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ihbv:maintenance_2018:infos_timber:baustoff_stahl_ingenieurholzbau [2018/11/14 15:21] Alexandra Thiel |
ihbv:maintenance_2018:infos_timber:baustoff_stahl_ingenieurholzbau [2019/02/21 10:25] (aktuell) |
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===== Allgemeine Eigenschaften ===== | ===== Allgemeine Eigenschaften ===== | ||
- | Gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] ist Stahl eine Legierung aus Eisen und weniger als 2 % Kohlenstoff (darüber spricht man von Gusseisen). Der Kohlenstoffgehalt von im Holzbau eingesetzten Baustählen liegt jedoch meist unter 0,2 %. Durch Zugabe weiterer Legierungselemente wie Silicium, Mangan, Chrom, Nickel, etc. können die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Stahl auf die gewünschte Weise verändert werden; vergl. Petersen (2013). Beispielsweise sind nichtrostende Stähle gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] Stähle mit einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5 % und höchstens 1,2 % Kohlenstoff. | + | Gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] ist Stahl eine Legierung aus Eisen und weniger als 2 % Kohlenstoff (darüber spricht man von Gusseisen). Der Kohlenstoffgehalt von im Holzbau eingesetzten Baustählen liegt jedoch meist unter 0,2 %. Durch Zugabe weiterer Legierungselemente wie Silicium, Mangan, Chrom, Nickel, etc. können die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Stahl auf die gewünschte Weise verändert werden; vergl. Petersen (2013) [(:ref:ihbv_Petersen_2013)]. Beispielsweise sind nichtrostende Stähle gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] Stähle mit einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5 % und höchstens 1,2 % Kohlenstoff. |
- | Im Holzbau werden häufig unlegierte (bzw. niedriglegierte) Baustähle gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] bzw. ON EN 10025-2 (2005) [(:ref:ihbv_on_en_10025_2_2005)] eingesetzt. Die Rohdichte von Baustahl beträgt rund 7.850 kg/m3 und der Elastizitätsmodul (Steifigkeit) liegt bei rund 210.000 N/mm<sup>2</sup>. Die Zugfestigkeit für übliche Baustähle beträgt meist zwischen 300 und 600 N/mm<sup>2</sup>. Insbesondere für primär axial beanspruchte Schrauben werden jedoch auch hochfeste Stahllegierungen mit Zugfestigkeiten von 1.000 N/mm<sup>2</sup> und mehr eingesetzt; vergleiche Ringhofer (2017). | + | Im Holzbau werden häufig unlegierte (bzw. niedriglegierte) Baustähle gemäß ON EN 10020 (2000) [(:ref:ihbv_on_en_10020_2000)] bzw. ON EN 10025-2 (2005) [(:ref:ihbv_on_en_10025_2_2005)] eingesetzt. Die Rohdichte von Baustahl beträgt rund 7.850 kg/m3 und der Elastizitätsmodul (Steifigkeit) liegt bei rund 210.000 N/mm<sup>2</sup>. Die Zugfestigkeit für übliche Baustähle beträgt meist zwischen 300 und 600 N/mm<sup>2</sup>. Insbesondere für primär axial beanspruchte Schrauben werden jedoch auch hochfeste Stahllegierungen mit Zugfestigkeiten von 1.000 N/mm<sup>2</sup> und mehr eingesetzt; vergleiche Ringhofer (2017) [(:ref:ihbv_Ringhofer_2017)]. |
===== Korrosion und Korrosionsschutz von Stahl – Oberflächenqualitäten ===== | ===== Korrosion und Korrosionsschutz von Stahl – Oberflächenqualitäten ===== | ||
- | Wird Stahl ungeschützt seiner Umgebung ausgesetzt, treten Korrosionserscheinungen auf (Bildung von Korrosionsprodukten, Materialabtrag, Korrosionsrisse); vergl. Nürnberger (1995a). Nicht nur im Freien, sondern auch in geschlossenen Räumen, können bestimmte Beanspruchungen zur Korrosion von Stahl führen (z. B. durch Industrie- und Autoabgase), welche wiederum auf unterschiedliche Art und Weise auftreten kann. | + | Wird Stahl ungeschützt seiner Umgebung ausgesetzt, treten Korrosionserscheinungen auf (Bildung von Korrosionsprodukten, Materialabtrag, Korrosionsrisse); vergl. Nürnberger (1995a) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995a)]. Nicht nur im Freien, sondern auch in geschlossenen Räumen, können bestimmte Beanspruchungen zur Korrosion von Stahl führen (z. B. durch Industrie- und Autoabgase), welche wiederum auf unterschiedliche Art und Weise auftreten kann. |
