Korrosionsschutz. von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme. Verband der deutschen Lack- und Druckfarbenindustrie e.v.

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1 Verband der deutschen Lack- und Druckfarbenindustrie e.v. Bundesverband Korrosionsschutz e.v. Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme

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3 Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme Leistungsbereich DIN EN ISO Autoren der überarbeiteten und aktualisierten Ausgabe 2010: Dr. Frank Bayer Alfred W. H. Capell Guido Gormanns Dr. Oliver Nicolai Joachim Pflugfelder Verband der deutschen Lack- und Druckfarbenindustrie e.v. Frankfurt/Main Bundesverband Korrosionsschutz e.v. Köln

4 Kugelgasbehälter Stuttgart 4

5 Vorwort Die Schrift Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme, herausgegeben vom Verband der deutschen Lack- und Druckfarbenindustrie e. V., Frankfurt am Main, und dem Bundes verband Korrosionsschutz e. V., Köln, erschien in der ersten Auflage im März 1999 nach Einführung der Normenreihe DIN EN ISO Korrosions schutz von Stahlbauten durch Beschichtungs systeme. Die jetzt überarbeitete Fassung der Broschüre entspricht dem Stand des Jahres Sie soll allen, die sich mit Korrosionsschutz befassen Planern und Konstrukteuren, Lehrenden und Lernenden, vor allem den Praktikern eine Hilfe sein, um sich mit den gültigen Normen, aber auch mit den Grundlagen des Korrosionsschutzes von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme und den dafür eingesetzten Materialien vertraut zu machen. Die Korrosionsschutz-Basisnorm DIN EN ISO bildet die Grundlage für viele Regelwerke und Spezifikationen. Der Schwerpunkt dieser Broschüre liegt deshalb auf den einzelnen Teilen dieser Norm. Darüber hinausgehende Festlegungen in anderen Regelwerken und Spezifikationen können aufgrund der Vielfalt nicht gesondert betrachtet werden. Den Herren Dr. Wolf-Dieter Kaiser, Dr. Philipp Öchsner und Rainer Schmidt danken wir für die Erarbeitung der ersten Ausgabe von Herausgeber und Autoren 5

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme 1.1 Stahl als Baustoff DIN EN ISO und ihr Anwendungsbereich Verfahren der Oberflächenvorbereitung Reinigung mit chemischen Mitteln Mechanische Verfahren Oberflächenvorbereitungsgrade Rauheit Bewertung der Oberflächen 29 2 Korrosion von Stahl 2.1 Ursachen und Mechanismen der Korrosion Erscheinungsformen der Korrosion Unterteilung der Korrosion Atmosphärische Korrosion Korrosion in Wasser und im Erdreich Korrosion unter besonderer Belastung Beschichtungs- und Korrosionsschäden Temporärer Korrosionsschutz Vorbereitung verzinkter Oberflächen Vorbereitung sonstiger Oberflächen 29 5 Korrosionsschutz durch Beschichtungssysteme 5.1 Einleitung Aufbau und Eigenschaften von Beschichtungsstoffen Übergang vom Beschichtungsstoff zur Beschichtung Physikalische Trocknung 33 3 Verfahren des Korrosionsschutzes 3.1 Prinzipien des Korrosionsschutzes Maßnahmen durch Veränderung des angreifenden Mediums Maßnahmen durch Planung und Konstruktion Maßnahmen des elektrochemischen Korrosionsschutzes (Kathodischer Korrosionsschutz) Korrosionsschutz durch Überzüge und Beschichtungen 19 4 Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung 4.1 Anwendungsbereich Arten der Oberflächen Ausgangszustand der Oberflächen Oxidative Vernetzung Chemische Härtung Aufbau und Eigenschaften von Korrosionsschutzsystemen Schichtdicke von Beschichtungssystemen Auswahl der Beschichtungssysteme Beschichtungssysteme für atmosphärische Umgebungsbedingungen Beschichtungssysteme für den Stahlwasserbau Duplex-Systeme Definitionen Aufbau und Eigenschaften von Duplex-Systemen Eigenschaften der Beschichtungen 46 6

7 5.7.4 Oberflächenvorbereitung der verzinkten Oberflächen und Haftfestigkeit der Beschichtungen Beschichtung im Werk und auf der Baustelle Beschichtung im Werk Beschichtung auf der Baustelle Schutzdauer und Gewährleistung 51 6 Laborprüfungen zur Bewertung von Beschichtungssystemen 6.1 Anwendungsbereich Prüfverfahren Belastung Prüfung und Bewertung der Beschichtungssysteme Einheitliche Prüfung und Bewertung 55 7 Ausführung und Überwachung der Beschichtungsarbeiten 7.1 Anwendungsbereich Qualifikation des Auftragnehmers Zustand der Oberfläche vor der Beschichtung Qualität der Beschichtungsstoffe Ausführung der Arbeiten Eisenglimmerhaltige und aluminiumpigmentierte Beschichtungsstoffe und ihre Verarbeitung Überwachung der Arbeiten Planung von Korrosionsschutzarbeiten im Erstschutz Planung von Korrosionsschutzarbeiten bei der Instandsetzung Gewährleistungsansprüche 63 9 Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Umweltschutz 9.1 Einleitung Arbeitssicherheit bei der Oberflächenvorbereitung Arbeitssicherheit beim Aufbringen von Beschichtungen Maßnahmen zum Umweltschutz Sicherheit von Anfang an Gesetze, Verordnungen und andere Vorschriften zur Arbeitssicherheit und zum Umweltschutz Gesetze und Verordnungen Konkretisierungen und Verwaltungsanweisungen zu Gesetzen und Verordnungen Ausgewählte Vorschriften und Regeln der Berufsgenossenschaften zur Unfallvermeidung Regelwerke und Normen 10.1 Regelwerke Normenverzeichnis 74 Impressum Anlegen von Kontrollflächen 61 8 Erarbeiten von Spezifikationen für Erstschutz und Instandsetzung 8.1 Anwendungsbereich Nutzungsdauer, Schutzdauer und Gewährleistung 62 7

