Czytaj także -

Aktualne wydanie

ss 11 2018 okladka

Swiat-Szkla-V1B-BANNER-160x600-PL-BAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 konferencja 2018 banner

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

konferencja 2018 banner

 

 lisec SS FastLAne

 

 windoor tech550x120

 

 

Korozja szkła okiennego w warunkach aglomeracji miejsko-przemysłowej
Data dodania: 06.03.09

Pozornie wydawać by się mogło, że korozja szkła, a szczególnie szyb okiennych nie występuje. Szyby bowiem nawet przez wiele lat nie ulegają widocznemu gołym okiem niszczeniu (poza zabrudzeniem, które można usunąć przez mycie). Niemniej jednak i one ulegają stopniowej, aczkolwiek bardzo powolnej destrukcji. Postępuje ona w każdych warunkach, a szczególnie sprzyjają jej warunki występujące na obszarach aglomeracji miejsko-przemysłowych ze względu na wysoki z reguły stopień zanieczyszczenia powietrza.


Rozmiar: 29025 bajtów 

Szkło okienne, zwłaszcza to pozostające w wystawie zewnętrznej, jest szczególnie narażone na oddziaływanie czynników atmosferycznych, które z różnym natężeniem wpływają na niszczenie jego powierzchni. W największym stopniu do zachodzenia procesu korozji atmosferycznej szkła przyczyniają się: opady atmosferyczne oraz wilgoć zawarta w powietrzu, wielkość lokalnego zanieczyszczenia powietrza dwutlenkiem siarki, czas działania czynników korozyjnych (wiek szkieł), wielkość zapylenia.

W procesach korozji atmosferycznej szkła najistotniejszą rolę odgrywa obecność wody lub pary wodnej oraz dwutlenku siarki w powietrzu, pozostałe czynniki mają mniejszy wpływ.

Końcowym produktem wietrzenia szkieł krzemianowo-sodowo-wapniowych, do których zalicza się również szkło okienne, są utworzone na ich powierzchniach warstwy korozyjne, bogate w siarczan wapnia (gips). Tworzy się on w wyniku zapoczątkowanego przez wodę trójstopniowego procesu, w którym powstałe wodorotlenki metali (np. KOH, NaOH, Ca(OH)2) reagują najpierw z zawartym w powietrzu CO2 tworząc węglany, wchodzące następnie w reakcje z SO2 (wszechobecnym zanieczyszczeniem powietrza), przechodzące w jej wyniku w siarczany [1]. Na powierzchni szkieł występuje też warstwa żelu krzemionkowego SiO2 . nH2O.

Utworzony w wyniku działania na szkło wody i pary wodnej żel krzemionkowy charakteryzuje się wyjątkowo silnymi właściwościami adsorpcyjnymi. Na powierzchni znajdują się pory o rozmiarach od poniżej 2 do ok. 50 nm, które odgrywają decydującą rolę w procesach sorpcji zanieczyszczeń gazowych znajdujących się w powietrzu. Gazy takie jak CO2 czy SO2 są adsorbowane w warstwie żelu, co ułatwia ich reakcje z pochodzącymi ze szkła atomami Na, Mg, Ca i prowadzi w rezultacie do tworzenia się z czasem warstw korozyjnych, złożonych głównie z nierozpuszczalnego w wodzie gipsu.

Metodyka badań

Aby przekonać się o zasięgu i postępie korozji zachodzącej w warunkach rzeczywistych, przebadano szereg próbek typowego szkła okiennego, produkowanego metodą Fourcaulta, pochodzących z terenu aglomeracji krakowskiej. Szyby z niego wykonane wystawione były przez okres od 20 do 70 lat na bezpośrednie oddziaływanie lokalnych zanieczyszczeń atmosfery i innych czynników atmosferycznych. W celach porównawczych analizowano także szkło, które nie było narażone na takie oddziaływanie.

Do identyfikacji pierwiastków występujących w powierzchniowych warstwach szkła okiennego zastosowano metodę EDS (Energy Dispersive Spectrometry - spektrometrię dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego), sprzężoną z elektronowym mikroskopem skaningowym (SEM).

Metoda ta, przy stosowanych warunkach pomiarów, pozwalała na jakościowe i ilościowe oznaczenia pierwiastków wchodzących w skład badanych szkieł do głębokości ok. 3,5 mm.

W trakcie badań określono:

• rozkład pierwiastków w warstwie powierzchniowej badanego szkła,

• skład szkła w poszczególnych punktach przekrojów poprzecznych próbek w obrębie do 100 mm od obu powierzchni.

Badania były prowadzone porównawczo. Ponadto, z uwagi na nieco odmienne składy chemiczne poszczególnych próbek pochodzących z różnych okresów i od różnych producentów, zastosowano metodę wzorca wewnętrznego. Za reprezentatywny przyjęto skład chemiczny szkła (wyrażony w % atomowych), określony w połowie grubości próbki danego szkła.