==== Korrosion ==== | ==== Korrosion ==== | ||
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|C5\\ sehr stark | > 650 bis 1.500 | > 80 bis 200 | > 30 bis 60 | > 4,2 bis 8,4 |Industriebereiche mit hoher Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre und Küstenatmosphäre mit hoher Salzbelastung |Gebäude oder Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation und mit starker Verunreinigung | | |C5\\ sehr stark | > 650 bis 1.500 | > 80 bis 200 | > 30 bis 60 | > 4,2 bis 8,4 |Industriebereiche mit hoher Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre und Küstenatmosphäre mit hoher Salzbelastung |Gebäude oder Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation und mit starker Verunreinigung | | ||
|CX\\ extrem | > 1.500 bis 5.500 | > 200 bis 700 | > 60 bis 180 | > 8,4 bis 25 |Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung und Industriebereiche mit extremer Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre sowie subtropische und tropische Atmosphäre |Industriebereiche mit extremer Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre | | |CX\\ extrem | > 1.500 bis 5.500 | > 200 bis 700 | > 60 bis 180 | > 8,4 bis 25 |Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung und Industriebereiche mit extremer Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre sowie subtropische und tropische Atmosphäre |Industriebereiche mit extremer Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre | | ||
- | |Anmerkung:\\ Die Verlustwerte für die Korrosivitätskategorien sind identisch mit den Werten in ON EN ISO 9223 (2012).|||||| | + | |Anmerkung:\\ Die Verlustwerte für die Korrosivitätskategorien sind identisch mit den Werten in ON EN ISO 9223 (2012) [(:ref:ihbv_on_en_iso_9223_2012)].|||||| |
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==== Korrosion von in Kombination mit Holz eingesetztem Stahl ==== | ==== Korrosion von in Kombination mit Holz eingesetztem Stahl ==== | ||
- | Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von in Kombination mit Holz eingesetzten Stahlteilen sind nur vereinzelt vorhanden. Es steht jedoch außer Frage, dass die Korrosivität, neben den vorherrschenden klimatischen Umgebungsbedingungen nach Tabelle B.8 FIXME, auch durch die Holzfeuchtigkeit (spezifiziert durch die jeweilige Nutzungsklasse; vergl. Abschnitt B.1.6 FIXME) sowie die eingesetzte Holzart beeinflusst wird. Besonders korrosionsfördernd ist beispielsweise Eichenholz, welches neben Gerbstoffen auch einen hohen Anteil an Essigsäure enthält und einen niedrigen pH-Wert von rund 3,9 aufweist. Korrosion kann jedoch auch durch gewisse (insbesondere chemische) Holzschutzmaßnahmen gefördert werden (z. B. durch kupferhaltige Imprägnierungen). vergl. Gläser et al. (2013) und Ringhofer (2017). | + | Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von in Kombination mit Holz eingesetzten Stahlteilen sind nur vereinzelt vorhanden. Es steht jedoch außer Frage, dass die Korrosivität, neben den vorherrschenden klimatischen Umgebungsbedingungen nach Tab. {{ref>tab_korrosivitaetskategorien}}, auch durch die Holzfeuchtigkeit (spezifiziert durch die jeweilige Nutzungsklasse; vergl. Abschnitt [[ihbv:maintenance_2018:infos_timber:timber#nutzungs-_und_gebrauchsklassen|Nutzungs- und Gebrauchsklassen]]) sowie die eingesetzte Holzart beeinflusst wird. Besonders korrosionsfördernd ist beispielsweise Eichenholz, welches neben Gerbstoffen auch einen hohen Anteil an Essigsäure enthält und einen niedrigen pH-Wert von rund 3,9 aufweist. Korrosion kann jedoch auch durch gewisse (insbesondere chemische) Holzschutzmaßnahmen gefördert werden (z. B. durch kupferhaltige Imprägnierungen). vergl. Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)] und Ringhofer (2017) [(:ref:ihbv_Ringhofer_2017)]. |