8 Neue Messe Stuttgart 8

9 1 Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme Stahl ist als Baustoff sehr weit verbreitet. Er ist wirtschaftlich, vielseitig verwendbar und weltweit verfügbar. Ungeschützter Stahl korrodiert in der Atmosphäre, im Erdreich und im Wasser. Um Korrosionsschäden zu vermeiden, werden Stahlbauten durch verschiedene Maßnahmen geschützt, damit sie den Korrosionsbelastungen während der geplanten Nutzungsdauer standhalten. Hauptsächlich wird der Schutz durch spezielle Beschichtungssysteme sichergestellt. Die Schutzdauer von Beschichtungssystemen lässt sich durch regelmäßige Inspektion und Instandhaltung deutlich verlängern. 1.1 Stahl als Baustoff Stahl ist ein weit verbreiteter, sehr vielseitiger Baustoff, der weltweit verfügbar ist. Die Gestaltungsmöglichkeiten von Stahlbauten sind sehr vielfältig, entsprechend groß ist der Einsatzbereich. Aus Stahl darunter ist normalerweise unlegierter und niedriglegierter Stahl (Baustahl, S 235) zu verstehen werden beispielsweise Brücken und Stahlbauten, Hafenanlagen, Schleusentore und Schiffe gebaut; Stahl wird im Kraftwerksbau, beim Bau von Chemieanlagen und Raffinerien, für Tanklager und Gittermasten verwendet. Mit anderen Baustoffen kombiniert, wird er als Verbundwerkstoff, z. B. mit Beton, zu Stahl- und Spannbeton. Stahl hat aber auch einen Nachteil, er korrodiert. Bei Kontakt mit Sauerstoff und Feuchtigkeit bildet sich Eisenoxid die chemische Bezeichnung für Rost, das nicht nur den optischen Eindruck von Stahlbauten beeinträchtigt, sondern im Laufe der Zeit auch die Stabilität der Bauwerke durch Querschnittsreduzierung herabsetzt. Je nach korrosivem Angriff können ungeschützte Stähle um bis zu 200 μm pro Jahr abgebaut werden. Der Begriff Korrosionsschutz fasst verschiedene Verfahren zusammen, die Kapitel 3 näher erläutert. 1.2 Erfolgreicher Korrosionsschutz beginnt bereits in der Planungsphase. Neben der Auswahl des richtigen Verfahrens können konstruktive Maßnahmen Korrosionsschäden bereits am Reißbrett vermeiden. Die vorliegende Broschüre dient dazu, das Wissen im Bereich des Korrosionsschutzes von Stahl verständlicher zu machen. Dazu werden erläuternde Hinweise zu Korrosionsschutznormen gegeben und Erfahrungen aus der Praxis vermittelt. Sie richtet sich hauptsächlich an Planer, Architekten, Stahlbauer und Korrosionsschützer und soll zur Ausbildung genutzt werden. DIN EN ISO und ihr Anwendungsbereich Stahl lässt sich durch Beschichtungssysteme wirksam vor Korrosion schützen. Dabei können aus einem großen Angebot die für den Anwendungsfall geeigneten Produkte ausgewählt werden. Beschichtungen erlauben zudem eine farbliche Gestaltung von Bauwerken nach individuellen Wünschen oder sachlichen Anforderungen, z. B. zur Kennzeichnung. 9

10 Die Auswahl des am besten geeigneten Beschichtungssystems orientiert sich an folgenden Fragen: Wo steht das Bauwerk? In ländlicher Umgebung oder im Industriegebiet, an der Küste, ganz oder teilweise im Wasser oder im Erdreich? Welchen zusätzlichen Belastungen ist die Beschichtung ausgesetzt? Salzen, Industrieabgasen, dauernder Kondenswasserbelastung, mechanischer Belastung etc.? Welche Nutzungsdauer ist für das Bauwerk vorgesehen? Wie lässt sich die zu erwartende Schutzdauer abschätzen? Sind Instandsetzungszyklen vorgesehen? Wie kann das Beschichtungssystem appliziert werden? Gibt es objektbezogene Besonderheiten (z. B. bei Gittermasten, Brücken, Spundwänden im Meer)? Welche ästhetischen Anforderungen werden an das Bauwerk gestellt? Spielt der optische Eindruck eine untergeordnete Rolle, übernimmt die Farbgebung eine gestalterische oder technische Funktion? All diese und weitere Fragen lassen sich nicht pauschal beantworten. Ebenso wenig lässt sich eine Liste erstellen, aus der man sicher das richtige Beschichtungssystem auswählen kann. Es bedarf des Verständnisses für die Ursachen der Korrosion und die Prinzipien des Korrosionsschutzes, um sich dem Problem zu nähern. Diese Ausführungen können die qualifizierte Beratung durch Fachleute allerdings nur ergänzen. Die internationale Normenreihe DIN EN ISO Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme bildet die Grundlage zur Planung und Ausführung von Korrosionsschutzarbeiten. Weitere Normen, z. B. Korrosionsschutz von Stahl durch Überzüge, sind im Anhang aufgeführt. Tab. 1-1: Anwendungsbereich von DIN EN ISO Angaben zum Objekt Art des Bauwerks Art der zu beschichtenden Oberfläche und der Oberflächenvorbereitung Art der Umgebungsbedingungen Art des Beschichtungssystems Art der Maßnahme Schutzdauer des Beschichtungssytems Bemerkungen Bauwerke aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl von mindestens 3 mm Wanddicke, die entsprechend einem Sicherheitsnachweis ausgelegt sind; Stahlbeton ist nicht behandelt unbeschichtete Oberflächen Oberflächen mit thermisch gespritztem Überzug aus Zink, Aluminium oder deren Legierungen feuerverzinkte Oberflächen galvanisch verzinkte Oberflächen sherardisierte Oberflächen Oberflächen mit Fertigungsbeschichtungen andere beschichtete Oberflächen sechs Korrosivitätskategorien für atmosphärische Umgebungsbedingungen drei Kategorien für Bauwerke in Wasser oder im Erdreich Beschichtungsstoffe, die unter Umgebungsbedingungen trocknen bzw. härten, also keine Pulverlacke Einbrennlacke wärmehärtenden Beschichtungsstoffe Ebenso ausgeschlossen sind: Beschichtungen mit mehr als 2 mm Trockenschichtdicke Auskleidungen von Tanks Produkte für die chemische Oberflächenbehandlung Erstschutz und Instandsetzung drei Zeitspannen für die Schutzdauer 10

11 Abb. 1-1: Funkmast mit Flugwarnanstrich Abb. 1-2: Leuchtturm Roter Sand DIN EN ISO besteht aus acht Teilen, die viele Aspekte des Korrosionsschutzes von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme umfassen: DIN EN ISO Allgemeine Einleitung der zentrale Teil 5 zuletzt im Jahre 2008 überarbeitet. Sie stellt eine gute Grundlage zur Orientierung dar. Darüber hinaus besteht immer die Möglichkeit individueller Vereinbarungen zwischen den Vertragspartnern. DIN EN ISO DIN EN ISO DIN EN ISO DIN EN ISO DIN EN ISO DIN EN ISO DIN EN ISO Einteilung der Umgebungsbedingungen Grundregeln zur Gestaltung Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung Beschichtungssysteme Laborprüfungen zur Bewertung von Beschichtungssystemen Ausführung und Überwachung der Beschichtungsarbeiten Erarbeiten von Spezifikationen für Erstschutz und Instandsetzung Der Anwendungsbereich von DIN EN ISO ist durch verschiedene Angaben charakterisiert (Tab. 1-1). Die DIN EN ISO beschreibt nur Korrosionsschutzsysteme. Beschichtungssysteme mit anderen Schutzfunktionen, beispielsweise gegen chemische oder mechanische Belastung, gegen Mikroorganismen oder Einwirkung von Feuer, sind nicht berücksichtigt. Die Normenreihe wird regelmäßig auf Aktualität überprüft und gegebenenfalls revidiert. So wurde Entgegen dem Motto: Was rostet, das kostet schützen Beschichtungssysteme Stahlbauten wirtschaftlich vor Korrosion. 11

