Rostfraß

Ausmaß und Bedeutung

Ein nahezu völlig durchgerostetes Stahltrapezblech

Die spätestens seit Beginn der Industrialisierung weit verbreitete Verwendung von Eisen und Stahl führt kontinuierlich zum Untergang erheblicher Werte. Die Frage lautet keinesfalls ob, sondern wann Stahl- und Eisenprodukte anfangen zu rosten und wie lange es dauert, bis der Schaden eine weitere Nutzung unmöglich macht.

Wie beim Altern ist die Schlacht schon verloren, bevor sie begonnen hat und es geht nur darum, wie lange das Unvermeidliche hinausgezögert werden kann.

Für den Stahlleichtbau verschärft sich die Problematik noch einmal durch eine Vielfalt von Besonderheiten und Empfindlichkeiten, auf die nach der Vermittlung einiger Grundlagen eingegangen wird.

Stahltrapezbleche, vertikal montiert, zeigen am Fußpunkt einer Fluchttür massiven Rost.

Chemische Grundlagen

Die langsam bei Umgebungstemperatur und unter Zugabe eines Elektrolyten ablaufende Oxidation des Eisens wird Rosten genannt. Der Elektrolyt - Wasser aus Niederschlag oder Kondensat - transportiert die Sauerstoffmoleküle der Luft zur metallenen Oberfläche. Dort bildet sich ein bröckeliges, braunes Salz, der Rost. Dieser Prozess setzt immer dann ein, wenn der von der Luft gespeiste Elektrolyt das Eisen oder den Stahl benetzen kann. Er läuft solange weiter - ohne den ohnehin zumeist ergiebig anstehenden Elektrolyten zu verzehren - bis kein Eisen oder Stahl mehr zur Verfügung steht.

Die stark verkürzte chemische Formel für die Redoxreaktion der Rostbildung

Ionenbildner im Elektrolyten, zum Beispiel gelöstes Kochsalz, beschleunigen die Reaktion. Rost entsteht aber selbst dann, wenn nur destilliertes Wasser zugegeben wird, allerdings langsamer. Als Ionenbildner kommt in erster Linie das Salz des Meerwassers in Frage. Große Konzentrationen an Schwefeldioxid haben bis in die neunziger Jahre des letzten Jahrhunderts für hohe Abtragsraten gesorgt. Günstig wirken sich auf die Reaktionsgeschwindigkeit auch Chlordämpfe aus oder andere Verunreinigungen der Luft wie sie zum Beispiel in Rottehallen anfallen.

Die Anwesenheit des Reaktionsproduktes hat keinen Einfluss auf den weiteren Ablauf der Reaktion. Rost löst sich nicht in Wasser und bildet entsprechend auch keine Ionen. Das von bemühten Anwälten verwendete Bild vom Rostfraß, der sich wie der Karies durch den Zahnschmelz in den Stahl frisst, ist irreführend.

Viele Strategien zur Vermeidung des Rosten laufen darauf hinaus, den Elektrolyten vom Eisen oder Stahl zu trennen.

Ein Maß für den Fortschritt des Korrosionsvorganges ist die Abtragsrate. Sie ist geradezu das Sinnbild für die Unvermeidlichkeit des Untergangs. Anhand der Abtragsrate kann beurteilt und verglichen werden, wie sich die verschiedenen Schutzsysteme unter definierten Beanspruchungen - Feuchtigkeit, Temperatur, Salzgehalt - dem Rosten widersetzen.

Normative Grundlagen

Die normativen Regelungen bilden die beschriebenen Zusammenhänge grob ab. Im Mittelpunkt stehen zwei Begriffe: die Korrosivitätskategorie und das Schutzziel.

Die Korrosivitätskategorie beschreibt Quantität und Qualität des Elektrolyten. Das Spektrum reicht von trocken - lies: kein Elektrolyt anwesend - bis maritimes Klima: hochkonzentrierte Kochsalzlösung in beliebiger Menge.

Die Menge und die Anreicherung des Elektrolyten bestimmen die Korrosivitätskategorie

Das Schutzziel gibt eine Zeitspanne an, in der ein definierter Abtragung zulässig ist. Es ist eine obere Grenze für die summarische Abtragsrate.

Die Zeitspannen betragen zwei bis fünf, fünf bis 15 und mehr als 15 Jahre und sind als kurz, mittel und hoch definiert.

Für Bauleistungen im Stahlleichtbau gelingt die Zuordnung des richtigen Schutzziels recht mühelos. Es ist im Zusammenhang mit Industrie- und Gewerbebauten immer hoch, also mehr als 15 Jahre.

Stahltrapezblech in einer Dacheindeckung. Die Jahre haben dem Schutzsystem arg zugesetzt.

Keinesfalls sollten dem Begriff "Schutzziel" rechtliche Bedeutungen wie Garantie oder Dauer der Gewährleistung zugemessen werden. Das Schutzziel beschreibt nur in welchem Zustand sich ein Stück Stahl nach einer zeitlich begrenzten Exposition in einer definierte Umgebung befinden darf. Dieser Zustand hat nichts mit ästhetischem Anspruch zu schaffen. Erhebliche Verfärbungen der Oberfläche verbunden mit einsetzender Rostbildung sind in der Zeitspanne bis zum Erreichen des Schutzziels durchaus zugelassen (siehe links).

