Metale architektoniczne - Architectural metals

Metale używane do celów architektonicznych obejmują ołów , rury wodociągowe , pokrycia dachowe i okna; cyna uformowana w blachę cynowaną ; cynk , miedź i aluminium w szeregu zastosowań, w tym do pokryć dachowych i dekoracji; oraz żelazo , które ma konstrukcyjne i inne zastosowania w postaci żeliwa lub kutego żelaza lub wykonane ze stali . Do stopów metali używanych w budownictwie zaliczamy brąz (głównie miedź i cyna); mosiądz (miedź i cynk); metal monel i srebro niklowe , składające się głównie z niklu i miedzi; i stal nierdzewna , z ważnymi składnikami niklu i chromu .

Rodzaje metali

Prowadzić

Niska temperatura topnienia ołowiu pozwalała na jego stosowanie na szeroką skalę w całej historii ludzkości. Ołów był jednym z pierwszych wykonanych z blachy do celów architektonicznych. Wodociągi były często budowane z ołowiu, aż pod koniec XIX wieku zaczęto nagłaśniać zagrożenia dla zdrowia.

Ołów nie podlega korozji i od wieków jest popularnym materiałem na pokrycia dachowe , używanym do pokryć dachowych, obróbek blacharskich, rynien, rur spustowych i głowic przewodników. Ołów najlepiej pasował do dachów o niskim nachyleniu, ponieważ strome dachy ulegały pełzaniu. Ołowiane dachy w regionach o dużych wahaniach temperatury, takich jak stany środkowoatlantyckie , ulegały pogorszeniu w wyniku ciągłego rozszerzania i kurczenia się, zwanego zmęczeniem. Od XIX wieku stosowano pokrycia dachowe zwane „ terne ” lub „terneplate”, składające się z blachy stalowej pokrytej stopem ołowiu i cyny . Często mylony jest z blachą cynowaną .

Ołów przyszedł był również często używany do szyb okiennych w świetlikach i witrażach. Był również używany do małych rzeźb i ozdób ogrodowych. Ołów był często dodawany do farb, czerwony ołów był używany jako pigment antykorozyjny do żelaza, a ołów biały używany jako farba do domów drewnianych. Farba na bazie ołowiu była jednym z najtrwalszych materiałów opracowanych jako ochronna powłoka zewnętrzna. Stosowanie farby ołowiowej zostało ograniczone w większości budynków z powodu obaw o zatrucie ołowiem .

Cyna

Cyna jest zbyt miękka, aby mogła być używana samodzielnie do celów architektonicznych, więc generalnie dzieli się na dwie kategorie: stapianie cyny z innymi metalami, takimi jak miedź, w celu uzyskania brązu oraz powlekanie cyną twardszymi metalami, takimi jak cynowane żelazo lub stal. Brązy architektoniczne zwykle zawierają około 90% miedzi i 10% cyny, chociaż zawartość może się znacznie różnić. Termin „ sufit blaszany ” jest mylący i pierwsi producenci nie używali tej nazwy. Jednak osoby, które zajmowały się obróbką blach, nazywano blacharzami, więc określenie mogło powstać od tego tytułu.

Blacha była rodzajem materiału architektonicznego składającego się z blachy żelaznej lub stali pokrytej cyną. „Dachy blaszane”, rodzaj blachy białej, był pierwotnie używany do zbroi, ale ostatecznie jako materiał na pokrycia dachowe. Blacha była również używana do dekoracji, takich jak ozdobne okna, nadproża drzwi i tłoczone sufity. Ozdobny tłoczony metal wykonany z blachy białej był niedrogą alternatywą dla tynków . Chociaż blacha biała jest nadal dostępna w dzisiejszych czasach na sufity, pokrycia dachowe i obróbki blacharskie, ogólnie uważa się ją za kosztowną, ponieważ początkowy koszt jest wyższy niż w przypadku typowych nowoczesnych rodzajów pokryć dachowych, takich jak dachówki asfaltowe lub dachy złożone. Dobrze utrzymany dach lub sufit z blachy ocynkowanej zwykle wytrzymuje kilka razy dłużej niż nowoczesne materiały i jest bardziej ekonomiczny, jeśli weźmie się pod uwagę dłuższą żywotność.

Cynk

Czysty cynk był używany do pokryć dachowych w Belgii, Francji i Niemczech, gdzie zastąpił droższą miedź i ołów w pokryciach dachowych. Począwszy od lat dwudziestych XIX wieku belgijska blacha cynkowa była importowana do Ameryki, używana przez budowniczych w Nowym Jorku i innych miejscach. Czysty cynk ulega pełzaniu w zwykłych temperaturach.