12 2 Korrosion von Stahl Stahl korrodiert in Gegenwart von Feuchtigkeit und Sauerstoff, wobei die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktion durch den Einfluss von Stimulatoren wie Chloride und Sulfate erheblich erhöht wird. Art und Geschwindigkeit der Reaktion hängen vom Standort des Bauwerks und von den Umgebungsbedingungen ab. In der Norm sind diese Bedingungen aufgrund von Belastungen kategorisiert. Die Korrosivitätskategorie der Umgebung dient als Grundlage für die Auswahl der Korrosionsschutzmaßnahmen. 2.1 Ursachen und Mechanismen der Korrosion Die Reaktion lässt sich wie folgt beschreiben: Eisen und andere unedle Metalle liegen in der Natur meist als Oxide vor und müssen in aufwändigen Prozessen unter Energiezufuhr zu Metallen reduziert werden. Anodische Teilreaktion: Fe Fe e Kathodische Teilreaktion: H 2 O + ½ O e 2 OH Eisenoxid Eisen Verhüttung Summenreaktion: Fe + H 2 O + ½ O 2 Fe (OH) 2 Das Oxid ist gegenüber dem Metall thermodynamisch stabiler, deshalb strebt das Metall danach, wieder in die oxidierte Form überzugehen. Eisen Eisenoxid Korrosion Nachfolgende Oxidation und Bildung von Rost: 2 Fe (OH) 2 + ½ O 2 2 FeO(OH) + H 2 O Die elektrochemische Korrosion ist an das Vorhandensein von Sauerstoff, Wasser und einem Elektro lyten gebunden. Dabei kann die Oxidation nach einem rein chemischen oder nach einem elektrochemischen Mecha nismus ablaufen. Die festhaftende blaugraue Eisenoxidschicht (Walzhaut/Zunder), die sich beim Walzen des Stahls bei Temperaturen von mehreren hundert Grad bildet, entsteht ausschließlich durch die Reaktion mit Sauerstoff (chemische Korrosion). Der Rost auf den Stahloberflächen wird dagegen auf elektrochemischem Wege gebildet: Eisen wird anodisch gelöst, Sauerstoff kathodisch reduziert. An frisch gestrahlten Stahloberflächen lässt sich dies bereits bei niedriger Luftfeuchtigkeit beobachten. Korrosion tritt zudem besonders schnell auf, wenn Stimulatoren wie Chloride oder Sulfate vorhanden sind. Dies lässt sich experimentell durch den Evans schen Tropfenversuch nachstellen. Daraus folgt, dass Stahl nicht rostet, wenn an die Oberfläche kein Wasser, kein Sauerstoff und keine Stimulatoren gelangen. Genau dies verhindern Beschichtungssysteme. 12

13 2.2 Erscheinungsformen der Korrosion Unabhängig von den Umgebungsbedingungen tritt Korrosion in unterschiedlichen Erscheinungsformen auf, denen bestimmte, meist elektrochemische Ursachen zugrunde liegen (Tab. 2-1). Die Korrosionsgeschwindigkeit hängt unter anderem ab: von der Umgebung (Atmosphäre, Wasser oder Erdreich), von der Konzentration von Korrosionsstimulatoren, von der Temperatur, von weiteren Belastungen während der Nutzung, z. B. mechanischem Abrieb. Abb. 2-1: Evans scher Tropfenversuch 1 Anodische Auflösung von Eisen, 2 Elektronenfluss zur Kathode, 3 Kathodische Reduktion von Sauerstoff, 4 Bildung von Eisenhydroxid, 5 Ablagerung von Eisen-Korrosionsprodukten Art und Erscheinungsform der Korrosion sind davon weitgehend unabhängig. DIN EN ISO nimmt eine Einteilung der Umgebungsbedingungen vor in atmosphärische Korrosion, Korrosion in Wasser und Korrosion im Erdreich. Aus diesen Umgebungsbedingungen lassen sich spezifische Schutzmaßnahmen ableiten Unterteilung der Korrosion Atmosphärische Korrosion Atmosphärische Korrosion tritt an allen Bauteilen oder Bauwerken auf, die sich im Kontakt mit der Atmosphäre befinden. Sie wird beschleunigt durch steigende relative Luftfeuchte, Kondenswasserbildung, korrosive Stoffe in der Atmosphäre und steigende Temperatur. Tab. 2-1: Erscheinungsformen der Korrosion Korrosionsform Gleichmäßige Flächenkorrosion Muldenkorrosion Lochkorrosion (Lochfraß) Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion) Risskorrosion Wasserstoffinduzierte Korrosion Definition Korrosion mit nahezu gleicher Abtragsrate auf der gesamten Oberfläche Korrosion mit örtlich unterschiedlicher Abtragsrate, bedingt durch das Auftreten von räumlich getrennten Anoden- und Kathodenflächen Korrosion auf nahezu punktförmig kleinen Anodenstellen, verursacht z. B. durch Chloridionen an Fehlstellen der Beschichtung Korrosion, die auftritt, wenn zwei Metalle mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial leitend miteinander verbunden sind und durch Elektrolyte ein elektrochemischer Kreislauf hergestellt wird Korrosionsrisse, die sich durch gleichzeitigen Angriff von aggressiven Medien und Zugspannung bilden und die den tragenden Querschnitt beeinträchtigen Korrosionsrisse, die durch Aufnahme von atomarem Wasserstoff entstehen 13

14 Dabei ist sowohl das Gesamtklima, also Klimatyp, ländliche oder Industrieatmosphäre, Stadt- oder Küstenbereich, als auch das Kleinstklima von Bedeutung, etwa die Sonnen- oder Schattenseite eines Bauwerkes, Luftfeuchtigkeit im Innenraum (Schwimmbad, Brauerei), spezifische chemische Belastung lokalen Charakters. Die verschiedenen Klimatypen sind in ISO 9223 mit den Extremwerten für Temperatur und Luftfeuchte definiert. Hinzu kommen die Einflüsse durch das Wetter und durch die Verunreinigungen der Atmosphäre, z. B. Gase oder gelöste Salze. Aus diesen Angaben lässt sich jedoch noch keine Korrosionsgeschwindigkeit ermitteln. Deshalb teilt die DIN EN ISO die korrosive Wirkung der Atmosphäre anhand des Massenverlustes von unlegiertem Stahl und Zink in sechs Korrosivitätskategorien ein (Tab. 2-2). Zur Bestimmung der Kategorien wurden Standardproben aus niedrig legiertem Stahl und Zink in unterschiedlicher Umgebung (ländliche Atmosphäre, Industrieatmosphäre, Meeresklima) ausgelagert. Anschließend ermittelte man den Massenabtrag. Tab. 2-2: Korrosivitätskategorien für atmosphärische Belastungen und typische Umgebungen Korrosivitäts- Typische Umgebung Typische Umgebung Korrosions- kategorie innen außen belastung C 1 Beheizte Gebäude Atmosphären mit geringer Verunreinigung unbedeutend C 2 Unbeheizte Gebäude Ländliche Bereiche gering C 3 Räume mit hoher Feuchte und geringer Luftverunreinigung Stadt- und Industrieatmosphäre mäßig C 4 Chemieanlagen, Schwimmbäder Industrielle Bereiche und Küsten bereiche mit mäßiger Salzbelastung stark C 5-I Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation und starker Verunreinigung Industrielle Bereiche mit hoher Feuchte und aggressiver Atmosphäre sehr stark (Industrie) C 5-M Gebäude oder Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation Küsten- und Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung sehr stark (Meer) Tab. 2-3: Korrosivitätskategorien für atmosphärische Belastung und ermittelte Massenverluste (verkürzt nach DIN EN ISO 12944, Tab. 1) Korrosivitäts kategorie Flächenbezogener Massenverlust/Dickenabnahme (nach dem ersten Jahr der Auslagerung) Unlegierter Stahl Zink Massenverlust g/m 2 Dickenabnahme μm Massenverlust g/m 2 Dickenabnahme μm C 1 unbedeutend 10 1,3 0,7 0,1 C 2 gering > > 1,3 25 > 0,7 5 > 0,1 0,7 C 3 mäßig > > > 5 15 > 0,7 2,1 C 4 stark > > > > 2,1 4,2 C 5-I sehr stark (Industrie) > > > > 4,2 8,4 C 5-M sehr stark (Meer) > > > > 4,2 8,4 14

