آلومینیوم در ساخت و ساز چه کاربردی دارد؟

آلومینیوم در ساخت و ساز

ما قصد داریم در این پست به بررسی دلایل و کاربرد استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز بپردازیم که تاریخچه استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز چیست و مزایا و معایب آن چه مواردی می تواند باشد؟ پس در ادامه همراه پورتال جامع مهندسین ایران باشید.

تاریخچه استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز و معماری

رشد آلومینیوم در معماری در نیوزلند در سالهای اخیر بسیار چشمگیر بوده است.

امروزه استفاده از آلومینیوم تقریباً در بسیاری از این مناطق استاندارد است و نفوذ نسبی آن همچنان در حال رشد است.

یکی از زمینه های اصلی نفوذ آلومینیوم در پنجره ها و درها، مناطق داخلی و تجاری و در مغازه ها بوده است. آلومینیوم به معمار آزادی تقریباً نامحدودی در تنظیم الزامات پنجره خود می دهد و به او اجازه می دهد پروفایل هایی را که نیازهای او را برآورده می کند، مشخص کرده و پنجره ای کاملاً مقاوم در برابر نفوذ را به او ارائه دهد. تهیه مناسب برای حذف آب و هوا هیچ مشکلی در قسمتهای اکسترود شده ندارد و عموماً مورد استفاده قرار می گیرد.

آلومینیوم به عنوان یک فلز فوق العاده برای ساخت پنجره ها، درها، جلوی مغازه ها و تاسیسات مشابه بسیار اثبات شده است زیرا می تواند به گونه ای شکل گرفته و ساخته شود که تا کنون هم برای چوب و هم برای فولاد غیرممکن است. در نتیجه، اشکال مختلف جدید فنستراسیون از نظر اقتصادی امکان پذیر شده است.

آلومینیوم وزن کمی دارد، به عنوان مثال، سه برابر سبک تر از فولاد است. دارای استحکام و دوام عالی استاگر این فلز به درستی نصب شده باشد، می تواند سالها خدمات قابل اعتماد را با مقاومت ذاتی بالا در برابر خوردگی جوی ارائه دهد.

اکستروژن آلومینیوم دارای ضریب انبساط نسبتاً بالایی است که ۰.۰۰۰۰۲۳ میلی متر بر طول اکستروژن در oC است. طول دمای اکستروژن آلومینیوم به طول ۶ متر با افزایش دما ۳۰ درجه سانتی گراد بیش از ۴ میلی متر افزایش می یابد. هنگام طراحی، به ویژه طراحی ساختمان، باید برای انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما پیش بینی کرد. انبساط حرارتی به ویژه در مواردی که از اکستروژن آلومینیوم با مواد دیگر که نرخ انبساط متفاوتی دارند استفاده می شود.

آلومینیوم در ساخت و ساز چه کاربردی دارد؟

آلومینیوم به دلیل خواص ذاتی سبک و مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده ای در ساختمان سازی استفاده می شود.

آلومینیوم در نمای خارجی، سقف و دیوارها، پنجره ها و درها، راه پله ها، نرده ها، قفسه ها و سایر موارد کاربرد دارد.

چرا از آلومینیوم در ساخت و ساز استفاده می شود؟

با توجه به ویژگی های آن، آلومینیوم مزایای زیادی برای صنعت ساختمان دارد:

آلومینیوم در ساخت و ساز و آلیاژها
آلومینیوم خالص یک فلز با مقاومت کم است و در نتیجه برای مصارف ساختمانی مناسب نیست، اما به لطف افزودن عناصر آلیاژی مانند مس، منگنز، منیزیم، روی و غیره و به لطف فرآیندهای خاص تولید، خواص فیزیکی و مکانیکی آن را تغییر می دهد.

آلومینیوم در ساخت و ساز و دوام
آلیاژهای آلومینیوم برای ساختمان مقاوم در برابر آب، خوردگی و در برابر اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش مقاوم هستند، بنابراین دوام و ماندگاری بالایی را تضمین می کند.

آلومینیوم در ساخت و ساز و هزینه های نگهداری پایین
آلومینیوم نیازی به نگهداری خاصی ندارد، چه آلومینیوم خام باشد و چه لاک آلومینیوم.

