Förstudie. Målning av plåt på kulturhistoriskt värdefulla byggnader

Förstudie. Målning av plåt på kulturhistoriskt värdefulla byggnader Ansvarig institution: Göteborgs universitet Hantverkslaboratoriet Institutionen för kulturvård Box 77 SE 542 31 Mariestad Medverkande institutioner: Göteborgs universitet, Institutionen för kulturvård Svenska kyrkan, Kyrkokansliet, Kulturarvsenheten Riksantikvarieämbetet, Förvaltningsavdelningen Västra Götalandsregionen, Samhällsavdelningen, kulturmiljöenheten Projektledare: Gunnar Almevik, verksamhetsledare, Fil.Dr. (f. 1969) Göteborgs universitet Hantverkslaboratoriet Institutionen för kulturvård Box 77 SE 542 31 Mariestad gunnar.almevik@gu.se Projektmedarbetare Arja Källbom, målare, antikvarie, metallurg (f. 1969) 1

Sammanfattande resultat I förstudien 2013 har en referensgrupp bildats med representanter från intressenter i att kunskapen om problematiken kring målning av plåt utvecklas på vetenskaplig grund och implementeras i den praktiska verksamheten. Referensgruppen har sammanträtt vid två tillfällen och startat Projektets medarbetare Arja Källbom har genom intervjuer, litteraturstudier och genomgång av tidigare projekt presenterat en kunskapssammanställning om problemområdet målning av plåt på kulturhistoriska byggnader. I samband med utredningsarbetet har akademiska forskarmiljöer, fristående färglaboratorier och enskilda forskare inom området inventerats. Fokus har varit kompetens i ytteknik, polymerkemi och för problemområdet relevanta fältprovningsmetoder. Kunskapssammanställningen har redigerats och publicerats som en tryckt rapport om 26 sidor inkluderat litteraturförteckning och ordlista över teknisk terminologi. Rapporten innehåller en historik om taktraditioner i plåt och tekniks information om grundmaterialets egenskaper, färgtyper för målning av plåt, målningssystem, rengöring, rostskydd och standarder. Avslutningsvis presenteras en analys av behovet av utbildning, forskning och utvecklingsarbete. Bakgrund och syfte med projektet Ett stort antal kulturhistoriskt värdefulla byggnader är årligen föremål för underhållsinsatser av takplåt. Frågan komplicerad eftersom både plåtens och färgens tekniska egenskaper har förändrats över tid. Målning av plåt inrymmer delvis motstridiga erfarenheter mellan de som arbetar handfast med plåten och de som säljer material eller arbetar i tekniska områden. Behovet av forskning aktualiserades ytterligare 2006 då ståltillverkarna förändrade lagerskyddet på förzinkad stålplåt av miljöhänsyn. Det nya lagerskyddet anges vara mer eller mindre permanent. Plåten kan inte som förut åldras och anpassas till platsmålning genom att utsättas för väder och vind i ett antal år. Den finns en rad frågetecken om hur nylagda plåttak kan behandlas för att resultera i färgskikt med lång livslängd och bevarade kulturhistoriska egenskaper. Många förordar idag användning av polymera grundfärger eller förprimade plåtar istället för traditionella färger och tidigare beprövade målningssystem. Detta projekt avser en förstudie till ett tänkt genomförtandeprojekt med syftet att genom analys och utvärdering av procedurer och praktiska försök kopplade till verkliga fall, säkra beprövad erfarenhet och ta fram kunskapsunderlag för val av målningssystem med antikvariska-tekniska krav beträffande rengöring, rostskydd och målning av äldre och ny plats- eller fabrikslackerad stålplåt för kulturhistoriskt värdefulla byggnader. Kortfattad teori- och metoddiskussion Eftersom det här gäller en begränsad förstudie så har inte möjligheter funnits till omfattande teori och metodfördjupning. Några för problemområdet central metodologiska diskussioner har dock förts. Det finns behov att ta fram bästa praktik" och att "bepröva" erfarenheter och tillvägagångssätt i området, och för de många kombinationer av material som är tänkbara. Accelererad laboratorieprovning är svårbedömt och svårt att överföra till realistiska förhållanden. Fullskaleprov kräver noggrann dokumentation, långsiktig 2