15 Abb. 2-2: Schiffshebewerk Niederfinow Im Anwendungsfall kann anhand dieser Tabelle die Korrosivitätskategorie abgeschätzt werden, die zur Auswahl der geeigneten Korrosionsschutzmaßnahme dient. Korrosion in Wasser und im Erdreich Stahl korrodiert in Wasser oder teilweise auch im Erdreich deutlich schneller als an der Atmosphäre. Nach Untersuchungen der Bundesanstalt für Wasser bau liegt die Abrostungsrate an der deutschen Küste in der Wasserwechselzone jährlich bei 250 μm, an einzelnen Stellen sogar bis zu 1 mm pro Jahr. Korrosion in Wasser hängt von folgenden Parametern ab: von der Art des Wassers (Süßwasser, Brackwasser, Salzwasser), von der Temperatur, dem Sauerstoffgehalt, der Art und Menge gelöster Stoffe, vom eventuellen Vorhandensein pflanzlichen oder tierischen Bewuchses sowie von der Belastungszone, z. B. Unterwasserzone, d. h. ständige Belastung durch Wasser, Wasserwechselzone, d. h. abwechselnde Einwirkung des Wassers und der Atmosphäre, Spritzwasserzone, d. h. periodische Belastung mit Wasser Korrosion im Erdreich hängt ab von Art und Menge der löslichen Salze im Erdreich, vom Gehalt an Wasser und an Sauerstoff, vom ph-wert des Erdreichs, von den organischen Bestandteilen. Die Korrosivitätsparameter der verschiedenen Boden arten sind in dieser Norm nicht berücksichtigt. Hier sei auf EN Korrosion metallischer Werkstoffe Korrosionswahrscheinlichkeit in Böden verwiesen. Für Bauten im Wasser oder im Erdreich können feste Korrosivitätskategorien nur schwer definiert werden, daher sind verschiedene Umgebungen mit typischen Beispielen grob charakterisiert (Tab. 2-4). Korrosion unter besonderer Belastung Die bisher beschriebenen, in Korrosivitätskategorien eingestuften Umgebungsbedingungen lassen sich relativ leicht zuordnen. Problematischer wird die Einstufung von Sonderbelastungen. Darunter sind chemische und mechanische Belastungen und solche durch Kondenswasser oder höhere bzw. hohe Temperatur zu verstehen, die die Korrosion erheblich verstärken können bzw. die an das Beschichtungssystem besondere Anforderungen stellen. 15

16 Tab. 2-4: Kategorien der Belastung im Wasser und im Erdreich Kategorie Umgebung Beispiele Im 1 Süßwasser Flussbauten, Wasserkraftwerke Im 2 Meer- oder Brackwasser Hafenbereiche mit Schleusentoren, Sperr werke; Offshore-Anlagen wie Bohrinseln Im 3 Erdreich Behälter, Stahlspundwände, Stahlrohre 2.4 Beschichtungs- und Korrosionsschäden Beschichtungsschäden machen sich z. B. durch Roststellen, Blasen, Abblättern der Beschichtung oder Risse bemerkbar. Bei regelmäßiger Inspektion des Bauwerkes können diese Schäden erkannt und mit geringem Aufwand beseitigt werden. Je nach Ausmaß der Schädigung können Ausbesserung, Teilerneuerung oder Vollerneuerung notwendig werden. Werden Beschichtungsschäden nicht rechtzeitig erkannt und beseitigt, können Korrosionsschäden an Bauwerken auftreten. Korrosionsschäden führen zur Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils. Im Extremfall wird die Standsicherheit eines Bauwerks gefährdet. Nicht selten werden bereits während der Planungsphase die Korrosionsbelastungen falsch eingeschätzt und falsche Beschichtungssysteme spezifiziert. Viele weitere Ursachen können zum Versagen eines Beschichtungssystems führen. Besonders die Beseitigung von Korrosionsschäden ist mit hohen Kosten verbunden. Darunter fallen nicht nur die unmittelbaren Kosten für die Instandsetzung oder den Austausch eines korrodierten Teiles. Ein Vielfaches betragen meist die Folgekosten, wie Ausfallzeiten, Schadenersatzansprüche bzw. völlige Erneuerung des Gesamtsystems. Abb. 2-3: Korrosion an einem Brückengeländer 16

17 3 Verfahren des Korrosionsschutzes Stahl kann vor Korrosion geschützt werden, in dem die Korrosionsreaktionen verlangsamt oder unterbunden werden. Der Korrosionsschutz durch Beschichtungssysteme beruht im Wesentlichen auf der Trennung der Stahloberfläche und des korrosiven Mediums. 3.1 Prinzipien des Korrosionsschutzes Um die Korrosionsgeschwindigkeit zu reduzieren, gibt es mehrere Prinzipien, die in entsprechende technische Verfahren umgesetzt sind (Abb. 3-1). Wasser in Kühl- und Leitungssystemen wird durch Zusatz von Inhibitoren so verändert, dass innerhalb des Systems keine Korrosion entsteht. Im Stahlbau findet dieses Prinzip nur selten Anwendung. Prinzipien des Korrosionsschutzes 3.3 Maßnahmen durch Planung und Konstruktion Maßnahmen durch Veränderung des angreifenden Mediums Maßnahmen am zu schützenden Werkstoff Trennung des Werkstoffs vom angreifenden Medium Werkstoffauswahl Die Auswahl des richtigen Werkstoffs ist bei der Planung von Bauwerken ein wesentlicher Schritt Maßnahmen durch Planung und Konstruktion Metallische Überzüge zur Vermeidung von Korrosionsschäden. Bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit sollten Kathodischer Korrosionsschutz Nichtmetallische Überzüge sowohl die Werkstoffkosten als auch die Instandsetzungsintervalle berücksichtigt werden. Abb. 3-1: Prinzipien des Korrosionsschutzes, auf denen die technischen Verfahren aufbauen Beschichtungssysteme Korrosionsschutzgerechte Gestaltung Konstruktive Maßnahmen haben entscheidenden Einfluss auf die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes. In DIN EN ISO werden Grundregeln zur Gestaltung beschrieben (Abb. 3-2). 3.2 Maßnahmen durch Veränderung des angreifenden Mediums Dicht geschlossene Hohlkästen aus Stahl benötigen keinen Korrosionsschutz. Solche Bauteile können im Falle besonderer Anforderungen mit Stickstoff geflutet werden, um Sauerstoff und Feuchtigkeit aus dem Innenraum zu verdrängen. Weitere Regelungen zu Planung, Konstruktion und Ausführung von Stahlbauten werden in der Normenreihe DIN Stahlbauten beschrieben. Im Zuge der europäischen Harmonisierung wird diese Norm durch die DIN EN 1993 und die DIN EN 1090 ersetzt. Im Wesentlichen werden in der neuen europäischen Norm ebenfalls Regeln zur Planung, Auslegung und Ausführung von Stahlbauten festgelegt. 17

