Korrosionsschutz: Bei der Betrachtung der Ökobilanz von Gebäuden ist zunehmend die Rückbaubarkeit ein Aspekt – auch bei der Wahl der Befestigungsmittel. Wurden Konter-, Dachlatten und Schalungen früher mit magazinierten Nägeln befestigt, so etablieren sich lose oder magazinierte Schrauben als Alternative. Wir beschreiben, welche Befestiger wann zur Anwendung kommen und welche Nutzungsklassen der Dachdecker beachten muss.
Mit dem Regelwerk „Hinweise Holz und Holzwerkstoffe“ hat der ZVDH dem Anwender ein Dokument an die Hand gegeben, welches vereinfacht und praxisbezogen die Anwendung der gültigen Normen ermöglicht. Mit diesem Regelwerk ist eine Auslegung und Ausführung einer Dachdeckung möglich, auch ohne detaillierte Kenntnis der einschlägigen Normendokumente zu haben und ohne komplexe rechnerische Nachweise zu erstellen. Die „Hinweise Holz und Holzwerkstoffe“ gelten für Unterlagen und Unterkonstruktionen aus Nadelholz und Holzwerkstoffen von Dachdeckungen, Dachabdichtungen und Außenwandbekleidungen.
Nach der Umstellung und der Einführung des europäischen Regel- und Normensystems, den sogenannten Eurocodes, wurde 2015 auch das Regelwerk „Hinweise Holz und Holzwerkstoffe“ angepasst. Die seither gültige Bemessungsnorm, der Eurocode 5 (EN 1995-1-1), enthält in Teilen erhöhte Anforderungen gegenüber dem vorherigen Regelwerk. Aber auch die zu dem Eurocode 5 zugehörigen harmonisierten Produktnormen stellen hohe Qualitätsanforderungen an die zu verwendenden Befestigungsmittel.
Erhöhte Anforderungen an Korrosionsschutz
Der ZVDH hat hierfür die Anforderung aus dem Eurocode 5 in sein Regelwerk übernommen. Damit ist der in der EN 1995-1-1 geforderte Korrosionsschutz auch in den „Hinweisen Holz und Holzwerkstoffe“ aufgeführt. Dort ist eine Verzinkung mit einer Stärke von 12 µ vorgeschrieben. Diese Beschichtung ist zusätzlich noch mit einer sogenannten gelben Passivierung/Chromatierung zu versehen, um den Anforderungen des Eurocodes 5 gänzlich zu entsprechen. Erst damit werden Anforderungen an die Nutzungsklasse 2, welche zumeist im Dachbereich vorzufinden sind, erfüllt.
Baubabdichtung reduziert Feuchtegehalt
In der Nutzungsklasse NKL 1 beträgt die Gleichgewichtsfeuchte meist 12 % (entspricht 65 % relative Luftfeuchtigkeit bei
20 C), in NKL 2 beträgt sie maximal 20 % (entspricht 85 % relative Luftfeuchtigkeit bei 20 C). Vernachlässigt wird bei der Betrachtung allerdings, dass in der Bauphase noch häufig, um Kosten und Zeit zu sparen, auf einen wirkungsvollen Feuchtigkeitsschutz verzichtet wird. Der Feuchtegehalt das Holzes steigt dann selbst in der NKL 1 auf 20 % und auf 70 % relative Luftfeuchtigkeit. Anders herum: Wenn Bauteile baulich vor direkter Bewitterung geschützt werden, bestimmt nur noch die Umgebungsfeuchte die Holzfeuchte im Bauteil.
Werden die verwendeten Befestigungsmittel auch im Sichtbereich gesetzt, empfiehlt bzw. schreibt das Regelwerk des ZVDH die Verwendung von nichtrostenden Stahlgüten vor. Das Gleiche gilt bei der Verwendung von chemisch geschützten oder tanninreichen Hölzern oder Holzwerkstoffen. Neben den verschiedenen Eichen sind die europäische Kastanie, die wärmebehandelte Buche, die Blaue Douglasie und die Douglasie besonders säuerehaltig. Diese können die Korrosion stark beschleunigen, sodass die Gefahr des Versagens des Befestigungsmittels besteht.
Die Nutzungsklassen NKL 1 bis NKL 4 (nach pr EN 1995) im Holzbau werden nach den thermohygrometrischen Bedingungen der Umgebung, in dem das Holzelement inte-
griert wird, bemessen. Die atmosphärischen Korrosionskategorien C1 bis C5 beschreiben die durch die Atmosphäre verursachte Korrosion in Abhängigkeit zur relativen Luftfeuchtigkeit, der Luftverschmutzung, dem Chloridgehalt im Innenbereich und im geschützten oder bewitterten Außenbereich. Lange unbeachtet blieb die Korrosion, die durch die Behandlung, die Feuchtigkeit, den pH-Wert und Tannine der Holzart ausgelöst wird.