Metale ocynkowane zostały po raz pierwszy opatentowane w 1837 r., Oddzielnie przez M. Sorela we Francji i HW Crawford w Anglii. Metody wykorzystywały proces „zanurzania na gorąco” w celu pokrycia blachy żelaznej cynkiem. Do 1839 roku w Nowym Jorku zaczęto stosować pokrycia dachowe z „ocynkowanej” blachy. Giełda Kupiecka na Manhattanie była jednym z pierwszych budynków, które miały zarówno ocynkowany dach, jak i ocynkowane rynny. Niektóre pokrycia dachowe z blachy ocynkowanej były prasowane za pomocą wzorów, popularnej techniki w epoce wiktoriańskiej.

Cynk był również odlewany do rzeźb i elementów dekoracyjnych w Niemczech i Austrii już w 1832 roku. Dekoracyjne elementy architektoniczne były często odlewane z cynku, ponieważ był łatwy w formowaniu, był niedrogi w porównaniu z kamieniem i mógł być malowany tak, aby imitował droższe metale. Tłoczone łupiny, rozety, liście fleur-de-lis i akantu stanowiły do ​​końca XIX wieku popularną dekorację zarówno na zewnątrz, jak i we wnętrzach.

Farby na bazie tlenku cynku były nietoksyczne i odporne na zanieczyszczenia . Odniosły sukces komercyjny i były łatwo dostępne w Ameryce około 1850 roku i były szeroko stosowane od około 1870 roku. Miały dodatkową zaletę, będąc dobrymi inhibitorami rdzy na żelazie i stali.

We wczesnych dziesięcioleciach XX wieku w USA zmniejszyło się użycie czystego cynku pokrycia dachowego i ornamentu. Obecnie zyskuje popularność w czystej postaci (99,95%) do materiałów budowlanych. Zwykle cynk architektoniczny to 99,995 procent czystego cynku ze śladowymi ilościami tytanu w celu zmniejszenia współczynnika rozszerzalności cieplnej oraz poprawy wytrzymałości na rozciąganie i twardości oraz miedzi w celu poprawy urabialności. Dokładny skład stopu zależy od producenta i jest wyznacznikiem koloru końcowej patyny cynku . Z biegiem czasu cynk rozwija swoją charakterystyczną patynę, zmieniając się z błyszczącego srebra w matowy niebieskawo-szary. Niektórzy producenci oferują wstępnie patynowane wykończenia, które przyspieszają naturalny proces patynowania. Cynk jest nadal używany w stopach, takich jak mosiądz i srebro niklowe , a także w galwanizacji stali. Obecnie do pokrycia dachów różnych budynków stosuje się stal ocynkowaną i czysty materiał cynkowy, zwykle panele z podwójnie ryglowanym rąbkiem stojącym. Pełzanie zostało zredukowane dzięki wprowadzeniu tytanu w większości architektonicznego cynku dostępnego w Ameryce Północnej. Powszechne są również ocynkowane gwoździe i kanały z blachy.

Cynk klasy architektonicznej podlega recyklingowi w 90 do 95%. Koszty wymiany są znikome, przy długiej żywotności od 80 do 100 lat w przypadku pokryć cynkowych i od 200 do 300 lat w przypadku systemów ściennych. Ta długa żywotność jest kluczowym elementem trwałości. Pod koniec okresu użytkowania cynkowe produkty budowlane można poddawać recyklingowi w nieskończoność bez utraty właściwości chemicznych lub fizycznych. Zastosowanie cynku o jakości architektonicznej może pomóc budynkowi zakwalifikować się do certyfikacji LEED ze względu na wysoką zawartość recyklingu i zrównoważony rozwój.

Miedź i jej stopy

Miedź jest bardzo trwałym metalem, odpornym na korozję podczas tworzenia niebieskawo-zielonej patyny, która w zmienny sposób składa się z węglanów miedzi , siarczanów , siarczków i chlorków . Blacha miedziana stosowana jako pokrycie dachowe jest lżejsza niż gont drewniany i znacznie lżejsza niż łupek, dachówka lub ołów. Pokrycia dachowe z miedzi można łatwo składać w wodoodporne szwy lub kształtować na zakrzywionych konstrukcjach kopuł i kopuł.

