Feuerverzinken

Dauerhafte Oberflächenveredelung

Stahl hat eine Schwachstelle: die Korrosion. Durch die Verwendung geeigneter Schutzsys­teme kann Korrosion an Stahlkonstruktionen jedoch sicher verhindert werden. (Abb. 1) Für den Korrosionsschutz von Stahl kommen das Feuerverzinken, Beschichtungen ­sowie sogenannte Duplex-Systeme zum Einsatz, die eine Kombination aus einer Feuer­verzinkung und einer zusätzlichen Beschichtung darstellen. Neben technisch-funktionalen Eigenschaften besitzt der Korrosionsschutz auch gestalterische Aspekte, da er das Erscheinungsbild der Oberfläche prägt.

Technische Aspekte des Korrosionsschutzes

Der Korrosionsschutz für Stahlbauten muss je nach Anwendung vielfältigen Belastungen standhalten. Hierzu gehören Einflüsse wie atmosphärische Belastungen durch Wind, Wetter, Verunreinigungen in der Luft und lokale Einflüsse wie Meeres- und Flussnähe. Auch zu beachten sind eventuelle Tausalzeinflüsse und verwendungsbedingte Faktoren wie chloridhaltige Luft in Schwimmbädern oder extreme Luftfeuchtigkeit z. B. in Wäschereien. Konstruktionsbedingte Pro­blem­zonen sind auch an gut konstruierten Stahlbauten vorhanden. Hierzu zählen beispielsweise scharfe Profilkanten, Spalten und Fugen sowie freiliegende Schrauben- und Nietköpfe. Ein weiterer Aspekt sind mechanische Belastungen, die durch Transport, Handling und Montage während der Bau­phase sowie durch Belastungen durch Steinschlag, Sandabrieb und Stöße in der Nutzungsphase entstehen können. Für derartige Beanspruchungen bieten sowohl das Feuerverzinken als auch Duplex-Systeme einen anforderungsgerechten und dauerhaften Korrosionsschutz.

Gestalterische Aspekte des Korrosionsschutzes

Will man die metallische Anmutung des Stahls unterstreichen, dann ist der Korrosionsschutz durch Feuerverzinken ohne Alternativen. Obwohl die Feuerverzinkung eine Oberflächenveredelung darstellt, ist sie quasi zu einem natürlichen Partner des Stahls geworden. Mit einem durch Feuerverzinken aufgebrachten Zinküberzug wird deshalb nicht selten ein „unbehandelter“ Stahl assoziiert.

Im Zeitverlauf entwickeln feuerverzinkte Oberflächen als Folge eines Alterungsprozesses eine Patina. Im Gegensatz zum Verblassen oder Auskreiden homogener Farbflächen wird dies nicht als Mangel betrachtet, sondern als natürliche Veränderung akzeptiert und positiv angenommen. Feuerverzinkte Oberflächen werden somit auch unter gestalterischen Aspekten den Anforderungen an eine hohe Dauerhaftigkeit gerecht.

Verzinken ist nicht Verzinken

Wenn Nichtfachleute den Korrosionsschutz durch Feuerverzinken meinen, verwenden sie nicht selten den Begriff Verzinken. Unter Verzinken wird jedoch lediglich das Aufbringen eines metallischen Überzuges aus Zink auf Stahl verstanden. Dies ist durch verschiedene Verfahren möglich. Die Verzinkungsverfahren unterscheiden sich durch die Schichtdicke und Herstellung des Zinküberzuges und den hierdurch bedingten Einfluss auf die Schutzdauer und mechanische Belastbarkeit. Eine Verfahrensübersicht gibt Abb. 2. Im Baubereich werden vor allem das kontinuierliche Feuerverzinken, auch Band- oder Sendzimirverzinken genannt, für Anwendun­gen in Innenräumen und das diskontinuierliche Feuerverzinken, auch als Stückverzinken bekannt, eingesetzt. Durch Stückverzinken werden Zinküberzüge mit der längsten Korrosionsschutzdauer produziert. Haupteinsatzgebiete sind vor allem Stahlkonstruktionen im Aussenbereich sowie korrosionsbelastete An­wen­dungen im Innenbereich. Hierzu gehören Balkongeländer, Treppenanlagen, Stahlhallen, Stahl-Glas-Architektur, Fassaden, Parkhäuser oder Schwimmbäder. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf das Stückverzinken.

