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1 Prüfzeit verkürzen Damit Kurzzeit-Labortests etwas über das Langzeitverhalten von Beschichtungen am Objekt aussagen, sind Vergleiche mit praxisbewährten Systemen notwendig Dabei ist es möglich, normierte Bewitterungs- und Enthaftungstests durch kürzere Prüfzeiten und präzisere Kriterien zur Unterwanderung und Abreißfestigkeit zu verbessern Solche Prüfungen ergeben, dass als Langzeitkorrosionsschutz in See- und Binnengewässern Beschichtungen mit Zinkstaubgrundierungen besonders gut geeignet sind Tests zur zyklischen Bewitterung und kathodischen Enthaftung von Stahlwasserbaubeschichtungen Manfred Baumann*, Shanna Weiher, Karlsruhe In der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) bestimmt die EU-notifizierte Richtlinie "für die Prüfung von Beschichtungsstoffen im Stahlwasserbau (RPB)" Umfang, Ablauf und Bewertung von Korrosivitätstests [1] Sie berücksichtigt die Prüfverfahren der seit 1998 gültigen DIN EN ISO Erfolgreich geprüfte Beschichtungssysteme werden für den Einsatz in der WSV zugelassen [2] Über Prüfabläufe, -ergebnisse und Erfahrungen der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) berichtet die Literatur [3,4] Zudem gibt es neuere Zyklustests [5,6], die Praxisbedingungen besser simulieren und spezielle Anforderungen wie den Offshoreeinsatz berücksichtigen, und Tests für das Verhalten bei kathodischer Belastung, die nach ISO kürzere Prüfzeiten anstreben Aus der Testpraxis Die Probeplattenvorbereitung mit sachgerechtem Beschichtungsaufbau übernimmt der Produkthersteller oder ein von ihm beauftragtes Prüflabor Entsprechende Einzelheiten legt [1] fest Ein Bewitterungstestzyklus simuliert Umwelteinflüsse, die stärker mit der Praxis korrelieren sollten [7] bewertet die Prüfabläufe und das Verhalten der Beschichtungen während der einzelnen Phasen wie UV-Bestrahlung mit Betauung, Salzsprühtest, Thermoschock und Ruhen Prüfkriterien sind vor allem die Haftung nach ISO 4624 und die Unterrostung am senkrechten und waagerechten Ritz 42 Korrosionsschutzsysteme mit unterschiedlicher Bindemittelgrundlage wurden in neun Varianten von Prüfabläufen, Prüfzeiten und künstlichen Verletzungen geprüft Prüfabläufe und Bewertungskriterien von Tests zur Verträglichkeit mit dem kathodischen Korrosionsschutz bezüglich des Verhaltens von Stahlwasserbaubeschichtungen bei Potentialbelastung beschreibt die Literatur [1,7] Die Tests nach BAW/ STG und ISO prüfen bei einem Potenzial von 1050 mv bzw 1100 mv Das Praxisschutzpotenzial liegt bei 850 mv Auffällig sind bei der ISO die geringere Testzeit und die nicht präzise Vorgabe der abschließenden Bewertungskriterien Der ASTM- G8-Test prüft dagegen bei dem deutlich negativeren Wert von 1500 mv Cu Wesentliche Bewertungskriterien sind Veränderungen der Beschichtung nach Belastung: Haftungsabfall, Blasenbildung und Unterwanderung an der künstlichen Verletzung Prüfdauer kann gekürzt werden An der neuen ISO (Beschichtungsstoffe Leistungsanforderungen an Beschichtungssysteme für Bauwerke im Offshorebereich) fällt vor allem die Verdreifachung der Prüfzeit gegenüber dem Korrosionsschutztest nach ISO 7253 von 1440 Stunden (8,6 Wochen) auf 4200 Stunden (25 Wochen) auf Zudem gibt es beim Zyklustest neben dem neutralen Salzsprühnebel zyklische Wechsel von UV-Licht/ Kondensation und Frosteinfluss oder anderen Klimaten Die Unterrostungen nach 8 und nach 25 Wochen zeigt ein Variationsdiagramm in Abb 1 Es ergibt sich eine lineare Korrelation von r = 0,86 mit einer statistischen Sicherheit von mehr als 99 Prozent Somit lässt sich die Prüfzeit reduzieren Verletzung mit Frässchnitt für bessere Reproduzierbarkeit Eine definierte künstliche Verletzung handwerklich korrekt zu erzeugen, scheint selbstverständlich, ist aber insbesondere bei den zumeist harten Epoxidharzbeschichtungen (EP) über 500 µm nicht unproblematisch Dies gilt vor allem für die erste Verletzung von 0,05 mm mit dem Ritzstichel nach Clemen Kleinere Verletzungen verstopfen schnell und zeigen nicht nur wegen der geringeren Verletzung die besseren, dh geringeren Unterrostungen Die maschinelle Anbringung der zweiten Verletzung von 2 mm mit einem Frässchnitt