- | In Anlehnung an die in Tabelle B.8 FIXME definierten Korrosivitätskategorien findet sich in Gläser et al. (2013) eine „holzbauspezifische“ Abwandlung derselbigen – die sogenannten Korrosivitätsklassen. Wie in Tabelle B.9 FIXME ersichtlich, können dabei neben den Umgebungsbedingungen nach ON EN ISO 12944-2 (2018) auch die Parameter „Holzart“ und (sofern vorhanden) „Holzschutzmittel“ berücksichtigt werden. Ausschlaggebend für die endgültige Bewertung bzw. Einteilung in eine Korrosivitätsklasse ist der jeweils am stärksten korrosiv wirkende Parameter. | + | In Anlehnung an die in Tab. {{ref>tab_korrosivitaetskategorien}} definierten Korrosivitätskategorien findet sich in Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)] eine „holzbauspezifische“ Abwandlung derselbigen – die sogenannten Korrosivitätsklassen. Wie in Tab. {{ref>tab_korrosivitaetsklassen}} ersichtlich, können dabei neben den Umgebungsbedingungen nach ON EN ISO 12944-2 (2018) [(:ref:ihbv_on_en_iso_12944_2_2018)] auch die Parameter „Holzart“ und (sofern vorhanden) „Holzschutzmittel“ berücksichtigt werden. Ausschlaggebend für die endgültige Bewertung bzw. Einteilung in eine Korrosivitätsklasse ist der jeweils am stärksten korrosiv wirkende Parameter. |
<table tab_korrosivitaetsklassen> | <table tab_korrosivitaetsklassen> | ||
- | <caption>Einordnung der Einwirkungen auf eine Metall-Holz-Verbindung in fünf Korrosivitätsklassen gemäß Gläser et al. (2013) – geringfügig überarbeitet</caption> | + | <caption>Einordnung der Einwirkungen auf eine Metall-Holz-Verbindung in fünf Korrosivitätsklassen gemäß Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)] – geringfügig überarbeitet</caption> |
- | ^ Korrosivitätsklassen ^ Holzarten ^ Wirkstoffe der Holzschutzmittel ^ Umgebungsbedingungen nach ON EN ISO 12944-2 (2018) ^ | + | ^ Korrosivitätsklassen ^ Holzarten ^ Wirkstoffe der Holzschutzmittel ^ Umgebungsbedingungen nach ON EN ISO 12944-2 (2018) [(:ref:ihbv_on_en_iso_12944_2_2018)] ^ |
^ ::: ^ ::: ^ ::: ^ außen ^ innen ^ | ^ ::: ^ ::: ^ ::: ^ außen ^ innen ^ | ||
|KKL 1\\ unbedeutend |Fichte, Kiefer, Tanne | – |beheizte Gebäude mit neutraler Atmosphäre, z. B. Büros, Verkaufsräume, Schulen, Hotels | | |KKL 1\\ unbedeutend |Fichte, Kiefer, Tanne | – |beheizte Gebäude mit neutraler Atmosphäre, z. B. Büros, Verkaufsräume, Schulen, Hotels | | ||
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</table> | </table> | ||
- | Ein weiterer, hinsichtlich Korrosion, nicht zu vernachlässigender Punkt, betrifft die mögliche Kondenswasserbildung. Da Stahlteile im Vergleich zu Holz eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen (vergl. Abschnitt B.1.2.6 FIXME), bilden diese auch Wärme- bzw. Kältebrücken, was in weiterer Folge zu Kondensatbildung an der Stahloberfläche führen kann. Liegt zudem die Temperatur der Stahloberfläche über mehrere Tage hinweg unter dem Taupunkt, so stellt das kondensierende Wasser eine besonders hohe Korrosionsbelastung dar, vor allem dann, wenn mit periodischen Wiederholungen zu rechnen ist; vergleiche ON EN ISO 12944-2 (2018) sowie Gläser et al. (2013). | + | Ein weiterer, hinsichtlich Korrosion, nicht zu vernachlässigender Punkt, betrifft die mögliche Kondenswasserbildung. Da Stahlteile im Vergleich zu Holz eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen (vergl. Abschnitt [[ihbv:maintenance_2018:infos_timber:timber#thermische_eigenschaften|Thermische Eigenschaften]]), bilden diese auch Wärme- bzw. Kältebrücken, was in weiterer Folge zu Kondensatbildung an der Stahloberfläche führen kann. Liegt zudem die Temperatur der Stahloberfläche über mehrere Tage hinweg unter dem Taupunkt, so stellt das kondensierende Wasser eine besonders hohe Korrosionsbelastung dar, vor allem dann, wenn mit periodischen Wiederholungen zu rechnen ist; vergleiche ON EN ISO 12944-2 (2018) [(:ref:ihbv_on_en_iso_12944_2_2018)] sowie Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)]. |
==== Korrosionsschutz ==== | ==== Korrosionsschutz ==== | ||
- | Unter Korrosionsschutz werden Maßnahmen verstanden, welche zur Verringerung von Korrosionsschäden ergriffen werden können. Dabei muss eine Korrosion an sich nicht unbedingt verhindert werden, es darf lediglich die Funktion des zu schützenden Teils bzw. Systems innerhalb der vorgesehenen Nutzungsdauer nicht beeinträchtigt werden; vergl. ON EN ISO 8044 (2015) und Nürnberger (1995a). | + | Unter Korrosionsschutz werden Maßnahmen verstanden, welche zur Verringerung von Korrosionsschäden ergriffen werden können. Dabei muss eine Korrosion an sich nicht unbedingt verhindert werden, es darf lediglich die Funktion des zu schützenden Teils bzw. Systems innerhalb der vorgesehenen Nutzungsdauer nicht beeinträchtigt werden; vergl. ON EN ISO 8044 (2015) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)] und Nürnberger (1995a) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995a)]. |
- | Grundsätzlich kann zwischen aktivem Korrosionsschutz und passivem Korrosionsschutz unterschieden werden. Aktiver Korrosionsschutz umfasst dabei Maßnahmen, welche Korrosion durch z. B. korrosionsgerechte Planung, Verwendung geeigneter Werkstoffe oder auch durch eine regelmäßige Reinigung von mit Schadstoffen verschmutzten Flächen, vermeiden sollen. Unter passivem Korrosionsschutz versteht man im Wesentlichen das Fernhalten angreifender Stoffe vom korrosionsgefährdeten Material durch Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Überzugs; vergl. Nürnberger (1995a). | + | Grundsätzlich kann zwischen aktivem Korrosionsschutz und passivem Korrosionsschutz unterschieden werden. Aktiver Korrosionsschutz umfasst dabei Maßnahmen, welche Korrosion durch z. B. korrosionsgerechte Planung, Verwendung geeigneter Werkstoffe oder auch durch eine regelmäßige Reinigung von mit Schadstoffen verschmutzten Flächen, vermeiden sollen. Unter passivem Korrosionsschutz versteht man im Wesentlichen das Fernhalten angreifender Stoffe vom korrosionsgefährdeten Material durch Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Überzugs; vergl. Nürnberger (1995a) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995a)]. |
Im Folgenden finden sich einige Zusatzinformationen zu den einzelnen Möglichkeiten des aktiven und passiven Korrosionsschutzes. | Im Folgenden finden sich einige Zusatzinformationen zu den einzelnen Möglichkeiten des aktiven und passiven Korrosionsschutzes. | ||
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**Aktiver Korrosionsschutz** | **Aktiver Korrosionsschutz** | ||
