Zinkstaubprimer im schweren Korrosionsschutz

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Heiko Fried
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Korrosionsfragen Hamburg 2012 www.baw.de Dr.

1 Zinkstaubprimer im schweren Korrosionsschutz HTG-Workshop - Fachausschuss für Korrosionsfragen Hamburg Dr. Günter Binder Bundesanstalt für Wasserbau 24. Oktober 2012

2 Korrosionszonen: Beispiel Spundwand Restwanddicke Tiefe MThw MTnw Unterwasserzone Wasserwechselzone Spritzwasserzone Niedrigwasserzone Sohle Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 2

3 Korrosionszonen: Beispiel Monopile Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 3

4 Korrosionsschutzsysteme für den schweren Korrosionsschutz (Meeresatmosphäre) Einsatzgebiet System Schichtaufbau Schutzkategorie DIN EN ISO Stahlhochbau ZTV-ING, Blatt µm GB: EP-Zn 80 µm ZB: EP 80 µm ZB: EP 80 µm DB: PUR 2K (Stahl-)Wasserbau BAW-System Nr µm GB: EP-Zn 450 µm DB: EP C5-M >lang Im2 lang lang = geschätzte Haltbarkeit nach DIN EN ISO : > 15 Jahre Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 4

5 Liste der empfohlenen Beschichtungssysteme für den Stahl(wasser)bau & Offshore-Bereich System- Nr. Grundbeschichtung Zwischen- und Deckbeschichtung Gesamt Bemerkung Bindemittel Pigment n TFD [µm] Bindemittel n TFD [µm] n TFD [µm] Einsatzempfehlung 1-2 EP, PUR 1K Zn 1 50 EP, PUR 1K Kondensations-Klima 3-5 EP, PUR 1K Zn 1 50 EP, PUR 1K Im2, feingliedrige Bauwerke 6-7 EP, PUR Im2, feingliedrige Bauwerke 8 EP Im1, glatte Fläche 9 EP, PUR 1K div EP, PUR 1K Im1/2, zur Reparatur EP, PUR Zn 1 50 EP, PUR Im2, für hohe Abrasion EP, PUR, PES Im1, für hohe Abrasion EP, PUR Zn 1 50 EP, PUR Im2, für extr. hohe Abrasion EP, PUR, PES Im1, für extr. hohe Abrasion Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 5

6 Liste der zugelassenen Systeme (BAW) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 6

7 Blatt 87 für Brückenbauwerke Beanspruchung: C5 - M Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 7

8 Zertifizierte Beschichtungssysteme (BASt) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 8

9 Zertifizierte Beschichtungssysteme (BASt) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 9

10 Die (angeblichen) Schwächen der Zinkstaub-Systeme Instabilität des Zinks r Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 10

11 Löslichkeit von Zink 4 Zinkabtragungsgeschwindigkeit [mm/a] Temperatur von destilliertem Wasser in C Hochwertiger Korrosionsschutz für den Meerwasserbereich Seite 11 Bautechnik Referat Stahlbau Korrosionsschutz Dr. Günter Binder 14. Juni 2012

12 Verhalten von Zink in unterschiedlichen Medien Zn + 2 H 2 O Zn(OH) 2 + H 2 in Wasser Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 in Säure Zn + 2 NaOH + 2 H 2 O Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2 in Base Zn + H 2 O ZnO + H 2 bei Hitze (63 C) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 12

13 Stabilität von Zink Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 13

14 Pourbaix-Digramm Zink Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 14

15 Pourbaix-Diagramm Eisen Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 15

16 Massenverluste von Metallen in 1%-iger Kochsalzlösung [mg] Zweites Metall Verlust Verlust Eisen am 2. Metall Magnesium 0, Zink 0,1 220 Aluminium 2,9 34 Blei 59 1,2 Zinn 55 0,8 Nickel 58 0,05 Kupfer 59 0,0 Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 16