Omówienie wyników

Miejsca poboru próbek szkła dobrano tak, by były reprezentatywne dla całego obszaru aglomeracji miejsko-przemysłowej Krakowa i panujących w niej warunków środowiskowych oraz specyfiki występujących na tym terenie zanieczyszczeń.

Bliżej omówiono wyniki trzech wybranych próbek, w których procesy korozji atmosferycznej przebiegały w środowiskach atmosferycznych o znacząco różnym stopniu zanieczyszczenia. Graficzny obraz rozkładu pierwiastków na ich powierzchniach przedstawiają rys. 1-3.

W najstarszym z badanych szkieł, przebywającym w mało lub średnio agresywnym środowisku miejskim przez ok. 70 lat, zwracają uwagę podobne ilości głównych pierwiastków po obu stronach szyby. Jednak powierzchnia, która miała większy kontakt z wodą (w tym przypadku wodą kondensacyjną skraplającą się na wewnętrznej stronie szyby w oszkleniu pojedynczym) do głębokości ok. 45 mm jest uboższa w atomy sodu (Na) niż przeciwna.

Bardzo wyraźne wzbogacenie powierzchniowych warstw w atomy wapnia (Ca) oraz brak w nich atomów sodu (Na) wykazuje szkło, którego powierzchnia pokryta była grubą (ok. 1-1,5 mm) warstwą pyłów, utrudniających wymianę wody pochodzenia atmosferycznego oraz blokujących dostęp powietrza. Szkło to znajdowało się przez okres ok. 40 lat w agresywnym środowisku przemysłowym, silnie zanieczyszczonym pyłami i gazami technologicznymi (m.in. CO, SO2, NOx).

Najbardziej skorodowane szkło przez ok. 20 lat znajdowało się pod działaniem najbardziej korozyjnego czynnika - gazowego fluoru w silnie agresywnym środowisku chemicznym. Zwracają uwagę bardzo niskie udziały atomów krzemu (Si) w warstwach powierzchniowych (ok. 7-12% atom. niższe niż w połowie grubości szyby), usunięte wskutek reakcji między fluorem i krzemem.

W badanych próbkach szkła okiennego, przy obecności pary wodnej, CO2 i SO2 w powietrzu, na ich powierzchniach zaszły reakcje chemiczne, prowadzące do utworzenia się różnej grubości warstewek, składających się przede wszystkim z CaSO4 oraz żelu krzemionkowego.

O obecności siarczanów na powierzchniach zewnętrznych badanych szkieł świadczy obecność atomów siarki (S), których występowanie w zbliżonych ilościach stwierdzono we wszystkich punktach powierzchni badanych w pierwszym etapie. Występują one we wszystkich przypadkach i są rozmieszczone bardzo równomiernie. W badaniach skaningowych, prowadzo-

nych w kierunkach prostopadłych do obu powierzchni stwierdzono natomiast, że w większych odległościach od powierzchni atomy siarki występują sporadycznie, a w przypadku niektórych próbek nie występują wcale.

W tej sytuacji przyjęto, że siarka na powierzchniach mających kontakt z atmosferą pochodziła z dwutlenku siarki zawartego w powietrzu. Siarka w głębszych, podpowie-rzchniowych warstwach badanych próbek, a także występująca na ich przekrojach poprzecznych, jest wynikiem dysocjacji termicznej sulfatu (siarczanu sodu - Na2SO4), stosowanego powszechnie do klarowania masy szklanej w procesie jej topienia.

Ilość i równomierność rozmieszczenia atomów siarki wskazuje, że we wszystkich badanych przypadkach występuje wczesne stadium tworzenia się na ich powierzchniach warstw siarczanowych. Dokła-

dność stosowanej metody EDS pozwala wnioskować, że grubość warstwy korozyjnej w badanym szkle wynosi ok. 3,5-5 mm. W skład tej warstwy wchodzić mogą: Na2SO4, CaSO4, MgSO4 i Al2(SO4)3, a także CaCO3, co wynika ze stwierdzonej obecności w tej warstwie atomów Na, Al, Ca i Mg.

O obecności warstw żelowych na badanych powierzchniach świadczy wielkość proporcji O/Si. Grubość warstwy żelu krzemionkowego SiO2 nH2O powstałego na powierzchniach narażonych na częste oddziaływanie wody (opadowej czy kondensacyjnej) w badanym szkle wynosiła do ok. 25 mm.

