نبذة مختصرة

تم اكتشاف عنصر الألمنيوم قبل 200 عام. بعد فترة أولية من التطور التكنولوجي ، تم استخدام سبائك الألومنيوم في العديدمن التطبيقات الهيكلية ، بما في ذلك مجال الهندسة المدنية. الألومنيوم هو ثاني أكثر المعادن المحددة على نطاق واسع فيالبناء بعد الفولاذ ، ويستخدم في جميع القطاعات من المباني التجارية إلى المساكن المحلية.

يحتوي هذا المقال على نظرة عامة كاملة عن استخدام الألمنيوم في تشييد المباني وفوائده في تشييد المباني الحديثة. و أيضاعلى الخصائص والمزايا للالمنيوم ويطرح بعض التساؤلات حول ما إذا كان الألومنيوم مستدامًا ، ومصنعًا للمسار السريع ،ويتطلب الصيانة

المقدمة

1.1 لماذا الألومنيوم مادة مهمة جدا وذات شعبية في البناء؟

الألومنيوم هو ثاني أكثر المعادن المحددة في المباني بعد الصلب ، ويستخدم في جميع قطاعات البناء ، من المباني التجاريةإلى المساكن المحلية. يتم استخدام 40 ٪ من الإنتاج السنوي للألمنيوم في المملكة المتحدة في صناعة البناء ، وهو ما يعادل مايقرب من 150،000 طن من الألمنيوم سنويًا ، منها حوالي 65000 طن من المنتجات المسحوبة (Extruded) ، و 25000 طن من الصفائح (sheets )

القطاعات الرئيسية التي يستخدم فيها الالمنيوم هي النوافذ ، التسقيف ، الكسوة ، الحوائط الساترة والتزجيج الهيكلي ،المباني الجاهزة ، المعدات المعمارية ، H & V ، تجهيزات المتاجر والأقسام. كما يستخدم الألمنيوم على نطاق واسع فيالمصانع والسلالم والسقالات.
الألومنيوم المصهر الأساسي نقي ، وبالتالي ، يتمتع بقوة منخفضة نسبيًا. بالنسبة للسحب والمكونات المصنّعة الأخرى ، يتمتصنيع المواد من أجل تحسين قوتها ، على الرغم من أن الألمنيوم المطاوع الأشد لا يزال نقيًا بنسبة 92٪.

أكثر سلسلتين من السبائك استخدامًا على نطاق واسع هما سلسلة 5000 من سبائك المغنيسيوم المقواة وسلسلة 6000 منسبائك المغنيسيوم المصنوعة من السيليكون والمعالجة بالحرارة. هذا الأخير أكثر قابلية للسحب ، وبالتالي ، يوفر نطاقًا أكبرللأشكال المعقدة. كما تُستخدم سبائك السيليكون (مثل LM6) وسبائك المنغنيز (مثل 3103) في تطبيقات البناء المحددة.

1.2 الألومنيوم - مواد البناء في العصر الحديث

يعد البناء والتشييد الحديث أكثر من مجرد تشييد المباني بأكبر قدر ممكن من الوظائف. بالإضافة إلى المعايير الوظيفيةوالاقتصادية ، تلعب الاعتبارات الجمالية والتصميمية جنبًا إلى جنب مع المتطلبات البيئية الموضوعة على مشاريع البناء دورًا لايقل أهمية. وهذا يعني أن المواد المستخدمة ذات أهمية كبيرة. الألمنيوم ، مادة البناء للعصر الحديث ، أثبت نفسه كعامل مهمفي صناعة البناء والتشييد خلال القرن العشرين. يتيح الألومنيوم تحقيق كل مفهوم معماري ممكن - بغض النظر عما إذا كانمبنى جديدًا أو تحديثًا. تتراوح التطبيقات الممكنة من واجهات ومصنعي الأسقف والجدران لأنظمة منتجات البناء المصنوعة منالألومنيوم إلى الديكور الداخلي وتصميم المعيشة من رواد العالم من الناحية التكنولوجية - ليس أقلها مساحة ، وتشمل النوافذوالأبواب والشرفات لأن الشركات عززت تطوير المعاهد الحديثة والمعاهد الموسيقية. النوافذ والواجهات في مجالات معالجةالأسطح والعزل الحراري وعازل الصوت وتكييف الهواء والتدفئة الشمسية. مع طلب محلي سنوي يبلغ حوالي 500000 طن ،تعد صناعة البناء والتشييد ثاني أكبر سوق لمنتجات الألمنيوم في ألمانيا مثلا. حصتها من إجمالي سوق الألمنيوم 15 في المائة.