18 Abb. 3-2: Korrosion an einem Funkmast Korrosionsschutztechnisch relevant ist dort beispiels weise die Festlegung, dass zukünftig alle Kanten bei einer hohen korrosiven Belastung (C 5-I und C 5-M) mit einem Radius von mindestens 2 mm abgerundet werden müssen. Aus korrosionsschutztechnischer Sicht sollten Oberflächen von Stahlbauten möglichst klein und wenig gegliedert sein. Um Elemente zu verbinden, sind aufgrund der glatten Flächen Schweißnähte den Niet- oder Schraubverbindungen vorzuziehen. Unterbrochene Nähte und Punktschweißungen sollten hingegen vermieden werden. In Spalten und Fugen, die nicht abgedichtet sind, kann sich Wasser und Schmutz sammeln. Generell sind Oberflächenformen, in denen sich Wasser ansammeln kann, problematisch. Zur Durchführung, Prüfung und Instandsetzung von Korrosionsschutzmaßnahmen müssen alle Bauteile zugänglich oder mindestens mit Werkzeugen erreichbar sein. In der Norm sind Maße und Grenzwerte für Zugänglichkeit und Erreichbarkeit angegeben. Hohlkästen und Hohlbauteile werden in offene und geschlossene Bauteile unterteilt. Bei ersteren ist gezielter Korrosionsschutz durch Beschichtungen notwendig; letztere werden nicht beschichtet, sie müssen aber dicht sein. Bei der Verbindung von Metallen mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial besteht bei Einwirkung von Feuchtigkeit die Gefahr der Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion). Dabei korrodiert das unedlere Metall (Anode). Die Geschwindigkeit der Bimetallkorrosion ist abhängig von der Potenzialdifferenz und dem Größenverhältnis der verbundenen Oberflächen. Die ungünstigste Kombination ist eine kleine Anode und eine große Kathode (z. B. Kupferdachrinne mit Stahlnagel befestigt). Müssen Metalle mit unterschiedlichen elektrochemischen Potenzialen verbunden werden, sind besondere Korrosionsschutzmaßnahmen erforderlich (z. B. Isolation der Verbindungsflächen). Handhabung, Transport, Montage und spätere Inspektionen des Bauwerks müssen bereits beim Entwurf berücksichtigt werden. Es ist ebenfalls dafür zu sorgen, dass im Werk aufgebrachte Beschichtungen beim Transport und auf der Baustelle nicht beschädigt werden. 18

19 Maßnahmen des elektrochemischen Korrosionsschutzes (Kathodischer Korrosionsschutz) Die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktionen hängt stark von der elektrochemischen Potenzialdifferenz ab. Beim kathodischen Korrosionsschutz mit galvanischen Anoden ( Opferanoden ) oder mit Fremdstrom erfolgt eine Potenzialabsenkung bzw. eine gezielte Polarisation in einen Potenzialbereich. Dies führt zu einer verminderten Korrosionsgeschwindigkeit. Das zu schützende Objekt erhält die Funktion einer Kathode. Dies kann sowohl durch Verbindung mit elektrochemisch negativeren Metallen wie Magnesium, Zink oder Aluminium oder durch das Anlegen von Gleichstrom aus einer Fremdstromanlage erfolgen. Der kathodische Korrosionsschutz ist besonders wirtschaftlich, wenn der zu schützende Stahl beschichtet ist. Einerseits fallen dadurch die ständigen Stromkosten geringer aus, andererseits werden die Einsatzzeiten der Opferanoden länger. Die Beschichtungsstoffe müssen zuvor auf ihre Eignung für diesen besonderen Anwendungsfall hin untersucht werden. Korrosionsschutz durch Überzüge und Beschichtungen Die Trennung des Werkstoffes vom angreifenden Medium ist das Prinzip des sog. passiven Korrosionsschutzes. Sie kann erfolgen durch metallische Überzüge, nichtmetallische anorganische Überzüge, organische Beschichtungen sowie Kombinationen unterschiedlicher Überzüge und/ oder Beschichtungen. Metallische und nichtmetallische anorganische Überzüge Überzüge aus Zink, Kupfer, Nickel, Chrom, Zinn oder Edelmetallen sowie aus Legierungen wie Messing und Bronze werden nach sehr unterschiedlichen Verfahren in verschiedenen Schichtdicken auf den Werkstoff aufgebracht. Zinküberzüge spielen beim Korrosionsschutz von Stahlbauten neben Beschichtungen eine sehr große Rolle. Es gibt eine Reihe nichtmetallischer anorganischer Überzüge, die zum Teil aus dem Werkstoff selbst, z. B. durch Oxidation, zum Teil aus völlig anderen Materialien, z. B. oder Keramik, hergestellt werden. Beschichtungen Beschichtungsstoffe sind Materialien auf Basis unterschiedlicher Bindemittel, mit oder ohne Korro sions schutz pigmente, die in der Regel in Löse mitteln und/oder Wasser gelöst oder dispergiert sind. Sie werden nach sehr unterschiedlichen Verfahren auf das Bauteil aufgebracht und härten zu einer festen Beschichtung mit gleichmäßiger Schichtdicke aus, die auf dem Substrat haftet. Zu den organischen Beschichtungen im weiteren Sinne gehören auch Gummierungen und Auskleidungen (DIN EN ). Der Korrosionsschutz durch Beschichtungen hat einen besonderen Stellenwert: Etwa 80 % aller vor Korrosion zu schützenden Flächen werden durch Beschichtungen geschützt. Der Grund dafür liegt in der Vielfalt der Möglichkeiten des Materials und der Applikation. Bei der Instandsetzung ist die Applikation von Beschichtungsstoffen meist die einzige Möglichkeit, vor Ort die schützende Wirkung des Korrosionsschutzsystems zu verlängern und somit der Nutzungsdauer des Objektes anzupassen. Es gibt sehr viele Objekte, die durch konsequente Inspektion, Ausbesserung und Erneuerung des Korrosionsschutzsystems bereits mehr als 100 Jahre zuverlässig ihre Funktion erfüllen. 19