Tannine vs. Galvanik
Tannine sind ein in Pflanzenextrakten enthaltener Stoff, der zur Familie der Polyphenole gehört. Die Moleküle haben eine antioxidative Eigenschaft. Die Wirkung auf Metall ist allerdings überraschend. Sobald der Korrosionsprozess beginnt, haften die Tannine an der Oberfläche der Schraube und bilden eine Schutzschicht, die den Prozess verlangsamt.
Untersuchungen beim Schraubenspezialisten Rothoblaas mit einer galvanisch verzinkten Vollgewindeschraube (mit 10 µ Beschichtung) haben gezeigt, dass die Wirkung bereits nach zwei Monaten sichtbar wird. Während äußerlich keine Korrosion erkennbar ist, ist im oberflächennahen Bereich die Schraube korrodiert, da die tanninhaltige Schutzschicht durch das eindringende Wasser weggespült wird. In dem tiefer im Holz gelegenen Schaft schützt das Tannin vor Korrosion.
Bei dem Test wurden mit sechs verschiedenen Schrauben und vier verschiedenen Beschichtungen in verschiedenen Nutzungsklassen etwa 350 verschiedene Konstellationen dargestellt. Die Schrauben wurden monatlich überprüft, um die Korrosion und den Einfluss der Parameter zu bestimmen. Das überraschende Ergebnis: Die organisch beschichtete Schraube und die Schraube aus hochkorrosivem Stahl rosten nicht, während galvanisch verzinkte Schrauben stark und Schrauben aus Edelstahl A4 leicht rosten.
Mehrlagige organische Beschichtungen schützen vor Korrosion
Bei hochkorrosiven Atmosphären wie beispielsweise Industrieanlagen oder Schwimmbädern, aber auch bei Befestigungen von Fassaden und Dächern von Gebäuden in der Umgebung von nahegelegenen Industriegebieten, in Ballungsgebieten mit hoher Schadstoffkonzentration oder in Küstennähe galten bislang Schrauben aus Edelstahl A4 als erste Wahl. Diese haben im Vergleich zu galvanisch verzinkten Schrauben allerdings eine deutlich verringerte mechanische Festigkeit und kosten ein Mehrfaches. Der Befestigungsspezialist Rothoblaas hat als erster Hersteller eine Rostschutzbeschichtung entwickelt, die den Anforderungen der C5-Klassifizierung nach ISO 9223 entspricht.
Die mehrlagigen organischen Beschichtungen schützen vor Korrosion. Die äußere Funktionsschicht besteht unter anderem aus einer Epoxidmatrix und Aluminiumpartikeln. Diese schützen vor Feuchtigkeit, mechanischer und thermischer Belastung. Im Inneren der Schraube schützt zudem eine Zinkschicht gegen Korrosion. Dies wurde in einem 3.000 Stunden dauernden Salzsprühtest nach der ISO 9227:2012 getestet.
Nicht nur die Umgebungsbedingungen, die Feuchtigkeit, der pH-Wert und Tannine des Holzes beeinflussen bei Schraubverbindungen in Holz die Korrosion, sondern auch die galvanische Kopplung. Ein einfaches Beispiel: Ein Winkel aus galvanisch verzinktem Stahl wird im Außenbereich mit einer Schraube aus Edelstahl A4 direkt ins Holz geschraubt. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Schraube rostet, ist sehr hoch. Warum? Je unähnlicher die Metalle sind, desto höher ist das Risiko einer Korrosion. Diesem Zusammenhang kann in der Ausführung mit vier verschiedenen Alternativen vorgebeugt werden:
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Ähnliche Materialien oder Materialien mit einer geringen Potenzialdifferenz verwenden: Einen Winkel aus Aluminium mit einer galvanisch verzinkten Schraube befestigen.
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Die galvanische Kopplung mit einer Edelstahl-Beilagescheibe mit Kunststoffdichtung trennen.
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Die Anode oder Kathode mit einem korrossionshemmenden Anstrich beschichten, um eine elektrische Verbindung zu vermeiden.
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Den Winkel mit einem Butyl-Nageldichtband abdichten, damit die Feuchtigkeit nicht eindringen kann.
Schrauben aus Edelstahl haben gegenüber galvanisch verzinkten Schrauben eine geringe mechanische Festigkeit und Torsionssteifigkeit. Dies ist vor allem bei Schrauben mit großem Durchmesser und großer Länge relevant, da beim Einschrauben hohe Kräfte wirken. Neben herkömmlichen Schraubern werden bei der Montage vor allem Impuls- und Schlagschrauber verwendet, die die Schraube besonders beanspruchen. Rothoblaas hat deshalb zusammen mit der Universität Innsbruck überprüft, wie sich dies auf das Einschraubmoment und die Zugfestigkeit auswirkt. Das Ergebnis: Die Verwendung eines Impuls- oder Schlagschraubers verringert gegenüber einem herkömmlichen Schrauber den Einschraubwiderstand nur minimal, auf die Zugfestigkeit der Schraube haben die Impuls- und Schlagschrauber ebenfalls keinen messbaren Einfluss.
