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鋁材優點凸顯鋁橋優勢
亮麗且富有審美的外觀造型、較高的抗腐蝕性能、在整個生命周期內不需要維護、可降低合理的造價成本、維護成本比鋼橋的低得多，加上生命周期到期后，廢鋁幾乎可全部回收，可獲得95%以上的性能與原鋁相當的再生鋁，而鋼橋到期后回收的再生鋼還不到70%……鋁材作為橋梁材料，具有一系列難以替代的優越性能，被認為是最有活力與生命力的新型材料。
2008年，加拿大進行了一項研究完全證明了這一點，1946年～1963年建造的9座鋁橋，仍有6座如新建的那樣；鋁材的密度較低，因此橋的自重比鋼橋混凝土橋的低，有利于制造、運輸與安裝，同時橋的寬度可以加大一些，支撐構件也可減小與減輕一些，這一點對于橋的負載限制以及修復有歷史意義的橋梁等尤顯重要。通常，鋁橋面比混凝土橋面及其他大多數金屬橋面輕70%～80%。
近些年來，鋁工業在鋁材生產、新合金研發與性能改善方面、大截面擠壓材生產均取得了長足進展，使鋁材在橋梁結構中的應用上了一個新臺階。
馬迪集團(MAADI，MostAdvancedAluminumDesign＆Inspection)與加拿大鋁業協會（AluminumAssociationofCanada）的研究顯示，一座用鍍鋅鋼材造的3.24米寬，28.6米長的鋼橋，在50年后的成本比鋁橋的高28%～167%。該研究還顯示，鋁橋在33年內的成本比鍍鋅鋼橋的低。這僅對在一般大氣環境中兩種材料橋梁成本的比較，鋁材在嚴峻腐蝕條件下的抗腐蝕性比鋼的更高，此時鋁橋的優勢會更加凸顯。
鋁材在建造浮橋與可移動橋方面的優點更是不言而喻，在建造公路橋方面最近也大顯身手，美國西馬薩諸塞的薩迪斯菲爾德橋就是用擠壓鋁材建造的。
2017年，加拿大擠壓鋁材的消費量同比增長5%，已連續9年處于增長態勢，得益于建筑與結構鋁材用量的上升，其中就有橋梁擠壓材用量上升的因素。鋁材在北美橋梁建造中的較大增長態勢使鋁產業深受激勵，特別是車輛(汽車)橋梁(Vehicularbridge)的成功建造增大了結構擠壓鋁材在橋梁中的應用。為了滿足這種市場需求，馬迪集團推出了一種名為“高性能橋面板R（GuarDeckR)”的系統，是用擠壓鋁材制造的，可承載15噸，一旦橋梁或道路發生事故，可以將它運到現場，在短時間完成搶修，恢復通行與通車。
橋梁老化挑戰
當前,北美的橋梁系統已進入臨界狀態或者說臨近危險期，美國的60.3萬座與加拿大的逾5.6萬座公路橋的大多數是在上世紀的50～70年代建設的，其中多數已處于或即將進入有缺陷的故障期，聯邦公路管理局最近的數據顯示，美國約有5.6萬座橋梁在結構上存在或多或少的毛病；據美國土木工程師學會發表的報告稱，約需要1230億美元來修復與加固有破損的橋梁。
在未來20年內，修復這些橋梁將大大提升其基礎結構成本，這些老的橋梁的絕大多數都是鋼材與混凝土建造的，近期建造的則用的是加固的混凝土。投資橋梁、道路和其他交通運輸設施的建設對發展城鄉經濟無疑會起著巨大的作用。擠壓鋁材將在北美公路橋梁修復中獲得較為廣泛的應用。
鋁橋面板的研發
鋁材雖有不少優點，但是也面臨著諸多挑戰，例如它的彈性剛度與疲勞強度比鋼低得多，焊點及其熱影響區強度性能有較大下降，原材料價格也高。面對這些挑戰，馬迪集團經過多年研發，采用熔焊與精選合金設計與建造了幾百種鋁合金橋梁結構，并在實踐中得到應用，用于建造新橋與修復、加固老化橋。在這些橋梁結構中，最有名的是Make-A-Bridge，在美國與加拿大新建的行人鋁橋都采用這種結構，沒有采用焊接，而是聯鎖的；該集團向亞洲市場推出的行人鋁橋名為“Caribbean”。目前，馬迪集團已制造成功可通行15噸汽車的鋁橋。
馬迪集團與美國滑鐵盧(Waterloo)大學合作研發的“安全鋁橋板(GuarDeck)概念”結構已納入加拿大標準協會（CSA）2011年文件中，后來,他們建造了一座試驗橋，長22.9米，在滑鐵盧大學進行了一系列全面評估試驗，如極限強度試驗、壽命試驗、震動試驗、疲勞試驗等等。