20 Korrosionsschutzarbeiten an einer Moselbrücke 20

21 4 Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung Die richtige Oberflächenvorbereitung ist die notwendige Voraussetzung für ein langlebiges Korrosionsschutzsystem. Das hochwertigste Beschichtungssystem versagt auf unzureichend gereinigten oder vorbereiteten Oberflächen. Art und Intensität der Oberflächenvorbereitung müssen dem Ausgangszustand und der zu erwartenden Belastung angepasst werden. 4.1 Anwendungsbereich 4.2 Arten der Oberflächen Als Grundlage für eine einwandfreie Beschichtung ist eine gründliche Vorbereitung der Oberfläche erforderlich. In der Praxis wird unterschieden zwischen mechanischer Oberflächenvorbereitung, d. h. abrasive Reinigung der Oberflächen vor dem Beschichten und chemischer Oberflächenvorbehandlung (schichtbildend), d. h. Aufbringen von Konversions- oder anderen Schichten. DIN EN ISO Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung behandelt nur die Oberflächenvorbereitung, also das Entfernen von Oberflächenverunreinigungen und das Aufrauen der Oberfläche vor der Beschichtung. Die Norm lässt sich anwenden auf Bauteile aus unlegiertem und niedriglegiertem Stahl mit unbeschichteten oder beschichteten Oberflächen, metallischen Überzügen. 4.3 Die Oberflächen und die darauf befindlichen Verunreinigungen lassen sich wie in Tab. 4-1 charakterisieren. Ausgangszustand der Oberflächen Stahloberflächen sind mit haftungsmindernden und korrosionsfördernden Verunreinigungen belegt, wobei es zwischen arteigenen und artfremden Produkten zu unterscheiden gilt. Charakteristische arteigene Schichten auf Stahl sind: Zunder (oder Walzhaut), Rost in seinen verschiedenen Modifikationen mit Verunreinigungen, z. B. Salzen, die zu den artfremden Stoffen zu rechnen sind. Tab. 4-1: Arten der Oberflächen Art der Oberflächen Unbeschichtete Oberflächen Thermisch gespritzte Oberflächen Feuerverzinkte Oberflächen Oberflächen mit Fertigungsbeschichtungen Beschichtete Oberflächen Bemerkungen Stahloberflächen, bedeckt mit Zunder, Rost oder anderen Verunreinigungen; der Rostgrad ist nach ISO zu bewerten Überzüge aus Zink, Aluminium oder deren Legierungen, die durch Flamm- oder Lichtbogenspritzen nach ISO 2063 aufgebracht sind, bedeckt mit Korrosionsprodukten von Zink und/oder Aluminium und anderen Verunreinigungen Überzüge aus Zink oder Zinklegierungen, die durch Schmelztauchen nach ISO 1461 aufgebracht sind, bedeckt mit Korrosionsprodukten von Zink und anderen Verunreinigungen Gestrahlter Stahl mit Fertigungsbeschichtungen Stahloberflächen bzw. Oberflächen von metallischen Überzügen mit Resten von Beschichtungsstoffen einschließlich Rost und anderen Verunreinigungen 21

22 Typische artfremde Verunreinigungen der Stahloberfläche sind: Öle, Fette, Wachse, Seifen u. ä., Feuchtigkeit, andere wasserunlösliche Verunreinigungen wie Staub, Asche und Schlackenreste von Schweißarbeiten etc., wasserlösliche Verunreinigungen wie Salze, Säuren und Laugen etc. Des Weiteren können Altbeschichtungen mit unterschiedlichen Alterungs- und Oberflächenzuständen und bereits korrodierte metallische Überzüge vorgefunden werden. Tab. 4-2: Verunreinigungen der Oberfläche und Verfahren zu deren Entfernung nach DIN EN ISO , Anhang C Verunreinigungen Verfahren Anmerkungen Wasserlösliche Verunreinigungen, z. B. Salze Fett und Öl Walzhaut/Zunder Rost Beschichtungen Zinkkorrosionsprodukte Reinigen mit Wasser Dampfstrahlen Reinigen mit Emulsionen Reinigen mit Alkalien Beizen mit Säure Trockenstrahlen Nassstrahlen Flammstrahlen Gleiche Verfahren wie für Walzhaut/Zunder, außerdem Reinigen mit maschinell angetriebenen Werkzeugen Druckwasserstrahlen* Spot-Strahlen Abbeizen Trockenstrahlen Nassstrahlen Druckwasserstrahlen* Sweep-Strahlen Spot-Strahlen Sweep-Strahlen Alkalisches Reinigen Sauberes Wasser mit oder ohne Zusatz von Reinigungsmitteln, ggf. mit Druck (< 70 MPa entspricht 700 bar); Nachreinigen mit sauberem Wasser Strahlen mit sauberem Wasser, ggf. mit Reinigungsmitteln; Nachreinigen mit sauberem Wasser Nachreinigen mit sauberem Wasser Metallische Überzüge können durch Alkalien angegriffen werden; Nachreinigen mit sauberem Wasser Nicht auf der Baustelle anwendbar; gründliches Nachreinigen mit sauberem Wasser Geeignete Strahlmittel verwenden, Staub durch Absaugen entfernen Verschiedene Verfahren; Nachreinigen mit sauberem Wasser Strahlen mit Acetylen/Sauerstoff-Flamme, Verbrennungsprodukte und Staub entfernen Klopfen, maschinelles Bürsten bei losem, Schleifen bei fest haftendem Rost, Staub und lose Ablagerungen entfernen Entfernen von losem Rost ohne Beeinflussung der Rauheit des Stahls Lokales Entfernen von Rost Lösemittelhaltige oder alkalische Pasten, gründliches Nachreinigen mit sauberem Wasser Geeignete Strahlmittel verwenden, Staub durch Absaugen entfernen Verschiedene Verfahren; Nachreinigen mit sauberem Wasser Hochdruckwasserstrahlen bei schlecht haftenden Beschichtungen (70 bis 170 MPa), Ultrahochdruck-Wasserstrahlen (>170 MPa) bei fest haftenden Beschichtungen Aufrauen der Beschichtung oder Entfernen der obersten Schicht Punktuelles Entfernen der Beschichtung Bei Zink mit Korund, Silicaten oder Olivinsand Ammoniaklösung für kleinere Stellen, alkalische Reinigungsmittel für größere Flächen; bei hohem ph-wert wird Zink angegriffen * In der Norm DIN EN ISO :2006 werden hierzu die folgenden Begriffe verwendet: Hochdruck-Wasserwaschen (oberhalb von 70 MPa) und Ultrahochdruck-Wasserwaschen (über 200 MPa). 22

23 Abb. 4-1: Beschichtungsarbeiten an einem Stadiondach in Hamburg Auf feuerverzinktem Stahl ist mit löslichen Zinksalzen, Zinkkorrosionsprodukten und Flussmittelresten zu rechnen. Der Ausgangszustand ist durch verschiedene Rostgrade charakterisiert, die für beschichteten Stahl in ISO und für unbeschichteten Stahl in ISO beschrieben und durch fotografische Vergleichsmuster belegt sind. Rostgrad A: festhaftender Zunder, frei von Rost, Rostgrad B: beginnende Rostbildung und Zunder abblätterung, Rostgrad C: Zunder meist abgerostet, ansatzweise Rostnarben, Rostgrad D: Zunder abgerostet, Rostnarben sichtbar. Die Auswahl der geeigneten Maßnahmen zur Vorbereitung der Oberflächen beim Erstschutz hängt vom Ausgangszustand der Oberflächen, den Anforderungen an den gewünschten Grad der Oberflächenvorbereitung und den zu erwartenden Belastungen ab. Die Art der Oberflächenvorbereitung bei der Teiloder Vollerneuerung wird bestimmt durch den eingesetzten Werkstoff, das Alter und den Standort des Bauwerks, die Qualität der Oberfläche, die Schutzwirkung des vorhandenen Beschichtungssystems, das Ausmaß der Beschichtungs- und/oder Korrosionsschäden, die Art und Intensität der zu erwartenden Belastung, das vorgesehene neue Beschichtungssystem, die zu erwartende Nutzungsdauer. 23

