Vad vet arkitekter om plack- och patinabildning på koppar, byggnader och deras inverkan på avloppsvatten från regnvatten och miljön? Arkitekt Chris Hodson, korrespondent för www.copperconcept.org, ber en ledande expert om direkta svar.
I 15 år har professor Ingre Odnywall Wallinder (IOW) varit involverad i storskalig tvärvetenskaplig fält- och laboratorieforskning om korrosion och metallutspolning från koppartak och fasader utförda av Yt- och korrosionsfakulteten, Kungliga tekniska högskolan, Stockholm.
Chris Hodson (CH): Vad händer när koppar blir brunt och sedan grönt vid kontakt med atmosfären?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Alla utom de mest ädla metaller som guld och platina oxiderar och korroderar i varierande grad när de är utomhus. Vi kan se detta i form av rost på stål och vita avlagringar på galvaniserat stål. Oxidation av metaller eller legeringar som titan och rostfritt stål är dock inte synligt för blotta ögat. När den utsätts för atmosfärisk luft bildar koppar kopparoxid (koppar), som gradvis får en mörkare brunsvart färg. Sedan målar olika basiska kopparsulfater och klorider ytan grön. Patinaformeln beror på atmosfäriska förhållanden, särskilt koncentrationen av svaveldioxid och natriumklorid är avgörande. I den marina miljön gör bildandet av basiska kopparklorider ytorna en blåare färg. Trots dessa gröna / blå ytor förblir det inre skiktet huvudsakligen svartbrun koppar. I avsaknad av förorening i luften och bort från kusten kan plack behålla sin bruna färg.
CH: Hur påverkar plack korrosion på kopparytor?
IOW: Beläggningen fäster tätt på ytan och fungerar som en effektiv barriär, vilket signifikant minskar korrosionen hos det underliggande kopparskiktet. Om placket har bildats under 100 år kommer metallen nedan fortfarande inte att oxideras. Men denna regel gäller inte för lätt frätande produkter som kopparsalter, om några.
CH: Varför löses inte placket snabbt och tvättar bort ytan som vattenlösliga salter?
IOW: För det första har de baskopparföreningar som bildas i kopparavlagringen en mycket annan kemisk sammansättning än de vattenlösliga kopparsalterna. För det andra är basföreningarna en del av placket, huvudsakligen bestående av koppar. För det tredje tillåter närvaron av ett tunt filmskikt, kombinerat med upprepade torra och våta perioder som påverkar faktorerna för atmosfäriska förhållanden, att partiellt upplöst koppar som frigörs från plackens sammansättning delvis kan sedimentera under torkningscykler. Dessa förhållanden skiljer sig avsevärt från laboratorieförhållanden för nedsänkning i bulk, när det inte finns några torkperioder och upplöst koppar har begränsad återfällningskapacitet.
CH: Så tvättar regnvattnet något material från kopparytan?
IOW: Några av materialen tvättas av ytan på alla metaller. Men bara genom reaktion av regnvatten med ytor kan en viss mängd frigjord koppar lösas upp. Detta beror i princip på regnens egenskaper (intensitet, vattenmängd, varaktighet, surhet) och rådande vindriktningar, tillsammans med faktorer som byggnadens geometri, dess orientering, lutning och skuggning. Således är mängden material som släpps ut i vattnet en mycket liten andel plack och de flesta av de isolerade produkterna är dåligt lösliga i vatten.
CH: Vad händer med koppar som tvättats bort från byggnaden?
IOW: Det har bekräftats att olika material i närheten av en byggnad - inklusive jord, betong och kalksten - effektivt absorberar frigjord koppar. Interaktion med dessa ytor minskar också kopparbioackumulering avsevärt. Således kommer den frigjorda kopparen att fångas av ytan som redan finns i dräneringssystemet: effektiviteten hos betong- och gjutjärnrör har bekräftats. I själva verket är över 98% av den totala koppar som släpps ut i avloppsvatten på betongytor inom 20 m från interaktionen. Vissa länder har redan antagit hållbara dräneringstekniker, inklusive absorberande vägkläder, avlopp eller diken, inverterade brunnar eller sedimentationstankar och dräneringsmarker - snarare än avrinning av rör i vattendrag och floder. Här har studier visat en hög andel kopparretention i de tidiga stadierna när man använder dessa tekniker. Sammanfattningsvis kan vi säga att i processen att binda organiskt material, absorbera partiklar och sediment, förblir den separerade kopparen i mineraltillstånd som en del av den naturliga kopparpoolen i jorden och fortsätter den naturliga cykeln för frigöring / mineralisering.
CH: Finns det situationer där arkitekter måste ägna stor uppmärksamhet åt dränering från en kopparbyggnad?
IOW: Om du har designat ett stort koppartak som strömmar direkt in i en sjö med känsliga vattenlevande organismer, utan någon tidigare reaktion med organiskt material eller olika ytor, bör du söka råd. Mycket hjälp och råd kan erhållas från Europeiska kopparinstitutet, inklusive verktyg för utvärdering av projekt.
CH: Varför har vissa länder fortfarande oro över koppar i avloppsvatten?
IOW: De flesta ekotoxikologiska studier genomförs på lätt vattenlösliga salter för att bedöma skadliga effekter på vattenlevande organismer, inklusive metaller i jonform. De har lite att göra med den faktiska situationen för en kopparklädd byggnad utsatt för vädret, som vi diskuterade tidigare. De faktiska förhållandena i dräneringssystemet, den robusta landskapsarkitekturen och byggnadsmiljön skiljer sig också mycket från förhållandena i de ekotoxikologiska testerna med kopparsalter, där all koppar är i kemisk form som kan biologiskt assimileras. Därför måste felaktiga normer och lagstiftning nu korrigeras med hänsyn till den verkliga miljösituationen, särskilt med hänsyn till effekterna på kopparnas natur.
Publicerad i "Copper Architectural Forum" nummer 31 2011. och på www.copperconcept.org
Av Chris Hodson