馬迪集團室內工程師團隊制造了一些原型橋面板，在車間內進行廣泛試驗，還用178kN的壓力機進行了摩擦試驗，以評估摩擦力大小，這些實驗是在魁北克鋁工業發展中心（CQRDA）的支持下進行的,此中心致力于開發鋁的新應用。
GuarDeck鋁橋是用擠壓鋁材制造的，所有零部件都在大型5軸加工中心（CNC）上加工，具有很高的精度，在11.5米長的面板上的偏差還不到0.5毫米。所有鋁材是用50MN的正向擠壓機生產的，合金為6061-T6，它有更高的強度性能與高的抗腐蝕性，每塊橋板的兩面上都有榫舌和切槽，以便互相連鎖，因為6061合金的熱脹系數為23.6×10-6/℃，比鋼的大一倍，采用這種連接方式可消除這種熱脹差別。鋁橋面板可進行種種表面處理：涂上透明漆，耐久性陽極氧化，烘烤漆層，甚至可涂以防滑環氧樹脂，以防汽車輪胎在表面上滑動。為了安全起見，可在面板邊上裝以安全護欄。
馬迪集團時刻關心著環保問題，GuarDeck鋁橋用的6061合金含有約20%的廢鋁，如果采購不到這種擠壓鋁材，則在加工制造鋁橋時盡量多使用可再生新能源。另外，鋁橋可100%回收再生，可重復使用，僅在熔煉時有約不到2.5%的燒損。
當前最重要的是全面采用快速橋梁結構（ABC，acceleratdbridgeconstruction）技術，ABC技術的實質，是在工廠將鋁橋分段、分塊預裝好，然后運到工地組裝，可在不影響交通的預定時間內完成吊裝，如果橋的跨度大橋面長，可將橋面板預裝成55kg的小塊，將小塊固定于擠壓的Ι字主梁上，緊固件為不銹鋼的，并采取了防腐蝕、防破壞、防盜措施。每個緊固件都固定的結結實實，需要134kN的扭力才能松動面板。
由于安裝橋板不用焊接工藝與大型設備，可將安裝時間壓縮很短，即使不熟練的工人安裝一塊預制橋面板也只要10分鐘,一座30米跨度的橋只需約1天即可交工。馬迪集團的GuarDeck鋁橋從制作到安裝到使用完全符合環保法規條例與有關國家與組織的標準，如加拿大國家標準、加拿大標準協會（CSA）、美國土木工程師協會（ASCE）、美國洲際公路與運輸管理人員協會（AASHTO）的相關文件。
6061合金橋梁的脊梁材料
在當今鋁橋的用材中，90%以上為6061合金擠壓材，特別是公路鋁橋則幾乎全用6061合金，行人橋的附屬設施則可用6063合金擠壓材制造。6061合金是一種AI-Mg-Si-Cu-Cr系合金，是1933年美國鋁業公司（Alcoa）研發的，并投入商業化生產，是一個經典的、久經考驗的變形鋁合金，是四大“金剛”可熱處理強化鋁合金之一。（四大“金剛”可熱處理強化鋁合金包括2024型合金、6061型合金、6063型合金、7075型合金）。6061型合金的產量僅次于6063型合金的，比2024型及7075型合金多的多。
至2019年12月，6061合金家族已有5個成員，除6061A是歐洲鋁業協會（EAA）研發的外，其他4個皆是美國合金，他們的化學成分見表1。生產橋梁鋁材時最好只用6061合金，因為它有的綜合性能，成分也易控制，配料時可多用一些舊廢鋁。
6061合金的固熔處理溫度很寬，很好控制，為515℃～550℃，控制在535℃即可；T6、T6510、T6511擠壓材的人工時效規范：（170～180）℃/8h。6061合金的力學如表2所示，低溫及高溫力學性能見表3。
鋁將成為橋梁材料明星
6061合金的物理性能:密度2.7g/cm3，液相線溫度652℃，固相線溫度582℃，20℃～100℃的線脹系數23.6×10-6/℃,20℃時的比熱896J/（kg﹒℃），25℃的熱導率：O狀態的180W/(m﹒℃)，T4狀態的154W/(m﹒℃),T6狀態的167W/(m﹒℃),20℃時的電導率:O狀態的47%IACS、T4狀態的40%IACS、T6狀態的43%IACS，20℃時電阻率，O狀態的37nΩ﹒m、狀態的43nΩ﹒m、T6狀態的40nΩ﹒m。
6061的抗腐蝕性能：在2.67%AlCl3溶液中對SCE（飽和干汞電極）的電位為-876.9mV、孔蝕電位為-704.2mV；T6材在試驗室與實際使用中都未發現應力腐蝕開裂，T4材料在實際使用無應力腐蝕開裂，但在試驗室試驗時在板厚方向卻觀察到有此種腐蝕，有剝落腐蝕，但對實際使用無影響。