24 Alle Arbeiten zur Oberflächenvorbereitung müssen von qualifiziertem Personal ausgeführt und überwacht werden, die vorbereitete Oberfläche muss geprüft und dokumentiert werden. Die Maßnahme muss wiederholt werden, wenn der vereinbarte Oberflächenvorbereitungsgrad nicht erreicht wurde Verfahren der Oberflächenvorbereitung Um die beschriebenen Verunreinigungen wie Öle, Fette, Salze, Walzhaut/Zunder, Rost und ggf. alte Beschichtungen oder alte Überzüge zu entfernen, sind in der Norm alle chemischen und mechanischen Reinigungsverfahren einschließlich des Strahlens beschrieben und in Anhang C in einer Reinigung mit chemischen Mitteln Wasserlösliche Verunreinigungen werden mit sauberem Wasser oder mit Wasserdampf entfernt, de nen ggf. Reinigungsmittel zugesetzt sind. Ebenso werden Emulsionen oder wässrige Alkalien verwendet. Werden Reinigungsmittel zugesetzt, ist stets mit reinem Wasser nachzuwaschen. Organische Verunreinigungen, wie Öle oder Fette, werden mit geeigneten, zugelassenen Reinigungsmitteln entfernt, wobei die strengen Vorschriften zur Arbeits sicherheit und des Umweltschutzes zu beachten sind. Zunder und Rost lassen sich durch Beizen mit Säuren im Tauchbad unter Zusatz von Inhibitoren entfernen. Gründliches Spülen nach dem Beizen ist unerlässlich. Dieses Verfahren kann nur in geschlossenen Anlagen angewendet werden. Tabelle zusammengefasst (Tab. 4-2). Die Norm unterscheidet zwischen Reinigen mit chemischen Mitteln und den mechanischen Verfahren der Oberflächenvorbereitung, wobei der Schwerpunkt auf den im Korrosionsschutz im Stahlbau üblichen mechanischen Verfahren liegt und hier besonders auf dem Strahlen Mechanische Verfahren Oberflächenvorbereitung mit verschiedenen Werkzeugen Mechanische Verfahren ermöglichen es, die arteigenen Verunreinigungen wie Zunder und Rost, aber auch Schmutz und Staub zu entfernen. Bei Teil- oder Vollerneuerungsmaßnahmen können auf diese Weise auch Oberflächen mit Altbeschichtungen vorbereitet werden. Tab. 4-3: Charakterisierung der Strahlverfahren Trockenstrahlen Feuchtstrahlen Nassstrahlen Druckwasserstrahlen* Schleuderstrahlen stationär Strahlmittelumlauf Feuchtstrahlen Zudosierung geringer Wassermengen umweltfreundlich Staubbindung Nass-Druckluftstrahlen Druckluftstrahlen mit Frischwasserzusatz Staubbindung Hochdruckwasserstrahlen 70 bis 170 MPa Abwaschen und Reinigen Druckluftstrahlen Freistrahlen Kabinen, Strahlräume usw. meist Einwegstrahlmittel Schlämmstrahlen feinkörniges Strahlmittel in Wasser aufgeschlämmt gleichmäßige Oberflächen Ultrahochdruckwasserstrahlen über 170 MPa vorzugsweise Reinigung Saugkopfstrahlen Strahlmittelumlauf Druckflüssigkeitsstrahlen Strahlmittel im staubfrei Flüssigkeitsstrom begrenzte Leistung * In der Norm DIN EN ISO :2006 werden hierzu die folgenden Begriffe verwendet: Hochdruck-Wasserwaschen (oberhalb von 70 MPa) und Ultrahochdruck-Wasserwaschen (über 200 MPa). 24

25 Abb. 4-2: Rhein-Neckar-Arena Sinsheim Zu den einfachen mechanischen Verfahren zählen die Oberflächenvorbereitung mit Handwerkzeugen und mit maschinell angetriebenen Werkzeugen. Typische Handwerkzeuge sind Drahtbürsten, Spachtel, Schaber, Kunststoffvlies mit Schleifmittel einbettung, auch Schleifpapier sowie Rost klopfhämmer. Typische maschinell angetriebene Werkzeuge sind Maschinen mit rotierenden Drahtbürsten, verschiedene Arten von Schleifern, Rostklopfhämmer und Nadelpistolen. Einzelheiten zu diesen Verfahren sind in ISO aufgeführt. Oberflächenvorbereitung durch Strahlen Im Korrosionsschutz von Stahlbauten mit Beschichtungen gilt das Strahlen als die mit Abstand wichtigste Form der Oberflächenvorbereitung. Je nach Art der Anwendung kann das Strahlen durch verschiedene Strahlverfahren, unterschiedlich arbeitende Strahlanlagen und eine Auswahl an Strahlmitteln optimiert werden. Auf der Baustelle gibt es keine wirkungsvolleren Alternativen. Strahlmittel. Beide sind in ISO charakterisiert und kategorisiert. Umgang mit Strahlmitteln Prinzipiell unterscheidet man Einweg- und Mehrwegstrahlmittel. Erstere können nur einmal verwendet werden, sind in der Regel nichtmetallischer Natur und gelangen fast ausschließlich beim Freistrahlen zum Einsatz. Mehrwegstrahlmittel werden im Kreislauf geführt, sind meist metallischer Natur und werden in entsprechenden Anlagen eingesetzt. Durch den mehrfachen Einsatz verändern sie sich in der Korngröße und Form; sie müssen daher regelmäßig durch neues Strahlmittel ergänzt werden (Tab. 4-5). In Abhängigkeit von der ursprünglichen Kornform werden folgende Kategorien von Strahlmitteln unterschieden (Tab. 4-4). Unter Strahlen versteht man das Auftreffen eines Strahlmittels mit hoher kinetischer Energie auf die vorzubereitende Oberfläche. Das Strahlmittel ist der feste Stoff, der zum Strahlen benutzt wird, das zu strahlende Objekt ist das Strahlgut. Tabelle 4-3 gibt einen Überblick über die gebräuchlichen Strahlverfahren, Tabelle 4-4 und 4-5 über die Tab. 4-4: Bezeichnung der unterschiedlichen Strahlmittelformen Strahlmittelart Strahlmittel form Shot Rundkorn S Grit kantig, unregelmäßig G Zylindrisch scharfkantig C Bezeichnung (ISO ) 25

26 Tab. 4-5: Einteilung der Strahlmittel Metallisch (M) Nichtmetallisch (N) Sonstige Umlaufstrahlmittel Einwegstrahlmittel Umlaufstrahlmittel Hartguss, kantig Stahlguss kugelig oder kantig synthetisch Kupferhüttenschlacke Schmelzkammerschlacke Hochofenschlacke Nickelhüttenschlacke natürlich Granatsand Olivinsand (begrenzt können diese auch als Mehrwegstrahlmittel eingesetzt werden) synthetisch Elektrokorund Typ A Normalkorund Typ WA Edelkorund nicht genormt sind: Glasperlen Glasbruch Siliciumcarbid Keramik feste Kohlenstoffdioxid-Pellets flüssiger Stickstoff Aufschlämmungen von mineralischen Strahlmitteln in Wasser Aufschlämmungen von Strahlmitteln wie Mikroglaskugeln, Elektrokorund oder Siliciumcarbid in Wasser Beim Strahlen fällt Strahlschutt an, der aus benutztem Strahlmittel, Rost und Zunder sowie beim Abstrahlen von Altbeschichtungen Beschichtungsresten bestehen kann. Da die Komponenten der abgestrahlten Beschichtungsstoffe nicht immer bekannt sind, muss der Strahlschutt analysiert werden, um zu entscheiden, ob er als Wirtschaftsgut einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann somit kein Abfall ist oder als Sonderabfall behandelt und entsprechend deponiert werden muss oder ob er der Hausmülldeponie zugeführt werden kann. Tab. 4-6: Oberflächenvorbereitungsgrade bei primärer Oberflächenvorbereitung Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 1 Sa 2 Sa 2½ Sa 3 St 2 St 3 Fl Be Zustand der vorbereiteten Oberflächen Lose(r) Walzhaut/Zunder, loser Rost, lose Beschichtungen und lose artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Nahezu alle(r) Walzhaut/Zunder, nahezu aller Rost, nahezu alle Beschichtungen und nahezu alle artfremden Verunreinigungen sind entfernt. Alle verbleibenden Rückstände müssen fest haften. Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Verbleibende Spuren sind allenfalls noch als leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zu erkennen. Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und artfremde Verunreinigungen sind restlos entfernt. Die Oberfläche besitzt ein einheitliches metallisches Aussehen. Stahloberflächen bzw. Oberflächen von metallischen Überzügen mit Resten von Beschichtungsstoffen einschließlich Rost und anderen Verunreinigungen. Lose(r) Walzhaut/Zunder, loser Rost, lose Beschichtungen und lose artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Die Oberfläche muss jedoch viel gründlicher bearbeitet sein als für St 2, sodass sie einen vom Metall herrührenden Glanz aufweist. Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Verbleibende Rückstände dürfen sich nur als Verfärbung der Oberfläche (Schattierungen in verschiedenen Farben) abzeichnen. Walzhaut/Zunder, Rost und Rückstände von Beschichtungen sind vollständig entfernt. Beschichtungen müssen vor dem Beizen mit Säure mit geeigneten Mitteln entfernt werden. 26

