Form and composition of minerals crusts on building in Cracow

Celem niniejszej pracy jest poznanie mechanizmów powstawania ciemnych naskorupień rozwijających się na materiałach budowlanych (cegle i piaskowcu)w Krakowie. Rozmieszczenie poszczególnych stref na powierzchni budowli, skład mineralny i chemiczny naskorupień oraz ich struktura zostały opisane w oparciu o opublikowane dane oraz uzyskane wyniki. Omówiono główne czynniki odpowiedzialne za wietrzenie materiałów budowlanych i powstawanie ciemnych naskorupień oraz przedstawiono modele dla obu badanych materiałów budowlanych. Ważną rolę w procesie degradacji materiałów budowlanych mają opady atmosferyczne, temperatura, nasłonecznienie, prędkość i kierunek wiatru oraz wilgotność. Szkody w materiałach budowlanych są także wynikiem wpływu czynników chemicznych (krystalizacja minerałów wtórnych, tlenki siarki i azotu, a także pyłów atmosferycznych), czynników biologicznych (mikroorganizmy, glony, mchy i porosty na powierzchni budynku), czynników fizycznych (zmiany temperatury) oraz składu cegły i piaskowca.Przebadano siedem próbek nawarstwień z powierzchni materiałów budowlanych w Krakowie (pięć próbek ze ściany z cegły i dwie z filarów mostu kolejowego wykonanego z piaskowca). Przebadano również jedną próbkę cegły. Badane obiekty zostały opisane w czasie badań terenowych. Próbki przebadano za pomocą mikroskopii optycznej, skaningowej mikroskopii elektronowej z spektrometrią dyspersji energii oraz dyfrakcji rentgenowskiej. Przeprowadzone badania dowiodły obecności autigenicznego gipsu jako głównego składnika naskorupień powierzchniowych na wybranych materiałach budowlanych. Krystalizacja wtórnych minerałów jest charakterystyczna dla powierzchniowych warstw surowców skalnych i ceramicznych w zanieczyszczonej atmosferze miasta. Jako główny składnik powstaje gips. Jest to najprawdopodobniej skutek reakcji pomiędzy nietrwałymi składnikami surowców budowlanych z zanieczyszczeniami atmosferycznymi, depozycji pyłów atmosferycznych oraz wytrącania się minerałów z wód deszczowych. Krystalizacja soli (głównie gipsu) z wód opadowych może zwiększyć intensywność wietrzenia solnego materiałów budowlanych.

The aim of this thesis is to study the formation of dark crusts formed on building materials (brick and sandstone) in Cracow. Distribution of different zones on the surface of buildings, mineral and chemical composition of the crust and its structure were described based on published data and obtained results. The main factors responsible for weathering of building materials and formation of dark crusts are discussed and models for both studied building materials are presented. The important role in the process of degradation have atmospheric precipitation, temperature, insolation, wind speed and direction, and humidity. Damages in building materials are also influenced by chemical factors (crystallization of secondary minerals, sulfur and nitrogen oxide and dust in atmosphere), biological factors (microorganisms, algae, moss and lichen on the building surface), physical factors (changes of temperature), and composition of brick and sandstone. Seven samples of surface layers from building material in Cracow had been studied (five samples from brick wall and two sandstone samples from the pillar of railway bridge). One sample of brick was also examined.Studied objects were described during field works. Samples were studied using optical microscopy, scanning electron microscopy with energy dispersive spectrometry and X-ray diffraction.Results of the study show the presence of authigenic gypsum as the main component of black crust formed on building materials.Crystallization of secondary minerals on rocks and bricks surfaces is common in polluted urban atmosphere. Gypsum is formed in the reaction between unstable components of building materials and atmospheric pollutants or during crystallization of rainwater. Crystallization of salts (mainly gypsum) increases intensity of salt weathering of building materials.