1.前言
長期以來，建筑業，特別是民用建筑業一直是許多國家的第一支柱產業，因為它與國民經濟的發展、人民生活水平的提高，以及社會文明的進步息息相關，在國民經濟的持續高速發展中起著舉足輕重的作用。在建筑材料中，除了水泥(砂石、磚塊等)以外，主要是木材和鋼材。森林是保持地球生態平衡的主要因素，不宜多砍伐，已是眾所周知、不爭自明的事實，就是作為主要結構材料的鋼材，在重視節能、環保和安全的當今世界也有些不堪重負、力不從心的感覺，顯示出要退出歷史舞臺的姿態。“綠色建筑”概念的提出助長了這種趨勢。所謂“綠色建筑”就是低碳、節能、環保安全，可回收再生，可循環發展的建筑業或建筑材料。能負此重任的綠色建筑材料非鋁莫屬，因為經對比分析，當今世界的主要材料中，鋁更具“綠色”的特點。鋁合金具有密度小;比強度高;耐腐蝕;可表面處理;塑性好、可加工成各種特殊形狀和規格的型材、管材、棒材和板材及鍛件材等;不粘水，有良好的水密性、氣密性和防漏水性能;可回收率達90%以上，再生能耗低、成本低、可反復循環使用;易運輸，施工裝卸方便，維護費用低等優良特性，是最理想的輕量化材料，而輕量化正是實現“綠色建筑”—低碳、節能、環保、安全的重要途徑，因此，以鋁代木、以鋁代鋼正成為“綠色建筑”的重要趨勢。
除了大量使用鋁門窗和幕墻替代木、塑料和鋼門窗外，以鋁合金模板和腳手架替代木質、塑料和鋼鐵模板和腳手架在國內外也正大規模興起。目前正在研制和起步階段的是以鋁合金結構材料替代木結構和鋼結構材料，根據初步試驗研究和實踐證明，鋁結構較木結構和鋼結構具有一系列無可比擬的優勢。是一種名符其實的“綠色建筑”材料。具體來說，用鋁合金作建筑結構材料具有密度小(2.7)，僅鋼材(7.8)的1/3左右;比強度高(相當于高強結構合金鋼材);耐腐蝕，可表面處理，美觀耐用(建筑生命周期中的防腐工作量少，費用低，不影響正常生產經營使用，可用于濕度大、有酸雨或沿海地區;耐磨損、耐疲勞、可反復使用;不吸水、氣密性和水密性效果好;具有良好的隔音、吸音和防漏水效果;空間結構現代感強：鋁合金空間結構輕，基礎投資少，便于裝卸和施工，特別是對高層建筑和現代化的大跨度和薄殼結構建筑的設計、制造、施工具有獨特的特點;塑性好，易成形，可加工成各種形狀特殊大型整體空心和實心型材、管材和棒材，適應各種風格的建筑結構需要，使建筑構件的形式更合理;鋁合金結構自重輕，現場無需大型重型機械配置，運輸安裝極輕便，可大大縮短施工周期，提高業主經濟效益;全裝配式施工，達到模塊化、建筑工業化的標準，施工現場無噪音、無粉塵、對水、氣無污染，屬典型的綠色材料，綠色施工;同等跨度情況下，結構斷面大幅減少(約鋼結構的1/8截面)，可增加建筑物6%左右使用面積，減少10%左右的空間浪費，節約土地和能源;鋁合金材料可回收，回收率達90%以上，而且回收的能耗和成本很低，可循環，再次利用率大，是典型的可再生循環使用的環保材料。因此，越來越受到“綠色建筑”的青睞，以鋁代木，以鋁代塑，以鋁代鋼將越來越明顯地成為“綠色建筑”業的大趨勢。
2.綠色建筑鋁合金結構擠壓材的特點與技術要求
建筑結構材料不同于建筑裝飾材料，是整個建筑物的主要承力部件，建筑裝飾材料如門窗、幕墻、圍欄、天花板、鑲邊等一般不承受重力，只需美觀耐用就行。而結構材料是整個
建筑物的頂梁柱。以往，建筑結構材主要選用優質木材和鋼材。為了綠化地球，森林不宜多砍伐，因此，木結構的應用越來越少了，在提倡低碳、節能、環保安全的今天，鋼材由于其重量重，資源短缺，能耗大，不易回收，易腐蝕，污染環境部安全等原因，也逐漸感到力不從心，很難承擔“綠色建筑”結構材的重任。因此，理想的綠色建筑鋁合金結構材正慢慢登上綠色建筑結構材料的舞臺，大有以鋁代木、以鋁代鋼正成為“綠色建筑”結構材料主體之勢。鋁合金結構材料也有價格較高，加工技術含量高，生產難度大，各種性能難于合理匹配等特點，需要進行研究和產業化開發。
綠色建筑鋁合金結構擠壓材的特點和技術要求簡述如下：
(1)產品品種多，規格范圍廣，外廓尺寸和斷面積大，形狀復雜，壁厚相差懸殊，難度系數大，大部分為特殊的異形空心型材，也有寬厚比大的實心型材，舌比大的半空心型材以及異形的管材和棒材。表1為某廠生產的部分綠色建筑鋁合金結構擠壓材的斷面信息表。
