Metale architektoniczne
Metale używane do celów architektonicznych obejmują ołów , rury wodociągowe , pokrycia dachowe i okna; cyna , uformowana w blachę białą ; cynk , miedź i aluminium , w szeregu zastosowań, w tym pokryć dachowych i dekoracji; oraz żelazo , które ma zastosowanie konstrukcyjne i inne w postaci żeliwa lub kutego żelaza lub przerobione na stal . Stopy metali stosowane w budownictwie obejmują brąz (głównie miedź i cynę); mosiądz (miedź i cynk); monel metaliczny i srebro niklowe , składające się głównie z niklu i miedzi; i stali nierdzewnej , z ważnymi składnikami niklu i chromu .
Rodzaje metali
Ołów
Niska temperatura topnienia ołowiu pozwoliła na jego użycie na szeroką skalę w całej historii ludzkości. Ołów był jednym z pierwszych, które zostały wykonane z blachy do celów architektonicznych. Rury wodociągowe były często budowane z ołowiu, dopóki pod koniec XIX wieku nie opublikowano informacji o zagrożeniach dla zdrowia.
Ołów nie podlega rdzy i od wieków jest popularnym materiałem dachowym , używanym do pokryć dachowych, obróbki blacharskiej, rynien, rur spustowych i głowic przewodów. Ołów najlepiej nadawał się do dachów o niskim nachyleniu, ponieważ strome dachy ulegały pełzaniu. Dachy ołowiane w regionach o dużych wahaniach temperatury, takich jak stany środkowoatlantyckie , ulegają zniszczeniu w wyniku ciągłego rozszerzania się i kurczenia, zwanego zmęczeniem. Od XIX wieku stosowano pokrycie dachowe zwane „ terne ” lub „terneplate”, składające się z blachy żelaznej lub stalowej pokrytej stopem ołowiu i cyny . Często mylona jest z blachą .
Ołów był również często używany do szyb w świetlikach i witraży. Wykorzystywano go również do drobnych elementów rzeźbiarskich i ozdób ogrodowych. Ołów był często dodawany do farb, przy czym czerwony ołów był używany jako pigment antykorozyjny do żelaza, a biały ołów był używany jako farba do drewnianych domów. Farba na bazie ołowiu była jednym z najtrwalszych materiałów opracowanych jako zewnętrzna powłoka ochronna. Stosowanie farby ołowiowej zostało ograniczone w większości budynków ze względu na obawy związane z zatruciem ołowiem .
Cyna
Cyna jest zbyt miękka, aby można ją było stosować samodzielnie do celów architektonicznych, dlatego ogólnie można ją podzielić na dwie kategorie: stapianie cyny z innymi metalami, takimi jak miedź , w celu utworzenia brązu , oraz powlekanie cyną twardszych metali, takich jak ocynowane żelazo lub stal. Brązy architektoniczne zwykle zawierają około 90% miedzi i 10% cyny, chociaż zawartość może się znacznie różnić. Określenie „ blaszany sufit ” jest mylące i pierwsi producenci nie używali tej nazwy. Jednak osoby zajmujące się blacharstwem nazywano blacharzami, więc określenie to mogło wywodzić się od tego tytułu.
Blacha biała była rodzajem materiału architektonicznego składającego się z blachy żelaznej lub stalowej pokrytej cyną. „Dachy blaszane”, rodzaj blachy białej, były pierwotnie używane do produkcji zbroi, ale ostatecznie jako materiał na pokrycia dachowe. Blacha biała 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 tynku . Chociaż blacha biała jest nadal dostępna do sufitów, pokryć dachowych i obróbki blacharskiej, jest ogólnie uważana za kosztowną, ponieważ początkowy koszt jest wyższy niż w przypadku popularnych nowoczesnych rodzajów pokryć dachowych, takich jak asfaltowe lub dachy zabudowane. Dobrze utrzymany dach lub sufit z blachy białej zwykle wytrzymuje kilka razy dłużej niż nowoczesne materiały i jest bardziej ekonomiczny, jeśli weźmie się pod uwagę dłuższą żywotność.
Cynk
Czysty cynk był stosowany 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 i używana przez budowniczych w Nowym Jorku i innych miejscach. Czysty cynk podlega pełzaniu w zwykłych temperaturach.
Metale pokryte cynkiem zostały po raz pierwszy opatentowane w 1837 r., oddzielnie przez M. Sorela we Francji i HW Crawforda w Anglii. Metody wykorzystywały proces „zanurzania na gorąco” do powlekania blachy żelaznej cynkiem. Do 1839 r. w Nowym Jorku stosowano „ocynkowane” dachy z blachy żelaznej. 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 z wzorami, co jest popularną techniką w epoce wiktoriańskiej.
