當前,北美的橋梁系統(tǒng)已進入臨界狀態(tài)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(fā)表的報告稱，約需要1230億美元來修復與加固有破損的橋梁。
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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(fā)展城鄉(xiāng)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。
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(yè)公司（Alcoa）研發(fā)的，并投入商業(yè)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(yè)協(xié)會（EAA）研發(fā)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，因為它有最佳的綜合性能，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(guī)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。
表1 6061型鋁合金的化學成分（質量%）
表2 6061合金擠壓材的典型室溫力學性能
表3 6061合金擠壓材的力學性能與溫度的關系
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(tài)的180W/(m﹒℃)，T4狀態(tài)的154W/(m﹒℃),T6狀態(tài)的167W/(m﹒℃), 20℃時的電導率:O狀態(tài)的47%IACS、T4狀態(tài)的40%IACS、T6狀態(tài)的43%IACS，20℃時電阻率，O狀態(tài)的37nΩ﹒m、狀態(tài)的43nΩ﹒m、T6狀態(tài)的40 nΩ﹒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-704.2 mV；T6材在試驗室與實際使用中都未發(fā)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優(yōu)秀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(yè)結構與交通運輸裝備中有著極為廣泛的應用。
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從鋁合金橋梁用材的發(fā)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(yè)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合金擠壓材是首選的鋁橋材料。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(fā)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(fā)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(guī)范尚不完整配套、鋁產業(yè)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，最大載重約50噸。
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據筆者不完全統(tǒng)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(yè)發(fā)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(yōu)勢的。
●建立研發(fā)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(fā)單位不無關系。為了推廣鋁橋的發(fā)展與研發(fā)性能更加優(yōu)秀的橋梁鋁合金，開發(fā)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(yè)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。