Korrosion und Korrosionsschutz der Verbindungsmittel und Anbauteile in der Befestigungstechnik (eBook)

Ulf Nürnberger (Autor)

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2025
918 Seiten
Ernst & Sohn (Verlag)
978-3-433-61244-6 (ISBN)

Textauszug

1
Verbindungsmittel in der Befestigungstechnik

Im Konstruktiven Ingenieurbau werden Bauteile in vielfältiger Weise miteinander verbunden bzw. befestigt [1]. Dabei kommt den tragenden metallischen Verbindungs- bzw. Befestigungsmitteln eine wesentliche Bedeutung im Zusammenhang mit der Dauerhaftigkeit von Bauwerken zu. Diese müssen denselben Sicherheitsanforderungen wie das Bauwerk selbst über dessen gesamte geplante Lebensdauer hinweg genügen.

In der Befestigungstechnik existiert keine eindeutige Definition zur Abgrenzung von Verbindungen (Verbindungsmitteln) und Befestigungen (Befestigungsmitteln), da sich die Funktionen dieser Bauteile oftmals überschneiden. In der Literatur (z. B. [2]) wird der Begriff Verbindung als Oberbegriff für alle Befestigungen, Stöße und Anschlüsse definiert. Auch hier werden alle behandelten Bauteile einheitlich als Verbindungsmittel bezeichnet. Im Mittelpunkt der Betrachtungen und Untersuchungen stehen korrosionsgeschützte Verbindungsmittel aus Stahl.

Verbindungsmittel verbinden metallische Bauteile mit nichtmetallischen (z. B. Beton, Holz) und auch metallische Strukturen untereinander. Diese Kontaktwerkstoffe (Metall, Nichtmetall) beeinflussen konstruktions-, verarbeitungs- und umgebungsbedingt sowie durch eigene korrosionsbezogene Eigenschaften auch das Korrosionsverhalten der Verbindungsmittel. Sie werden deshalb bezüglich ihrer Eigenschaften in der Folge mitbehandelt. Soweit diese Kontaktwerkstoffe metallischen Strukturen zuzuordnen sind, werden diese hier Anbauteile genannt.

In Abhängigkeit vom statischen System und vom Baustoff wird die Aufgabe des Verbindens unterschiedlich gelöst. In der Folge werden behandelt:

• stiftförmige Verbindungsmittel für den Holzbau (Holzschrauben),
• Verbindungsmittel und Anbauteile im Metallbau,
• Befestigungsmittel im Beton- und Mauerwerksbau.

1.1 Notwendigkeit eines Korrosionsschutzes

Die Betrachtungen in diesem Buch konzentrieren sich in erster Linie auf Verbindungsmittel aus Stahl. Diese werden bei Anwendung im Außenbereich durch die umliegende Atmosphäre korrosionsbeansprucht und müssen daher entsprechend geschützt werden. Im Konstruktiven Ingenieurbau dient ein ausreichend bemessener Korrosionsschutz von Verbindungsmitteln und auch Anbauteilen in erster Linie der Bauwerkssicherheit. Verbindungsmittel übertragen hohe Lasten aus dem Eigengewicht befestigter Konstruktionen und im Außenbereich zusätzlich auf das Bauwerk einwirkende dynamische Windlasten. Außerdem können diese metallischen Bauelemente korrosiven Einflüssen ausgesetzt sein, sei es durch die umgebende Atmosphäre oder im Kontakt mit Baustoffen.

Die für die Lastübertragung zur Verfügung stehenden Querschnitte von Verbindungsmitteln sind im Vergleich zum Gesamtbauwerk relativ klein. Eine korrosionsbedingte Querschnittsminderung dieser Bauteile könnte deshalb nachteilige Auswirkungen auf deren Tragverhalten und die Sicherheit der gesamten Konstruktion haben. Auch die Optik und das Funktionsverhalten können durch sich ablagernde Korrosionsprodukte (z. B. Rost) beeinträchtigt werden: So ist nicht auszuschließen, dass beispielsweise bei Spreizdübeln bereits durch einen mäßig starken Korrosionsangriff und Rostbildung das Nachspreizverhalten beeinträchtigt wird [3].

Anbauteile und vor allem Verbindungsmittel werden in der Regel aus Stahl gefertigt. Ungeschützter unlegierter und niedriglegierter Stahl korrodiert, solange hierfür ein Elektrolyt (in der Bautechnik meist Wasser mit mehr oder weniger darin gelösten Salzen) zur Verfügung steht und Sauerstoff Zutritt hat (Abb. 1.1). Für Verbindungsmittel ist daher eine ausreichende, im Hinblick auf die zu erwartende Korrosionsbelastung und geplante Schutzdauer ausgelegte Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, welche durch einen geeigneten und dauerhaft wirksamen Korrosionsschutz sicherzustellen ist.

Abb. 1.1 Nicht bzw. unzureichend korrosionsgeschützte Verbindungsmittel aus Stahl in korrosiver Umgebung (hier: Hallenbad) nach etwa 7 Jahren [4].

Es existieren verschiedene Möglichkeiten eines Korrosionsschutzes für Verbindungsmittel und Anbauteile aus unlegiertem und niedriglegiertem Stahl, die mit der Atmosphäre und Baustoffen (erhärteter Beton, Holz, Wärmedämmstoffe) in Kontakt stehen.