gelingt dagegen gut Unterschiedliche Grenzwerte bei den verschiedenen Verletzungen (1, 3, 5 mm) erschweren eine abschließende Aussage Die Unterrostungen an Stahlwasserbaubeschichtungen bei unterschiedlichen Verletzungen und verschiedenen Tests zeigt Abb 2 Geringste Unterrostungen mit Zinkstaubgrundierungen Die ISO-Tests und optional zeigen bei verschiedenen Bindemitteln Unterschiede bei Frosteinwirkung (Abb 2, Tab 1) Bei vergleichenden Prüfungen lösemittelfreier Dickschichtsysteme mit dem Norsok M-501-Test, liegt die Korrelation bei r = 0,93 mit einer statistischen Sicherheit von mehr als 99 Prozent (Abb 3) Die Korrelation der Zyklustests nach verschieden Zeiten mit dem neutralen Salzsprühnebel ISO 7253 nimmt ab (r = 0,55), wie Abb 4 zeigt Erkenntnisse für Korrosivitäts-kategorien Zyklustests ergeben wie andere Laborprüfungen und Langzeitauslagerungen für Korrosionsschutzsysteme 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2 mit Zinkstaubgrundbeschichtungen zumeist die geringsten Unterrostungstiefen Innerhalb der Bindemittelgruppierungen gibt es Qualitätsunterschiede: Die flexiblen luftfeuchtigkeitshärtenden Einkomponentenpolyurethane (1K-PUR) haben geringere Unterrostungen als die spröderen EP Heißspritzmassen als einschichtige Dickbeschichtungen haben sowohl auf 2K-EP- als auch PUR-Basis besonders hohe Unterrostungen Variationsdiagramme zwischen der Dicke von Beschichtungen und der Unterrostung bestätigen eine Mindestschichtdicke von 400 bis 600 µm Entscheidend für die Unterrostungstendenz ist aber letztlich die Qualität der Beschichtung und der Einsatz von Grundierungen Die in der ISO geforderten Bewertungen des Blasen-, Rost- und Rissgrads sowie Abblätterns gaben lediglich bei fünf Prozent der getesteten Systeme Hinweise auf deren Veränderungen Die Kreidung nimmt durch die UV-Strahlung zwar bei den Zyklustests zu, bewirkt aber keinen entscheidenden Bindemittelabbau Hohe Ausgangshaftfestigkeiten (Abb 5) garantieren nicht automatisch eine geringe Unterrostung (Abb 2) Bei einschichtigen Dickbeschichtungen und Mehrschichtern mit Zinkstaubgrundbeschichtungen ist die Tendenz eher gegenläufig Die Belastung durch zyklische Bewitterungstests ergibt anders als in [8] festgestellt Haftungsverluste sowohl bei den spröderen EP als auch bei den elastischeren 1K-PUR Die bisher vorgegebenen Grenzwerte für die Unterrostung müssen überdacht werden Sie sollten für Systeme mit und ohne Zinkstaubgrundierungen einheitlich auf 6 mm festgelegt werden Weiterhin sind die Prüfzeit und die künstlichen Verletzungen durch Ringversuche zu optimieren Die Gesamtergebnisse der Prüfungen nach ISO einschließlich der optionalen Varianten bestätigen in der Grundaussage die bisherigen Ergebnisse von Laborprüfungen und Langzeitauslagerungen Neue Beschichtungsaufbauten sollten mit in der Praxis bewährten Systemen und deren vorausgegangenen Laborprüfergebnissen verglichen werden Die Praxiserfahrungen korrelieren zumeist mit den Laborergebnissen [9] Weitere Kriterien wie die Verträglichkeit mit dem kathodischen Korrosionsschutz sind auf Praxiseignung zu testen Kathodische Enthaftung für Langzeitschutz überprüfen Grundsätzliches zur kathodischen Enthaftung berichtet [10] Im Hinblick auf den Offshoreeinsatz an Ölplattformen und Windenergieanlagen werden neue Methoden gesucht, um schnell Aussagen zum Verhalten von Beschichtungen und Korrosionsschutzsystemen zu erhalten Der avisierte Cathodic-Disbonding- Test, ISO 15711, mit einer Prüfzeit von sechs Monaten wurde deshalb mit dem 1992 in der WSV eingeführten STG/BAW-Test und einer Bewertung nach neun, zwölf und 15 Monaten verglichen Die Ergebnisse in Tab 2 lassen sich wie folgt interpretieren: Die geringfügigen Unterschiede in der Zusammensetzung des Prüfmediums beeinflussen das Verhalten der Beschichtungssysteme nicht Das gilt auch für das um 40 mv Cu differierende Potenzial Mit zunehmender Größe der künstlichen Verletzung nehmen Unterwanderungen und Blasenbildungen von der Fehlstelle aus zu Die verletzungsfreien Rückseiten der Platten haben bei beiden Testen nahezu keine Schadensauffälligkeiten Beim direkten Vergleich der Abreißfestigkeiten nach ISO 24624, bei gleichem Abstand