- | * **konstruktive Maßnahmen**\\ Unter den konstruktiven Maßnahmen können im Wesentlichen alle „planerischen Aspekte“ zusammengefasst werden, welche eine funktionsbeeinflussende Korrosion vermeiden. Beispielsweise sollten offene Stahlprofile nach Möglichkeit so angeordnet werden, dass sich keine gehäuften Ablagerungen oder Wasseransammlungen bilden können. Bei der Konstruktion von Stahlbauteilen ist auch auf einen möglichst gleichmäßigen Kraftfluss zu achten; Spannungsspitzen (z. B. durch Kerben in hochbeanspruchten Bereichen) sind möglichst zu vermeiden. Ebenso sollten Spalten und unzugängliche Hohlräume vermieden bzw. dauerhaft verschlossen werden (z. B. durch Kunststoffdichtungen).\\ Ist die zu erwartende Korrosionsrate bekannt, kann bei der Konstruktion ein sogenannter Korrosionszuschlag einkalkuliert werden, welcher, ähnlich der Brandbemessung im Holzbau, eine gewisse Querschnittsreduktion durch Korrosion ermöglicht, ohne die eigentliche Funktion des betroffenen Bauteils zu beeinflussen. Auch der bewusste Einsatz von, der Umgebung angepassten und miteinander kompatiblen, Materialien sowie eine zugängliche – und damit kontrollierbare – Gestaltung von Stahlbauteilen gehören zum konstruktiven Korrosionsschutz; vergl. Nürnberger (1995b), Kunze (2001) und Tostmann (2001). | + | * **konstruktive Maßnahmen**\\ Unter den konstruktiven Maßnahmen können im Wesentlichen alle „planerischen Aspekte“ zusammengefasst werden, welche eine funktionsbeeinflussende Korrosion vermeiden. Beispielsweise sollten offene Stahlprofile nach Möglichkeit so angeordnet werden, dass sich keine gehäuften Ablagerungen oder Wasseransammlungen bilden können. Bei der Konstruktion von Stahlbauteilen ist auch auf einen möglichst gleichmäßigen Kraftfluss zu achten; Spannungsspitzen (z. B. durch Kerben in hochbeanspruchten Bereichen) sind möglichst zu vermeiden. Ebenso sollten Spalten und unzugängliche Hohlräume vermieden bzw. dauerhaft verschlossen werden (z. B. durch Kunststoffdichtungen).\\ Ist die zu erwartende Korrosionsrate bekannt, kann bei der Konstruktion ein sogenannter Korrosionszuschlag einkalkuliert werden, welcher, ähnlich der Brandbemessung im Holzbau, eine gewisse Querschnittsreduktion durch Korrosion ermöglicht, ohne die eigentliche Funktion des betroffenen Bauteils zu beeinflussen. Auch der bewusste Einsatz von, der Umgebung angepassten und miteinander kompatiblen, Materialien sowie eine zugängliche – und damit kontrollierbare – Gestaltung von Stahlbauteilen gehören zum konstruktiven Korrosionsschutz; vergl. Nürnberger (1995b) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995b)], Kunze (2001) [(:ref:ihbv_Kunze_2001)] und Tostmann (2001) [(:ref:ihbv_Tostmann_2001)]. |
- | * **Einsatz von nichtrostenden Stählen**\\ Als nichtrostende Stähle bezeichnet man Stahlsorten, welche einen Chromgehalt von über 10,5 % (lt. andere Quellen: mindestens 12-13 %) aufweisen und dadurch an der Luft und in neutralen Wässern keine Flächenkorrosion bzw. Rostung zeigen. Wesentlich ist jedoch die Bildung einer 1 bis 10 nm dicken Passivschicht aus Chromoxiden. Demzufolge ist die Korrosionsbeständigkeit nur bei metallisch blanker Oberfläche gesichert. Ein ungünstiger Oberflächenzustand in Kombination mit hohen Chlorid-Konzentrationen (z. B. aus Meersalz) und Temperaturen kann beispielsweise Lochkorrosion hervorrufen; vergl. Nürnberger (1995b), und Kunze (2001) und Tostmann (2001). | + | * **Einsatz von nichtrostenden Stählen**\\ Als nichtrostende Stähle bezeichnet man Stahlsorten, welche einen Chromgehalt von über 10,5 % (lt. andere Quellen: mindestens 12-13 %) aufweisen und dadurch an der Luft und in neutralen Wässern keine Flächenkorrosion bzw. Rostung zeigen. Wesentlich ist jedoch die Bildung einer 1 bis 10 nm dicken Passivschicht aus Chromoxiden. Demzufolge ist die Korrosionsbeständigkeit nur bei metallisch blanker Oberfläche gesichert. Ein ungünstiger Oberflächenzustand in Kombination mit hohen Chlorid-Konzentrationen (z. B. aus Meersalz) und Temperaturen kann beispielsweise Lochkorrosion hervorrufen; vergl. Nürnberger (1995b) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995b)], und Kunze (2001) [(:ref:ihbv_Kunze_2001)] und Tostmann (2001) [(:ref:ihbv_Tostmann_2001)]. |