Zum Zwecke des Korrosionsschutzes erhalten Verbindungsmittel und auch Anbauteile aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl häufig metallische Überzüge. Wenn verschärfte Korrosionsverhältnisse durch Dauerfeuchte und/oder korrosionsfördernde Stoffe wie Chloride vorliegen, kann für Verbindungsmittel und Anbauteile die Anwendung nichtrostender Stähle eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Lösung sein. Eine Alternative stellt, falls keine hohen Lasten einwirken, die Herstellung aus einem Nichteisenmetall, z. B. Titanzink, Aluminium- oder auch Kupferwerkstoffen, dar. Anbauteile aus Titanzink, Aluminium oder Kupfer sind im Regelfall (bei Ausschluss starker Chlorideinwirkungen) auch ohne zusätzlichen Korrosionsschutz langzeitig beständig.

Metallische Überzüge bestehen häufig aus Reinzink bzw. aus einer Zinklegierung. Neuartige Überzüge für Verbindungsmittel auf Zinkbasis wie Zink-Nickel-Überzüge (ZnNi-Überzüge) und Zink-Aluminium-Lamellenüberzüge (ZnAl-Lamellenüberzüge) werden häufig vor allem dann angewendet und sind für eine Anwendung in der Befestigungstechnik dann von Interesse, wenn

1. 1. mittels dünner metallischer Überzüge die Passfähigkeit sichergestellt werden soll,
   2. die Absicht besteht mit dünnen Überzügen vergleichbare Schutzdauern zu erzielen wie bei den dickeren Feuerverzinkungen,
   3. gegenüber den ebenfalls eher dünnen galvanischen Zinküberzügen ein verbessertes Korrosionsschutzverhalten erreicht werden soll
   4. und um preiswerte Alternativen zu nichtrostenden Stählen zu erhalten.

Die Argumente b. bis d. sind auch für Überzüge aus Zink-Aluminium (Galfan) und Zink-Aluminium-Magnesium zutreffend, die dem Schutz von Stahlband (Stahlblech) dienen, aus dem durch Umformung auch Anbauteile für die Befestigungstechnik (z. B. Unterkonstruktionen im Fassadenbereich) hergestellt werden. In manchen Anwendungsfällen ist es sinnvoll metallische Überzüge zusätzlich zu passivieren, um die Korrosion des metallischen Überzuges zu verlangsamen. Auch weitere Deckbeschichtungen dienen dem zusätzlichen Korrosionsschutz. Diese werden allerdings auch als Funktionsbeschichtung appliziert, z. B. um bei einer Holzschraube die Gleiteigenschaften zu verbessern.

Organische Überzüge finden zum Zwecke des Korrosionsschutzes bei Verbindungsmitteln aus Stahl nahezu keine und bei Anbauteilen in der Befestigungstechnik eher selten alleinige Anwendung. Diese Bauteile werden im Bereich der Befestigung beim Einbau und im Zeitraum der Nutzung in hohem Maße Reibungen und Pressungen ausgesetzt, denen organische Überzüge häufig nicht schadlos standhalten. Es empfiehlt sich jedoch, metallische Überzüge mit einer zusätzlichen dünnen organischen Deckbeschichtung (Topcoat) zu kombinieren, um so optimierte Lösungen in Bezug auf Funktionseigenschaften wie z. B. Reibverhalten (Aufbringung eines Gleitmittels), Korrosionsschutz des Überzuges sowie Optik zu erreichen. Bei den hiesigen Ausführungen werden organische Beschichtungen auf Stahloberflächen deshalb in Kombination mit einem metallischen Überzug des Bauteils behandelt (siehe Abschn. 11.2). Des Weiteren wird in diesem Zusammenhang auf Abschn. 16.6.4 hingewiesen; hier werden Kunststoffbeschichtungen auf Aluminiumoberflächen von z. B. flächigen Fassadenelementen unter eher optischen Gesichtspunkten behandelt. Die Benennung der in der Folge behandelten Schutzsysteme für unlegierten und niedriglegierten Stahl im Normenwerk ist nicht einheitlich, deshalb die folgende Klarstellung:

• Korrosionsschutzsysteme, die auf dem Untergrund aufbauen, wie z. B. die Feuerverzinkung, werden richtigerweise als Überzüge bezeichnet.
• Dem gegenüber bezeichnet man Systeme, die den Untergrund lediglich überlagern (z. B. organische Schutzschichten) als Beschichtungen.

Abweichend hiervon werden Beschichtungen bestehend aus ZnAl-Lamellen in einer anorganischen Matrix im zuständigen Regelwerk (DIN EN 13858 [5] und DIN EN ISO 10683 [6]) als Überzüge bezeichnet. Umgekehrt werden Überzüge aus Zink-Aluminium (Galfan) und Zink-Aluminium-Magnesium in der Literatur wiederholt als Beschichtungen bezeichnet. Aus formalen Gründen wird die Bezeichnung Überzug für alle Systeme, die keine reinen organischen Beschichtungen sind, in der hiesigen Arbeit beibehalten. Organische Beschichtungen werden, was die Verbindungsmittel und Anbauteile aus Metallen betrifft,...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 2.12.2025
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• ISBN-10: 3-433-61244-7 / 3433612447
• ISBN-13: 978-3-433-61244-6 / 9783433612446