uppföljning och sätt att bedöma resultaten. Nationella fullskaleprov kräver samordning och organisation och sökbara databaser. I förstudien har Tidigare fullskaleprov har identifierats, exempelvis i Karlsborg och Skansen, som kan utgöra grund för utvärderingar av fungerande målningsystem. Det finns behov av fördjupad tvärvetenskaplig forskning. Målning av plåttak på kulturhistoriska byggnader tenderar att bli en fråga om enbart yta, utan hänsyn till material i relation till ytbehandling. Ibland framförs argument att materialet och utförandet förändrats så mycket att det i princip inte spelar någon roll om man målar med polymera färgtyper för underhåll eller nyläggning. Och när en äldre byggnad har bytt taktyp och målningsystem är det svårt att förhålla sig till valmöjligheterna och de antikvariska frågorna. Takplåtens karakteristik har inte belysts ur ett samlat metallurgiskt perspektiv; dess produktion har varierat över tiden och har därmed varierande egenskaper. Det gäller även metalliseringsskikten, vars tjocklek bl.a. styrs av metod och stålens legeringsämnen. Med varje plåttyp följer tidstypiska ytbehandlingssätt, och här saknar vi adekvat information. Att känna de ingående materialens karakteristik är en förutsättning för allt tekniskt utvecklingsarbete och ger ökad förståelse för egenskaper. Genom att lära känna materialens beteende öppnas möjligheter till goda alternativa lösningar t.ex. beträffande rostskydd. Blymönja framförs som oöverträffat som korrosionsskydd på stål. Trots det är det svårt att finna teknisk litteratur om mekanismer för detta även i ett elektrokemiskt perspektiv. Det finns flera erfarenheter om att specularit ger ett gott korrosionsskydd, och det vore intressant att titta närmare på. Det är möjligt att det finns bortglömda rostskyddande material eller tillsatsmedel t.ex. hartser, torkande oljor med hög penetrationsförmåga om man börjar leta med nya ögon. Projektets huvudsakliga resultat och effekter Kunskapssammanställningen är projektets huvudsakliga resultat, som presenteras i en särskild publikation. Rapporten innehåller en historik om taktraditioner i plåt och tekniks information om grundmaterialets egenskaper, färgtyper för målning av plåt, målningssystem, rengöring, rostskydd och standarder. Varken plåt av koppar, zink, bly eller aluzink-legeringar målas vanligtvis av korrosionsskäl, eftersom de till skillnad från stål bildar naturliga ytpassiveringsskikt vid uteexponering. Zinkplåt kan dock målas av estetiska skäl. Stålplåt passiviseras med ett artificiellt skikt av zink - ett katodiskt skydd (d.v.s. offeranod) - ca 20-25 µm tjockt. När förzinkade stålplåtar lämnas att utsättas för väder och vind, korroderar zinken i utemiljön (eftersom den fungerar som en offeranod). Den reagerar med omgivningens joner och det bildas korrosions-produkter på zinkens yta (karbonat, hydroxider, klorider och sulfater). Detta är inte samma sak som när zinkjoner frigörs, vilket kallas avrinning. Beroende på miljö bidrar korrosionsprodukterna till att korrosionshastigheten minskar med tiden. Samverkan med fukt och regn (mängd, ph, torr- och våttid, förekomst av luftföroreningar, yt-struktur mm.) gör att en del korrosionsprodukter kan lösas upp och frigöras. Avrinningshastigheten är betydligt lägre än korrosionshastigheten. Vid målning av förzinkad plåt har man haft som procedur att lämna plåten omålad för att få bättre vidhäftning mellan zinkskikt och färg och för att förhindra förtvålning mellan det basiska zinkskiktet och svagt sura linoljefärgen. När man målar en förzinkad stålplåt, kallas det duplex-behandling. Duplexbehandling minskar zinkens avrinnings- och korrosionshastighet avsevärt. 3

Mekanismen för nedbrytning av metaller är elektrokemisk och bygger på stabila anod-katodreaktioner. Detta innebär oxidation (anod) d.v.s. avgivande av elektroner och reduktion (katod) upptagande av elektroner. Elektrokemisk korrosion förutsätter närvaro av en elektrolyt, som kan transportera joner och elektroner. Korrosionsprodukter för järn och stål benämns även rost. Aktuella korrosionstyper för takplåt av stål orrosion och allmän korrosion, galvanisk är främst atmosfärisk k. korrosion, spaltkorrosion, avlagringskorrosion Svartplåt rostar ofta på baksidan. Skador på zinkskikt medför att stålytan blir elektrokemiskt aktiv och därmed rostar. Förzinkade ytor har ett för ögat osynligt lagerskydd när den lämnar fabriken, för att undvika korrosionsskador (s.k. vitblemma) på zink innan den tas i drift. Lagerskyddet