- | * **Wartung**\\ Zum aktiven Korrosionsschutz zählt auch die regelmäßige Wartung von Stahlbauteilen (Erneuern von Schutzanstrichen, Reinigen von verschmutzen Oberflächen, etc.). Nähere Ausführungen hierzu finden sich in Abschnitt B.7. FIXME | + | * **Wartung**\\ Zum aktiven Korrosionsschutz zählt auch die regelmäßige Wartung von Stahlbauteilen (Erneuern von Schutzanstrichen, Reinigen von verschmutzen Oberflächen, etc.). Nähere Ausführungen hierzu finden sich in Abschnitt [[ihbv:maintenance_2018:infos_timber:stahlbauteile_im_holzbau|Hinweise für die Überprüfung von Stahlbauteilen im Holzbau]] |
**Passiver Korrosionsschutz** | **Passiver Korrosionsschutz** | ||
- | Wie bereits beschrieben, versteht man unter passivem Korrosionsschutz das Fernhalten angreifender Stoffe vom korrosionsgefährdeten Material durch Aufbringen einer organischen Beschichtung bzw. eines metallischen Überzugs. Die Kombination aus metallischen Überzügen und organischen Beschichtungen (sog. Duplex-Systeme) sowie nichtmetallische anorganische Beschichtungen bzw. Überzüge werden hier nicht näher betrachtet. Anhaltspunkte für die Dauerhaftigkeit von diversen Korrosionsschutzschichten finden sich in Tabelle B.10. FIXME | + | Wie bereits beschrieben, versteht man unter passivem Korrosionsschutz das Fernhalten angreifender Stoffe vom korrosionsgefährdeten Material durch Aufbringen einer organischen Beschichtung bzw. eines metallischen Überzugs. Die Kombination aus metallischen Überzügen und organischen Beschichtungen (sog. Duplex-Systeme) sowie nichtmetallische anorganische Beschichtungen bzw. Überzüge werden hier nicht näher betrachtet. Anhaltspunkte für die Dauerhaftigkeit von diversen Korrosionsschutzschichten finden sich in Tab. {{ref>tab_eigenschaften_korrosionsschichten_unlegierter_stahl}}. |
<table tab_eigenschaften_korrosionsschichten_unlegierter_stahl> | <table tab_eigenschaften_korrosionsschichten_unlegierter_stahl> | ||
- | <caption>Eigenschaften von Korrosionsschutzschichten für unlegierten Stahl (aus Kunze (2001) – überarbeitet</caption> | + | <caption>Eigenschaften von Korrosionsschutzschichten für unlegierten Stahl (aus Kunze (2001) [(:ref:ihbv_Kunze_2001)] – überarbeitet</caption> |
^ Stoff ^ Dicke\\ [mm] ^ Schutz in Jahren ^^^ | ^ Stoff ^ Dicke\\ [mm] ^ Schutz in Jahren ^^^ | ||
^ ::: ^ ::: ^ unter Dach ^ Atmosphäre ^ Wasser / Erdboden ^ | ^ ::: ^ ::: ^ unter Dach ^ Atmosphäre ^ Wasser / Erdboden ^ | ||
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</table> | </table> | ||
- | * **organische Beschichtungen**\\ Gemäß ON EN ISO 4618 (2015) können Beschichtungen mit schützenden, dekorativen und/oder anderen spezifischen Eigenschaften aus flüssigen, pastenförmigen oder pulverförmigen Produkten hergestellt werden. Korrosionsschutzbeschichtungen (insb. Anstriche und Lackierungen) haben zwar primär die Trennung der Reaktionspartner Metall und Korrosionsmedium zur Aufgabe (Barriereeffekt), können den Schutz jedoch durch entsprechend gute Haftung sowie mechanische, physikalische und chemische Widerstandsfähigkeit verbessern. Falls der Barriereeffekt bei dünnen Schichtdicken nicht ausreichen sollte, kann die Beschichtung durch Zugabe aktiver Pigmente (z. B. Zinkstaub) auch aktiv am Korrosionsschutz teilnehmen; vergl. Nürnberger (1995b). | + | * **organische Beschichtungen**\\ Gemäß ON EN ISO 4618 (2015) [(:ref:ihbv_on_en_iso_4618_2015)] können Beschichtungen mit schützenden, dekorativen und/oder anderen spezifischen Eigenschaften aus flüssigen, pastenförmigen oder pulverförmigen Produkten hergestellt werden. Korrosionsschutzbeschichtungen (insb. Anstriche und Lackierungen) haben zwar primär die Trennung der Reaktionspartner Metall und Korrosionsmedium zur Aufgabe (Barriereeffekt), können den Schutz jedoch durch entsprechend gute Haftung sowie mechanische, physikalische und chemische Widerstandsfähigkeit verbessern. Falls der Barriereeffekt bei dünnen Schichtdicken nicht ausreichen sollte, kann die Beschichtung durch Zugabe aktiver Pigmente (z. B. Zinkstaub) auch aktiv am Korrosionsschutz teilnehmen; vergl. Nürnberger (1995b) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995b)]. |
