Aluminium som byggemateriale Forelesning i faget Materiallære Liv Torjussen Høgskolelektor, HIG

Aluminium i bygg Nytt materiale Bruk Fra 1900-tallet Mye benyttet i dag Bruk Ulike byggematerialer og elementer Takplater, fasader, vinduer, balkonger, rekkverk… Bærende bygningselementer Bruer, master, offshore… Sekundærbærende bjelker Stillaser, stiger, taksikring …

Produksjon Råvarer Ekstrudering Varmvalsing Kaldvalsing 8% av jordskorpen Bauxitt → aluminiumoksid Smelteelektrolyse Ekstrudering Presses gjennom form Bearbeiding Kan sveises, loddes og limes Varmvalsing Kaldvalsing

Overflatebehandling Anodisering Lakkering Oksidasjonssjikt på overflaten som beskytter aluminium naturlig, tykkelse 0,2my (= 0,0002 mm) Anodisering Øker oksidlaget (til fra 5 til 25my etter behov) Elektrokjemisk prosess, elektrolytisk bad, - elektrisk krets, profilen er anode Lakkering Pulverlakkering Mekanisk Elektrostatisk

Positive egenskaper Aluminium er et metallisk sølvfarget grunnstoff Lav vekt (egnet i rammesystemer) Ikke magnetisk (gjenvinning) Høy korrosjonsmotstand Stort utvalg i profiler God formbarhet Tåler lave temperaturer Små egenspenninger Høy fasthet Ved legering, varmherding og deformasjonsherding Bærende element i bruer, master, fly, biler … Egenvekt i kg/dm³ LIMTRE 0,47 BETONG 2,3 ALUMINIUM 2,75 STÅL 7,85

Begrensninger Redusert fasthet ved høg temperatur Lav utmatningsfasthet Betydning for levetiden Lav E-modul (70 N/mm² mot stål 210 N/mm²) Stor varmeutvidelse Energikrevende produksjon Kostbart

Korrosjon Lite korrosjon Galvanisk korrosjon oppstår Oksidlag dannes og beskytter Gjendanning ved ”sår” Anodisering øker laget etter behov Kan benyttes i sjøvann Galvanisk korrosjon oppstår Ved kontakt med bly, kopper, stål og elektrolytt (vann) Bruke bl.a. rustfrie stålskruer m. neoprenpakning

Kan ikke kuttes med skjærebrenner God leder Varme (i solfangersystem) Elektrisitet Lettere enn kobber Lite energitap Brann Ubrennbart, - men: Bæreevnen reduseres ved 100 ⁰C Drastisk redusert ved 200 – 300 ⁰C Smelter ved ca 600 ⁰C Må ha brannbeskyttelse Må branndimensjoneres Kan ikke kuttes med skjærebrenner Varmeledning: U- verdi i W/(m²∙⁰C) TRE 0,12 BETONG 1,8 STÅL 40 - 60 ALUMINIUM 200

E-modul: 70 N/mm² Temperaturutvidelse Ca 1/3 av E-verdien for stål (210 N/mm²) Gir større forskyvninger Temperaturutvidelse Ca. dobbelt så mye som for stål (αS = 12/10⁶ mm/mm·°C) Viktig ved kombinasjon av stål og aluminium Utvidelseskoeffisient αAl = 23/10⁶ mm/mm·°C Eksempel: Lengdeendring av en stav på 1m, ved temperaturendring fra + 20°C til - 20°C : ∆L= (23/10⁶ mm/mm ·°C )·1000 mm·40°C =0,92mm~ 1 mm Dvs. 1 cm på 10m

Fastheten øker ved lave temperaturer Sveisbart materiale Unntak: Cu og Zn-holdige legeringer Fastheten øker ved lave temperaturer Egner seg i fryserom, ol. Stål blir derimot sprøtt Egenspenninger Ikke vesentlig betydning Utmatting Lavere utmatningsfasthet enn stål

Bæreevne Stål ≠ aluminium Strekkprøving Må beregnes ulikt Strekkprøving Arbeidsdiagram Ikke flyteplatå Fastheten for de beste kvalitetene er omtrent som for vanlig konstruksjonsstål fu f0,2

Bæreevne Beregningsprinsipper påkjenningene < konstruksjonens styrke Konstruksjonens kapasitet kontrolleres mht.: Aksialkrefter, trykk og strekk Skjær Moment Knekking, vipping og torsjon Kombinerte lastvirkninger Utmatting Nedbøyning/forskyvning Brann NS –EN 1999-1-:2007 EUROCODE 9: Prosjektering av aluminiumskonstruksjoner

Kontroll av kapasitet også for: Sveis Forbindelsesmidler Ved tilstrekkelig bjelkehøyde: Stor momentkapasitet Liten nedbøyning Ved tilstrekkelig veggtykkelse i overflens: Tåler godt punktbelastning Lukkede profiler: Gir øket torsjonsstivhet

Energiforbruk ved produksjon av en søyle/drager-konstruksjon Materiale: Energiforbruk i kWh: LIMTRE 47 BETONG 73 STÅL 155 ALUMINIUM 584

Miljø Gjenvinning Transport Regnskogen 25% er gjenvunnet 5% energibruk i forhold til ny produksjon Transport Mindre drivstoff Transport av lette materialer Lette kjøretøy Regnskogen 16 km² / år = 0,01‰ av regnskogen

Les mer: Ellers finner du mye stoff ved å søke på nettet Aluminiumskonstruksjoner, Håndbok 46, Byggforsk   Byggforskserien  Byggdetaljer nr. 571.403: Metaller til bygningsbruk  NS-EN 1999:2007, Eurocode 9: Prosjektering av aluminiumskonstruksjoner   Ellers finner du mye stoff ved å søke på nettet