Verzinkter Stahl im Hallen- und Industriebau -
Anwendungen und Dauerhaftigkeit
In Industriehallen, Lagergebäuden und landwirtschaftlichen Bauten erfüllt nach EN 10346 schmelztauchveredeltes Blech zwei Funktionen zugleich: Es ist Konstruktionswerkstoff für kaltgeformte Bauteile und Material der Gebäudehülle. Baustähle von S220GD bis S550GD bieten eine Streckgrenze von 220 bis 550 MPa, und Überzüge von Z100 bis Z600 entsprechen einer Zinkdicke von 7 bis 42 µm je Seite. Die Kombination aus Stahlsorte und Auflage entscheidet, ob das Bauwerk die geplante Nutzungsdauer ohne Instandhaltungsmaßnahmen erreicht.
Die Berechnung der Schutzdauer ist dabei einfacher als meist angenommen. Zwei Zahlen genügen: die Überzugsdicke und ihre Abtragsrate in der jeweiligen Umgebung.
Wo beschichtetes Blech im Bauwerk eingesetzt wird
Die Anwendungen verteilen sich auf mehrere Gruppen mit unterschiedlichen Anforderungen.
Kaltgeformte Tragelemente, also Pfetten und Wandriegel mit C-, Z- oder Sigma-Querschnitt, werden aus Band in Baustahlsorten hergestellt, meist S280GD, S320GD und S350GD. Entscheidend sind hier die Streckgrenze und die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften innerhalb der Partie.
Die Gebäudehülle, also Trapezblech, Wandkassetten und Verkleidungen, entsteht aus Sorten mit geringeren Festigkeitsanforderungen, aber höheren Anforderungen an die Oberfläche, da das Bauteil sichtbar bleibt.
Sandwichelemente nutzen beschichtetes Blech als äußere und innere Deckschicht des Dämmkerns.
Klempnerarbeiten, Entwässerungssysteme und Unterkonstruktionen für Installationen bilden die vierte Gruppe, in der vor allem Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit über die Auswahl entscheiden.
| Stahlsorte nach EN 10346 | Re min [MPa] | Rm min [MPa] | A80 min [%] |
|---|---|---|---|
| S220GD | 220 | 300 | 20 |
| S250GD | 250 | 330 | 19 |
| S280GD | 280 | 360 | 18 |
| S320GD | 320 | 390 | 17 |
| S350GD | 350 | 420 | 16 |
| S390GD | 390 | 460 | 16 |
| S420GD | 420 | 480 | 15 |
| S450GD | 450 | 510 | 10-14 |
Der Zusammenhang ist auf den ersten Blick erkennbar: Die höhere Streckgrenze geht zulasten der Dehnung und damit der Umformbarkeit. Bei Profilen mit komplexem Querschnitt und kleinen Biegeradien ist die festeste Sorte nicht immer die richtige.
Bemessungs- und Ausführungsnormen
| Norm | Anwendungsbereich |
|---|---|
| EN 1993-1-3 | Bemessung kaltgeformter Bauteile und Bleche |
| EN 1090-2 | Ausführung von Stahltragwerken, Ausführungsklassen EXC1-EXC4 |
| EN 1090-4 | Ausführung kaltgeformter dünnwandiger Bauteile sowie von Dach-, Decken- und Wandkonstruktionen |
| EN 508-1 | selbsttragende Dachdeckungs- und Wandbekleidungselemente aus Stahlblech |
| EN 14782 | selbsttragende Metallbleche für Dachdeckungen, Außenwandbekleidungen und Innenwandverkleidungen |
| EN 10346 | technische Lieferbedingungen für kontinuierlich schmelztauchveredelte Erzeugnisse |
Die Abgrenzung zwischen EN 1090-2 und EN 1090-4 führt häufig zu Missverständnissen. Teil 2 behandelt Stahltragwerke allgemein, Teil 4 bezieht sich direkt auf kaltgeformte dünnwandige Bauteile sowie auf Dach-, Decken- und Wandkonstruktionen, also auf das, woraus die Hülle einer Halle und ihre Unterkonstruktion in der Praxis bestehen. EN 14782 wiederum beschränkt den Anwendungsbereich auf nicht tragende Anwendungen, bei denen die ständige Last auf das Eigengewicht des Blechs begrenzt ist.
