Hva vet arkitekter om dannelse av plakk og patina på kobber, bygninger og deres innvirkning på avløpsvann fra regnvann og miljø? Arkitekt Chris Hodson, korrespondent for www.copperconcept.org, ber en ledende ekspert om direkte svar.
I 15 år har professor Ingre Odnywall Wallinder (IOW) vært involvert i tverrfaglig felt- og laboratorieforskning på korrosjon og metallvask fra kobbertak og fasader utført av Fakultet for overflate og korrosjon, Royal Institute of Technology, Stockholm.
Chris Hodson (CH): Hva skjer når kobber blir brunt og deretter grønt ved kontakt med atmosfæren?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Alle unntatt de mest edle metaller som gull og platina oksiderer og korroderer i varierende grad når de er utendørs. Vi kan se dette i form av rust på stål og hvite avleiringer på galvanisert stål. Imidlertid er oksidasjon av metaller eller legeringer som titan og rustfritt stål ikke synlig for det blotte øye. Når den utsettes for atmosfærisk luft, danner kobber kobberoksid (kobber), som gradvis får en mørkere brunsvart farge. Deretter maler forskjellige basiske kobbersulfater og klorider overflaten grønn. Patina-formelen avhenger av atmosfæriske forhold, spesielt konsentrasjonen av svoveldioksid og natriumklorid er avgjørende. I det marine miljøet gjør dannelsen av basiske kobberklorider overflatene blåere. Til tross for disse grønne / blå overflatene forblir det indre laget hovedsakelig svartbrun kobber. I fravær av forurensning i luften og bort fra kysten, kan plakk beholde sin brune farge.
CH: Hvordan påvirker plakk korrosjon av kobberoverflaten?
IOW: Belegget fester seg tett på overflaten og fungerer som en effektiv barriere, og reduserer korrosjonen til det underliggende kobberlaget betydelig. Hvis plakk har dannet seg over 100 år, vil metallet nedenfor fortsatt ikke oksidere. Men denne regelen gjelder ikke for lett korroderende produkter som kobbersalter, hvis noen.
CH: Hvorfor oppløses ikke plakk raskt og vasker av overflaten som vannløselige salter?
IOW: For det første har basiskobberforbindelsene dannet i kobberavsetningen en veldig annen kjemisk sammensetning enn de vannløselige kobbersaltene. For det andre er baseforbindelsene en del av plaketten, hovedsakelig bestående av kobber. For det tredje tillater tilstedeværelsen av et tynt filmlag, kombinert med gjentatte tørre og våte perioder som påvirker faktorene i atmosfæriske forhold, delvis oppløst kobber som frigjøres fra sammensetningen av plakk, delvis å sette seg under tørkesykluser. Disse forholdene skiller seg betydelig fra laboratorieforhold for nedsenking i bulk, når det ikke er tørkeperioder og oppløst kobber har begrenset gjenoppfyllingskapasitet.
CH: Så vasker regnvannet noe materiale av kobberoverflaten?
IOW: Noen av materialene vaskes av overflaten til alle metaller. Men bare gjennom reaksjonen av regnvann med overflater kan en viss mengde frigjort kobber oppløses. I prinsippet avhenger dette av regnegenskapene (intensitet, vannmengde, varighet, surhet) og de rådende vindretningene, sammen med faktorer som bygningens geometri, dens orientering, skråning og skyggelegging. Dermed er mengden materialer som frigjøres i vannet en veldig liten andel plakk, og de fleste av de isolerte produktene er dårlig oppløselige i vann.
CH: Hva skjer med kobberet som er vasket bort fra bygningen?
IOW: Det er bekreftet at forskjellige materialer i nærheten av en bygning - inkludert jord, betong og kalkstein - effektivt absorberer frigjort kobber. Interaksjon med disse overflatene reduserer også bioakkumulering av kobber betydelig. Dermed vil frigjort kobber bli fanget av overflaten som allerede er i avløpssystemet: effektiviteten av betong- og støpejernsrør er bekreftet. Faktisk er over 98% av det totale kobberet som slippes ut i avløpsvann på betongoverflater, bundet innen 20 meter fra interaksjonen. Noen land har allerede vedtatt bærekraftig dreneringsteknologi, inkludert absorberende veiklær, avløp eller grøfter, omvendte brønner eller sedimenteringstanker og dreneringsland - i stedet for avrenning av rør i bekker og elver. Her har studier vist en høy andel kobberretensjon i de tidlige stadiene når man bruker disse teknologiene. Oppsummert kan vi si at i prosessen med å binde organisk materiale, absorbere partikler og sediment forblir det separerte kobberet i mineralstilstand som en del av det naturlige kobberbassenget i jorden, og fortsetter den naturlige syklusen med frigjøring / mineralisering.
CH: Er det situasjoner der arkitekter trenger å være nøye med drenering fra en kobberbygning?
IOW: Hvis du har designet et stort kobbertak som flyter direkte ut i en innsjø med følsomme vannlevende organismer, uten noen tidligere reaksjon med organisk materiale eller forskjellige overflater, bør du søke råd. Mye hjelp og råd kan fås fra European Copper Institute, inkludert verktøy for prosjektevaluering.
CH: Hvorfor har noen land fortsatt bekymringer om kobber i avløpsvann?
IOW: De fleste økotoksikologiske studier er utført på lett vannløselige salter for å vurdere skadelige effekter på vannlevende organismer, inkludert metaller i deres ioniske form. De har lite å gjøre med den faktiske situasjonen til en kobberkledd bygning utsatt for været, som vi diskuterte tidligere. De faktiske forholdene til dreneringssystemet, den robuste landskapsarkitekturen og bygningsmiljøet er også veldig forskjellige fra forholdene til de økotoksikologiske testene med kobbersalter, der alt kobber er i en kjemisk form som kan biologisk assimileres. Derfor må feilaktige normer og lovgivning nå korrigeres under hensyntagen til den virkelige miljøsituasjonen, spesielt med tanke på innvirkningen på kobberets natur.
Publisert i "Copper Architectural Forum" nr. 31 2011-utgaven. og på www.copperconcept.org
Av Chris Hodson