(2)為了提高建筑物的整體強度和剛度，和便于現代化大跨度和薄殼結構設計多采用整體組合結構型材，即由多塊形狀各異的中、小型型材拼組成一塊大型整體結構型材，有的寬度大于600mm，斷面積大于400cm2，壁厚差大于20mm，舌比大于8，需要采用7000t以上的大型擠壓機，設計制造特殊結構的模具才能成形，技術難度大，批量生產困難。
(3)材料要求高的強度和剛性及優良的綜合性能，因此需要選用各種性能的合金和狀態，一部分采用中強可焊、可冷彎成形、耐腐蝕的6xxx和5xxx合金(如6005T6、6061T6、6082T6、5083H112、5052H112等)，但強度必須大于300MPa，因此應對合金成分進行調整或開發新型合金;另一部分要求高強度、高韌性合金(如2024T4、7075T6、5A06H112等)并具有可焊性和冷成型性能，因此也應對合金成分進行優化。此外，為了保證結構材料的優良綜合性能，需要對熔鑄、擠壓、熱處理等工藝進行優化，設計制造特殊結構的工模具等，技術含量高、生產難度大、成品率和生產效率很難提高。
(4)為了運輸、施工、維護、裝卸方便，要求產品的尺寸公差和形位公差達到高精級或超高精級水平，這對模具質量和精密淬火工藝提出了很高的要求。
(5)要求產業化批量生產，因此對設備、鑄錠質量、模具技術和質量，擠壓和熱處理工藝等提出很高的要求，特別是對模具結構與使用壽命提出了更高要求，較一般模具的使用壽命要求提高2倍以上，這對大型的特殊型材模來說是很難做到的。
3.綠色建筑鋁合金結構擠壓材的廣泛應用及產業化生產的重大意義
(1)鋁合金是目前世界上最理想的綠色建筑結構材料，產業化與廣泛應用，對推廣綠色建筑業的發展，促進我國城市化和工業化的進程，進而促進國民經濟的高速持續發展和社會文明進步具有重大意義。同時對擴大鋁合金材料的應用領域，加速鋁合金加工產業和技術的發展將起促進作用。
(2)建筑結構中以鋁代木，使鋁合金成為一種真正的“綠色建筑”材料，因為以鋁代木可以大大減少砍伐保護綠色地球的森林，保護地球的綠色和低碳。何況鋁結構與木結構相比，還是有強度、剛度高，減少結構斷面，增加建筑物使用面積，節約土地和能源;耐水、防水、水密性、氣密性好，杜絕滲漏水;耐腐蝕性能好，可表面處理，美觀耐用;運輸、施工、維護和裝卸方便，成本低，特別適于高層和大跨度薄殼結構建筑;可回收率大于90%，回收成本和能耗低，而木材使用壽命短，只能作為垃圾回收。可見，鋁合金結構材是一種真正的低碳、綠色、可循環使用的建筑材料。
(3)在建筑結構中，特別是現代高層民用建筑及大跨度和薄殼結構的大型公用建筑中鋁合金結構與鋼結構相比具有明顯優勢：
密度小。鋁合金的密度僅為鋼密度的1/3，而比強度、比剛度比鋼材高，是典型的理想的輕量化材料。用于高層和大跨度與薄殼結構中，鋁合金空間結構重量比鋼結構的要輕得多，因此，構筑物的基礎投資要少得多。
強度高，一般中強鋁合金材料的b可達300MPa以上，相當于Q235鋼，7075T6超高強鋁合金的b可達700MPa左右，可與高強合金鋼比美，超過高強鋼Q345，而鋁合金的密度小，鋁合金材料的空間結構重量輕。因此，相等重量結構的比強度高。
可制作成各種形狀與規格的精密結構部件。與鋼鐵相比，鋁合金具有良好的塑性和可成形性，可用各種壓力加工方法(擠壓、軋制、鍛壓和沖壓等)在冷、熱狀態下大批量加工成各種規格和形狀的精密空心的和實心的恒斷面的、變斷面的型材、管材、棒材、板材、鍛件、模鍛件及沖彎件等，而且能使構件截面形式更加合理。不需要精密機械加工條件下，即可滿足任意建筑結構的要求。這是鋼材熱軋、冷軋、擠壓或焊接都無法達到的。
現場運輸安裝方便。由于鋁合金結構自重很輕，現場無需大型重型機械裝置，運輸安裝極為輕便，故現場施工周期可大大縮短，成本大大降低。
抗腐蝕、可表面處理、美觀耐用。與鋼結構相比，鋁合金結構的主要優點之一是抗腐蝕、經久耐用，建筑生命中的防腐工作量少，防護維修費用低，同時不會因防腐維修而影響正常的生產經營及使用。鋁合金結構綠色建筑物廣泛運用在濕度大，有酸雨、氣候變化惡劣的環境或沿海地區。
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