består av en typ av kromatering. Det finns olika metoder för att avlägsna lagringsskyddet före målning. Tidigare var det brukliga sättet att låta plåten åldras d.v.s. ut-sättas för väder och sol en tid. Vanligtvis har tiden varierat upp till ca tio år, beroende på geografi och yttre förutsättningar. Under senare år har det visat sig att förzinkade tak som uteexponerats under några år, och som sedan har tvättats och målats på plats, har fått problem med flagande färg efter en fyra till fem år. Detta har skett trots att färgsystemen varit beprövade. Orsaken är att plåttillverkarna sedan 2006 har ändrat förzinkningens lagerskydd för att minska användningen av hälsovådligt sexvärt krom. Nytt lagerskydd innehåller trevärt krom, fosfater och florider och är mer stabilt och åldras långsammare. Plåtleverantören (SSAB) anger att plåten inte är avsedd för målning. Det nya kemiska passiveringsskiktet kallas Passerit 6003, och levereras av Henkel i Tyskland. Den kan inte tas bort med alkalisk avfettning, och därför fungerar inte en förbehandling som t.ex. zinkfosfatering. Det sker ingen reaktion med ytan. Erfarenheter av det nya kromatskiktet är fortfarande begränsade. SSAB anger att anoljad plåt är mest lämpad för målning eftersom det bryts ned på ungefär samma sätt som det tidigare ytskiktet. Anoljningen går också att avlägsna med neutral eller alkalisk avfettning. Bilindustrin har stor erfarenhet av att avfetta, fosfatera och lackera anoljad plåt. Anoljad plåt säljs i stora partier, men kulturmiljövården beställare av plåt har idag inget samordnat system eller logistik för att möjliggöra lagerhållning och därmed få tillgång till anoljad plåt. För kulturhistoriska byggnader är det viktigt att säkra långsiktigheten i det fortlöpande underhållet. Idag målas ett plåttak i praktiken med ca 10-20 årsintervaller. Täckmålning med linoljebaserad färg har en livslängd på ca 6-10 år och ska bättras regelbundet. Alltför långa målningsintervaller riskerar att leda till korrosionsangrepp som kan föranleda lokalt byte av plåt eller på sikt t o m byte av hela taket. Kontinuerligt underhåll av tak med tillhörande regnvattensystem är viktigt för att förlänga målnings- och reparationsintervallen. Om plåttaket har börjat flaga är det dags för underhåll. Detsamma gäller om färgen börjat krita, eftersom det indikerar att toppfärgens bindemedel brutits ned. Rostfläckar ska alltid åtgärdas utan dröjsmål. Skador i zinkskikt kräver alltid underhållsåtgärder t.ex. lokal rostskyddsbehandling. I arbetet med kulturhistoriskt värdefulla byggnader är det av intresse att använda autentiska material och metoder så långt som det är möjligt. Moderna färgsystem anses delvis vara obeprövade, och det är svårt att få fram relevanta data på de moderna färgerna innehåll. Det finns behov att ersätta äldre plåt med ny när livslängden är slut. Taket kan ha en tidigare fabrikslackering, av olika typer, med mer eller mindre bra vidhäftning. Det finns ett tiotal olika polymera färgtyper med olika egenskaper t.ex. plastisol/pvc, akrylat, polyester. Det kan vara svårt att bestämma vilken typ av äldre 4

fabrikslackering det är frågan om, det finns olika kemikalier och metoder för att kontrollera färgtyp. I förstudien har också akademiska forskarmiljöer, fristående färglaboratorier och enskilda forskare inom området inventerats. Utgångspunkten har tagits i fyra centrala frågeställningar inför fortsatt forskning. 1. Hur lång tid tar det innan kromatskiktet som finns på den förzinkade stålplåten, bryts ned? Från att ha låtit zinkskikt på stålplåt brytas ned av väder och vind inför målning, försågs förzinkade ytor 2006 med ett lagerskydd som visat sig vara relativt stabilt. Det lär brytas ned för eller senare, men vi vet inte hur lång tid det tar eller hur vi kan konstatera om det är tillräckligt nedbrutet för att man ska kunna måla på det med gott resultat. På KTH i Stockholm finns bl a Professor Inger Odnevall Wallinder, som doktorerat i atmosfärisk korrosion av zinkskikt. Avdelningen heter yt- och korrosionsvetenskap och där finns flera doktorander. På deras materiallaboratorium finns utrustning för att karakterisera ytor m a p kemi och kristallstrukturer. Bl a finns spektroskopiska metoder t ex Augermikroskop. Vi skulle