Początkowy koszt miedzi był tradycyjnie wysoki, ale czas jej eksploatacji z nadwyżką rekompensował tę cenę. Miedź można również kształtować na łukach i kątach wokół kominów oraz na krawędziach dachów i lukarnach. Wszystkie gwoździe, wkręty, śruby i zatrzaski używane z miedzianą blachą muszą być wykonane z miedzi lub ze stopu miedzi, w przeciwnym razie wystąpiłoby galwaniczne oddziaływanie pomiędzy różnymi metalami, powodując ich zniszczenie.

Miedź wykorzystywano również do celów dekoracyjnych, w tym jako ozdoby architektoniczne, oblicówki, stropy czy rzeźby. Jednym ze słynnych przykładów jest Statua Wolności .

Do stopów miedzi używanych w architekturze należą brąz , stop miedzi i cyny oraz mosiądz , stop miedzi i cynku.

Nikiel i jego stopy

Choć dość rzadki, nikiel jest używany do pokrywania detali architektonicznych. Nikiel jest najczęściej używany do budowy elementów w postaci stopów: nikiel , metal monel , stal nierdzewna .

Srebro niklowe pierwotnie nazywane było „niemieckim srebrem” aż do I wojny światowej. Nazywało się je „białym mosiądzem”, ale prawdopodobnie powinno być nazywane „mosiądzem niklowym”, ponieważ na ogół zawiera 75% miedzi, 20% niklu i 5% cynku. Różne wartości procentowe dają różne kolory, w tym srebrzystobiały, żółty, lekko niebieski, zielony lub różowy. Sprzęt ze srebra niklowego był popularny w Stanach Zjednoczonych w okresie Art Deco i Depresji Modern. Architekci i projektanci preferowali srebro niklowe, ponieważ mogło ono przyjąć i zachować odpowiednie wykończenie oraz było odporne na korozję.

Monel jest stopem zawierającym około dwóch trzecich niklu i jednej trzeciej miedzi. Jest podobny do koloru platyny. Monel był pionierem wielu obecnych zastosowań stali nierdzewnej. Pierwszym architektonicznym zastosowaniem Monelu było zadaszenie terminala Pennsylvania Railroad w Nowym Jorku w 1909 r. W 1936 r. Miedziany dach nowojorskiej Biblioteki Publicznej przy Piątej Alei i 42. Ulicy został zastąpiony metalowym dachem z Monelu. Jego zalety jako materiału pokrycia dachowego obejmowały możliwość lutowania, spawania lub lutowania na miejscu, aby zapewnić wodoszczelną, ciągłą powłokę. Monel był popularny w okresie Art Deco. Podczas II wojny światowej duże ilości niklu i miedzi skierowano do działań wojennych, a podaż Monelu została znacznie zmniejszona. Po wojnie stal nierdzewna i aluminium zastąpiły Monel ze względu na niższe koszty produkcji.

Żelazo i jego stopy

Żelazo stało się ważnym elementem architektonicznym budynku. Był używany w czterech typowych formach: kutego żelaza, żeliwa, blachy i stali.

Kute żelazo było używane do drobnych elementów konstrukcyjnych i dekoracyjnych od XVIII wieku. Aż do połowy XIX wieku stosowanie kutego żelaza w budynkach było na ogół ograniczone do drobnych przedmiotów, takich jak ściągi, paski, gwoździe i okucia lub do dekoracyjnych elementów ślusarskich na balkonach, balustradach, ogrodzeniach i bramach. Około 1850 roku jego zastosowanie konstrukcyjne stało się bardziej rozpowszechnione, gdy huty żelaza zaczęły walcować szyny, trójniki gruszkowe i ostatecznie dwuteowniki. Wykorzystywano go również do celów dekoracyjnych, takich jak ozdobne balkony czy okucia. Ponieważ kute żelazo jest wykonywane ręcznie, żadne dwa elementy nie są identyczne.

Żeliwo było głównym materiałem budowlanym XIX wieku podczas rewolucji przemysłowej . Chociaż jest kruchy, jest niezwykle mocny w kompresji. Był często używany do celów konstrukcyjnych, takich jak kolumny, fronty budynków, kopuły i lekkie korty. Zastosowania dekoracyjne obejmują schody, windy, nadproża, kraty, werandy, balkony, balustrady, ogrodzenia, latarnie uliczne i grobowce. Budynek Bradbury jest przykładem rozległego żeliwa dekoracyjnego. Obecnie żeliwo jest używane do instalacji wodno-kanalizacyjnych i rurociągów w nowych konstrukcjach, a jego konstrukcyjne i dekoracyjne zastosowanie jest czasami wykorzystywane w ramach historycznych praktyk konserwatorskich.

