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Bei richtiger Werkstoffauswahl ist die Sicherstellung des Korrosionsschutzes über 100 Jahre kein Problem. Regelungen zur Werkstoffauswahl sind in der DIN EN 1993-1-4:10-2015 enthalten. Korrosionsprobleme an nichtrostenden Stählen im Bauwesen sind überwiegend optische Probleme. Ursachen sind unsachgemäße Verarbeitung, ungeeignete Oberflächenausführung, fehlende Grund- und Unterhaltsreinigung. Kontakt von NIRO zu anderen Baustoffen oder mit anderen Werkstoffen ist im Bauwesen meist unproblematisch. In besonders korrosiven Atmosphären bei der Planung einen Fachmann hinzuziehen.
Bestehen optische Anforderungen sind in maritimer Atmosphäre für nichtrostende Stähle e-polierte und blank geglühte Oberflächenausführungen zu bevorzugen. Bei vollständiger Freibewitterung in maritimer Atmosphäre ohne nennenswerte Luftverunreinigungen ist das Korrosionsrisiko für fortschreitende örtliche Korrosion gering, wenn die Wirksumme mindestens einen Wert von 23 erreicht. Eine zu Beginn der Auslagerung häufig beobachtete geringfügige, oberflächige Lochkorrosion kommt in der Regel nach 1-2 Jahren vollständig zum Stillstand. Konstruktive Spalte, wie z.B. im Bereich von Befestigungsmitteln, die der freien Bewitterung ausgesetzt sind, haben eine geringere Korrosionsneigung als gleiche Spaltanordnungen, die vor direkter Bewitterung geschützt sind. Nichtrostende Duplexwerkstoffe mit Wirksummen ab 25 zeigen in maritimer Atmosphäre ein sehr gutes Korrosionsverhalten. Über einen Beobachtungszeitraum von 5 Jahren konnte im Vergleich zu klassischen Austeniten kein erhöhtes Risiko bzgl. Spaltkorrosion festgestellt werden. Mit Hilfe elektrochemischer Untersuchungen kann das Korrosionsverhalten auch unter atmosphärischen Bedingungen gut eingeschätzt werden. So besteht nur ein sehr geringes Korrosionsrisiko, wenn in einer Prüflösung mit 3 g/l Chlorid mit einem pH-Wert von 4,5 das Lochkorrosionspotential oberhalb von 400 mV (NHE) liegt. Mittels elektrochemischer Messungen kann ein abweichendes Korrosionsverhalten unterschiedlicher Chargen des gleichen Werkstoffes, z.B. durch Verunreinigungen oder Ausscheidungen, zuverlässig ermittelt werden.
Die Feuerwiderstandsdauer von ungeschützten Stahlbauteilen lässt sich durch den Einsatz reaktiver Brandschutzsysteme (RBS) signifikant erhöhen. Durch den profilfolgenden Auftrag der Brandschutzbeschichtung und die hierfür erforderlichen geringen Trockenschichtdicken, welche in der Regel nur wenige Millimeter betragen, können neben den brandschutz¬technischen Anforderungen auch die an die Stahl-konstruktion gestellten gestalterischen Ansprüche erfüllt werden. Kommt es zu einem Brandereignis schäumt das reaktive Brandschutzsystem auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlbauteil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der Festigkeitsverlust infolge Temperatur wird verzögert. Die Anwendung von reaktiven Brandschutzsystemen auf Stahlbauteilen wird im Allgemeinen durch Zulassungen geregelt. In Bezug auf die durch die Zulassung abgedeckte Verwendung von reaktiven Brandschutzsystemen auf zug¬beanspruchten Stahlbauteilen haben sich in den letzten Jahren verschiedene Änderungen ergeben. Der nachfolgende Beitrag gibt hierzu einen aktuellen Überblick und beschreibt die Hintergründe, welche zu den neuen Regelungen geführt haben. Ferner erfolgt in diesem Zusammenhang ein Ausblick auf noch zu untersuchende Fragestellungen, welche bisher noch nicht durch die Regelungen in den Zulassungen abgedeckt werden. Darüber hinaus wird in dem Beitrag die derzeit aktuelle Problematik bezüglich der Alterungsbeständigkeit von reaktiven Brandschutz¬systemen thematisiert.
Stahlbetonbauwerke der Verkehrsinfrastruktur sind nutzungsbedingt Expositionen ausgesetzt, die zu Schä-den an der Konstruktion führen können. Dabei ist in erster Linie die Einwirkung von tausalzhaltigen Wässern im Winter zu nennen, die durch den Beton kapillar und über Diffusionsvorgänge aufgenommen werden. Ein Weg, die kapillare Wasseraufnahme zu unterbinden, ist eine Tiefenhydrophobierung der Werkstoffoberflä-chen durch siliziumorganische Verbindungen. Die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit dieser Tiefenhydro-phobierungen werden im Wesentlichen durch die Eindringtiefe und den Wirkstoffgehalt in der Betonrandzone bestimmt. Diese beiden Parameter gilt es also in der Qualitätssicherung zu überprüfen.
Bisherige Verfahren zur Qualitätssicherung einer hydrophobierenden Maßnahme sind mit einer Bohrkernent-nahme verbunden, da die Analysen im Labor durchgeführt werden müssen. Andere Verfahren arbeiten zwar zerstörungsfrei und können am Objekt durchgeführt werden, liefern aber keine Informationen über die Ein-dringtiefe und die Wirkstoffverteilung. Das Fehlen eines geeigneten Qualitätssicherungs-Verfahrens hat eine breite praktische Anwendung der als technisch sehr leistungsfähig geltenden Tiefenhydrophobierungen bisher verhindert.
Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt mit dem direkt vor Ort das Vorhandensein der Tiefenhydrophobierung nachgewiesen und die Wirkstoffverteilung in der Betonrandzone detektiert werden kann. Da der chemische Kontrast einer Tiefenhydrophobierung zum Beton gering ist mussten „reaktive Marker“ entwickelt werden, die an das eigentliche Hydrophobierungsmittel chemisch gebunden wurden. Mit dem Verfahren der „Laser Induced Breakdown Spetroscopy“ (LIBS) konnte dann die Verteilung des als Marker verwendeten Elementes, und damit der Wirkstoffgehalt in der Betonrand-zone qualitativ und quantitativ bestimmt werden.
Das Vorhaben SILAMARK wurde als Verbundprojekt unter Beteiligung der Sto SE & Co. KGaA, der Bundes-anstalt für Materialforschung und –prüfung, der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft (HsKa), der Aqua Stahl GmbH und der Specht Kalleja + Partner Beratende Ingenieure GmbH realisiert.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen, die stets erfüllt sein müssen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung,die mechanische Bearbeitung,die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von möglichen Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassi-vierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
Zunächst wird für eine gebrauchsbezogene Auswahl von Fahrbahnübergängen im Rahmen der Planung von Brückenbauwerken argumentiert. Auf der Grundlage der Ableitung maßgebender nutzerbezogener Gebrauchsanforderungen wird das grundlegende Leistungspotential belagsähnlicher flexibler Fahrbahnübergangskonstruktionen aufgezeigt. Die der Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit zugrunde liegenden stofflichen und konstruktiven Funktionsprinzipien werden erläutert. Die aktuelle baurechtliche Situation unter Berücksichtigung nationaler und europäischer technischer Regelwerke wird vorgestellt. Es werden auf entsprechend bei der Auswahl, Planung, Anwendung und Zulassung resultierenden Konsequenzen aufmerksam gemacht und Anwendungsregelungen gegeben. Dabei stehen insbesondere die für den Planer, Hersteller, Ausführenden sowie Bauauftraggeber aus den Regelwerken aber auch aus einzelnen technischen Zulassungen abzuleitenden wichtigen technischen und technologischen Informationen und zu berücksichtigenden Randbedingungen sowie Konsequenzen zur Güte- und Qualitätssicherung im Vordergrund.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen, die stets erfüllt sein müssen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung,die mechanische Bearbeitung,die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von möglichen Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassi-vierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
Die Erkenntnisse zu reaktiven Brandschutzsystemen (RBS) werden kontinuierlich erweitert, was sich in der Entwicklung neuer Produkte und der Ausweitung des durch technische Regelungen abgedeckten Anwendungsbereichs äußert. Der hier vorliegende Beitrag konzentriert sich auf die Verwendung von RBS auf Stahlkonstruktionen. In den vergangenen zehn Jahren wurden, abgesichert durch neue Erkenntnisse aus der Forschung, die Anwendung auf Stahlzuggliedern mit offenem Profil präzisiert und im Rahmen allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen (abZ) neu geregelt. Ferner wurde die Grundlage geschaffen, die Anwendung von RBS auf Zuggliedern mit kreisrundem Vollprofil zu bewerten und auf Basis der abZ zu ermöglichen.
Neben einer umfassenden Darstellung der aktuellen nationalen und europäischen Regelungen zu RBS, werden technologische Besonderheiten und deren Einfluss auf den Regelungsinhalt im Beitrag thematisiert.
In der jüngsten Vergangenheit stellt sich mit zunehmender Dringlichkeit die Frage nach der Bewertung der Dauerhaftigkeit von RBS für lange Zeiträume, wobei damit Nutzungsdauern weit jenseits der in den nationalen und europäischen Regelungen bereits etablierten 10 Jahre gemeint sind. In diesem Zusammenhang ist zu klären, wie der Feuerwiderstand von Konstruktionen zu bewerten ist, die bereits über lange Zeiträume mit RBS versehen sind. Nicht zuletzt stellt sich die Frage nach der Dauerhaftigkeit der Systeme selbst und adäquaten Prüfverfahren zu deren Beantwortung. Neue und bereits etablierte Ansätze werden vorgestellt und diskutiert.
Der Beitrag schließt mit einer Darstellung der aktuellen Forschung. Neben den Forschungsaktivitäten zur Dauerhaftigkeit sind hier insbesondere Untersuchungen zur Anwendung und Bewertung von RBS auf Grundlage von Naturbränden und extremen Brandereignissen genannt. Neuste Untersuchungen befassen sich auch mit der Anwendung von RBS auf
komplexen Geometrien wie auch auf anderen Substraten wie Beton, Aluminium und faserverstärkten Kunststoffen sowie hybriden Werkstoffen. Die hybriden Werkstoffe aus der Kombination von Metallen und Verbundwerkstoffen sind derzeit vorwiegend im Behälter-, Fahrzeug- und Flugzeugbau anzutreffen. Auch die bereits vor Jahrzehnten begonnenen Aktivitäten zur Entwicklung rechnerischer Verfahren zur Beurteilung der Wirkungsweise von RBS werden in der aktuellen Forschung fortgeführt und weiterentwickelt.