6061合金有良好的熔焊性能，也可以釬焊。它是一種中等強度的擠壓性能的可熱處理強化的經典合金，成形加工性能上乘，并有很好的表面處理性能，在通用工業結構與交通運輸裝備中有著極為廣泛的應用。
從鋁合金橋梁用材的發展來看，世界首座鋁橋是美國匹茲堡市（Pittsburgh）史密斯菲爾德（Smithfield）街的長約100m的公路橋面用的是2014-T6鋁合金厚板，建于1933年，1967年經過翻修，橋面板改用抗腐蝕性更強的5456-H321合金厚面板，可以這樣認為，1953年以前，公路鋁橋用的合金大都是2014-T6合金，1948年英國亨頓（Hendon）建的一座公路橋除2014-T6合金板外，還用了一些6151-T6合金厚板；1950年英國蘇格蘭（Scotland）圖梅爾（Tummel）河上的一座公路橋用的是6151-T6合金薄板；1962年以前（1953～1962年）德國和英國建的一些公路鋁橋用的是6351-T6合金擠壓型材波紋薄板。
從上世紀90年代中期起，6061-T6合金擠壓材在鋁橋結構用材中占據主導地位，其中最有名的賓夕法尼亞州朱尼亞塔（Juniata）河上的吊橋建于1994年，用的是雷諾茲金屬公司（后被美國鋁業公司兼并，現屬奧科寧克公司）提供的6061-T6與6063-T6合金擠壓材，此公路橋長約98m，原為鋼橋，只能通過7噸的汽車，改為鋁橋后可通行22噸的汽車。
現在可以這么說，在沒有出現綜合性能更好的鋁合金之前，宜認為6061-T6合金擠壓材是的鋁橋材料。當然如6063、5083、5086、6082等也可以用。
結束語
鋁材是繼木材、鋼材、混凝土、石材之后的建造橋梁的材料，本文介紹了鋁橋的歷程與6061-T6合金的各項性能,希望對鋁橋與橋梁鋁材感興趣的人們與推廣鋁的應用以及對國民經濟發展有所裨益，更希望有關人士了解馬登集團在鋁橋方面的工作。筆者如下看法純屬一家之言，不足為訓。
對鋁橋的認識有待加強，投入需加大，發展宜加快。與美國、加拿大相比，中國在鋁橋建造方面聲勢不大，相關研究不夠、設計規范尚不完整配套、鋁產業在這方面做的工作有待加強。中國首座鋁橋是2007年3月建成的杭州慶春路中河行人天橋，技術與材料全部從德國引進，2007年9月中國有完全自主知識產權的行人天橋在上海徐家匯漕溪北路投入運作，用的是6061-T6合金，單跨23米，寬6米，主橋高2.6米，凈高4.6米，自身質量15噸，載重約50噸。
據筆者不完全統計，2007年至2019年的13年內，我國在北京、上海等15個城市共建造了約75座行人過街鋁橋，其中公路橋梁未見到公開報道，由此可見，在鋁橋建設方面，在數量上比工業發達國家的少，而公路橋則更少，這并不奇怪，因為美國有87年的鋁橋建造史，而中國的建造史只不過13年，其他國家如加拿大、英國、德國、丹麥、挪威、瑞典等國的鋁橋建造史都在80年左右。
有人認為，鋁材的初始成本比鋼材的高，單從經濟上來說，建造一座50米長的行人橋用的鋼材價格只有鋁材價格的40%左右，但國外有人做過研究，如果將維護成本也計算在內，則鋁橋比鋼橋合算得多。以制造一條長91.4米、寬6.1米的橋面為例，鋼橋面的制造成本為833美元/米2，鋁橋面的為1388美元/米2，則鋼橋面的總成本為45萬美元，鋁橋面的為75萬美元，鋁橋面比鋼橋面貴67%。鋼橋面每10年就要維護一次，這是勞動密集型工作，徹底清理銹跡，露出鋼的原貌，再重新刷涂防腐劑。若橋的生命周期為50年，則需要大維護4次，每次的費用約為初始建設費的1/3。如此計算，鋼橋在使用期內的總成本為105萬美元，而鋁橋在服務50年后，即使再使用25年，仍保亮麗風采，成本維持在75萬美元。如此一來，即使純算經濟賬，建造鋁橋也是有優勢的。
建立研發中心，推廣橋梁鋁材應用。我國在鋁橋建設方面之所以未成為領軍者，與尚未建成一個強有力的研發單位不無關系。為了推廣鋁橋的發展與研發性能更加的橋梁鋁合金，開發高效的鋁橋加工工藝與組裝工藝，我們有必要組建一個強大的鋁橋研究所與中心，加大投入，聚集人才，使橋梁鋁材成為鋁產業的一個新亮點，下“狠”功夫干，下大力氣干，爭取干五六年后，扛著大旗，走在世界鋁橋隊伍最前列。