kunna karakterisera ny plåt, plåt som utsatts för atmosfärisk korrosion från 2006 (som inte övermålats) och jämföra med Odnevalls tidigare arbete. Time-of-Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS ) används för masspektrometrisk analys av grundämnen och kemiska föreningar i material, ytor och gränssytor med mycket hög upplösning. TOF-SIMS finns även hos SP och Swerea IVF och KTH. Chalmers (Material och Tillverkningsteknik, teknisk/tillämpad ytkemi) har också utrustningar för att karakterisera ytor t ex högupplösande Augermikroskop. Det finns ett nordiskt branschorgan för ytbeläggarna; Nordic Galvanizers, som kan ha arkivmaterial och kontakter till internationella forskare. Det finns ytreagenser för t ex krom, från t ex Makab (www.makab.se), som kan användas för empiriskt arbete. 2. Hur har materialen förändrats över tid? Takplåtens/substratets karakteristik behöver belysas ur ett samlat metallurgiskt/ metallografiskt perspektiv med autentiska takmaterial från tiden; dess produktionsmetoder har varierat över tiden och stålplåt har därmed varierande egenskaper. Det gäller även metalliseringsskikten, vars tjocklek bl a styrs av metod och stålens legeringsämnen. Med varje plåttyp följer tidstypiska ytbehandlingssätt, och utan adekvat information reduceras plåttaken till endast ytor. Om plåt endast ska ses som ytor kan man ju måla med precis vad som helst, på vad som helst. Traditionell utrustning för karakterisering av metalliska material finns rikligt i hela landet. Det som behövs är provberedningsutrustning, ljusoptiska mikroskop med bildanalyssystem, svepelektronmikroskop med röntgendispersiv analys och ev även mikrosond, mikrohårdhetsmätning. Det finns på Swerea Swecast och andra Swereainstitut (IVF, KIMAB), SP, KTH, Chalmers, Jönköpings Universitet samt på många företag med tillverkning av metalliska produkter (SSAB, Husqvarna m fl). Vid behov kan röntgendiffraktion behövas för att identifiera faser, XRD finns bl a på Chalmers. Materiallabben på SSAB Oxelösund och Borlänge kan ev. bidra med teknisk support och erforderlig utrustning. Med ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) kan nogranna kemiska analyser utföras av metalliska material. Utrustningen finns bl a på SP och hos geovetarna på Göteborgs och Uppsala Universitet. 5

3. Vad innehåller köpefärger? Takfärger för rostskydd och täckmålning ska uppfylla en del krav ur antikvariska, ekonomiska, tekniska och miljömässiga aspekter. Det går inte att utvärdera eftersom så gott som alla färger inte är innehållsdeklarerade. Faktum är att det knappt går att utläsa något vettigt ur innehållsdeklarationer och produktdatablad. Vi vill veta vad köpefärger/industriellt tillverkade färger innehåller för bindemedel och pigment, tillsatser. Då kan man även lättare dra slutsatser om deras åldringskarakteristisk och livslängd. Bindemedelsanalyser kan göras med bl a infraröd spektroskopi - Fourier Transformed Infra-Red mikroscope (FTIR) och gas/masspektrometrar GC-MS. Sådana finns på bla Swerea IVF och Swerea KIMAB, SP, KTH, Linköpings Universitet. Kunskap om polymerer finns bla på SP, Swerea IVF, Swerea Kimab, Chalmers ytkemi. Där finns även utrustning för reologiska mätningar t ex viskosimetrar mm. Till pigmentsanalyser används t ex polarisationsmikroskop och Raman-mikroskop. Raman finns bl a på KTH och Göteborgs Universitet (fysik, konservering). Geovetenskap på Göteborgs Universitet har även avancerade utrustningar för mineralanalyser bla SEM med induktionsgenererad plasma-masspektrometer (ICP- MS). De har också bra polarisationsmikroskop, som kompletterar spektrokopiska anlyser eftersom de även ger en bild om pigmentstorlekar, form mm som påverkar tekniska egenskaper såsom t ex täckförmåga. Professor Rob Hellingwerf är en resurs på GU. Geovetenskap på Uppsala Universitet har också Raman och FTIR, ICP-MS. 4. Hur kan plåttak undersökas in-situ? Förundersökning och framtagning av arbetsbeskrivningar kräver att plåttak kan kontrolleras på plats. Man gör givetvis även arkivstudier kring historik för att få en samlad bild. Ibland är det frågan om plåt som är några decennier gamla och man vet inte hur de är målade i fabrik, eller på plats. Hur tjocka zinkskikt finns kvar? I vilket tekniskt skick är rostskydd