آلومینیوم را می توان در هر رنگی آنودایز یا لاک کرد، بنابراین می تواند تنوع زیادی در جلوه ها ایجاد کرده و در نتیجه نیازهای تزئینی طراح را برآورده نماید. تصفیه آلومینیوم می تواند دوام مواد و مقاومت در برابر خوردگی آن را افزایش دهد.

آلومینیوم در ساخت و ساز و ویژگیهای بازتابنده
آلومینیوم به طور گسترده ای برای مدیریت نور استفاده می شود: خواص انعکاسی آن به کاهش مصرف انرژی برای روشنایی و گرمایش کمک می کند.

به عنوان مثال، ممکن است استفاده از تهویه مطبوع در فصل تابستان با استفاده از وسایل محافظ آلومینیومی کاهش یابد.

آلومینیوم قابل احتراق نیست
آلومینیوم نمی سوزد و بنابراین به عنوان مواد غیر قابل احتراق طبقه بندی می شود.

با این وجود، آلیاژهای آلومینیوم در دمای ۶۵۰ درجه سانتیگراد ذوب می شوند، اما بدون انتشار هیچ گونه گاز مضر. بنابراین بیشتر، پوشش های بیرونی و سطوح خارجی سازه های صنعتی (و نه) با روکش های نازک آلومینیومی ساخته می شوند که فقط در صورت آتش سوزی شدید ادغام می شوند، بنابراین باعث می شود گرما و دود از بین برود و آسیب را کاهش دهد.

آلومینیوم سازگار با محیط زیست است
مطالعات تأیید شده ثابت کرده است که آلیاژها، عملیات سطحی (پوشش ها) و مواد مورد استفاده همه خنثی هستند. آلومینیوم مورد استفاده در صنعت ساختمان هیچگونه تأثیر منفی بر کیفیت هوای داخل ساختمانها، روی زمین و آب ندارد.

اینها تنها تعدادی از مزایای استفاده از آلومینیوم است، در یک نظر فنی و تکنولوژیکی، ویژگیهای فوق العاده این فلز امکانات (بالقوه) بی پایان برای کاربردهای مهندسی ساختمان را ارائه می دهد.

آلومینیوم: مصالح ساختمانی

در اوایل دهه ۱۹۰۰، آلومینیوم در صنعت ساختمان استفاده می شد. با این حال تا سال ۱۹۲۰، هنگامی که فرآیند الکترولیز هزینه تولید آلومینیوم را ۸۰ درصد کاهش داد، آلومینیوم به طور گسترده ای در ساختمان سازی مورد استفاده قرار گرفت. یکی از شناخته شده ترین ساختمانهای جهان، ساختمان امپایر استیت که در سال ۱۹۳۱ ساخته شد که از آلومینیوم در تمام سازه های اصلی خود و حتی در اسپایر معروف استفاده کرد. آلومینیوم را می توان در سراسر فضای داخلی آسمان خراش مشهور نیویورک، به ویژه در سقف و دیوارهای لابی یافت.

چه چیزی آلومینیوم را در ساخت و ساز بسیار با ارزش می کند؟

آلومینیوم سبک و قوی با مقاومت طبیعی در برابر خوردگی، سومین عنصر فراوان روی زمین است. آلیاژهای آلومینیوم با خواص اضافی مانند نسبت استحکام به وزن بالا، دوام، ماشین کاری و بازتاب، به مصالح ساختمانی انتخابی برای کاربردهایی مانند مصالح جانبی، مصالح سقف، ناودان و خروجی ها، تزئین پنجره، جزئیات معماری و حتی پشتیبانی ساختاری برای معماری به سبک شبکه، پل ها، ساختمان های بلند و آسمان خراش ها استفاده می شوند.

با آلومینیوم، مانند آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱، می توان سازه هایی را ایجاد کرد که با استفاده از سایر مصالح ساختمانی مانند چوب، پلاستیک یا فولاد قابل تولید نیستند. به علاوه آلومینیوم عایق صدا و آب بند است. بنابراین، آلومینیوم خود را به عنوان یک مصالح ساختمانی بسیار با ارزش در صنعت ساختمان سازی مدرن تبدیل کرده است.

