MATERIJALI U SAVREMENOM
GRADJEVINARSTVU
Tema:
Obojeni metali i njihove legure
Aluminijum
Student Profesor
Darko Marinković GR 04/13 mr Jelena Markićević
1
Оbojeni metali i njihove legure
(aluminijum )
U građevinskoj tehnici od svih metala najviše se primenjuju crni metali- gvoždje i njegove legure
(cca 95%) , ipak se pojedine oblasti gradjevinarstva mogu teško zamisliti bez upotrebe tzv.
Obojenih metala i njihovih legura
. Ovi metali se mogu podeliti na različite načine ali se obojeni
metali najčešće dele na retke,lake ,teške, i plemenite metale ( sl.1).
Slika 1
Od svih metala na ovoj slici su najznačajniji za gradjevinarstvo aluminijum,bakar,cink i olovo (u
daljem tekstu bavićemo se samo aluminijumom).Za njih su u tabeli (sl.1.1) date pojedine
karakteristike tih metala u „čistom“ stanju.Kao što pokazuje i slika postoje i odredjene
legureovih metala ( sl.1 ) .
Slika 1.1
3
Opšte o aluminijumu
(lat.Alumen)
Aluminijum je jedan od najzastupljenijih elemenata Zemljine kore (8,07%).Aluminijum je kao
element treći ,odmah iza kiseonika i silicijuma.
U prirodi se ne javlja u čistom stanju već u obliku rude boksita,koji se nalazi u sastavu mnogih
stena ,iako je prvi put proizveden tek polovinom XIX veka.
Boksiti su stene sastavljene od većeg broja minerala. Najviše su zastupljeni oni u čijem sastavu
se nalaze aluminijum , gvožđe, silicijum i titan.
Zbog svojih svojstava veoma brzo je izbio na drugo mesto u proizvodnji metala , odmah iza
gvoždja.
Čist aluminijum je mek i ograničene čvrstoće.Legiranjem sa Cu,Mg,Si,Mn i Zn dobija
karakteristike koje ga čine pogodnim za primenu u mnogim granama industije.
Pored legiranja karakteristike aluminijuma se mogu poboljšat i termičkom obradom
(žarenjem,kaljenjem,dozrevanjem i obradom u hladnom stanju).
Aluminijum je lak metal, njegova specifična težina je 27
kN m
3
, što je skoro tri puta manje od
čelika.
Izuzetno je rastegljiv, može da se izvuče u žicu dužine preko 1000 m, težine samo 27 gr.
Vrlo je otporan na dejstvo korozije, zahvaljujući filmu oksida.Na vazduhu se odmah prekrije
opnom oksida debljine 0,0001 mm, koja ga štiti od dalje oksidacije.
Aluminijum je dobar provodnik el.energije i toplote, ima veliku refleksiju svetla i zračenja.
Čist aluminijum reflektuje 90% svetlosti koja padne na njega,I ne samo vidljivog već i
ultraljubičastog I infracrvenog dela spektra.
Zatezna čvrstoća aluminijuma:
-
- Mekog: od 70
N
/
mm
2
do 90
N
/
mm
2
-
- Tvrdog: od 130
N
/
mm
2
do 180
N
/
mm
2
Temperatura topljenja aluminijuma je 660
℃
.
Zanimljivost u vezi aluminijuma jeste da su u uzrocima tla Meseca nadjena zrnca čistog
aluminijuma.
Mnogi minerali koji sadrže aluminijum spadaju u drago ili poludrago kamenje.
Na temperaturama ispod nule, aluminijumski lim je čvršći nego na sobnoj temperaturi a
zadržava svoju rastegljivost.
Aluminijumski limovi su odličan izbor za oblaganje zgrada I pokrivanje krova I predstavljaju
najbolji odnos –izdržljivost-cena.
Hemijska struktura aluminijuma se podešava prema nameni, gde se taj materijal koristi.
Aluminijum nije zapaljiv.Čak ni pri visokim temperaturama ne oslobadja otrovna isparenja.
4
Prednosti I mane aluminjuma
Prednosti:
-mala sopstvena težina-trećina težine čelika
-nerdjajući materijal-aluminijum ne korodira ali neke vrste u agresivnim sredinama zahtevaju
neku vrstu zaštite
-proces istiskivanja-ova tehnika,standardni način proizvodnje aluminijumskih preseka,je
značajno raznovrsniji od procesa valjanja kod čelika.