الصفات الاساسية للالمنيوم:

1. القوة مقابل الوزن

تكون أقسام الألمنيوم عمومًا أرق وأعمق من الأجزاء الفولاذية المكافئة لتحقيق القوة والصلابة المطلوبة نظرًا لأن الألمنيوم لا يتأثربالرطوبة ولا تتلف نوافذ الألومنيوم أو تلتصق أو تتعفن. في بناء الباب ، وعادةً ما يتم استخدام بثق المقطع المجوف ، يتمتحسين خطوط الرؤية لأنه يمكن تركيب أقفال متعددة النقاط وأثاث باب آخر داخل الإطار. هذا بالإضافة إلى الخفة الداخليةوقوة وصلابة إطارات الألومنيوم

2. يحتاج الى صيانة قليله - تكلفة منخفضة في الاستخدام :

في حين أن الألمنيوم يتمتع بمتانة طبيعية مدمجة (فهو يشكل طبقة واقية من الأكسيد بمجرد تعرضه للهواء) ، فإن معظممنتجات البناء المصنوعة من الألومنيوم يتم معالجتها أو طلاءها. إحدى الطرق التي يمكن بها تعزيز عملية الأكسدة هي الأنودة؛ عملية إلكتروليتية تزيد من سمك طبقة الأكسيد الطبيعية من 0.00001 مم إلى ما بين 0.005 و 0.025 مم (25 ميكرون). هذا يعزز قدرة الألومنيوم على تحمل الهجوم في البيئات العدوانية. ينتج عن عملية الأنودة الطبيعية تشطيب فضي مشابهللألمنيوم المؤكسد ، ولكنها يمكن أن تقدم أيضًا مجموعة من الألوان.

3. سرعة التصنيع والتشكيل :

أحد الأسباب الرئيسية لشعبية الالمنيوم الدائمة والمتنامية هو توافقها مع تقنيات البناء السريع اليوم والطلب في الوقتالمناسب. لا يظهر هذا في أي مكان أكثر وضوحًا من الحوائط الستارية ، حيث تسمح دقة الأقسام التي تم الانتهاء منها فيالمصنع بالانتصاب السريع في الموقع ، وتسمح فيه بالتشطيب الداخلي بشكل أسرع. والنتيجة النهائية هي شغل المبنى فيوقت سابق وهوامش ربح أكبر للعميل النهائي. توفر واجهات متاجر الألمنيوم وأنظمة النوافذ وتجميعات الأبواب مزايا قابلةللمقارنة في الموقع ، والتي يتم تعزيزها الآن من خلال الحفارات الآلية التي يتحكم بها المصنِّعون والتي يمكن أن تقوم بالثقبوالتشذيب والطحن والسطح إلى التفاوتات الدقيقة مما يتيح أسهل تركيب ممكن للمواد الحديدية والزجاج الخرز والمكوناتالثانوية الأخرى.

4. الأداء المضمون من خلال مراقبة الجودة :

على الرغم من أن تكاليف المواد الأساسية ستكون دائمًا مهمة للمحددين ، فيجب موازنتها مع تكلفة التصنيع وأداء الخدمةاللاحق. هذه منطقة حيث يكون الألمنيوم مناسبًا بشكل مثالي لأتمتة إجراءات التصنيع إلى أقصى حد من التحمل ، ويقدمالعديد من الفوائد. إن سحب الألمنيوم ، على سبيل المثال ، تخضع لنظام جودة صارم ، من اختبار صلابة البثق الخام إلىالانحناءات المخروطية ، النشر ، الخدش ، التلاعب ، المطرقة وقطرات الوزن لضمان أداء الطلاء. إن هذا المزيج من مراقبةالجودة والتكلفة الممتازة في الاستخدام وتكنولوجيا الأنظمة هو الذي ساعد في تطوير أسواق جديدة لشركات أنظمة الألمنيومفي قطاعات الصحة والتعليم والترفيه والنقل

3. الألومنيوم قابل لإعادة التدوير في نهاية عمر المبنى

كما أصبحت القدرة على إعادة تدوير منتجات البناء المصنوعة من الألومنيوم أكثر أهمية حيث يقرر المزيد من أصحاب المبانيتفكيك المباني القديمة بدلاً من هدمها. من خلال القيام بذلك ، فإنهم لا يحتفظون فقط بقيمة الخردة لمواد مثل الألمنيوم ولكنأيضًا يزيلون التأثير البيئي وتكلفة إلقاءها في مكب النفايات.

إعادة تدوير الألمنيوم يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة. لإنتاج الألمنيوم من المواد المعاد تدويرها ، على سبيل المثال ، يتطلب فقط5 ٪ من الطاقة المطلوبة لإنتاج الألمنيوم من البوكسيت. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر كل طن من الألمنيوم المعاد تدويره أربعة أطنانمن البوكسيت.