Schutzdauer des Überzugs: eine Rechnung mit zwei Zahlen
Die Auflage lässt sich nach einem festen Verhältnis in Dicke umrechnen: 275 g/m2, beidseitig zusammen gerechnet, entsprechen etwa 20 µm je Seite.
| Kurzzeichen | Auflage [g/m2] | Dicke je Seite [µm] |
|---|---|---|
| Z100 | 100 | 7 |
| Z140 | 140 | 10 |
| Z200 | 200 | 14 |
| Z275 | 275 | 20 |
| Z350 | 350 | 25 |
| Z450 | 450 | 31 |
| Z600 | 600 | 42 |
Die zweite Zahl ist die Abtragsrate des Zinks in der jeweiligen Umgebung, festgelegt in ISO 9223 für das erste Jahr der Auslagerung.
| Korrosivitätskategorie | Zinkabtrag [µm/Jahr] | Typische Umgebung |
|---|---|---|
| C1 | bis 0,1 | beheizte, saubere Innenräume |
| C2 | 0,1-0,7 | ländliche Gebiete, geringe Verunreinigung |
| C3 | 0,7-2,1 | Stadt- und Industriegebiete mit mäßiger Verunreinigung |
| C4 | 2,1-4,2 | Industriegebiete, mäßige Salzbelastung |
| C5 | 4,2-8,4 | Industriezonen mit hoher Feuchte, Küste |
| CX | 8,4-25 | extreme Umgebungen, Offshore |
Die Überzugsdicke geteilt durch die Abtragsrate ergibt eine überschlägige Schutzdauer. Für Z275, also 20 µm je Seite, ergeben sich in Kategorie C2 mehrere Jahrzehnte, in C3 etwa zehn bis knapp dreißig Jahre, in C4 fünf bis zehn Jahre und in C5 zwei bis fünf. Die Methode ist konservativ, da die tatsächliche Korrosionsrate des Zinks mit der Bildung der Carbonatpatina im Lauf der Zeit abnimmt, sodass die reale Schutzdauer oft länger ist.
Die Schlussfolgerung für ein Bauwerk, das für 25-50 Jahre ohne Instandhaltung ausgelegt ist, ist dennoch eindeutig. In den Kategorien C1 und C2 reicht ein Z275-Überzug mit Reserve. Im oberen Bereich von C3 nähert er sich der Grenze. In C4 und C5, also in Industrie- und Küstenumgebung sowie in Stallgebäuden, ist eine stärkere Lösung nötig: eine höhere Auflage, eine organische Beschichtung auf dem Blech, ein Zink-Magnesium-Überzug oder, für tragende Bauteile, Stückverzinkung.
Bei Zink-Magnesium-Überzügen ist zu beachten, dass eine Untersuchung eines unabhängigen Instituts für ZM250 einen etwa 2,2-mal langsameren Dickenabtrag als für Z275 an küstenfernen Standorten ergab und ZM310 einen Schutz bescheinigte, der nicht schlechter ist als bei Z600. So lässt sich dieselbe Schutzdauer mit fast halb so viel Metall erreichen.
Bandverzinkung und Stückverzinkung
Beide Lösungen werden im selben Bauwerk eingesetzt, jedoch für unterschiedliche Bauteile.
| Merkmal | Beschichtetes Blech nach EN 10346 | Stückverzinkung nach EN ISO 1461 |
|---|---|---|
| Zeitpunkt der Beschichtung | vor dem Schneiden und Umformen, in einer kontinuierlichen Linie | nach der Fertigung des Bauteils |
| Typische Überzugsdicke | 7-42 µm je Seite, je nach Auflage | 45-85 µm im Mittel, je nach Stahldicke |
| Kanten, Bohrungen und Schweißnähte | ohne Werksüberzug an der Bearbeitungsstelle | bedeckt, da die Bearbeitung vor dem Verzinken erfolgt |
| Typische Anwendung | Kaltprofile, Trapezblech, Kassetten, Klempnerteile | Tragkonstruktion, geschweißte Bauteile, Unterkonstruktionen |
Die Anforderungen der EN ISO 1461 steigen mit der Bauteildicke: Für Stahl über 6 mm beträgt die mittlere Mindestdicke 85 µm, für den Bereich 3-6 mm 70 µm, für 1,5-3 mm 55 µm und unter 1,5 mm 45 µm. Der Unterschied zu beschichtetem Blech ist also zweifach oder größer, was sich bei tragenden Bauteilen direkt in der wartungsfreien Nutzungsdauer niederschlägt.