-zavarljivost-većina legura se može variti kao i čelik.Brzine zavarivanja su veće nego kod čelika
-glodanje-može biti ekonomična tehnika proizvodnje aluminijumskih elemenata zbog velike
Stope uklanjanja metala koje su ostvarive
-lepljenje-athezivno spajanje je uveliko ustanovljen metod za izvodjenje konstrukciskih veza u
aluminijumu
-otpornost na niske temperature-aluminijum nije sklon krtom lomu na veoma niskim
temperaturama kao čelik.Njegova mehanička svojstva se postepeno povećavaju sa
smanjenjem temperature
Mane:
-cena - cena metala je uglavnom oko 1,5 puta veća nego čelika iste zapremine. Ipak, cena
izgradnja, zbog manje mase, je manja. Dodatne uštede se postižu lakšim sečenjem materijala,
pametno izabranim presecima, izostankom potrebe za farbanjem u mnogim situacijama,
lakšom manipulacijom. Tako, da u okvirima ukupne cene koštanja gradnje objekta, efekti
prelaska na aluminijum su značajno manji. Druga strana ekonomske diskusije je relativno
visoka cena sekundarnog aluminijuma, značajna stavka za konstrukcije kratkog veka. Sa druge
strane, ova činjenica na žalost ima i svoju negativnu stranu. Dešavalo se da su konstrukcije od
aluminijuma ukradene radi preprodaje kao sekundarne sirovine,
-izvijanje - zbog manjeg modula elastičnosti, kritično opterećenje aluminijumskih komponenti
je manje nego za čelik iste vitkosti,
-povišene temperature - aluminijum slabi značajno brže na povišenim temperaturama od čelika.
Gubitak čvrstoće se za neke legure počinje već od 80 - 100 ⁰C,
-ZUT omekšavanje kod šavova - postoji ozbiljan lokalni pad u čvrstoći u zoni uticaja toplote
(ZUT) kod zavarenih veza u nekim legurama,
-zamor - aluminijumski elementi su više skloni otkazu usled zamora nego čelični,
termalna ekspanzija - kao što se moglo primetiti ranije u tekstu, aluminijum se širi i skuplja sa
promenom temperature dvostruko više bego čelik. Ipak, zbog manjeg modula elastičnosti,
naponi usled temperature u elementu sprečenih deformacija su samo 2/3 onih u čeliku,
-elektrolitička korozija - ozbiljna korozija aluminijuma se može ostvariti na mestima gde se
dodiruje sa drugim metalima, osim ako se ne preduzmu ozbiljne mere zaštite. Ovo se dešava
čak i pri korišćenju legura koje su veoma izdržljive,
-ugibi - opet zbog manjeg modula, elastične deformacije su važniji faktor nego kod čelika. Ovo je
često merodavno kod dimenzionisanja greda.
6
– Postoje gotovi sistemi za veze ova dva metala u konstrukcijama, kao i razni podmetači,
premazi I lepljive trake za eliminiaciju kontakta
Otpornost na temperaturu
-Aluminijum je pogodan za korišćenje u sredinama sa niskim temperaturama zato što je
otporniji na krti lom od čelika (udarna žilavost je veća).
-Sniženjem temperature kod aluminijuma dolazi do povećanja duktilnost i poboljšanja drugih
karakteristika materijala (zatezna čvrstoća)
Ponašanje pri porastu temperature
– Al-legure imaju slabu vatrootpornost. Pri porastu temparature mehanička svojstva
aluminijuma brže opadaju nego kod čelika.
– Izduženja usled temparature su dva puta veća nego kod čelika
– Zbog manjeg modula elastičnosti naponi koji se javljaju u materijalu usled temperaturnih
promena su manji nego u čeliku (2/3).
Zavarivanje Al-legura
– Primenjuju se MIG i TIG postupak zavarivanja;
– Promene u ZUT-u dovode do smanjanja mehaničkih svojstava materijala koje se uzimaju u
obzir u proračunu nosivosti!
– Zavarivanje aluminijumskih legura sa čelikom može da se izvede samo primenom posebnih
postupaka!
Ekološki održiv materijal - trajna vrednost
Reciklaža Al-otpada:
Mala potrošnja energije;
95-99% Al-otpada se reciklira u razvijenim zemljama.
Postupak proizvodnje aluminijuma
Postupak proizvodnje aluminijuma može da se podeli na dve faze:
-
Bajerov postupak za dobijanje glinice iz rude boksita
- Dobijanje primarnog aluminijuma elektroničnom redukcijom glinice
Pri proizvodnji aluminijuma troši se velika količina el.energije (15-30
KWh
za jedan kg
aluminijuma).Za proizvodnju je potrebna jaka struja (100-150kA).Zbog toga su najveće fabrike
aluminijuma u mestima koja obiluju strujom.
Reciklažom sekundarnog aluminijuma potrošnja el.energije se samnjuje samo na 5% od energije
potrebne za proizvodnju primarnog aluminijuma.
Udeo proizvodnje aluminijuma u ukupnoj svetskoj proizvodnji je 25%.
Tehnologija dobijanja aluminijuma se u suštini nije promenila od početka njegove proizvodnje
pre oko 100 godina. Bajerov postupak za izdvajanje aluminijumoksida iz rude i Erulova (Heroult-
