Các kiến trúc sư biết gì về sự hình thành mảng bám và lớp gỉ trên đồng, các tòa nhà và tác động của chúng đến nước thải nước mưa và môi trường? Kiến trúc sư Chris Hodson, phóng viên của www.copperconcept.org, hỏi một chuyên gia hàng đầu để có câu trả lời trực tiếp.
Trong 15 năm, Giáo sư Ingre Odnywall Wallinder (IOW) đã tham gia vào nghiên cứu liên ngành và phòng thí nghiệm quy mô lớn về sự ăn mòn và rửa trôi kim loại từ mái và mặt tiền bằng đồng do Khoa Bề mặt và Ăn mòn, Viện Công nghệ Hoàng gia, Stockholm thực hiện.
Chris Hodson (CH): Điều gì xảy ra khi đồng chuyển sang màu nâu rồi chuyển sang màu xanh lục khi tiếp xúc với khí quyển?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Tất cả trừ các kim loại quý nhất như vàng và bạch kim bị ôxy hóa và ăn mòn ở các mức độ khác nhau khi ở ngoài trời. Chúng ta có thể thấy điều này dưới dạng rỉ sét trên thép và cặn trắng trên thép mạ kẽm. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa kim loại hoặc hợp kim như titan và thép không gỉ không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Khi tiếp xúc với không khí, đồng tạo thành ôxít đồng (cuprite), dần dần có màu nâu đen đậm hơn. Sau đó, các đồng sunphat và clorua cơ bản khác nhau sơn bề mặt màu xanh lục. Công thức gỉ phụ thuộc vào điều kiện khí quyển, cụ thể là nồng độ của lưu huỳnh đioxit và natri clorua là quyết định. Trong môi trường biển, sự hình thành các clorua đồng cơ bản làm cho bề mặt có màu xanh hơn. Mặc dù có các bề mặt màu xanh lá cây / xanh lam này, lớp bên trong vẫn chủ yếu là cuprite màu nâu đen. Trong trường hợp không bị ô nhiễm trong không khí và cách xa bờ biển, mảng bám có thể giữ nguyên màu nâu của nó.
CH: Mảng bám ảnh hưởng đến sự ăn mòn bề mặt đồng như thế nào?
IOW: Lớp phủ bám chặt vào bề mặt và hoạt động như một rào cản hiệu quả, giảm đáng kể sự ăn mòn của lớp đồng bên dưới. Nếu mảng bám đã hình thành hơn 100 năm, thì kim loại bên dưới vẫn không bị oxy hóa. Nhưng quy tắc này không áp dụng trong trường hợp các sản phẩm dễ ăn mòn như muối đồng, nếu có.
CH: Tại sao các mảng bám không tan nhanh và bị rửa trôi trên bề mặt như các muối tan trong nước?
IOW: Thứ nhất, các hợp chất đồng cơ bản được hình thành trong mỏ đồng có thành phần hóa học rất khác với các muối đồng tan trong nước. Thứ hai, các hợp chất cơ bản là một phần của mảng bám, chủ yếu bao gồm cuprite. Thứ ba, sự hiện diện của một lớp màng mỏng, kết hợp với thời gian khô và ướt lặp đi lặp lại ảnh hưởng đến các yếu tố điều kiện khí quyển, cho phép đồng hòa tan một phần giải phóng ra khỏi thành phần của mảng bám lắng xuống một phần trong các chu kỳ làm khô. Các điều kiện này khác biệt đáng kể với các điều kiện ngâm số lượng lớn trong phòng thí nghiệm, khi không có thời gian làm khô và đồng hòa tan có khả năng tái lắng hạn chế.
CH: Vậy nước mưa có rửa trôi vật chất nào bám trên bề mặt đồng không?
