Размещено на портале Архи.ру (www.archi.ru)

03.04.2012

Медь в архитектуре и экология

Здание Ассамблеи Уэльса, Великобритания
Здание Ассамблеи Уэльса, Великобритания

Что архитекторы знают об образовании налёта и патины на меди, на зданиях и их влиянии на сточную дождевую воду и окружающую среду? Архитектор Крис Ходсон, корреспондент www.copperconcept.org, задаёт вопросы ведущему эксперту, чтобы получить прямые ответы.

На протяжении 15 лет профессор Инегр Одниуолл Уоллиндер (IOW) участвовала в широкомасштабных междисциплинарных полевых и лабораторных исследованиях коррозии и смыва металла с медных крыш и фасадов, проводимых Факультетом поверхности и коррозии Королевского технологического института, Стокгольм.
Профессор Инегр Одниуолл Уоллиндер
Профессор Инегр Одниуолл Уоллиндер

Крис Ходсон (CH): Что происходит, когда медь меняет свой цвет на коричневый, а затем на зелёный при контакте с атмосферой?

Инегр Одниуолл Уоллиндер (IOW): Все металлы, за исключением самых «благородных», таких как золото и платина, окисляются и корродируют до различной степени при нахождении на открытом воздухе. Мы можем видеть это в виде ржавчины на стали и белом налете на оцинкованной стали. Однако, окисление металлов или сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, не заметны невооруженным глазом. При воздействии атмосферного воздуха на медь образуется оксид меди (куприт), который постепенно приобретает более темные коричнево-черный цвет. Затем различные базовые сульфаты и хлориды меди окрашивают поверхность в зеленый цвет. Формула создания патины зависит от атмосферных условий, в частности, определяющими являются концентрации двуокиси серы и хлорида натрия. В морской среде образование базовых хлоридов меди предают поверхности более синий цвет. Несмотря на эти зеленые/синие поверхности, внутренний слой остается, преимущественно, черно-коричневым купритом. При отсутствии загрязнения в воздухе и вдали от побережья, налет может сохранять свой коричневый цвет.

CH: Как налёт влияет на коррозию медной поверхности?

IOW: Налёт плотно прилегает к поверхности и действует как эффективный барьер, существенно снижая степень коррозии находящегося ниже слоя меди.  Если налёт образовывался на протяжении 100 лет, то находящийся ниже металл будет всё ещё не окислившимся. Но это правило не действует в случае с легко корродирующей продукцией, такой как медные соли, если они имеются.

CH: Почему налёт не растворяется быстро и не смывается с поверхности как растворимые в воде соли?

IOW: Во-первых, базовые соединения меди, образовавшиеся в налёте на меди, имеют очень отличный химический состав от растворимых в воде солей меди.  Во-вторых, базовые соединения входят в состав налёта, преимущественно состоящего из куприта. В-третьих, наличие тонкого слоя плёнки, в сочетании с повторяющимися сухим и влажным периодами, влияющими на факторы воздействия атмосферных условий, позволяют частично растворённой меди, выделившейся из состава налёта, частично оседать во время циклов усыхания. Эти условия существенно отличаются от лабораторных условий объёмного погружения, когда отсутствуют периоды усыхания и растворённая медь имеет ограниченные возможности повторной осадки.

CH: Так вымывает ли дождевая вода какие-либо материалы с медной поверхности?

IOW: Часть материалов смывается с поверхности всех металлов. Но только через реакцию дождевой воды с поверхностями может раствориться определённое количество выделившейся меди. Это, в принципе, зависит от характеристик дождя (интенсивность, количество воды, продолжительность, кислотность) и преобладающих направлений ветра, вместе с такими факторами, как геометрия здания, его ориентация, наклон и затенение. Таким образом, количество высвобождаемых в воду материалов представляет собой весьма малую долю налёта, а большинство выделенных продуктов имеет слабую растворимость в воде.

CH: Что происходит с медью, смытой водой со здания?

IOW: Было подтверждено, что различные материалы неподалёку от здания – включая почву, бетон и известняк – эффективно поглощают высвобождённую медь. Взаимодействие с этими поверхностями также существенно снижает бионакопление меди. Таким образом, выделившаяся медь будет задержана поверхностью уже в сточной системе: была подтверждена эффективность бетонных и чугунных труб.  На самом деле, свыше 98% от общего количества выделенной меди в сточных водах на бетонных поверхностях связывается в пределах 20 м взаимодействия. В некоторых странах уже приняты устойчивые технологии организации стоков, включая впитывающую дорожную одежду, стоки или канавы, перевёрнутые колодцы или отстойники и дренажные земли – а не стоки по трубам в ручьи и реки. Здесь исследования показали высокий процент удержания меди на начальных стадиях при применении этих технологий.  Подводя итог, можно сказать, что в процессе связывания органических веществ, поглощения частиц и осадка, выделенная медь остается в минеральном состоянии как часть естественного фонда меди в земле, продолжая естественный цикл выделения/минерализации.

CH: Существуют ли ситуации, когда архитекторам необходимо уделять пристальное внимание стокам с медного здания?

IOW: Ну, если Вы спроектировали большую медную крышу, стоки с которой направляются непосредственно в озеро с чувствительными водными организмами, без какой-либо предварительной реакции с органическим веществом или различными поверхностями, Вам следует обратиться за советом. Большую помощь и консультативные услуги можно получить в Европейском институте меди, включая инструменты оценки проекта.

CH: Почему в некоторых странах сохраняется озабоченность по поводу содержания меди в сточных водах?

IOW: Большинство экотоксикологических исследований проводится на легко растворимых в воде солях для оценки негативного влияния на водные организмы, включая металлами в своей ионной форме. Они мало сравнимы с реальной ситуацией с облицованным медью зданием, подверженному влиянию погоды, как мы обсуждали ранее. Реальные условия дренажной системы, жесткая ландшафтная архитектура и окружение здания также весьма отличаются от условий экотоксикологических испытаний с солями меди, где вся медь находится в химическом виде, поддающемся биологическому усвоению. Поэтому ошибочные нормы и законодательство должны быть теперь скорректированы с учетом реальной природоохранной ситуации, особенно учет влияния на природу меди.

Опубликовано в выпуске «Медный Архитектурный Форум» # 31  2011г. и на www.copperconcept.org

Автор:  Крисом Ходсон