Feuerverzinken – Verfahren und Vorteile

Das Feuerverzinken ist ein Tauchverfahren, bei dem gefertigte Bauteile aus Stahl zuerst gereinigt und anschließend verzinkt werden. Dazu durchlaufen die Bauteile einige Vorbehandlungsbäder, werden anschließend getrocknet und nach dem Trocknen in eine ca. 450° C heiße Zinkschmelze eingetaucht. Hierdurch bildet sich als Folge einer wechselseitigen Diffusion des flüssigen Zinks mit der Stahloberfläche ein Überzug verschiedenartig zusammengesetzter Eisen-Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen der feuer­verzinkten Gegenstände bleibt auf der obersten Legierungsschicht zumeist noch eine Schicht aus reinem Zink haften (Abb. 3).

Durch Feuerverzinken entsteht ein Langzeit-Korrosionsschutz, der zumeist Schutzzeiträume von 50 Jahren und mehr erreicht. Während dieser Zeit sind weder Instandhaltungen noch Wartungen notwendig. Durch den Tauchprozess bietet eine Feuerverzinkung einen Rundum-Schutz, auch an unzugänglichen Stellen. Hohlprofile sind auch innen gegen Korrosion geschützt. Da ein metalli­scher Überzug in Form einer Eisen-Zink-Legierung entsteht, der mit der Stahloberfläche fest verbunden ist, sind Unterrostungen wie bei Farbbeschichtungen nicht möglich.

Die Härte der Eisen-Zink-Legierungsschichten liegt deutlich über der Härte eines nor­malen Baustahles. Hierauf beruht die hohe Verschleiß- und Abriebbeständigkeit von stückverzinkten Überzügen, die beim Transport, bei der Montage und während der Nutzung geschätzt werden. Feuerverzinkte Gitterroste, die täglich begangen werden, sind gute Beispiele für die hohe Belastbarkeit der Feuerverzinkung.

Ein weiterer Vorteil ist der Korrosionsschutz an Werkstückkanten. Beim Verzinkungsvorgang entsteht an Ecken und Werkstückkanten ein gleich starker, teilweise sogar dickerer Zinküberzug als auf den glatten Flächen des Bauteils. Die von Beschichtungen bekannte Kantenflucht tritt nicht auf. Bauteilkanten und andere Problemzonen der Konstruktion werden beim Feuerverzinken stets wirksam geschützt.

Schutzdauer einer Feuerverzinkung

Die Schutzdauer einer Feuerverzinkung ist abhängig von der Zinkschichtdicke und der Belastung. Detaillierte Auskunft hierzu geben die Korrosivitätskategorien der DIN EN ISO 14713-1. Die Korrosivitätskategorie C3 beschreibt z. B. Stadt- und Industrieatmosphäre. Der Zink­abtrag beträgt bei dieser Belastung 0,7 bis 2 µm pro Jahr. (Abb. 4)

Gemäß der Korrosivitätskategorien C2 und C3 herrschen auf mehr als 95 % der Fläche Deutschlands nur geringe oder mittlere Korrosionsbelastungen. Die modifizierte Zink-Korrosionskarte des Umweltbundesamtes (Abb. 5) zeigt, dass ein durchschnittlicher Zinküberzug mit 85 µm Schichtdicke zumeist eine Korrosionsschutzdauer von min. 50 Jahren erreicht (85 µm Schichtdicke : 1,7 µm Zink­­abtrag pro Jahr = 50 Jahre Schutzdauer).

Die dargestellten Schutzzeiträume gelten für die sogenannte atmosphärische Bewitterung eines Zinküberzuges. Liegen korrosive Zusatzbelastungen wie regelmäßige Tausalzeinflüsse vor, so verkürzt sich die Schutzdauer. Auch die Tabelle „Nutzungsdauern von Bauteilen zur Lebenszyklusanalyse des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB)“ des Bundes­bau­ministeriums (Abb. 6) macht Angaben zur Nutzungsdauer von feuerverzinkten Produkten und zeigt deren Dauerhaftigkeit.

Kosten von Korrosionsschutzsystemen

Von der unabhängigen Organisation bauforumstahl wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauökonomie der Universität Stuttgart eine Übersicht der Kosten im Stahlbau herausgegeben. Die in Ausgabe 2013 gemachten Angaben zum Korrosionsschutz (Abb. 7) zeigen, dass eine Feuerverzinkung im Vergleich zu Beschichtungssystemen in der Regel günstiger ist. Aufgrund ihrer langen Schutzdauer verursacht eine Feuerverzinkung in der Regel während dieser Zeit keine Folge- und Instandhaltungskosten. Im Gegensatz dazu müssen selbst hochwertige Beschichtungssysteme meist bereits nach 15 Jahren ausgebessert werden oder alternativ nach 20 Jahren vollständig erneuert werden.