Grenzen der Stückverzinkung sind die Abmessungen des Zinkkessels und die Notwendigkeit, Entlüftungs- und Ablauföffnungen einzuplanen. Die Norm verlangt Öffnungen in ausreichender Zahl und Größe für sicheres Entlüften und Ablaufen des Zinks, und nicht belüftete geschlossene Hohlräume dürfen wegen Explosionsgefahr nicht verzinkt werden. Diese Anforderung betrifft die Geometrie des Bauteils nach dem Schweißen und muss daher bereits in der Planung berücksichtigt werden, nicht erst bei der Beauftragung der Verzinkung.
Schnittkanten, Bohrungen und Verbindungen
Bei kontinuierlich beschichtetem Blech legt jeder Schnitt und jede Bohrung den Stahlkern frei. Zink schützt eine solche Stelle kathodisch, die Reichweite dieses Schutzes hängt jedoch von der Materialdicke ab.
Untersuchungen von GalvInfo zeigen diesen Zusammenhang deutlich: Blech mit 1 mm Dicke zeigte nach sechs Monaten Auslagerung keinen Rost an der Schnittkante, Blech mit 2,3 mm dagegen bereits nach zwei Wochen. Bei Dicken unter 1 mm kann die Schnittkante während der gesamten Nutzungsdauer des Erzeugnisses rostfrei bleiben.
Die praktische Folgerung: In einer Hülle aus dünnem Blech brauchen die Kanten keine besondere Behandlung, bei dickeren Bauteilen sowie an nach dem Verzinken geschweißten und gebohrten Stellen muss der Schutz wiederhergestellt werden, meist mit zinkreicher Farbe.
Schraubverbindungen zwischen verzinkten Bauteilen bergen kein Risiko galvanischer Korrosion, da die Potenzialdifferenz vernachlässigbar ist. Das Risiko entsteht beim Kontakt mit anderen Metallen.
Besondere Umgebungen
Kontakt mit Kupfer und Messing. In feuchter Umgebung beschleunigt er die Zinkkorrosion, schädlich ist sogar ablaufendes Wasser von diesen Metallen. Empfohlen wird eine elektrische Trennung durch nicht leitende Zwischenlagen.
Kontakt mit imprägniertem Holz. Moderne Holzschutzmittel auf Kupferbasis sind deutlich korrosiver als ältere Formulierungen. Als zulässige Lösungen für Verbindungsmittel und Beschläge in Kontakt mit solchem Holz gelten feuerverzinkter oder nichtrostender Stahl.
Kontakt mit Beton. Verzinkter Stahl hält im Beton vor der Depassivierung eine mehrfach höhere Chloridkonzentration aus als Schwarzstahl, und die Korrosionsprodukte des Zinks, weniger voluminös als Eisenoxide, wandern in die Betonmatrix, ohne Abplatzungen der Betondeckung zu verursachen. Hinweis: Aluminium-Zink-Überzüge verhalten sich in dieser Umgebung umgekehrt und sollten nicht mit frischem Beton in Kontakt kommen.
Stallgebäude. Erhöhte Temperatur und hohe Feuchte erschweren die Bildung einer schützenden Patina auf dem Zinküberzug. Üblich ist ein zusätzlicher Schutz des unteren Bauteilbereichs, der Feuchte und Einstreu am stärksten ausgesetzt ist.
Kondensation unter der Dachhaut. Der Mechanismus entspricht dem Lagerbelag: Ohne Luftzirkulation eingeschlossene Feuchte hält die Oberfläche nass. Lüftungsmaßnahmen im Dachaufbau sind hier ebenso wichtig wie die Wahl der Auflage.
Kosten- und Umweltargumente
Der Vorteil der verzinkten Lösung zeigt sich in einer Rechnung über die gesamte Nutzungsdauer, nicht im Vergleich der Materialpreise. Der Schutz muss in typischen Korrosivitätskategorien nicht erneuert werden, und die Kosten eines Zugangs zur Konstruktion im laufenden Betrieb können ein Vielfaches der Kosten des Überzugs selbst betragen.
Ökologisch bleibt Stahl ein Werkstoff mit hoher Rückgewinnungsquote. Die von worldsteel für Baustahlprofile angewandte Ökobilanzmethodik geht von 90 Prozent Materialrückgewinnung am Lebensende aus und berücksichtigt 0,677 Tonnen externen Schrott je Tonne Erzeugnis als Recyclingeinsatz.