17 Die Schwächen der Zinkstaub-Systeme Instabilität des Zinks Mangelnde Haftung r Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 17

18 Prüfung der Abreißfestigkeit Haftabzugsprüfung: oben: Baustelle rechts: Labor Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 18

19 Haftabzugswerte: Systeme ohne Zn-Staub GB (nach Salzsprühnebeltest; BAW ) 6 5 MW = 7,56 4 Häufigkeit ,5 1,01-1,5 2,01-2,5 3,01-3,5 4,01-4,5 5,01-5,5 6,01-6,5 7,01-7,5 8,01-8,5 9,01-9,5 10,01-10,5 11,01-11,5 12,01-12,5 13,01-13,5 14,01-14,5 15,01-15,5 Haftbazugswert (MPa) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 19

20 Haftabzugswerte: Systeme mit Zn-Staub GB (nach Salzsprühnebeltest: BAW ) 8 7 MW = 6, Anzahl ,5 1,01-1,5 2,01-2,5 3,01-3,5 4,01-4,5 5,01-5,5 6,01-6,5 7,01-7,5 8,01-8,5 9,01-9,5 10,01-10,5 11,01-11,5 12,01-12,5 13,01-13,5 Haftabzugswert (MPa) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 20

21 Die Schwächen der Zinkstaub-Systeme Instabilität des Zinks Mangelnde Haftung Opferanodeneffekt bewirkt Versagen des ganzen Systems r Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 21

22 Neutraler Salzsprühnebeltest - DIN EN ISO 9227 (ISO 7253) 5 M.-% Salz bei 35±2 C; h Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 22

23 Salzsprühnebel (DIN EN ISO 9227) Unterrostung (2mm Riss) mit Zn-GB ohne Zn-GB Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 23

24 Unterrostung nach Kondensatwasserwechseltest Häufigkeit 6 4 GB + DB ZnGB + DB DB Unterrrostung [mm] Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 24

25 Langzeitauslagerungs-Versuche li. mit, re. ohne Zn-Staub-GB Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 25

26 Test zur Langzeitauslagerung (Wasserwechsel-Zone Nordsee) 6 5 Häufigkeit GB + DB ZnGB + DB DB Unterrostung [mm] Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 26

27 Vergleichende Korrosionsuntersuchungen Test / Schutzsystem n DFT [µm] A (UR) NACE (UR) B 117 (UR) Zn-GB+ EP+EP-AC ,4 mm 0,1 mm 0,7 mm 2 x EP ,0 mm 1,9 mm 3,0 mm 2 x EP (GF) ,7 mm 3,9 mm 3,3 mm EP-GB + PU-DB ,4 mm 1,3 mm 1,8 mm AC =Acrylate; A = Thermal Shock (12 Wochen) Darren Ward, NACE, 2007 Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 27

28 Die Schwächen der Zinkstaub-Systeme Instabilität des Zinks Mangelnde Haftung Opferanodeneffekt bewirkt Versagen des ganzen Systems Nicht kompatibel mit KKS-Anlagen r Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 28

29 KKS-Prüfung bei BAW oben: Prüfplatten in NaCl-Lsg & KKS rechts: KKS-Laborprüfanlage Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 29

30 Prüfung der Kathodenschutztauglichkeit Schutzstrombedarf Vergleich zweier Verfahren Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 30

31 Die Schwächen der Zinkstaub-Systeme Instabilität des Zinks Mangelnde Haftung Opferanodeneffekt bewirkt Versagen des ganzen Systems Nicht kompatibel mit KKS-Anlagen r In manchen Standards nicht vorgesehen Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 31

