korozja

2.8. Wiadomości ogólne o korozji kamienia


2.8.1. Uwagi ogólne


Kamień jest najbardziej trwałym materiałem budowlanym, jednak i on ulega zniszczeniu wskutek wpływów zewnętrznych.

Najczęstszymi rodzajami korozji atakującej kamienie i inne materiały budowlane są: korozja fizyczna, chemiczna, fizykochemiczna i biologiczna. Poniżej zostaną one scharakteryzowane, natomiast metody zabezpieczenia przed korozją omówione są ogólnie w tomie 3/1.



2.8.2. Korozja fizyczna


Korozja fizyczna polega na niszczeniu materiału wskutek procesów fizycznych bez udziału reakcji chemicznych. Najbardziej typowym przykładem korozji fizycznej jest rozsadzające działanie zamarzającej wody. Woda zamarza­jąc przy temp. O°C zwiększa swą objętość o 9%, a w temp - 22C, wskutek zmiany układu krystalicznego, objętość zwiększa się o dalsze 4,2%, tak że ogólny wzrost objętości wynosi 13,20/6 Jeśli woda, przechodząc w lód, nie ma możności swobodnego rozszerzania się, to wywiera znaczne ciśnienie na materiał, w któ­rym się znajduje. Ciśnienie to wynosi w temp. O°C ok. 10,0 MPa, przy - 5°C ok. 61,0 MPa, w temp, 10cok. 113,0 MPa, przy 22°C ok. 205,0 MPa. PonadtowodaW naczyniach włoskowatych ulega przechłodzeniu i zama­rza nie wtemperaturze O°C, lecz nawet w kilkanaście stopni niższej. Zamarzanie wody przechłodzonej przebiega spontanicznie, tzn. że od razu w całej swej masie przechodzi ona w lód, tak że ciśnienie na ścianki materiału ma charakter dynamiczny i działa bardziej niszcząco.




Proces ten powtarza się przy każdym cyklu zamarzania.

Im większą nasiąkliwość wykazuje kamień, tym mniejsza jest jego odpor­noŚĆ na zamrażanie. Kamienie o teksturze warstwowej Pękają zwykle w płasz­czyznach uwarstwienia, Bardzo szkodliwe jest działanie mrozu na kamienie zawierające grudki gliny i obce domieszki.

Obróbka powierzchni kamieni ma duży wpływ na ich mrozoodporność. Kamienie o powierzchni gładkiej, szlifowanej lub polerowanej są bardziej odporne od kamieni o powierzchni nierównej i porowatej.

Liczba cykli zamarzania decyduje o stopniu zniszczenia kamienia, dlatego też kamienie na południowych elewacjach budynków ulegają najszybciej znisz­czeniu, gdyż w zimie słońce je nagrzewa od południa, powodując topnienie lodu, a po zachodzie słońca następuje ochłodzenie i ponowne zamarznięcie wody. Duża ilość opadów i częste przymrozki, np. w okolicach podgórskich, wpływają szkodliwie na trwałość kamienia. Znane są przypadki, że elementy kamienne, które przetrwały setki lat na południu lub dalekiej północy, uległy szybkiemu zniszczeniu po przeniesieniu do klimatu umiarkowanego (np. obeliski i posągi egipskie lub meksykańskie przywiezione do Stanów Zjednoczonych lub do Europy).

Drugim przykładem korozji fizycznej jest często występujące rozluźnienie struktury kamienia wskutek zmian temperatury. Współczynniki rozszerzalności termicznej kamieni są wprawdzie nieznaczne i wynoszą 1.10-5 do 1.10-6, ale pomiędzy poszczególnymi minerałami wchodzącymi w skład skały różnice w rozszerzalności mogą być dość znaczne.

Skały jednorodne i drobnoziarniste są odporne na zmiany temperatury, natomiast w skałach złożonych z kilku minerałów i spoiw o różnych wspÓłczyn­nikach rozszerzalności, a zwłaszcza zawierających większe kryształy rozszerzają­ce się jednakowo w kierunku osi krystalograficznych, np. kalcyt, mika lub skaleń, zmiany temperatury powodują utratę spoistości. Objawia się to w postaci rys i odprysków.

Rozluźnienie struktury poważnie zmniejsza odporność na zamrażanie i wtedy obie przyczyny powodują szybkie niszczenie kamienia.


2.8.3. Korozja chemiczna

Korozja chemiczna jest ściśle związana z zatruciem środowiska i zasięg jej stale się zwiększa. Korozja chemiczna zachodzi niemal wyłącznie przy udziale wody, dlatego też zabezpieczenie przed wilgocią jest podstawą ochrony.