Blacha żelazna może podlegać szybkiej korozji, tworząc rdzę. Blacha stalowa była używana przez cały XIX wiek, chociaż nie jest jasne, jak rozpowszechnione stały się dachy z blachy stalowej. Tłoczona ozdobna blacha używana do produkcji sufitów była często nazywana „ sufitem blaszanym ”, czyli w rzeczywistości arkuszami żelaza zanurzanymi w stopionej cynie, aby zapobiec ich rdzewieniu.

Stal wprowadzono do budownictwa pod koniec XIX wieku. Rozwój stali konstrukcyjnej w połowie XIX wieku umożliwił wznoszenie wysokich budynków. Budowniczowie i wytwórcy zwrócili się ku stali, która była silniejsza niż żeliwo podczas ściskania, a kute żelazo na rozciąganie. Kiedy w Anglii w 1856 r. Opracowano proces Bessemera i wynaleziono proces z otwartym paleniskiem, stal produkowano w ilości, która pozwalała na jej opłacalność. Mosty, firmy kolejowe i drapacze chmur były jednymi z pierwszych zastosowań stali konstrukcyjnej na dużą skalę. Chociaż żelazo i stal nie są palne, tracą wytrzymałość w pożarze, jeśli nie są chronione przed ciepłem. Prawie cała stal konstrukcyjna musi być w jakiś sposób „ognioodporna”, wykorzystując okładzinę z terakoty , płytek, betonu wylewanego tynkiem, betonu natryskowego lub izolacji natryskowej . Żelbeton, zwany także żelbetem , powstał pod koniec XIX wieku, kiedy do betonu dodano stalowy drut.

Do stali dekoracyjnych stosowanych w budownictwie należą:

• Stal nierdzewna , stal chromowo-niklowa, opracowana w latach 1903 - 1912. Jej najważniejszą właściwością jest odporność na korozję. Zawiera około 18% chromu i 8-12% niklu. Stal nierdzewna jest droga, dlatego była używana głównie jako metal niestrukturalny lub tam, gdzie istnieje duży potencjał korozji. Jednym z najbardziej rozległych wczesnych zastosowań stali nierdzewnej był budynek Chryslera .
• Stale zawierające miedź, zawierające od 0,15% do 0,25% miedzi, wykazują zwiększoną odporność na korozję atmosferyczną w porównaniu ze zwykłą stalą, tworząc ochronną powłokę tlenkową o jednolitym ciemnobrązowym kolorze i teksturze. Eero Saarinen eksperymentował z materiałem w budynku Deere and Company w 1964 roku.

Aluminium

Podobnie jak miedź, aluminium jest bardzo odporne na korozję . Ma również tę dodatkową zaletę, że jest o jedną trzecią lżejszy od stali o porównywalnej wytrzymałości. Aluminium można również łatwo i wielokrotnie poddać recyklingowi. Szacuje się, że z szacunkowych 900 milionów ton aluminium wyprodukowanych od 1880 roku trzy czwarte jest nadal w użytkowaniu produkcyjnym, z czego 35% jest wykorzystywane w budownictwie.

Aluminium było niedostępne po rozsądnych kosztach lub w wystarczających ilościach do ogólnego użytku architektonicznego aż do początku XX wieku. W latach dwudziestych XX wieku wzrosło wykorzystanie aluminium w architekturze, głównie do celów dekoracyjnych. Służyła do wykonywania pokryć dachowych, obróbek blacharskich, rynien, rur spustowych, paneli ściennych i spandreli. Art Deco projektuje aluminium często używane jako elementy ozdobne. Pierwszym szeroko stosowanym aluminium w budownictwie był Empire State Building , w którym cała część wieży jest wykonana z aluminium, a także wiele elementów dekoracyjnych, takich jak wejścia, drzwi windy, ozdobne wykończenia i około 6000 spandreli okiennych . Obecnie aluminium jest często używane w budownictwie, z wyjątkiem głównych elementów konstrukcyjnych.

Zobacz też

• Materiały budowlane

Bibliografia

Źródła

• Gayle, Margot and Waite, John G. (1980), Metals in America's Historic Buildings: Uses and Preservation Treatments , Washington: US Dept. of the Interior, Heritage Conservation and Recreation.