6. يمكن تشكيل الألمنيوم في مجموعة متنوعة من الأشكال:

بسبب ليونة الالمنيوم ، يمكن تشكيل الألمنيوم في عدد من الأشكال والملامح. لا تقتصر استخداماتها بأي حال على الألواحالمسطحة. وبالتالي ، يمكن أن تساعد أنظمة تكسية الجدران المصنوعة من الألمنيوم في إنشاء بعض الأجزاء الخارجية الأكثرجاذبية والوظيفية في المباني اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب الألواح الجدارية الكبيرة ، سواء المسطحة أو المشكلة ، عددًاأقل من المفاصل ، مما ينتج تثبيتًا سريعًا واقتصاديًا.
أنظمة جدار الألمنيوم غير مخصصة للاستخدام في البناء الجديد فقط. تطبيقات التعديل التحديثي قابلة للتطبيق أيضًا ،خاصة عندما يرغب المالك في تغيير "صورة" المبنى. تعتبر ألواح الجدران المصنوعة من الألومنيوم ، وخاصة الألواح المركبة ،مثالية لإعادة تكسية الهياكل القديمة ، بالإضافة إلى توفير خيارات التصميم المعاصر لجميع أنواع المباني الجديدة.

الخصائص والمزايا والمساوئ والتطبيقات :

3.1 خصائص

1. المتانة:منتجات بناء الألمنيوم مصنوعة من السبائك ، وهي مقاومة للطقس ومقاومة للتآكل ومحصنة ضد التأثيرات الضارةللأشعة فوق البنفسجية ، مما يضمن الأداء الأمثل على مدى فترة خدمة طويلة جدًا.

2. مرونة التصميم:

تقدم عملية البثق مجموعة غير محدودة تقريبًا من الأشكال والأقسام ، مما يسمح للمصممين بدمج العديد من الوظائف فيملف تعريف واحد. يمكن تصنيع المنتجات المدرفلة بشكل مسطح أو منحني أو على شكل شرائط ، أو محشوة بمواد أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن نشر الألمنيوم وحفره وبرشامه وتثبيته ولفه ولحمه ولحامه في ورشة العمل أو في موقع المبنى.

3. مئات التشطيبات السطحية:

يمكن طلاء الألمنيوم أو طلاءه بأي لون بأي تأثير بصري ، باستخدام أي عدد من اللمسات السطحية ، من أجل تلبيةالاحتياجات الزخرفية للمصمم. تعمل هذه العمليات أيضًا على تعزيز متانة المادة ومقاومتها للتآكل ، فضلاً عن توفير سطحسهل التنظيف.

4. انعكاسية عالية:

هذه الميزة المميزة تجعل الألومنيوم مادة فعالة للغاية لإدارة الضوء. يمكن تركيب مجمعات الطاقة الشمسية من الألومنيوم لتقليلاستهلاك الطاقة للإضاءة والتدفئة الاصطناعية في فصل الشتاء ، بينما يمكن استخدام أجهزة تظليل الألمنيوم لتقليل الحاجةإلى تكييف الهواء في الصيف.

5. السلامة من الحرائق:

الألمنيوم لا يحرق ولذلك يصنف كمواد بناء غير قابلة للاحتراق. ومع ذلك ، سوف تذوب سبائك الألمنيوم عند حوالي 650 درجةمئوية ، ولكن دون إطلاق غازات ضارة. تصنع الأسطح الصناعية والجدران الخارجية بشكل متزايد من ألواح تكسية رقيقة منالألومنيوم ، تهدف إلى الذوبان أثناء حريق كبير ، مما يسمح للحرارة والدخان بالهروب وبالتالي تقليل الضرر.

6. الأمن الأمثل:

يمكن استخدام إطارات الألمنيوم المعززة المصممة خصيصًا عند الحاجة إلى حماية عالية. في حين أن الزجاج لمثل هذهالتطبيقات قد يكون ثقيلًا ، فإن الوزن الإجمالي للهيكل يبقى قابلاً للتحكم بفضل الوزن الخفيف لإطار الألومنيوم.

3.2 المزايا

1. خفيفة الوزن

الألومنيوم هو واحد من أخف المعادن التجارية المتاحة بكثافة تقارب ثلث الفولاذ أو النحاس.

2. مقاومة التآكل ممتازة

يتمتع الألمنيوم بمقاومة ممتازة للتآكل بسبب الطبقة الرفيعة من أكسيد الألومنيوم التي تتكون على سطح الألمنيوم عند تعرضهللهواء

3. قوي في درجات حرارة منخفضة

عندما يصبح الفولاذ هشًا عند درجات حرارة منخفضة ، يزداد الألمنيوم في قوة الشد ويحتفظ بالصلابة الممتازة.

