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ihbv:maintenance_2018:infos_timber:baustoff_stahl_ingenieurholzbau [2018/11/14 16:48]
Alexandra Thiel [Korrosion von in Kombination mit Holz eingesetztem Stahl]
ihbv:maintenance_2018:infos_timber:baustoff_stahl_ingenieurholzbau [2019/02/21 11:25] (aktuell)
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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 [[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)].+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) [(:​ref:​ihbv_Glaeser_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) [(:​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.+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>​
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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) [(:​ref:​ihbv_on_en_iso_12944_2_2018)] sowie Gläser et al. (2013) [(:​ref:​ihbv_Glaeser_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 ====
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   * **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)].   * **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) [(:​ref:​ihbv_Nuernberger_1995b)],​ und 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) [(:​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.10FIXME+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>​
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   * **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)].   * **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) [(:​ref:​ihbv_Nuernberger_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) [(:​ref:​ihbv_Glaeser_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>​