Stahlsorte und Auflage für ein konkretes Bauwerk sollten bereits bei der Materialbestellung festgelegt werden, nicht erst nach den ersten Nutzungsjahren.
Verfügbare Stahlsorten, Überzugsarten sowie Formate von Coils, Spaltband und Tafeln zeigt das Stahlblech-Angebot von HEN-STOL, mit eigenen Seiten zu verzinktem Stahlblech, kaltgewalztem Stahlblech und warmgewalztem Stahlblech.
Erfahren Sie, wie wir helfen können
HEN-STOL liefert beschichtetes Blech in den im Bauwesen verwendeten Stahlsorten und Auflagen, als Coils, Spaltband und Tafeln, und unterstützt bei der Abstimmung der Parameter auf die Korrosivitätskategorie und die geplante Nutzungsdauer des Bauwerks. Senden Sie uns die Spezifikation und eine Beschreibung der Anwendung, wir prüfen die Verfügbarkeit und schlagen die günstigste Variante vor.
Häufig gestellte Fragen
Welche Blechsorte wird für Pfetten und Wandriegel verwendet?
Meist Baustahlsorten nach EN 10346: S280GD, S320GD und S350GD mit einer Streckgrenze von 280, 320 bzw. 350 MPa. Die Wahl hängt von den Lasten und der geforderten Umformbarkeit des Querschnitts ab.
Wie viele Jahre hält ein Z275-Überzug?
In Korrosivitätskategorie C2 mehrere Jahrzehnte, in C3 etwa zehn bis knapp dreißig Jahre, in C4 fünf bis zehn. Die Schätzung beruht auf einer Dicke von 20 µm je Seite und den Zinkabtragsraten nach ISO 9223, wobei die tatsächliche Schutzdauer oft länger ist, weil die Korrosionsrate mit der Zeit abnimmt.
Worin unterscheidet sich verzinktes Blech von einem stückverzinkten Bauteil?
Im Zeitpunkt der Beschichtung und in der Überzugsdicke. Beschichtetes Blech erhält den Überzug in einer kontinuierlichen Linie vor dem Schneiden und Umformen, typisch 7-42 µm je Seite. Ein stückverzinktes Bauteil wird nach der Fertigung beschichtet, typisch 45-85 µm im Mittel, einschließlich Kanten und Schweißnähten.
Müssen Schnittkanten geschützt werden?
Bei dünnen Blechen schützt Zink die Kante kathodisch, und bei Dicken unter 1 mm kann sie während der gesamten Nutzungsdauer rostfrei bleiben. Bei dickerem Material sowie an nach dem Verzinken geschweißten und gebohrten Stellen wird empfohlen, den Schutz mit zinkreicher Farbe wiederherzustellen.
Welcher Überzug eignet sich für Bauten an der Küste oder in Industriegebieten?
In den Kategorien C4 und C5 erreicht ein Z275-Überzug keine Schutzdauer von mehreren Jahrzehnten. Eingesetzt werden höhere Auflagen, Zink-Magnesium-Überzüge, organische Beschichtungen auf dem Blech oder die Stückverzinkung tragender Bauteile.
Darf verzinkter Stahl mit Beton in Kontakt kommen?
Ja, und er verhält sich im Beton günstig, da er höhere Chloridkonzentrationen aushält als Schwarzstahl. Die Einschränkung betrifft Aluminium-Zink-Überzüge, die nicht in Kontakt mit frischem, nassem Beton verwendet werden sollten.
Quellen
- EN 10346, Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen - Technische Lieferbedingungen
- EN ISO 1461, Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)
- ISO 9223, Korrosivität von Atmosphären - Klassifizierung, Bestimmung und Abschätzung
- EN 1993-1-3, EN 1090-2 und EN 1090-4, Bemessung und Ausführung von Tragwerken aus kaltgeformten Bauteilen
- The Steel Construction Institute, Bericht RT1999 zu Zink-Magnesium-Überzügen
- GalvInfo Center, GalvInfoNote 3.6, Verhalten von Schnittkanten verzinkter Bleche
- American Galvanizers Association, Unterlagen zum Kontakt mit anderen Metallen, Beton und imprägniertem Holz
- worldsteel, LCA eco-profile, Baustahlprofile