och täckfärg; vidhäftning/tjocklek/typ av produkt? Det finns ett mångfald av fabrikslackerad plåt, som kräver olika slags förbehandling, och kan man upprätta flödesscheman för att testa typerna med kemikalier, värme, ritser mm? Hur kan man kontrollera att utförd förbehandling är tillräcklig, t ex med profilometrar? Efter avslutad entreprenad, hur kan resultatet kvalitetsbestämmas? Swerea IVF och SP har tillämpad kunskap om kvalitetsbestämningsmetoder för ytbehandlingar och olika färgskikt samt tillgång till olika mätmetoder. Hos Kontrollmetod AB (www.kontrollmetod.se)finns diverse utrustning för mätning av skikttjocklekar, glanstal, profilometrar, salthaltsbestämning med Bresle-metoden. Våtfilmskam, daggpunktsmätning, vidhäftningsmätning med bl a gitterritsmetoden (och portabel utrustning för limning av ytor som dragprovas för vidhäftningskontroll). Även på Karl Deutch Nordiska (ww.kdn.se) finns utrustning och färdiga kit för kontroll av ytskikt och rostskyddsmålning. Portabla spektrofotometrar (bestämning av kulör) med inbyggd glansmätning finns bl a på Kromafor (www.kromafor.se). Exotek Instrument har också portabel kontrollutrustning (www.exotek-instruments.se) 6

Resultatens placering i förhållande till nationell och internationell översikt av tidigare forskning inom området Tidigare nationell forskning har behandlat korrosionsskydd för t ex brokonstruktioner (Kimab), omålat järn (RAÄ). Ett projekt om tillgängliga rostskyddssystem för kulturmiljövården (Sp m fl) har inte rapporterats färdigt. I de nordiska länderna har inga ansatser till projekt kring takplåt initierats trots liknande problematik. I vår genomgång av internationell forskning har vi inte funnit ansatser till forskning eller utvecklingsarbete kring just denna problematik. Detta beror delvis på att problematiken kring målning av takplåt på kulturhistoriska byggnader i flera avseenden är historiskt geografiskt betingad vad gäller exempelvis historiska material och nutida utbud och bruk av plåt och färgsystem. Däremot finns tidigare internationell forskning som vi kan nyttiggöra i ett genomförandeprojekt strikt avgränsat till vissa typer av material och företeelser vad gäller nedbrytningsprocesser. Resultatets relevans för kulturmiljön, kulturarvet och kulturmiljöarbetet Ett stort antal kulturhistoriskt värdefulla byggnader är årligen aktuella för underhållsinsatser kring tak med avseende på målning av stålplåt. Det kan gälla nyläggning av plåt när livslängden är slut, men också åtgärder för att förlänga livslängden på äldre platsmålade eller fabriksmålade plåttak. Plåtarbeten är kostsamma ur flera aspekter; material, hög hantverksskicklighet och stor arbetsinsats samt hyra för byggnadsställningar. För kulturhistoriskt värdefulla byggnader är frågan komplicerad eftersom såväl plåtens och färgens tekniska egenskaper har förändrats över tid. Det är viktigt att förlänga underhållsintervallen och effektivisera hela underhållsprocessen. De medel som vi kan spara på goda procedurer, behövs för andra angelägna områden inom vårt bebyggda kulturarv. Och det är frågan om mycket stora summor årligen som används för underhåll av plåttak. En grov uppskattning från SFV och Svenska Kyrkan motsvarar årligt underhåll för plåttak ca. 30 miljoner SEK. Fortifikationsverket och privata fastighetsförvaltare tillkommer med stora årliga belopp. Resultatspridning - nuläge och framtidsläge Kunskapssammanställningen har distribuerats som fysisk publikation till Länsstyrelsernas kulturmiljöenheter, Länsmuseernas byggnadsantikvarier och bibliotek samt till Svenska kyrkans stiftsantikvarier. Därutöver har rapporten skickats ut till ett stort antal byggnadsvårdsföretag. Rapporten finns tillgänglig på Göteborgs universitetes elektroniska publiceringsdatabas GUPEA på adressen http://hdl.handle.net/2077/35775 Projektet presenteras också på Hantverkslaboratoriets hemsida, där också rapporten går att ladda ner som PDF. http://www.craftlab.gu.se/projekt/pagaendeprojekt/malning-av-takplat/ Projektet och projektresultaten har presenterats på Byggnadsvårdens konvent i oktober 2013. Under 2014 planeras flera muntliga presentationer, bland andra för FIBOR, Företag inom byggnadsvård och restaurering, samt för flera regionala byggnadsvårdsnätverk. 7