vom jeweiligen Außenrand der Verletzung, ist bei gleichen Prüfzeiten trotz des 40 mv positiveren Potentials beim Test nach STG/BAW ein deutlicherer Abfall der Kennwerte vom Ausgangswert festzustellen (Abb 6) Blasenbildungen als Zeichen kathodischer Unterwanderungen traten nur bei den elastischen 1K-PUR auf EP unterwandern dagegen, da ihre Kohäsionsfestigkeit höher als die Adhäsion zum Substrat ist Bei der permanenten Aufzeichnung des Schutzstrombedarfs deuten starke Anstiege auf Nichteignung hin Auch hier wird deutlich, das längere Prüfzeiten, über die nach ISO geforderten sechs Monate hinaus, bessere Differenzierungen oder eine Aussage zur Langzeiteignung ermöglichen (Abb 7) Zum Langzeitkorrosionsschutz macht die Prüfung nach STG/BAW verlässlichere Aussagen Besonders das Adhäsionsverhalten von Beschichtungen auf gestrahlten Oberflächen nichtrostender Stahloberflächen nach STG/ BAW zeigt realistischere Ergebnisse, wie sie bei Praxiserprobungen an Schleusenbauteilen ermittelt wurden Am Substrat (Abb 8) treten überwiegend unzulässige Adhäsionsbrüche gegenüber ISO auf Hier wären über 90 Prozent der Beschichtungssysteme geeignet Ähnlich, wie der ASTM G8-Test sind die Untersuchungen nach ISO deshalb eher zur Vorauswahl denn als Praxistest für Langzeitverhalten geeignets t Literatur [1] RPB: BAW Karlsruhe (2000) [2] Liste der zugelassenen Systeme: wwwbawde/vip/abteilungen/baut/ empfehlungen/indexphphtml [3] G Binder, Hansa 133 (1996) 9, S [4] M Baumann, Hansa 134 (1997) 2, S [5] G Gardner, PCE (1999) D, S [6] G Binder, PCE 8, 11 (2003) S 8-16 [7] J Vogelsang, Tagungsband zur 1 Tagung Korrosionsschutz in der maritimen Technik, Hamburg 2001 [8] S Pietsch, WD Kaiser, Farbe & Lack,108 (2002) 8 S [9] J Pflugfelder, Tagungsband GfKORR-Seminar,Frankfurt 2005, S [10] M Baumann, J Vogelsang, Tagungsband XXV Fatipec-Kongress, Turin 2000 [11] P Heinze, Tagungsband der 65 Vortragstagung der Fachgruppe Anstrichstoffe und Pigmente, Dresden 1999 t Ergebnisse auf einen Blick - Zyklische Bewitterungstests sind selektiv Die statistisch abgesicherten Untersuchungsergebnisse lassen Korrekturen der Prüfzeit sowie der Prüf- und Bewertungskriterien sinnvoll erscheinen - Beschichtungssysteme mit Zinkstaubgrundierungen kombiniert mit 2K-EP und 1K-PUR zeigen die geringsten Unterrostungen an Verletzungen - Hohe Ausgangshaftfestigkeiten garantieren keine geringe Unterrostung: Einschichtige Dickschichter unterwandern trotz guter Nasshaftung Mit Zinkstaub pigmentierte Grundbeschichtungen erlauben einen Kompromiss zwischen tolerierbarem Haftungsabfall und ausreichender Unterrostungstendenz - Langzeitkorrosionsschutz im Stahlwasserbau braucht den Nachweis der Verträglichkeit mit dem kathodischen Vincentz Network +++ Plathnerstr 4c +++ 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3 Korrosionsschutz STG/BAW zeigt Leistungsunterschiede verschiedenartiger Systeme besser als ISO Korrosionsschutz und Widerstand gegen kathodische Enthaftung sollten mit praxisnahen Substraten, Systemaufbauten und Belastungen bestimmt werden Kurzzeitmethoden wie die Ionenpermeabilität [11], die elektrochemische Impedanzspektroskopie oder der ASTM-G8 helfen in der Entwicklung und Vorauswahl - Dipl-Chem Manfred Baumann, geboren 1942 in Klötze (Altmark), studierte bis 1965 Chemie an der Universität Greifswald Er forschte zur Oberflächentechnik und leitete von 1968 bis 1986 die Leitstelle für Korrosionsschutz im Verkehrswesen der DDR Später war er in der Forschungsanstalt für Schifffahrt, Wasser- und Grundbau Berlin sowie der Bundesanstalt für Wasserbau in Karlsruhe für elektrochemischen und passiven Korrosionsschutz in der WSV tätig Baumann ist Fachchemiker für Korrosionsschutz (Prof Schwabe TU Dresden) - Dipl-Ing Shanna Weiher, geboren 1959 in Rostow am Don (Russland) studierte chemische Technologie der organischen Stoffe an der Chemisch-Technologischen Fakultät der Nationalen Technischen Universität Odessa (Ukraine) und arbeitet seit 1990 in der Bundesanstalt für Wasserbau (Abteilung Bautechnik, Referat Stahlbau/Korrosionsschutz) Vincentz Network +++ Plathnerstr 4c +++ D Hannover +++ Tel:+49(511)

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