4. سهل العمل

يمكن تصنيع الألمنيوم بسهولة في أشكال مختلفة مثل الرقائق والألواح والأشكال الهندسية والقضبان والأنابيب والأسلاك.

5. معالجة السطح سهلة

بالنسبة للعديد من التطبيقات ، لا يتطلب الألمنيوم طلاء واقي أو زخرفي ؛ السطح المزود مناسب تمامًا بدون تشطيب إضافي

3.3 العيوب:

1. كان العزل الحراري غير كافٍ تقريبًا: الألمنيوم موصل حراري جيد.
2. عازل مائي ضعيف بسبب الوصلات المصممة / المنفذة بشكل غير مناسب بين صفائح الألمنيوم في السقف
3. الضجيج العام الناجم عن سقوط المطر أو البرد على صفائح الألمنيوم والسقف.

3.4 التطبيقات

يمكن الحصول على أفضل تطبيق في بعض الحالات النموذجية ، والتي تتميز في الحصول على الربح على الأقل من إحدىالخصائص الأساسية الرئيسية: الخفة ، ومقاومة التآكل والأداء الوظيفي. التطبيقات الإنشائية التي تناسب هذه الخصائصفي مجال الهندسة المدنية هي التالية:

1. أنظمة الأسقف طويلة المدى التي تكون فيها الأحمال الحية صغيرة مقارنة بالأحمال الميتة ، كما هو الحال في الهياكلالفضائية الشبكية والقباب الجيوديسية التي تغطي مناطق واسعة ، مثل القاعات والصالات.

2. الهياكل الموجودة في الأماكن التي يصعب الوصول إليها بعيدًا عن متجر التصنيع ، والتي يعد فيها اقتصاد النقل وسهولةالانتصاب ذات أهمية قصوى ، مثل أبراج النقل الكهربائي ، والتي يمكن حملها بطائرة هليكوبتر.

3. الهياكل الموجودة في البيئات المسببة للتآكل أو الرطبة مثل أسطح حمامات السباحة ، وجسور الأنهار ، والهياكلالهيدروليكية ، والهياكل الفائقة البحرية.

4. الهياكل التي تحتوي على أجزاء متحركة ، مثل جسور رافعة محطة الصرف الصحي والجسور المتحركة ، حيث تعني الخفةتوفير الطاقة تحت الخدمة.

5. الهياكل ذات الأغراض الخاصة ، والتي تكون عمليات الصيانة فيها صعبة بشكل خاص ويجب أن تكون محدودة ، كما هوالحال في الصواري وأبراج الإضاءة وأبراج الهوائيات وبوابات الطرق السريعة وما إلى ذلك.

مقاطع الألمنيوم  Aluminium Profiles:

تسمى مقاطع الالمنيوم الرئيسية عادة بأسم الشركات المطورة لها فكل شركة تقوم بتطرير مقطع متكامل وتطلق اسمها عليه

ولكن بشكل عام فان مقاطع الالمنيوم تكون حسب اماكن استخدامها وحسب عدد الواح الزجاج التي ترفق لها :

1- مقطع الألمنيوم ذي الزجاج المفرد

2- مقطع الالمنيوم ذي الزجاج المزدوج

3- مقطع الالمنيوم مع ثلاث طبقات زجاج

وطبعا كلما مازاد عد طبقات الزجاج تزيد امكانية المقطع على العزل الحراري وعزل الصوت ومنع تسرب المياه لكن بالمقابلسعر المقطع سيرتفع .

أو حسب مكان استخدامها :

مثل مقاطع الالمنيوم المستخدمة لتصوانين ادراج السلالم او سياج الحدائق والبنايات أو على الشرفات وغيرها منالاستخدامات العديدة للالمنيوم

يتم اعطاء الوان مختلفة للالمنيوم بواسطة صبغها باستخدام تقنية الافران او ما يعرف ب Power coating , فليس هناكحدود لالوان الالمنيوم

أسعار الالمنيوم :

من الصعب تحديد أسعار الالمنيوم لأنها متنوعه ومختلفة جدا , فالشركات اومصنعين مقاطع الالمنيوم يشترون الالمنيوم بالوزنحيث يبلغ سعر الطن تقريبا 2890 دولار .

اما الاسعار في المشاريع الانشائية فهي تعتمد على نوع الزجاج المرافق له وعدده واحجامة وعلى اللون والشكل , فمنها منيسعر بالمتر الطولي مثل الدربزينات ومنها بالمتر المربع مثل الشبابيك والابواب وتلبيس الواجهات فقد تتراوح الاسعار مابين ال300 $ الى آلاف الدولارات.