27 Es wird unterschieden zwischen der primären (ganzflächigen) Oberflächenvorbereitung, bei der die gesamte Oberfläche bis zum blanken Stahl gereinigt wird (Tab. 4-6) und der sekundären (partiellen) Oberflächenvorbereitung, bei der die intakten Beschichtungen oder Überzüge verbleiben (Tab. 4-7). 4.5 Strahlen mit Quarzsand ist nach wie vor verboten, auch wenn auf Baustellenschildern immer wieder das Wort Sandstrahlen zu lesen ist. Allerdings können im Einzelfall die Berufsgenossenschaften und die in den Bundesländern jeweils zuständigen Behörden (z. B. Gewerbeaufsichtsämter/Ämter für Arbeitsschutz, Bezirksregierungen) Ausnahmegenehmigungen erteilen. Oberflächen vorbereitungsgrade Der Zustand einer Oberfläche nach der Reinigung ist in sogenannten Oberflächenvorbereitungsgraden festgelegt und lässt sich visuell nach den Normen ISO und beurteilen. Die Tabelle 4-5 bzw. die Anhänge A und B der DIN EN ISO beschreiben die Oberflächenvorbereitungsgrade. Andere Grade der Oberflächenvorbereitung können z. B. anhand von Referenzflächen am Bauwerk vereinbart werden. Bei der primären Oberflächenvorbereitung werden Walzhaut/Zunder, Altbeschichtungen und andere Verunreinigungen entfernt und die Vorbereitungsgrade Sa (durch Strahlen), St (durch Vorbereiten mit Werkzeugen), Fl (durch Flammstrahlen) und Be (durch Beizen) erreicht. Sie sind in Anhang A von DIN EN ISO definiert. Bei der sekundären Oberflächenvorbereitung werden Rost und andere Verunreinigungen entfernt und die Vorbereitungsgrade P Sa, P St, P Ma erreicht (P = partiell). Sie sind in Anhang B des gleichen Teils der Norm definiert. Tab. 4-7: Oberflächenvorbereitungsgrade bei sekundärer Oberflächenvorbereitung Oberflächenvorbereitungsgrad P Sa 2 P Sa 2½ P Sa 3 P Ma P St 2 P St 3 Zustand der vorbereiteten Oberflächen Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose Beschichtungen und nahezu alle(r) Walzhaut/Zunder, nahezu aller Rost, nahezu alle Beschichtungen und nahezu alle artfremden Verunreinigungen entfernt. Alle verbleibenden Rückstände müssen fest haften. Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder, Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt. Verbleibende Spuren sind allenfalls noch als leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zu erkennen. Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder, Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt. Die Oberfläche besitzt ein einheitliches metallisches Aussehen. Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder, Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt. Verbleibende Spuren sind allenfalls noch als leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zu erkennen. Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose(r) Walzhaut/Zunder, loser Rost, lose Beschichtungen und lose artfremde Verunreinigungen entfernt. Festhaftende Beschichtungen müssen intakt sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche sind lose(r) Walzhaut/Zunder, loser Rost, lose Beschichtungen und lose artfremde Verunreinigungen entfernt. Die Oberfläche muss jedoch viel gründlicher bearbeitet sein als für P St 2, sodass sie einen vom Metall herrührenden Glanz aufweist. 27

28 Segment 4 Segment 1 1mm Segment 3 Segment 2 Abb. 4-3: Rauheitsvergleichsmuster für Grit-Strahlung (kantiges Strahlmittel) Abb. 4-4: Mikroskopische Aufnahmen der Segmente 1 bis 4 des Rauheitsvergleichsmusters Grit-Strahlung ISO enthält für die Oberflächenvorbereitungsgrade Sa, St und Fl repräsentative fotografische Beispiele (Vergleichsnormale), die auch den ISO Vergleichsnormale und darüber hinaus Bilder für die Flugrostbildung (flash rusting) in drei Intensitätsstufen enthalten. jeweiligen Ausgangszustand berücksichtigen. Das Erscheinungsbild der Stahloberfläche nach der Oberflächenvorbereitung hängt stark vom ursprünglichen Rostgrad und dem verwendeten Strahlmittel ab. Der Einsatz von Stahlguss als Strahlmittel führt beispielsweise zu helleren Oberflächen als Kupferhüttenschlacke. 4.6 Rauheit Die Rauheit der vorbereiteten Oberfläche beeinflusst die Haftfestigkeit der Beschichtung. Am bes - ten geeignet für Beschichtungssysteme sind mittlere Rauheitsgrade mit kantigen Strahlmitteln (Grit). Für die Vorbereitungsgrade Be und P sind keine speziellen fotografischen Beispiele vorhanden. Für das Druckwasserstrahlen (Hochdruckwasserwaschen) ohne abrasive Bestandteile sind in der Tab. 4-8: Nennwerte der Rauheitsgrade für Grit- und Shot-Strahlung gem ISO 8503 ISO legt die Anforderungen an Rauheitsvergleichsmuster fest. Diese Muster dienen zum Sicht- und Tastvergleich von Stahloberflächen, die mit rundem oder kantigem Strahlmittel gestrahlt wurden. Die Rauheit einer Oberfläche kann z. B. mit einem Tastschnittgerät bestimmt werden. Im Allgemeinen wird als Maß für die Rauigkeit der Wert R y5 (bzw. R z ; gemittelte maximale Rautiefe) angegeben. Segment Nennwert R y5 -Grit Nennwert R y5 -Shot Rauheitsgrad In Abb. 4-3 ist ein Rauheitsvergleichsmuster für eine 1 25 μm 25 μm Fein 2 60 μm 40 μm Mittel μm 70 μm Grob μm 100 μm Grit-Strahlung dargestellt. Die einzelnen Segmente unterscheiden sich in den R y5 -Werten (vgl. Tab. 4-8). Kommt diese Norm zur Anwendung, sind engere Einstufungen nicht notwendig, andernfalls müssen 28