Cynk był również odlewany do rzeźb i elementów dekoracyjnych w Niemczech i Austrii już w 1832 r. Dekoracyjne elementy architektoniczne często odlewano z cynku, ponieważ łatwo się formował, był niedrogi w porównaniu z kamieniem i można go było malować w celu imitowania droższych metali. Pod koniec XIX wieku tłoczone łupiny, rozety, liście fleur-de-lis i akantu stanowiły popularną dekoracyjną ornamentykę zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz.
z 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. Ich dodatkową zaletą było to, że były dobrymi inhibitorami rdzy na żelazie i stali.
We wczesnych dziesięcioleciach XX wieku w Stanach Zjednoczonych zmniejszyło się użycie pokryć dachowych i ozdób z czystego cynku. Obecnie zyskuje popularność w czystej postaci (99,95%) do materiałów budowlanych. Zazwyczaj cynk klasy architektonicznej to cynk o czystości 99,995 procent ze śladowymi ilościami tytanu w celu zmniejszenia współczynnika rozszerzalności cieplnej i poprawy wytrzymałości na rozciąganie i twardości oraz miedzi w celu poprawy urabialności. Dokładny skład stopu zależy od producenta i jest wyznacznikiem koloru ostatecznej patyny cynku . Z biegiem czasu cynk rozwija swoją charakterystyczną patynę, przechodząc od błyszczącego srebra do matowego niebieskawo-szarego. Wstępnie patynowane wykończenia są dostępne u niektórych producentów w celu przyspieszenia procesu naturalnego patynowania. Cynk jest nadal używany w stopach, takich jak mosiądz i srebro niklowe , a także w galwanizacji stali. Obecnie galwanizowana stal i materiał z czystego cynku, zwykle panele z podwójnym rąbkiem stojącym, są używane do pokrycia dachów różnych budynków. Pełzanie zostało zmniejszone dzięki wprowadzeniu tytanu do większości cynku architektonicznego dostępnego w Ameryce Północnej. Powszechne są również ocynkowane gwoździe i kanały blaszane.
Cynk architektoniczny jest w 90 do 95% poddawany recyklingowi. Koszty wymiany są znikome przy długiej żywotności wynoszącej 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 klasy architektonicznej może pomóc budynkom zakwalifikować się do LEED ze względu na wysoką zawartość materiałów pochodzących z recyklingu i zrównoważony rozwój.
Miedź i jej stopy
Miedź jest bardzo trwałym metalem, odpornym na korozję podczas tworzenia niebieskawo-zielonej patyny , która różnie składa się z węglanów , siarczanów , siarczków i chlorków miedzi . Blacha miedziana stosowana jako pokrycie dachowe jest lżejsza niż gonty drewniane i znacznie lżejsza niż łupek, dachówka czy ołów. Miedź dachową można łatwo złożyć w wodoodporne szwy lub ukształtować na zakrzywionych ramach dla kopuł i kopuł.
Początkowy koszt miedzi był tradycyjnie wysoki, ale długość eksploatacji z nawiązką rekompensowała cenę. Miedź może być również kształtowana do zagięć i kątów wokół kominów oraz na krawędziach dachu i lukarnach. Wszystkie gwoździe, wkręty, śruby i zatrzaski używane z blachą miedzianą muszą być wykonane z miedzi lub stopu miedzi, w przeciwnym razie doszłoby do oddziaływania galwanicznego między różnymi metalami, powodując pogorszenie.
Miedź była również wykorzystywana do celów zdobniczych, m.in. w ornamentach architektonicznych, bocznicach, sufitach czy rzeźbach. Jednym ze słynnych przykładów jest Statua Wolności .
Stopy miedzi stosowane w architekturze obejmują brąz , stop miedzi i cyny oraz mosiądz , stop miedzi i cynku.
Nikiel i jego stopy
Nikiel , choć dość rzadki, był używany do powlekania detali architektonicznych. Nikiel jest najczęściej stosowany na elementy budowlane w postaci stopów: srebra niklowego , metalu monelowego oraz stali nierdzewnej .
Srebro niklowe było pierwotnie nazywane „niemieckim srebrem” aż do I wojny światowej. Nazywano je „białym mosiądzem”, ale prawdopodobnie powinno być określane jako „niklowany mosiądz”, ponieważ zazwyczaj zawiera 75% miedzi, 20% niklu i 5% cynku. Różne procenty dają gamę kolorów, w tym srebrzystobiałą, żółtą, lekko niebieską, zieloną lub różową. Okucia ze srebra niklowego były popularne w Stanach Zjednoczonych w Art Deco i Depression Modern. Architekci i projektanci preferowali srebro niklowe, ponieważ mogło przyjmować i zachowywać odpowiednie wykończenia oraz było odporne na korozję.
Monel metaliczny jest stopem składającym się w przybliżeniu z dwóch trzecich niklu i jednej trzeciej miedzi. Kolorem przypomina platynę. Monel był pionierem wielu obecnych zastosowań stali nierdzewnej. Pierwszym architektonicznym zastosowaniem Monelu było pokrycie dachu Pennsylvania Railroad Terminal w Nowym Jorku w 1909 roku. W 1936 roku miedziany dach Biblioteki Publicznej Nowego Jorku przy Piątej Alei i 42 ulicy został zastąpiony metalowym dachem Monel. Jego zalety jako pokrycia dachowego obejmowały możliwość lutowania twardego, spawania lub lutowania na miejscu w celu zapewnienia wodoszczelnej, ciągłej osłony. 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 ograniczona. 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 powszechnych formach: kute żelazo, żeliwo, blacha i stal.