Nachhaltigkeit der Feuerverzinkung

Die Dauerhaftigkeit der Feuerverzinkung ist auch der Grund für Ihre Nachhaltigkeit. Im Hinblick auf typische Umweltauswirkungen wie Treibhauseffekt, Zerstörung der Ozonschicht, Versauerung von Wasser und Boden oder Ressourcenverbrauch liegen für feuerverzinkten Stahl umfangreiche Untersuchun­gen und Studien vor. Für das Feuerverzinken gibt es Umweltproduktdeklarationen, die objektive Daten und Fakten über die Produktauswirkungen auf Mensch und Umwelt darstellen und belegen, dass feuerverzinkter Stahl auch unter Umweltaspekten ein Werkstoff der ersten Wahl ist. Derzeit gibt es eine europäische Umweltproduktdeklaration (EPD) zum Stückverzinken nach DIN EN ISO 1461. Eine nationale Umweltproduktdeklaration für Feuerverzinkte Baustähle ist seit Oktober 2013 als sogenannte drittgeprüfte Umweltproduktdeklaration (Thirdparty-EPD) verfügbar. Die TU Berlin kam mittels einer vergleichenden Ökobilanz zu dem Ergebnis, dass das Stückverzinken unter anderem in den Bereichen Ressourcen- und Energieverbrauch und bei den CO₂-Emissionen deutlich niedriger liegt als klassische Beschichtungssysteme.

Normen und Ausschreibung

Grundlage für das Stückverzinken ist die DIN EN ISO 1461 „Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)“. Sie regelt unter anderem Anforderungen wie die Dicke des Zinküberzuges und Prüfprozeduren. Eine wichtige Ergänzung zur DIN EN ISO 1461 ist die DIN EN ISO 14713 „Zinküberzüge – Leitfäden und Empfehl­ungen zum Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion“ mit den Teilen 1 und 2, die eine Vielzahl von Detailinformationen wie die zu erwartende Schutzdauer, Einsatzmöglichkeiten, aber auch Konstruktionshinweise zum Feuerverzinken enthält. Die DASt-Richtlinie 022 „Feuerverzinken von tragenden Stahlkonstruktionen“ ist zudem bei der Planung, Konstruktion, Fertigung und Feuerverzinkung von tragenden Stahlkonstruktionen verbindlich anzuwenden.

Ein beispielhafter Ausschreibungstext:

1. Stahlbauteil mit Korrosionsschutz durch Feuerverzinken (Stückverzinken) gemäß DIN EN ISO 1461: 2009-10.

2. Für tragende feuerverzinkte Metall- und Stahlbauteile nach Bauregelliste A, Teil 1, Lfd. Nr. 4.9.15 ist die DASt-Richtlinie 022 “Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen“ zusätzlich anzuwenden.

3. Die gesamte Konstruktion ist feuerverzinkungsgerecht zu konstruieren und zu fertigen.

4. Alle Verbindungsmittel (Schrauben, Muttern usw.) feuerverzinkt gemäß DIN EN ISO 10684: 2004.

Wer nicht nur ausschreibt, sondern die Ausführungs- und Detailplanung bzw. die Fertigungs- und Stahlbauplanung selbst ausführt, muss die Regeln des feuerverzink­ungs­gerechten Konstruierens und Fertigens berücksichtigen. Die Arbeitsblätter des Institut Feuerverzinken unter www.fv.lc geben hierzu wichtige Hilfestellungen. Aktuelle Ausschreibungstexte stehen als Download unter ­
www.feuerverzinken.com zur Verfügung.

Duplex-Systeme

Bei extrem hohen korrosiven Belastungen oder für den Fall, dass eine farbliche Gestaltung gewünscht wird, empfiehlt sich ein Duplex-System, das eine Feuerverzinkung mit einer Farbbeschichtung kombiniert. Die Schutzdauer eines Duplex-Systems ist deutlich länger als die Summe der jeweiligen Einzelschutzdauer aus Verzinkung und Beschichtung. Der Verlängerungsfaktor liegt je nach System zwischen 1,2 und 2,5.

Fazit

Eine Feuerverzinkung schafft einen langlebigen, nachhaltigen und wirtschaftlichen Korrosionsschutz, der die metallische Anmutung des Stahls unterstreicht und im Zeitverlauf eine gewünschte Patina ausbildet.