Aus dem anzunehmenden Schutzziel und zu erwartenden Korrosivitätskategorie lassen sich geeignete Schutzsysteme auswählen. Auf weitere, entscheidende Besonderheiten wird bei der Auswahl des Schutzsystems nicht eingegangen.

Schutzsysteme

Es bestehen verschiedene Strategien zur Verzögerung der Rostbildung, von denen zwei im Stahlleichtbau weit verbreitet sind und zwar fast immer in Kombination.

Eine Opferanode ist ein Metall, das in der Spannungsreihe wie unten steht als Eisen. Hier kommen Überzüge aus Zink zum Einsatz, die in einem Tauchbad auf das durchlaufenden Stahlblech appliziert werden. Die Schichtdicken betragen vielfach 20 Mikrometer, also 0,02 mm, was einer beidseitigen Auflage von etwa 275 Gramm pro Quadratmeter entspricht.

Das unedlere Metall geht vor dem Eisen die Redoxreaktion ein und bewahrt das Stahlblech dadurch vor der Korrosion. Und zwar solange, bis es zumindest stellenweise aufgezehrt wurde. Danach kommt der Stahl an die Reihe.

Vorteilhaft ist der mit der kathodischen Schutzwirkung einhergehende Schutz unbeschichteter Kanten, wie sie beim Abläufen bei der Fertigung oder beim Zurichten auf der Baustelle entstehen. Bis zu einer Blechdicke von etwa 1,25 mm - diese Größe wird in den Fachkreisen diskutiert - und wenn ein spangebendes oder quetschendes Werkzeug verwendet wurde, kann diese Schutzwirkung als zuverlässig angesehen werden.

Dünne Beschichtungen mit organischen Lacken trennen den Elektrolyten vom Stahl. Sie wirken nur, soweit sie unbeschädigt sind. Kleine Fehlstellen im Lack führen in korrosiven Umgebungen unvermeidlich zur Rostbildung, soweit keine weiteren Schutzmaßnahmen getroffen worden sind.

Handelsüblich ist eine Kombination aus beiden Verfahren, dem die Industrie den wohlklingenden Namen "Duplexsystem" verliehen hat. Auf die bandverzinkten Blech werden Schutzlacke aufgetragen, ebenfalls in kontinuierlichen Verfahren. Eine handelsübliche Dickenkombination wird nachstehend dargestellt. Das Dickenverhältnis wird in der Zeichnung maßstäblich wiedergegeben.

Schematische Darstellung eines bandverzinkten und -beschichteten Stahlblechs

Der Lackauftrag bewährt die Zinkauflage vor vorzeitiger Abnutzung und dient zudem als Beitrag zur Gestaltung. Die Zinkauflage schützt kleinere Fehlstellen und verhindert die Ausbildung von unschönen Rostpickeln oder Blasen.

Die Abnutzung, denen die Schichten des beschriebenen Korrosionsschutzsystem unterworfen ist, sollte nicht unterschätzt werden. Den Lacken setzt der ultraviolette Anteil der Sonnenstrahlung massiv zu. Versprödung, Ausbleichen und -kreiden sind die Folgen. Mechanische Verformungen beim Umformen während der Herstellung und Kratzer und Abschürfungen während der Montage und Nutzung führen zu Schwachstellen, wo dann Korrosion angreift.

Besonderheiten des Stahlleichtbaus

Die Problematik der vorzeitigen Korrosion verschärft sich bei dieser Bauweise aus mehreren Gründen:

  • Es wird fast ausschließlich rostfreudiger Kohlenstoffstahl verwendet.

  • Die Bauteile sind oft der Witterung ausgesetzt oder schlecht zugänglich.

  • Vielfach handelt es sich um ausgedehnte Flächen, vielfach in schlecht zugänglichen Höhen, das macht die Wartung schwierig.

  • Der Aufwand für notwendige Reparaturen oder Nachbesserungen steht oft in keinem wirtschaftlich sinnvollen Verhältnis zum Wert der Fläche.

  • Einander berührende Blechflächen wirken als Kapillare und halten Niederschlag effektiv an den Bauteilen fest und vor.

  • Die normativen Regelungen korrelieren nur mäßig mit der Erwartungshaltung der Bauherrschaft.

  • Im Wettbewerb stehende Lieferanten und Händler wählen das minimal erforderliche Schutzsystem. Im Sinne der Werterhaltung, also im Kontext der Nutzungsdauer eines Gebäudes gesehen, stellt diese Wahl nicht immer das Optimum dar.

  • Die normativen Regelungen bilden die Besonderheiten der Bauweise nur mäßig ab.

  • Das Thema wird in der Fort- und Weiterbildung nur wenig behandelt, dementsprechend herrscht Unsicherheit bei vielen der am Bau Beteiligten.

Ansätze zur Lösung

Korrosionsschutz sollte ganz oben auf der Agenda einer Investorin und ihrer Planerin stehen.

Korrosionsschutz ist eine Gemeinschaftsaufgabe, der Schlüssel zum Erfolg liegt aber in der Beratung.

Eine sorgfältige Analyse der voraussichtlichen Korrosionslast und die Bestimmung der geplanten Nutzungsdauer sind Voraussetzung für die Auswahl des geeigneten Schutzsystems. Hier stellen die normativen Richtlinien das Minimum des Empfehlenswerten dar. Bauherrschaft oder Investor können durch Abschätzungen der Gestehungs- und voraussichtlichen Erhaltungskosten in ihrer Entscheidungsfindung unterstützt werden.

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