Od XVIII wieku do drobnych elementów konstrukcyjnych i dekoracyjnych używano kutego żelaza . Do połowy XIX wieku użycie kutego żelaza w budynkach było na ogół ograniczone do drobnych elementów, takich jak ściągi, paski, gwoździe i okucia, lub do ozdobnego ślusarstwa 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, nie ma dwóch identycznych egzemplarzy.
Żeliwo było głównym XIX-wiecznym materiałem budowlanym rewolucji przemysłowej . Chociaż krucha, jest niezwykle wytrzymała na ściskanie. Był często używany do celów konstrukcyjnych, takich jak kolumny, fasady budynków, kopuły i lekkie korty. Zastosowania dekoracyjne obejmowały schody, windy, nadproża, kraty, werandy, balkony, balustrady, ogrodzenia, latarnie uliczne i grobowce. Budynek Bradbury jest przykładem obszernego dekoracyjnego żeliwa. Obecnie żeliwo jest używane do armatury hydraulicznej i rurociągów w nowych konstrukcjach, a jego strukturalne i dekoracyjne zastosowanie jest czasami wykorzystywane w ramach praktyk konserwatorskich.
Blacha żelazna może ulec szybkiej korozji, tworząc rdzę. Blacha była używana przez cały XIX wiek, chociaż nie jest jasne, w jaki sposób rozpowszechniły się dachy z blachy. Prasowana blacha dekoracyjna używana do sufitów była często nazywana „ sufitem blaszanym ”, który w rzeczywistości składał się z arkuszy żelaza zanurzonych w stopionej cynie, aby zapobiec ich rdzewieniu.
Stal została wprowadzona do budownictwa pod koniec XIX wieku. Rozwój stali konstrukcyjnej w połowie XIX wieku umożliwił wznoszenie budynków wysokich. Konstruktorzy i producenci zwrócili się ku stali, która była mocniejsza niż żeliwo w ściskaniu i kute żelazo w rozciąganiu. Kiedy proces Bessemera i wynaleziono proces martenowski, stal produkowano w ilościach, które pozwalały na jej ekonomiczność. 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 ogniu, jeśli nie są chronione przed gorącem. Prawie cała stal konstrukcyjna musi być w jakiś sposób „ognioodporna”, wykorzystując okładzinę z terakoty , płytek, betonu wylewanego z gipsu, betonu natryskowego lub izolacji natryskowej . Żelazobeton, zwany także żelbetem , powstał pod koniec XIX wieku, kiedy do betonu dodano drut stalowy.
Stale dekoracyjne stosowane w budownictwie obejmują:
- 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, więc była używana głównie jako metal niekonstrukcyjny lub tam, gdzie istnieje duże prawdopodobieństwo korozji. Jednym z najbardziej rozległych wczesnych zastosowań stali nierdzewnej był budynek Chryslera .
- Stale miedzionośne, zawierające od 0,15% do 0,25% miedzi, rozwijają zwiększoną odporność na korozję atmosferyczną w porównaniu ze zwykłą stalą, tworząc ochronną powłokę tlenkową o jednolitej ciemnobrązowej barwie i teksturze. Eero Saarinen eksperymentował z materiałem w budynku Deere and Company w 1964 roku.
Aluminium
Podobnie jak miedź, aluminium jest wysoce 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 poddawać recyklingowi. Szacuje się, że z szacowanych 900 milionów ton aluminium wyprodukowanego od 1880 r. trzy czwarte jest nadal wykorzystywane w produkcji, z czego 35% przypada na budownictwo.
Aluminium było niedostępne po rozsądnej cenie lub w ilościach wystarczających do ogólnego użytku architektonicznego aż do początku XX wieku. Wykorzystanie aluminium w architekturze wzrosło w latach dwudziestych XX wieku, głównie do detali dekoracyjnych. Był używany do pokryć dachowych, obróbki blacharskiej, rynien, rur spustowych, paneli ściennych i spandreli. W projektach Art Deco często używano aluminium do elementów ozdobnych. Pierwszym szeroko zakrojonym zastosowaniem aluminium w budownictwie był Empire State Building , w którym cała część wieży jest aluminiowa, a także wiele elementów dekoracyjnych, takich jak wejścia, drzwi windy, ozdobne wykończenia i około 6000 spandreli okiennych . Obecnie aluminium jest często stosowane w budownictwie, z wyjątkiem głównych elementów konstrukcyjnych.
Zobacz też
Źródła
- Gayle, Margot i Waite, John G. (1980), Metale w historycznych budynkach Ameryki: zastosowania i zabiegi konserwacyjne , Waszyngton: Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych, Ochrona Dziedzictwa i Rekreacja.