آلومینیوم در ساخت و ساز و نسبت قدرت به وزن

آلومینیوم فلزی فوق العاده قوی و بسیار متنوع است. آلومینیوم با وزن تقریبی یک سوم فولاد، بهترین انتخاب برای مواقعی است که باید وزن را بدون هزینه و با استحکام تراشید. این فلز نه تنها وزن بسیار کمی در ساخت و ساز دارد، در حمل و نقل نیز می تواند به دلیل داشتن وزن کم، هزینه ها را کاهش دهد. ساختارهای آلومینیومی نیز در مقایسه با نمونه های فولادی به راحتی برچیده یا جابجا می شوند.

استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز به عنوان فلز سبز

آلومینیوم دارای ویژگی های زیادی است که آن را به یک جایگزین سبز تبدیل می کند. اول اینکه آلومینیوم فلزی غیر سمی است. دوم، آلومینیوم ۱۰۰ درصد قابل بازیافت است و می تواند به طور نامحدود در خود بازیافت شود بدون اینکه هیچ گونه خاصیت خود را از دست بدهد. بازیافت آلومینیوم تنها حدود ۵ درصد از انرژی لازم برای تولید همان مقدار آلومینیوم را می گیرد. آلومینیوم بسیار بیشتر از سایر فلزات بازتاب گرما دارد. هنگامی که در مصارف ساختمانی مانند نمای جانبی و سقف استفاده می شود، این مورد بسیار مفید است.

در حالی که آلومینیوم گرما را منعکس می کند، فلزات دیگر مانند فولاد گالوانیزه بیشتر گرما و انرژی خورشید را جذب می کنند. فولاد گالوانیزه نیز با هوازدگی به سرعت بازتابندگی خود را از دست می دهد. در ارتباط با بازتاب حرارت، آلومینیوم نیز کمتر از سایر فلزات ساطع می شود.

تابش یا اندازه گیری توانایی یک جسم در انتشار انرژی مادون قرمز، به معنای قدرت تابش گرما است و دمای جسم را نشان می دهد. به عنوان مثال، اگر دو بلوک فلزی، یکی فولادی و دیگری آلومینیومی را گرم کنید، بلوک آلومینیومی مدت زمان بیشتری گرم می شود، زیرا گرمای کمتری را تابش می کند. هنگامی که ویژگی های تابش و بازتابی با هم ترکیب می شوند، آلومینیوم مفید است.

در ابتدای قرن گذشته، آلومینیوم عملاً در مهندسی عمران استفاده نمی شد، زیرا این فلز بسیار گران بود و در حجم کافی تولید نمی شد؛ اما همه چیز در دهه ۱۹۲۰ تغییر کرد، هنگامی که فرایند الکترولیز هزینه آلومینیوم را ۸۰ درصد کاهش داد. این فلز برای تکمیل سقف ها و گنبدها و استفاده در زهکشی و دیوارپوش ها و همچنین برای اهداف تزئینی بسیار محبوب شد.

کاربرد آلومینیوم در ساختمان و معماری در دهه ۱۹۴۰ کند شد، زیرا این فلز عمدتا برای تولید هواپیما استفاده می شد و حتی نام دوم “فلز بالدار” را نیز به دست آورد. اما در اواسط قرن بیستم، آلومینیوم بیشتر در ساخت ساختمان ها و پل های بلند محبوبیت یافت. قاب پنجره ها، پانل ها، سقف های گنبدی و دیگر سازه ها و تزئینات با دهانه وسیع به طور فزاینده ای با آلومینیوم ساخته می شد. امروزه از آن برای سقف، نمای جانبی، پنجره های شفاف، پنجره ها و قاب درها، راه پله ها، سیستم های تهویه مطبوع ، حفاظت از خورشید، سیستم های گرمایش، مبلمان و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود.

حداقل عمر مفید طراحی سازه های آلومینیومی ۸۰ سال است. در این بازه زمانی، آلومینیوم می تواند در هر شرایط آب و هوایی مورد استفاده قرار گیرد و در دمای بین -۸۰ تا +۳۰۰ درجه سانتیگراد خواص خود را از دست نمی دهد. سازه های آلومینیومی ممکن است در آتش سوزی کمی مستعد آسیب باشند، اما این فلز در دمای پایین حتی قوی تر می شود.

آشنایی با انواع آلومینیوم در ساخت و ساز

بسیاری از انواع آلیاژهای آلومینیوم برای محصولات و مشاغل مختلف کاربرد دارد. لیست کردن انواع آلومینیوم دشوار است، اما در اینجا رایج ترین انواع و کاربردهای آنها را آورده ایم.