- | * **metallische Überzüge**\\ Prinzipiell haben metallische Überzüge die Aufgabe, die Oberfläche des zu schützenden Bauteils vom Angriffsmittel zu trennen, können aber auch Merkmale des aktiven Korrosionsschutzes aufweisen. Beispielsweise ermöglicht ein Überzug aus Zink an beschädigten Stellen einen zusätzlichen kathodischen Schutz. Umgekehrt schützen Überzugsmetalle, welche edler sind als der Grundwerkstoff (z. B. Nickel oder Chrom), diesen nur, wenn sie völlig frei von Fehlstellen sind. Ist dies nicht der Fall, kann sogar eine erhöhte lokale Korrosion auftreten (z. B. Lochkorrosion).\\ Im Bauwesen wird am häufigsten Zink als Überzugsmetall für unlegierte bzw. niederlegierte Stähle eingesetzt. Alternativ finden aber auch Aluminium, Blei, Nickel, Chrom und Kupfer bzw. Legierungen dieser Metalle ihre Anwendung. Die Aufbringung der Überzüge erfolgt, neben anderen Verfahren, durch Feuerverzinken (Schmelztauchen), Galvanisieren oder Aufspritzen; vergl. Nürnberger (1995b).\\ Empfehlungen für die erforderlichen Mindestschichtdicken für Verzinkungen, von im Holzbau eingesetzten Verbindungsmitteln und Stahlbauteilen, finden sich in Tabelle B.11 FIXME. Diese wurde aus Gläser et al. (2013) entnommen und berücksichtigt, neben den bereits beschriebenen Korrosivitätsklassen (vergl. Tabelle B.9 FIXME), die vorherrschende Nutzungsklasse sowie die Dicke des jeweiligen Querschnitts. | + | * **metallische Überzüge**\\ Prinzipiell haben metallische Überzüge die Aufgabe, die Oberfläche des zu schützenden Bauteils vom Angriffsmittel zu trennen, können aber auch Merkmale des aktiven Korrosionsschutzes aufweisen. Beispielsweise ermöglicht ein Überzug aus Zink an beschädigten Stellen einen zusätzlichen kathodischen Schutz. Umgekehrt schützen Überzugsmetalle, welche edler sind als der Grundwerkstoff (z. B. Nickel oder Chrom), diesen nur, wenn sie völlig frei von Fehlstellen sind. Ist dies nicht der Fall, kann sogar eine erhöhte lokale Korrosion auftreten (z. B. Lochkorrosion).\\ Im Bauwesen wird am häufigsten Zink als Überzugsmetall für unlegierte bzw. niederlegierte Stähle eingesetzt. Alternativ finden aber auch Aluminium, Blei, Nickel, Chrom und Kupfer bzw. Legierungen dieser Metalle ihre Anwendung. Die Aufbringung der Überzüge erfolgt, neben anderen Verfahren, durch Feuerverzinken (Schmelztauchen), Galvanisieren oder Aufspritzen; vergl. Nürnberger (1995b) [(:ref:ihbv_Nuernberger_1995b)].\\ Empfehlungen für die erforderlichen Mindestschichtdicken für Verzinkungen, von im Holzbau eingesetzten Verbindungsmitteln und Stahlbauteilen, finden sich in Tab. {{ref>tab_mindestanforderung_korrosionsschutz}}. Diese wurde aus Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)] entnommen und berücksichtigt, neben den bereits beschriebenen Korrosivitätsklassen (vergl. Tab. {{ref>tab_korrosivitaetsklassen}}), die vorherrschende Nutzungsklasse sowie die Dicke des jeweiligen Querschnitts. |
<table tab_mindestanforderung_korrosionsschutz> | <table tab_mindestanforderung_korrosionsschutz> | ||
- | <caption>Mindestanforderungen an den Korrosionsschutz für metallische Bauteile und Verbindungsmittel – Mindestschichtdicke der Verzinkung in μm (aus Gläser et al. (2013); überarbeitet)</caption> | + | <caption>Mindestanforderungen an den Korrosionsschutz für metallische Bauteile und Verbindungsmittel – Mindestschichtdicke der Verzinkung in μm (aus Gläser et al. (2013) [(:ref:ihbv_Glaeser_et_al_2013)]; überarbeitet)</caption> |
