày bao nhiêu?
Trả lời: Các ký hiệu ISO 7599 như AA15 hoặc AA20 tương ứng với độ dày lớp phủ danh nghĩa là 15 hoặc 20 micron và AAMA 611 Loại I yêu cầu ít nhất 18 micron để sử dụng bên ngoài.
Q:Nhôm có được phép sử dụng trong các công trình-chống cháy không?
Đáp: Nhôm không-cháy nhưng nóng chảy ở nhiệt độ gần 660 C và mất độ bền ở nhiệt độ thấp hơn, do đó, nhôm không được sử dụng mà không được bảo vệ cho các bộ phận chịu tải-chịu lửa-. Hệ thống lót vẫn cần đáp ứng giới hạn cháy bề mặt theo tiêu chuẩn ASTM E84.
Q:Tại sao mặt tiền cần profile cách nhiệt?
Trả lời: Nhôm dẫn nhiệt tốt hơn vật liệu cách nhiệt khoảng một nghìn lần, do đó, một khung liên tục sẽ tạo ra một cây cầu nhiệt. Các lớp chèn bằng polyamit hoặc polyurethane làm gián đoạn đường đi và giảm nguy cơ ngưng tụ.
Q:Nhôm so sánh độ võng với thép như thế nào?
Đáp: Mô đun đàn hồi khoảng 70 GPa so với khoảng 200 đến 210 GPa đối với thép, do đó độ võng thường kiểm soát thiết kế của các bộ phận bằng nhôm mặc dù tỷ lệ cường độ-trên-trọng lượng tốt hơn.
Q:Dung sai nào áp dụng cho khe co giãn ở mặt tiền bằng nhôm?
Trả lời: Bởi vì hệ số giãn nở là khoảng 23,1 x 10-6 trên K, một khối 6 m có thể di chuyển vài mm trong phạm vi nhiệt độ 60 K. Các mối nối và vật cố định phải được thiết kế chi tiết để hấp thụ chuyển động đó mà không truyền tải trọng lên kính.