Z ważniejszych czynników powodujących korozję chemiczną wymienić należy:

a. Dwutlenek węgla CO2, który jako roztwór wodny rozpuszcza wapienie, marmury, dolomity i piaskowce o lepiszczu wapiennym. Woda deszczowa zawierająca CO2 (zwykle ok. 0,02°%6, a w okolicach silnie uprzemysłowionych znacznie więcej) reaguje z węglanem wapniowym wg wzoru

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (HCO3)2

tworząc łatwo rozpuszczalny kwaśny węglan wapniowy . Powoduje to roz-




mywanie kamieni lub ich składników, co można często zaobserwować na starych budowlach kamiennych. Znacznie groźniejsze mogą być wody gruntowe, zwłaszcza zawierające gnijące szczątki roślin, które mogą zawierać ok. 0,4-0,5% wolnego CO2.

b. Dwutlenek siarki SO2. Przy spalaniu węgla, który niemal zawsze zawiera pewną ilość siarczków, zwłaszcza pirytu FeS2 (w przeliczeniu zawartość siarki wynosi I do 2%), siarka przechodzi w dwutlenek siarki, a ten z wodą łączy się w kwas siarkawy H2SO3' który utlenia się częściowo do kwasu siarkowego H2SO4. Oba te kwasy powodują bardzo silną korozję niemal wszystkich materiałów budowlanych, a specjalnie kamieni zawierających węglan wapniowy (wapienie, marmury, dolomity itp.), reagując z nimi wg wzoru

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O +CO2.

Niektóre bardzo szczelne wapienie, np. wapień jurajski, są odporne na działanie dwutlenku siarki, gdyż gips tworzy na nich szczelną powłokę, tzw. białą patynę chroniącą przed dalszym niszczeniem. Większość jednak kamieni nie ma tej odporności.

Inne czynniki chemiczne występują rzadziej i głównie w okolicach silnie uprzemysłowionych.

Spośród nowo opracowanych, biotechnologicznych metod ochrony sta­rych budowli kamiennych przed destrukcyjnymi skutkami działania kwaśnych opadów deszczowych (korozja chemiczna) na uwagę zasługuje stosowana we Francji technika pokrywania skorodowanych kamieni roztworem zawierającym pewien gatunek bakterii. Przetwarzają one wapń w kalcyt - bardzo twardy kryształ, dobrze znany jako składnik kamienia kotłowego. Pokryty tym roztworem kamień jest zabezpieczony cienką, krystaliczną błonką, która nie ma wpływu na właściwości kamienia, powoduje jednak, że staje się on wodoodpor­ny, a przy tym "oddycha".


2.8.4. Korozja fizykochemiczna


Korozja fizykochemiczna polega na tym, że wskutek reakcji chemicznej powstają substancje zwiększające swą objętość przy krystalizacji, co powoduje rozsadzanie porowatego kamienia. Na przykład gips (tworzący się wskutek działania dwutlenku siarki na wapienie), przechodząc w gips dwuwodny (CaSO4. 2H2O), zwiększa swą objętość ok. 100%, co powoduje znacznie silniejsze działanie niż zamarzająca woda.

Inne związki, jak np. sól Candlota powstająca przy działaniu siarczanów na glinian trójwapniowy (3CaO AI2O3)' będący składnikiem wielu skał, zwiększa swą objętość w przybliżeniu dziesięciokrotnie, więc i w tym wypadku działanie fizyczne jest znacznie bardziej szkodliwe od chemicznego.


2.8.5. Korozja biologiczna


Korozja biologiczna wywołana przez organizmy żywe ogranicza się głównie do działania roślin i bakterii. Roślinność pojawiająca się na kamieniu




oddziaływa ujemnie na jego wygląd i trwałość, co objawia się szczególnie na wapieniach. Nawet na gładkich kamieniach osiadają mchy i porosty, których korzenie wydzielają niszczące kamień kwasy i dwutlenek węgla.

Znane są wypadki, że korzenie drzew posadzonych zbyt blisko budynku spowodowały rozsadzenie fundamentów z kamienia. Nawet zwykła trawa i chwasty rosnące w spoinach kamienia powodują jego powolne niszczenie. Znacznie niebezpieczniejsze jest działanie bakterii, np. tiobakterie utleniają siarczki i siarkowodór do kwasu siarkowego, a nitrobakterie wytwarzają kwas azotowy i azotany, które powodują na murach wykwity tzw. saletry murowej. Także grzyby domowe, choć nie pobierają pokarmu z kamienia, niszczą go przez wydzielanie kwasów organicznych. Również i w tym wypadku najlepszym zabezpieczeniem kamienia jest utrzymywanie go w stanie suchym i usuwanie wszelkich odpadków organicznych.




Wyszukiwarka