^ Nutzungsklasse ^ Korrosivitätsklasse ^ stiftförmige Verbindungsmittel ^^^ flächige Verbindungsmittel ^^^ | ^ Nutzungsklasse ^ Korrosivitätsklasse ^ stiftförmige Verbindungsmittel ^^^ flächige Verbindungsmittel ^^^ | ||
^ ::: ^ ::: ^ d ≤ 2 mm ^ 2 mm < d ≤ 4 mm ^ d > 4 mm ^ d ≤ 3 mm ^ 3 mm < d ≤ 5 mm ^ d > 5 mm ^ | ^ ::: ^ ::: ^ d ≤ 2 mm ^ 2 mm < d ≤ 4 mm ^ d > 4 mm ^ d ≤ 3 mm ^ 3 mm < d ≤ 5 mm ^ d > 5 mm ^ | ||
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Je nach der Lokalisation von Stahlteilen im Gebäude sind diese mehr oder weniger großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Bei Verbänden können durchaus Temperaturunterschiede von rund 50°C (zwischen Sommer und Winter) und mehr auftreten; Dachelemente aus Stahlprofilen (z. B. Trapezbleche) sind unter Umständen noch größeren Schwankungen unterworfen. Abgesehen vom Einfluss auf die Korrosivität ist dabei insbesondere die temperaturabhängige Längenänderung zu beachten. | Je nach der Lokalisation von Stahlteilen im Gebäude sind diese mehr oder weniger großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Bei Verbänden können durchaus Temperaturunterschiede von rund 50°C (zwischen Sommer und Winter) und mehr auftreten; Dachelemente aus Stahlprofilen (z. B. Trapezbleche) sind unter Umständen noch größeren Schwankungen unterworfen. Abgesehen vom Einfluss auf die Korrosivität ist dabei insbesondere die temperaturabhängige Längenänderung zu beachten. | ||
- | Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Baustahl kann gemäß ON EN 1993-1-1 (2014) mit α = 12·10<sup>-6</sup> je K (für T ≤ 100°C) angenommen werden; die auftretenden temperaturbedingten Längenänderungen können gemäß Gleichung (B.3) FIXME ermittelt werden. | + | Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Baustahl kann gemäß ON EN 1993-1-1 (2014) [(:ref:ihbv_on_en_1993_1_1_2014)] mit α = 12·10<sup>-6</sup> je K (für T ≤ 100°C) angenommen werden; die auftretenden temperaturbedingten Längenänderungen können gemäß Glg. \eqref{eq:eqn_laengenaenderung} ermittelt werden. |
\begin{equation} | \begin{equation} | ||
Zeile 147: | Zeile 147: | ||
===== Brandschutzanstriche ===== | ===== Brandschutzanstriche ===== | ||
- | Stahl zählt zwar zu den nichtbrennbaren Baustoffen, verliert mit steigender Temperatur jedoch seine Festigkeit (kritische Temperatur bei ca. 500°C). Die Verkleidung von Stahlbauteilen ist eine mögliche Variante, dies zu verlangsamen, schränkt jedoch die gestalterische Freiheit beträchtlich ein. Brandschutzanstriche, welche mit Anstrichdicken von 0,25 bis 3,0 mm Feuerwiderstände von 30 bis 60 Minuten ermöglichen, bieten hier eine Alternative. Diese Anstriche schäumen im Brandfall auf (um bis zu fünfzigfach vergrößertes Volumen) und bilden so eine isolierende Schutzschicht, welche die Erwärmung des Stahlquerschnitts entscheidend verlangsamen kann; vergl. Brux (2006). | + | Stahl zählt zwar zu den nichtbrennbaren Baustoffen, verliert mit steigender Temperatur jedoch seine Festigkeit (kritische Temperatur bei ca. 500°C). Die Verkleidung von Stahlbauteilen ist eine mögliche Variante, dies zu verlangsamen, schränkt jedoch die gestalterische Freiheit beträchtlich ein. Brandschutzanstriche, welche mit Anstrichdicken von 0,25 bis 3,0 mm Feuerwiderstände von 30 bis 60 Minuten ermöglichen, bieten hier eine Alternative. Diese Anstriche schäumen im Brandfall auf (um bis zu fünfzigfach vergrößertes Volumen) und bilden so eine isolierende Schutzschicht, welche die Erwärmung des Stahlquerschnitts entscheidend verlangsamen kann; vergl. Brux (2006) [(:ref:ihbv_Brux_2006)]. |