سخت ترین آلومینیوم: ۲۰۲۴-T351

آلومینیوم با طبقه بندی ۲۰۲۴-T351 سخت ترین است و کار با آن آسان نیست. این آلمینیوم در هواپیماها و پروژه های پرچین رایج است و نمی توانید آن را جوش دهید.

انعطاف پذیر ترین آلومینیوم

فویل آلیاژ آلومینیوم انعطاف پذیرترین نوع آلومینیوم است زیرا فرآیند تولید آن آلومینیوم را به ورقه های نازک صاف تبدیل خواهد کرد. مصرف کنندگان مواد غذایی را با فویل می پیچند و بسیاری از شرکت ها محصولات را از مواد مصرفی گرفته تا لوازم آرایشی و لوازم خانگی در آن بسته بندی می کنند.

ورق آلومینیوم

ورق آلومینیوم با ضربه زدن یا چرخاندن تشکیل می شود و برای استحکام آن نیاز به آلیاژ دارد. قابلمه ها ممکن است حاوی آلومینیوم آلیاژی باشند، به عنوان مثال، با آلیاژهای رایج مانند منیزیم، مس و برنز که برای استحکام و دوام با مواد ترکیب می شوند.

آلومینیوم روکش دار

آلومینیوم روکش دار شامل آلومینیوم با AKA است و شامل روی، سیلیکون، مس، فولاد ضد زنگ، نیکل یا منیزیم است. این روکش مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد زیرا آلومینیوم برهنه بسیار مستعد خوردگی است.

آلومینیوم روکش دار به دلیل دوام آن در صنایع هواپیما و صنایع غذایی استفاده می شود.

آلومینیوم برهنه

آلومینیوم برهنه دچار خوردگی می شود و با اکسید شدن، خاصیت بازتابی خود را از دست می دهد. اگرچه خوردگی رطوبت و هوا آن را تاحدودی را از بین می برد؛ اما مواد داخلی هنوز محکم هستند. اگر پروژه ای دارید که ظاهر آن اهمیتی ندارد، می توانید از این نوع استفاده کنید.

آلیاژهای تولید آلومینیوم

سایر انواع رایج آلومینیوم آلیاژهای آلومینیوم برای تولید هستند. هر کلاس یک سری است و با یک عدد از یک تا هفت شروع می شود. هر سری از آلیاژ متفاوتی در ساخت خود استفاده می کند و در داخل سری، تغییرات و کاربردهای زیادی می تواند وجود داشته باشد.

سری ۱۰۰۰ خالص ترین محصول با حداقل ۹۹ درصد آلومینیوم است. در مخازن شیمیایی و میله های رسانای باس استفاده می شود.

آلومینیوم سری ۲۰۰۰ دارای آلیاژ مس است و در کاربردهای هواپیما و هوافضا رایج است.

سری ۳۰۰۰ دارای آلیاژ منگنز است و در ظروف آشپزی و وسایل نقلیه رایج است.

سری ۴۰۰۰ از سیلیکون استفاده می کند و نقطه ذوب آلیاژ را کاهش می دهد. جوشکارها اغلب از این آلیاژ استفاده می کنند.

سری ۵۰۰۰ دارای منیزیم و سیلیکون هستند و قطعات ساختاری مانند تیرها ، لوله ها و زاویه ها را تشکیل می دهند.

سری ۷۰۰۰ دارای آلیاژهای روی است و مقاومت بالایی در صنایع هوافضا و ورزش ارائه می دهد.

کار با آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا می تواند چالش برانگیز باشد و هزینه بر است؛ اما تحقیقات نوظهور کارها را ساده تر می کند.

آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام از پودر آلیاژی برای تولید قطعات آلومینیومی بدون درز استفاده می کند و مراحل پرهزینه و مصرف کننده انرژی را حذف می کند. آلومینیوم حاصل از این فرآیند نیز شکل پذیرتر است و آنها را در برابر شکستگی مقاوم می کند.

ویژگی های آلومینیوم

آیا می دانید اولین استفاده قابل توجه از آلومینیوم در ساختمان امپایر استیت در حدود ۱۹۳۰ بود؟ به نظر شما چرا از آلمینیوم درساخت و سازها از گذشته تا به امروز استفاده شده است؟ در ادامه همراه ما باشید تا پاسخ سوالات خود را بگیرید.

