Wat weten architecten over de vorming van plaque en patina op koper, gebouwen en hun impact op regenwater, afvalwater en het milieu? Architect Chris Hodson, correspondent voor www.copperconcept.org, vraagt een hoofdexpert om directe antwoorden.
Professor Ingre Odnywall Wallinder (IOW) is al 15 jaar betrokken bij grootschalig interdisciplinair veld- en laboratoriumonderzoek naar corrosie en metaaluitspoeling van koperen daken en gevels, uitgevoerd door de Faculteit van Surface and Corrosion, Royal Institute of Technology, Stockholm.
Chris Hodson (CH): Wat gebeurt er als koper bruin en dan groen wordt bij contact met de atmosfeer?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Alle, behalve de meest kostbare metalen zoals goud en platina, oxideren en corroderen in verschillende mate buitenshuis. Dit zien we terug in de vorm van roest op staal en witte aanslag op verzinkt staal. Oxidatie van metalen of legeringen zoals titanium en roestvrij staal is echter niet zichtbaar voor het blote oog. Bij blootstelling aan atmosferische lucht vormt koper koperoxide (cupriet), dat geleidelijk een donkerdere bruinzwarte kleur aanneemt. Vervolgens verven verschillende basische kopersulfaten en -chloriden het oppervlak groen. De patina-formule is afhankelijk van de atmosferische omstandigheden, met name de concentratie van zwaveldioxide en natriumchloride is doorslaggevend. In het mariene milieu geeft de vorming van basische koperchloriden het oppervlak een blauwere kleur. Ondanks deze groen / blauwe vlakken blijft de binnenste laag overwegend zwartbruin cupriet. Bij afwezigheid van vervuiling in de lucht en weg van de kust, kan plaque zijn bruine kleur behouden.
CH: Welke invloed heeft tandplak op de corrosie van het koperoppervlak?
IOW: De coating hecht stevig aan het oppervlak en fungeert als een effectieve barrière, waardoor de corrosie van de onderliggende koperlaag aanzienlijk wordt verminderd. Als de plaque zich meer dan 100 jaar heeft gevormd, zal het metaal eronder nog steeds niet oxideren. Maar deze regel is niet van toepassing in het geval van gemakkelijk corrosieve producten zoals koperzouten, indien aanwezig.
CH: Waarom lost de tandplak niet snel op en wast het niet van het oppervlak als in water oplosbare zouten?
IOW: Ten eerste hebben de basiskoperverbindingen die in de koperafzetting worden gevormd een heel andere chemische samenstelling dan de in water oplosbare koperzouten. Ten tweede maken de basisverbindingen deel uit van de plaque, voornamelijk bestaande uit cupriet. Ten derde zorgt de aanwezigheid van een dunne filmlaag, gecombineerd met herhaalde droge en natte perioden die de factoren van atmosferische omstandigheden beïnvloeden, ervoor dat gedeeltelijk opgelost koper dat vrijkomt uit de samenstelling van de plaque gedeeltelijk bezinkt tijdens droogcycli. Deze omstandigheden verschillen aanzienlijk van laboratoriumomstandigheden van bulkonderdompeling, wanneer er geen droogtijden zijn en het opgeloste koper een beperkt vermogen heeft om opnieuw te bezinken.
CH: Dus wast het regenwater materiaal van het koperoppervlak?
IOW: Sommige materialen worden van het oppervlak van alle metalen afgewassen. Maar alleen door de reactie van regenwater met oppervlakken kan een bepaalde hoeveelheid vrijgekomen koper oplossen. Dit hangt in principe af van de eigenschappen van de regen (intensiteit, hoeveelheid water, duur, zuurgraad) en de heersende windrichtingen, samen met factoren als de geometrie van het gebouw, de oriëntatie, helling en schaduw. De hoeveelheid materiaal die in het water vrijkomt, is dus een zeer kleine hoeveelheid tandplak, en de meeste geïsoleerde producten zijn slecht oplosbaar in water.
CH: Wat gebeurt er met het koper dat uit het gebouw is weggespoeld?
IOW: Er is bevestigd dat verschillende materialen in de buurt van een gebouw - waaronder grond, beton en kalksteen - het vrijgekomen koper effectief absorberen. Interactie met deze oppervlakken vermindert ook de bioaccumulatie van koper aanzienlijk. Zo wordt het vrijgekomen koper vastgehouden door het oppervlak dat zich al in het afvoersysteem bevindt: de effectiviteit van betonnen en gietijzeren buizen is bevestigd. In feite is meer dan 98% van het totale koper dat vrijkomt in afvalwater op betonnen oppervlakken gebonden binnen 20 m interactie. Sommige landen hebben al duurzame afwateringstechnologieën ingevoerd, waaronder absorberende wegkleding, afvoeren of sloten, omgekeerde putten of bezinktanks en afwateringsgebieden - in plaats van afvoer van leidingen naar beken en rivieren. Hier hebben onderzoeken een hoog percentage koperretentie in de vroege stadia aangetoond bij het gebruik van deze technologieën. Samenvattend kunnen we zeggen dat tijdens het proces van het binden van organisch materiaal, het absorberen van deeltjes en sediment, het afgescheiden koper in de minerale staat blijft als onderdeel van de natuurlijke pool van koper in de aarde, waardoor de natuurlijke cyclus van afgifte / mineralisatie wordt voortgezet.
CH: Zijn er situaties waarin architecten goed moeten letten op de afvoer van een koperen gebouw?
IOW: Nou, als je een groot koperen dak hebt ontworpen dat rechtstreeks uitmondt in een meer met gevoelige waterorganismen, zonder enige voorafgaande reactie met organisch materiaal of verschillende oppervlakken, moet je advies inwinnen. Veel hulp en advies kan worden verkregen van het European Copper Institute, inclusief projectevaluatie-instrumenten.
CH: Waarom maken sommige landen zich nog steeds zorgen over koper in afvalwater?
IOW: De meeste ecotoxicologische onderzoeken worden uitgevoerd op gemakkelijk in water oplosbare zouten om nadelige effecten op waterorganismen te beoordelen, inclusief metalen in hun ionische vorm. Ze hebben weinig te maken met de feitelijke situatie van een met koper bekleed gebouw dat is blootgesteld aan het weer, zoals we eerder bespraken. De feitelijke omstandigheden van het afvoersysteem, de ruige landschapsarchitectuur en de bouwomgeving zijn ook heel anders dan de omstandigheden van de ecotoxicologische tests met koperzouten, waarbij al het koper in een chemische vorm is die biologisch kan worden opgenomen. Daarom moeten onjuiste normen en wetgeving nu worden gecorrigeerd, rekening houdend met de werkelijke milieusituatie, vooral rekening houdend met de impact op de aard van koper.
Gepubliceerd in de "Copper Architectural Forum" # 31 2011 uitgave. en op www.copperconcept.org
Door Chris Hodson