Uzyskane wyniki wskazują, że proces korozji atmosferycznej szkła, zachodzący w rzeczywistych warunkach aglomeracji miejsko-przemysłowej, nie odbiega od znanych schematów teoretycznych. Zmiany ilościowe w rozkładzie pierwiastków spowodowane zostały wyłącznie działaniem czynników powodujących korozję powierzchni badanych próbek szkła, przede wszystkim wody i pary wodnej oraz gazowych zanieczyszczeń powietrza. Przeprowadzone badania wykazały jednoznacznie, że warstwy powierzchniowe analizowanego szkła są uboższe w sód. Zubożenie to wiąże się z dużą mobilnością atomów Na, które łatwo dyfundują z głębszych warstw szkła, a następnie, po utworzeniu związków rozpuszczalnych w wodzie (NaOH, Na2CO3, Na2SO4), są przez wodę kondensacyjną lub opadową wymywane.

Grubości warstw korozyjnych utworzonych na powierzchniach próbek szkła, przebywających przez różne okresy czasu w wybranych rejonach aglomeracji krakowskiej, charakteryzujących się zróżnicowanymi wartościami zanieczyszczenia powietrza przedstawia rys. 4.

Jak wynika z rys. 4 w zakresie wiekowym badanych szkieł okiennych grubość warstwy korozyjnej wynosi przeciętnie ok. 45 mm.

Pomimo, że analizowane szkła znajdowały się przez różne okresy w warunkach środowiskowych, różniących się nasileniem występowania rozmaitych czynników korozyjnych (gazowe związki fluoru, tlenki azotu i siarki, wilgotność, zapylenie), to stwierdzone metodą EDS zmiany w ilościowym rozkładzie pierwiastków występują praktycznie do jednakowej głębokości.

W tej sytuacji brak jest jednoznacznie ustalonego związku między czasem przebywania danego szkła w określonym środowisku atmosferycznym a grubością warstwy korozyjnej.

Podsumowanie

Z przeprowadzonych badań korozji okiennego szkła sodowo-wapniowego, pochodzącego z różnych miejsc aglomeracji krakowskiej wynika, że zasięg zmian korozyjnych, wyrażający się zmianami składu ilościowego głównych pierwiastków oraz zwięzłością więźby krzemotlenowej, we wszystkich badanych próbkach szkła jest do siebie zbliżony i nie związany z ich wiekiem, miejscem przebywania oraz rodzajem i natężeniem występujących lokalnie czynników destrukcyjnych. Rodzaj i ilość pierwiastków występujących na badanych powierzchniach pozwalają stwierdzić, że mechanizmy korozji atmosferycznej prowadzą w rezultacie do utworzenia na nich z upływem czasu warstewki gipsu CaSO4 ■ 2H2O.

Z równomiernego rozmieszczenia na badanych powierzchniach zewnętrznych atomów siarki oraz braku występowania innych pierwiastków wchodzących w skład podstawowych zanieczyszczeń gazowych (azot, fluor) można wnioskować, że spośród nich jedynie SO2 bierze udział w reakcjach powodujących korozję atmosferyczną budowlanych szkieł okiennych.

Wyniki badań wskazują, że zasięg zmian w składach warstw przypowierzchniowych analizowanych próbek, spowodowany przebywaniem w rzeczywistych warunkach różnych środowisk korozyjnych występujących na terenie aglomeracji, jest do siebie zbliżony i w sposób niejednoznaczny związany z ich wiekiem i średniorocznym stopniem zanieczyszczenia atmosfery przez SO2.

Należy tu zwrócić uwagę, że badania prowadzono na szkle produkowanym metodą Fourcaulta, zabudowanym w oszkleniach skrzynkowych lub pojedynczych. Obecnie w oszkleniach dominuje szkło produkowane metodą float. Ponieważ szkło float również jest szkłem sodowo-wap-niowym, na sam mechanizm procesu korozji metoda produkcji szyb nie ma wpływu, jednak powoduje ona, że jakość jego powierzchni jest dużo wyższa, co prawdopodobnie będzie miało wpływ na zmniejszenie szybkości wymiany atomowej, a zatem i postęp korozji.

Powszechny obecnie montaż szkła okiennego w postaci szyb zespolonych, wewnątrz których znajduje się osuszone powietrze (a często również obojętna atmosfera azotu czy argonu) spowoduje, że przebieg i szybkość procesów korozyjnych zachodzących na wewnętrznych powierzchniach szyb będą miały inny charakter, z uwagi na ograniczenie lub praktyczny brak zjawiska kondensacji wilgoci niezbędnej do zachodzenia procesów korozyjnych.

dr inż. Janusz Faber

LITERATURA

1. Newton R.G., Crown in Glory, London 1982

2. Appen A.A., Chimia stekla, Leningrad 1970

więcej informacji: Świat Szkla 9/2005

Rys. 1. Rozkład pierwiastków na powierzchniach szkła przebywającego 70 lat w środowisku miejskim

Rys. 2. Rozkład pierwiastków na powierzchniach szkła przebywającego 40 lat w środowisku przemysłowym silnie zapylonym

Rys. 3. Rozkład pierwiastków na powierzchniach szkła przebywającego 30 lat w środowisku chemicznym 

Rys. 4. Zależność między wiekiem badanych szkieł a grubością warstwy korozyjnej

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik