Apa yang diketahui oleh arkitek mengenai pembentukan plak dan patina pada tembaga, bangunan dan kesannya terhadap air sisa air hujan dan persekitaran? Arkitek Chris Hodson, koresponden untuk www.copperconcept.org, meminta pakar langsung untuk mendapatkan jawapan langsung.
Selama 15 tahun, Profesor Ingre Odnywall Wallinder (IOW) telah terlibat dalam penyelidikan interdisipliner dan makmal berskala besar mengenai kakisan dan pencucian logam dari bumbung tembaga dan fasad yang dijalankan oleh Fakulti Permukaan dan Korosi, Institut Teknologi Diraja, Stockholm.
Chris Hodson (CH): Apa yang berlaku apabila tembaga bertukar menjadi coklat dan kemudian hijau ketika bersentuhan dengan atmosfera?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Semua kecuali logam yang paling berharga seperti emas dan platinum mengoksidasi dan menghakis hingga tahap yang berbeza ketika berada di luar. Kita dapat melihatnya dalam bentuk karat pada keluli dan deposit putih pada keluli tergalvani. Walau bagaimanapun, pengoksidaan logam atau aloi seperti titanium dan keluli tahan karat tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Apabila terkena udara atmosfera, tembaga membentuk oksida tembaga (cuprite), yang secara beransur-ansur mengambil warna hitam-coklat gelap. Kemudian pelbagai sulfat tembaga dan klorida asas melukis permukaan hijau. Formula patina bergantung pada keadaan atmosfera, khususnya kepekatan sulfur dioksida dan natrium klorida sangat menentukan. Di persekitaran laut, pembentukan klorida tembaga asas menjadikan permukaan menjadi lebih biru. Walaupun permukaan hijau / biru ini, lapisan dalamannya tetap menjadi cuprite hitam-coklat. Sekiranya tiada pencemaran di udara dan jauh dari pantai, plak dapat mengekalkan warna coklatnya.
CH: Bagaimana plak mempengaruhi kakisan permukaan tembaga?
IOW: Lapisan melekat erat ke permukaan dan bertindak sebagai penghalang yang berkesan, dengan ketara mengurangkan kakisan lapisan tembaga yang mendasari. Sekiranya plak terbentuk lebih dari 100 tahun, maka logam di bawah masih tidak akan teroksida. Tetapi peraturan ini tidak berlaku dalam kes produk yang mudah menghakis seperti garam tembaga, jika ada.
CH: Mengapa plak tidak larut dengan cepat dan mencuci permukaannya seperti garam larut dalam air?
IOW: Pertama, sebatian tembaga asas yang terbentuk dalam simpanan tembaga mempunyai komposisi kimia yang sangat berbeza dengan garam tembaga yang larut dalam air. Kedua, sebatian asas adalah sebahagian daripada plak, terutamanya terdiri daripada cuprite. Ketiga, kehadiran lapisan filem nipis, digabungkan dengan tempoh kering dan basah berulang kali yang mempengaruhi faktor keadaan atmosfera, memungkinkan tembaga terlarut yang dilepaskan dari komposisi plak untuk mengendap sebahagian semasa kitaran pengeringan. Keadaan ini berbeza dengan keadaan makmal dengan perendaman pukal, apabila tidak ada masa pengeringan dan tembaga terlarut mempunyai keupayaan menetap semula yang terhad.
CH: Jadi adakah air hujan mencuci bahan dari permukaan tembaga?
IOW: Sebilangan bahan dicuci di permukaan semua logam. Tetapi hanya melalui reaksi air hujan dengan permukaan dapat sejumlah tembaga yang dilepaskan larut. Ini, pada dasarnya, bergantung pada ciri-ciri hujan (intensiti, jumlah air, tempoh, keasidan) dan arah angin yang berlaku, bersama dengan faktor-faktor seperti geometri bangunan, orientasinya, cerun dan teduhan. Oleh itu, jumlah bahan yang dilepaskan ke dalam air adalah sebilangan kecil plak, dan sebahagian besar produk yang diasingkan kurang larut dalam air.
CH: Apa yang berlaku pada tembaga yang dihanyutkan dari bangunan?
IOW: Telah disahkan bahawa pelbagai bahan di sekitar bangunan - termasuk tanah, konkrit dan batu kapur - berkesan menyerap tembaga yang dilepaskan. Interaksi dengan permukaan ini juga dapat mengurangkan bioakumulasi tembaga. Oleh itu, tembaga yang dilepaskan akan terperangkap oleh permukaan yang sudah ada dalam sistem saliran: keberkesanan paip konkrit dan besi tuang telah dipastikan. Sebenarnya, lebih daripada 98% tembaga yang dikeluarkan dalam air sisa pada permukaan konkrit terikat dalam jarak 20m interaksi. Beberapa negara telah mengadopsi teknologi saliran lestari, termasuk pakaian jalan penyerap, longkang atau parit, telaga terbalik atau tangki pemendapan, dan tanah saliran - dan bukannya aliran air ke sungai dan sungai. Di sini, kajian menunjukkan peratusan pengekalan tembaga yang tinggi pada peringkat awal ketika menggunakan teknologi ini. Kesimpulannya, kita dapat mengatakan bahawa dalam proses mengikat bahan organik, menyerap zarah dan sedimen, tembaga yang dipisahkan kekal dalam keadaan mineral sebagai sebahagian dari kolam semula jadi tembaga di bumi, meneruskan kitaran pembebasan / mineralisasi semula jadi.
CH: Adakah terdapat situasi di mana arkitek perlu memperhatikan saliran dari bangunan tembaga?
IOW: Jika anda telah merancang bumbung tembaga besar yang mengalir terus ke tasik dengan organisma akuatik yang sensitif, tanpa reaksi sebelumnya dengan bahan organik atau pelbagai permukaan, anda harus mendapatkan nasihat. Banyak bantuan dan nasihat dapat diperoleh dari Institut Tembaga Eropah, termasuk alat penilaian projek.
CH: Mengapa beberapa negara masih mempunyai kebimbangan mengenai tembaga dalam air sisa?
IOW: Sebilangan besar kajian ekotoksikologi dilakukan pada garam larut dalam air untuk menilai kesan buruk pada organisma akuatik, termasuk logam dalam bentuk ionnya. Mereka tidak banyak berkaitan dengan keadaan sebenar bangunan berpakaian tembaga yang terdedah kepada cuaca, seperti yang telah kita bincangkan sebelumnya. Keadaan sebenar sistem saliran, seni bina lanskap yang kasar dan persekitaran bangunan juga sangat berbeza dengan keadaan ujian ekotoksikologi dengan garam tembaga, di mana semua tembaga dalam bentuk kimia dapat diasimilasi secara biologi. Oleh itu, norma dan perundangan yang salah sekarang harus diperbetulkan dengan mengambil kira keadaan persekitaran sebenar, terutama dengan mempertimbangkan kesan terhadap sifat tembaga.
Diterbitkan dalam "Copper Architectural Forum" # 31 edisi 2011. dan di www.copperconcept.org
Oleh Chris Hodson