IOW: Một số vật liệu được rửa sạch khỏi bề mặt của tất cả các kim loại. Nhưng chỉ thông qua phản ứng của nước mưa với các bề mặt, một lượng đồng nhất định được giải phóng mới có thể hòa tan. Về nguyên tắc, điều này phụ thuộc vào đặc điểm của mưa (cường độ, lượng nước, thời gian, độ chua) và hướng gió thịnh hành, cùng với các yếu tố như hình dạng của tòa nhà, hướng, độ dốc và độ che của nó. Như vậy, lượng vật chất thải vào nước là mảng bám chiếm tỷ lệ rất nhỏ, và hầu hết các sản phẩm cô lập đều hòa tan trong nước kém.
CH: Điều gì xảy ra với đồng bị cuốn trôi khỏi công trình?
IOW: Người ta đã xác nhận rằng các vật liệu khác nhau trong khu vực lân cận của một tòa nhà - bao gồm đất, bê tông và đá vôi - hấp thụ hiệu quả đồng được giải phóng. Tương tác với các bề mặt này cũng làm giảm đáng kể sự tích tụ sinh học của đồng. Do đó, đồng được giải phóng sẽ bị giữ lại bởi bề mặt đã có trong hệ thống thoát nước: hiệu quả của ống bê tông và ống gang đã được khẳng định. Trên thực tế, hơn 98% tổng lượng đồng thải ra trong nước thải trên bề mặt bê tông bị ràng buộc trong vòng 20m tương tác. Một số quốc gia đã áp dụng các công nghệ thoát nước bền vững, bao gồm quần áo đường thấm, cống hoặc rãnh, giếng ngược hoặc bể lắng và các vùng đất thoát nước - thay vì chảy theo đường ống vào sông suối. Ở đây, các nghiên cứu đã chỉ ra tỷ lệ đồng giữ lại cao trong giai đoạn đầu khi sử dụng các công nghệ này. Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng trong quá trình liên kết chất hữu cơ, hấp thụ các hạt và trầm tích, đồng được tách ra vẫn ở trạng thái khoáng chất như một phần của bể đồng tự nhiên trong trái đất, tiếp tục chu trình giải phóng / khoáng hóa tự nhiên.
CH: Có những tình huống nào mà các kiến trúc sư cần hết sức lưu ý đến việc thoát nước từ một công trình bằng đồng không?
IOW: Chà, nếu bạn đã thiết kế một mái đồng lớn chảy trực tiếp vào hồ có các sinh vật sống dưới nước nhạy cảm, mà không có bất kỳ phản ứng nào trước đó với chất hữu cơ hoặc các bề mặt khác nhau, bạn nên tìm lời khuyên. Có thể nhận được nhiều trợ giúp và lời khuyên từ Viện Đồng Châu Âu, bao gồm cả các công cụ đánh giá dự án.
CH: Tại sao một số nước vẫn còn lo ngại về đồng trong nước thải?
IOW: Hầu hết các nghiên cứu về chất độc sinh thái được thực hiện trên các muối dễ hòa tan trong nước để đánh giá các tác động có hại đối với các sinh vật thủy sinh, bao gồm các kim loại ở dạng ion của chúng. Chúng không liên quan nhiều đến tình hình thực tế của một tòa nhà được ốp bằng đồng chịu tác động của thời tiết, như chúng ta đã thảo luận trước đó. Các điều kiện thực tế của hệ thống thoát nước, kiến trúc cảnh quan gồ ghề và môi trường xây dựng cũng rất khác so với các điều kiện của các thử nghiệm về chất độc sinh thái với muối đồng, nơi tất cả đồng ở dạng hóa học có thể được đồng hóa sinh học. Do đó, các quy chuẩn và luật pháp sai lầm hiện phải được sửa chữa có tính đến tình hình môi trường thực tế, đặc biệt là tính đến tác động đến bản chất của đồng.
Được đăng trong "Diễn đàn kiến trúc đồng" số 31 năm 2011. và tại www.copperconcept.org
Bởi Chris Hodson