32 Liste der empfohlenen Beschichtungssysteme für den Stahl(wasser)bau & Offshore-Bereich System- Nr. Oberflächenvorbereitung Grundbeschichtung Gesamt Sa 2½ P Sa 2½ Bindemittel Pigment n TFD[µm] Bindemittel n TFD[µm] n TFD[µm] BAW 3-5 X EP, PUR Zn 1 50 EP, PUR Im2/3 BAW 9 X X EP Fe-Gl EP Im2/3 BAW X EP Zn 1 50 EP, PUR Im2/3 BAW X EP Zn 1 50 EP, PUR Im2/3 Zwischen- und Deckbeschichtung Einsatzempfehlung ISO 20340? div ? Im2 offshore ISO 20340? Im2 offshore Norsok A.7? EP Im2 ISO 20340? Zn 1 40? Im2/C5-M offshore ISO 20340? div. 1 60? Im2/C5-M offshore ISO 20340? div. 200? Im2/C5-M offshore Norsok A.1 EP Zn 1 60? C5-M ZTV Bl. 87 EP Zn 1 50 EP/PUR C5-M > lang ISO 20340? Zn 1 >40? C5-M offshore ISO 20340? div. 1 >60? >350 C5-M offshore Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 32

33 Korrosionsschutzprüfungen nach verschiedenen Regelwerken und Standards Prüfung / Belastungsbereich TL/TP-KOR C5-M ISO C5-M RPB Im2 ISO Im2 Immersion DIN EN ISO (NaCl) h h DIN EN ISO 6270 ( T ) 720 h Salzsprühnebeltest DIN EN ISO h >lang Zyklustest ISO h (4.200 h) Naturauslagerung (BAW) Zw. Bewitterung 5 Jahre DIN EN ISO Kathodische Enthaftung (4.200 h) h KKS-Test (BAW) 15 Monate Abrasion (BAW) Zykl. Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 33

34 Vergleich Zyklustests: Norsok M 501 / ISO Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 34

35 Korrelations-Koeffizienten: ISO Prüfung gegen Langzeitauslagerung Immersionsmedium Prüfung nach ISO Immersionszone Wasserwechselzone Luft, Atmosphäre Ostsee Nordsee Ostsee Nordsee Ostsee Nordsee Korrelations-Koeffizient 0,34 0,91 0,72 0,58 0,79 0,63 Statistische Signifikanz (n=6) <<95 % ~ 99 % < 95 % < 95 % ~ 95 % < 95 % Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 35

36 Vergleich Zyklus- und Salzsprühnebeltest Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 36

37 Anforderungen nach ISO Tabelle 3 Mindestanforderungen für Schutzsysteme Schutzsystem / GB Zn-Staub UR 3,0 mm Haftabzug 3 MPa Diverse 8,0 mm 4 MPa Einschichter 8,0 mm 8 MPa Zitat: The use of primers other than Zn is mainly applicable to repair and maintenance. For new constructions, the use of primers should be restricted to areas to special stresses..coating system with higher mechanical strength higher chemical resistance Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 37

38 Ursachen der Schutzwirkung von Zink Chemische Eigenschaften Abfangen von Korrosionsstimulatoren (Cl -, O 2-, SO 4 2-, CO 2 ) Unterdrückung der Osmose Einbau von Hydroxyl (stabilisierend) Einbau von Korrosionsprodukten des Eisens [Fe(OH) 3 ] Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 38

39 Schlussfolgerungen Zink-Staub-Grundierungen haben sich seit 20 Jahren im Stahlwasserbau bewährt Zink-Staub-Grundierungen verhindern Unterrostung (Nur) Zink-Staub-Grundierungen ermöglichen den Einsatz von KKS-Anlagen ohne die Beschichtung zu zerstören Zink-Staub-Grundierungen haben eine gute Haftung auf dem Untergrund Zink-Staub-Grundierungen haben eine gute Verfügbarkeit Zink-Staub-Grundierungen sind relativ einfach zu applizieren Zink-Staub-Grundierungen ermöglichen Schichtdickenreduzierung des Gesamtsystems (Materialeinsparungen) Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 39

40 Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit! Zinkstaubprimer im Meerwasser Seite 40

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