۱-مقاومت محیطی
آلومینیوم دارای مقاومت استثنایی است.شرایط آب و هوایی و دیگر عوامل آسیب رسان نمی توانند منجر به خرابی آلمینیوم شوند.به علاوه با پوشش های اضافی، رنگ و سایر روش های درمانی، می توانید آن را به هر شکلی که می خواهید جلوه دهید.

۲-دوام
اگرچه آلومینیوم می تواند خراش ها و فرورفتگی های زیادی را به خود جلب کند، اما قدرت کلی خود را حفظ خواهد کرد . می توانید روی آن بنشینید، آن را خم کنید، آن را در معرض آفتاب بگذارید و هنوز هم همانطور که انتظار می رود عمل خواهد کرد.

۳-وزن سبک
اگرچه فولاد یک فلز استاندارد برای بسیاری از پروژه های ساختمانی است، اما دست و پا گیر است. در حقیقت فولاد ۲.۵ برابر چگالی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد. در هر فوت مکعب، وزن فولاد ۴۸۹ پوند و وزن آلومینیوم ۱۶۸.۵ پوند است. هنگام طراحی ساختمان، این وزن می تواند تفاوت زیادی در نتیجه پروژه و هزینه آن ایجاد کند.

۴-ایمنی در برابر آتش
شما نمی توانید آلومینیوم را بسوزانید، بنابراین استفاده از آن در مکان هایی که گرم می شوند بی خطر است. آلومینیوم در حدود ۱۲۱۵ درجه فارنهایت ذوب می شود. آلیاژهای آلومینیوم در محدوده ۱۰۵۵ تا ۱۱۸۰ درجه ذوب می شوند. در هر صورت، ذوب ساختمان آلومینیومی به زمان زیادی نیاز دارد.

۵-قابل بازیافت
تقریباً ۷۵ درصد آلومینیوم به چرخش باز می گردد و تقریباً بی وقفه قابل بازیافت است. در حالی که بسیاری از محصولات هنگام بازیافت تجزیه می شوند، آلومینیوم خواص خود را از دست نمی دهد. علاوه بر این، بازیافت آلومینیوم به اندازه بازیافت سایر مواد گران نیست.

به طور خلاصه، آلومینیوم بسیار پایدار است و به دلیل سهولت استفاده مجدد، به عنوان مصالح ساختمانی محبوب است.

معایب استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز چیست؟

در این قسمت همراه ما باشید تا معایب استفاده از آلمینیوم در ساخت و ساز را بیشتر بررسی کنیم.

۱-آلومینیوم برهنه دچار خوردگی می شود
آلومینیوم برهنه، می تواند به راحتی خوردگی داشته باشد. با این حال، فرآیند خوردگی – اکسیداسیون – لایه ای از اکسید آلومینیوم را روی سطح فلز ایجاد می کند. پس از خوردگی لایه فوقانی، آلومینیوم در برابر هوا بیشتر مقاومت خواهد کرد.

۲-آلمینیوم فلزی صدا دار است
گاهی از آلمینیوم روی سقف استفاده می شود که در این حالت به دلیل برخورد حیوانات با سقف و یا بارش باران ممکن است، سر و صدایی بیش از سایر عناصر در این فلز به وجود بیاید که برای برخی آزار دهنده است.

۳-به راحتی فرو می رود
آلومینیوم به راحتی فرو می رود ، بنابراین اگر زیبایی برای شما مهم است، ممکن است بخواهید مصالح ساختمانی دیگری برای استفاده پیدا کنید. شاخه های درختان، کودکان و حیوانات می توانند نمای آلومینیومی یا سایر محصولات خانگی شما را خراشیده و یا بر روی آن تأثیر بگذارند.

۴- آلومینیوم در هنگام گرم شدن منبسط می شود
از نظر سیم کشی آلومینیومی، مواد می توانند به سرعت گرم شوند. وقتی گرم می شود، منبسط شده و این بدان معناست که می تواند در داخل دیوارها یا اجزای الکتریکی حرکت کند و یا حتی منجر به آتش سوزی شود.

بعلاوه ، وقتی آلومینیوم اکسید می شود، روکش ایجاد شده یک رسانای الکتریکی ضعیف است.