Quelltext der Seite Wetterfester Baustahl

[[Datei:Newburgh-Beacon Bridge 2.jpg|mini|Brücke über den [[Hudson River]] aus wetterfestem Baustahl]]
[[File:New River Gorge Bridge by Donnie Nunley.jpg|mini|Die [[New River Gorge Bridge]] im US-Staat [[Virginia]]]]
[[File:NewRiverGorgeBridgeSpansWV.jpg|mini|hochkant|Blick entlang der New River Gorge Bridge]]
Als '''Wetterfester Baustahl''' wird eine Gruppe von [[Baustahl|Baustählen]] bezeichnet, die durch die Zu[[legierung]] geringer Anteile von Chrom, Kupfer, Nickel oder Phosphor eine [[witterung]]sbeständige [[Patina]] bilden.

== Begriffsbestimmung und Einteilung ==
Nach der chemischen Zusammensetzung ähneln die zur Zeit marktüblichen wetterfesten Stähle den Baustählen, weshalb diese in [[Europäische Norm|EN]] 10025-5 „Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustahl“ mit erfasst sind. Die Bezeichnung der wetterfesten Baustähle, die wegen ihrer geringen Verunreinigung mit unerwünschten Elementen wie Schwefel gemäß [[EN 10020]] zu den [[Edelstahl|Edelstählen]] gehören, wird dort analog zu den unlegierten Baustählen vorgenommen. Als letzter Buchstabe wird ein W für wetterfest bzw. WP für phosphorlegierte wetterfeste Stähle angehängt: S235J2W ist folgerichtig ein wetterfester Baustahl mit 235 N/mm² [[Streckgrenze]]. In Deutschland sind allerdings gemäß [[Bauregelliste]] A nur solche Stähle bauaufsichtlich zugelassen, die nicht phosphorlegiert sind. Die phosphorlegierten Stähle sind zwar grundsätzlich auch schweißgeeignet, allerdings müssten bei ihnen besondere Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 2.1.1: Europäische Norm, Seite 6 u.f.</ref>

Eine zwischenzeitliche Normung auf europäischer Ebene erfolgte unter EN 10155 ''Wetterfeste Baustähle - Technische Lieferbedingungen''<ref>{{Literatur |Titel=Stahl und Eisen Gütenormen 2 |TitelErg=Bauwesen, Metallverarbeitung |Sammelwerk=DIN-Taschenbuch |Band=402 |Auflage=3. |Verlag=Beuth |Ort=Berlin |Datum=2002 |ISBN=3-410-15232-6}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Stahl und Eisen Gütenormen 2 |TitelErg=Bauwesen, Metallverarbeitung |Sammelwerk=DIN-Taschenbuch |Band=402 |Auflage=2. |Verlag=Beuth |Ort=Berlin |Datum=1998 |ISBN=3-410-14127-8}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Stahl und Eisen Gütenormen 2 |TitelErg=Bauwesen, Metallverarbeitung |Sammelwerk=DIN-Taschenbuch |Band=402 |Auflage=1. |Verlag=Beuth |Ort=Berlin |Datum=1993 |ISBN=3-410-12831-X}}</ref>
{{Infobox Norm
|Typ = EN
|Nummer = 10155
|Bereich = Werkstoffe
|Titel = Wetterfeste Baustähle - Technische Lieferbedingungen
|Teile =
|Erstveröffentlichung = 1993-08
|Stand = 1993-08
|Berichtigung Titel =
|Berichtigung =
|Zurückziehdatum = 2005-02
|ICS =
|Übernahme von =
|nationale Übernahmen = DIN EN 10155
|ersetzt =EURONORM 155
|Normverweis = EN 10025
}}
Die aufgeführten Werkstoffe sind legierte Edelstähle nach EN 10020.
{| class="wikitable zebra"
|+EN 10155 - Tabelle E.1: Liste der vergleichbaren früheren Bezeichnungen
! colspan="2" |Bezeichnung
! colspan="4" |Vergleichbare frühere Bezeichnung
|-
!Nach EN 10027-1
!Nach EN 10027-2
!in EU 155-80
!in Frankreich
!im Vereinigten Königreich
!in Deutschland
|-
|S235J0W
|align = center |1.8958
|Fe 360 C KI
|E 24 W 3
|align = center | -
|align = center | -
|-
|S235J2W
|align = center |1.8961
|Fe 360 D KI
|E 24 W 4
|align = center | -
|WTSt 37-3
|-
|S355J0WP
|align = center |1.8945
|Fe 510 C 1 KI
|E 36 WA 3
|align = center |WR 50 A
|align = center | -
|-
|S355J2WP
|align = center |1.8946
|Fe 510 D 1 KI
|E 36 WA 4
|align = center | -
|align = center | -
|-
|S355J0W
|align = center |1.8959
|Fe 510 C 2 KI
|E 36 WB 3
|align = center |WR 50 B
|align = center | -
|-
|S355J2G1W
|align = center |1.8963
|Fe 510 D 2 KI
|E 36 WB 4
|align = center |WR 50 C
|WTSt 52-3
|-
|S355J2G2W
|align = center |1.8965
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|-
|S355K2G1W
|align = center |1.8966
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|-
|S355K2G2W
|align = center |1.8967
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|align = center | -
|}
Der Kennbuchstabe P steht für höheren Phosphorgehalt.

== Geschichte ==
Wetterfester Stahl wurde erstmals 1926 von der [[Vereinigte Stahlwerke]] AG in [[Düsseldorf]] patentiert, im Werk [[Dortmund]] produziert und weltweit unter dem Namen Union-Stahl vertrieben. Im und unmittelbar nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die Konstruktion mit diesem Baustahl nicht weiterverfolgt, da die Legierungselemente Kupfer und Chrom wertvoll und nur in unzureichenden Mengen vorhanden waren. In den USA wurde der Werkstoff Anfang der 1960er Jahre neu entdeckt und kam unter der Handelsbezeichnung „COR-TEN-Stahl“ wieder zum Einsatz und von dort aus zurück auf den europäischen Markt.

''Siehe Hauptartikel:'' [[COR-TEN-Stahl]]

Nach anfänglicher Euphorie kam die Verwendung in Europa Anfang der 1980er Jahre zum Stillstand. Bei den ersten Konstruktionen hatte man die Grenzen und konstruktiven Besonderheiten des Werkstoffs nicht ausreichend berücksichtigt. Dies hatte zur Folge, dass erhebliche Korrosionserscheinungen beobachtet wurden, die aus den trockeneren Regionen Nordamerikas so nicht bekannt waren. Notwendige Materialdickenzuschläge zum Ausgleich der Abrostung waren nicht ausreichend berücksichtigt worden. Außerdem hatten sich Zweifel an der [[Dauerfestigkeit]] der wetterfesten Stähle eingestellt, die die Verwendung des Werkstoffs bei tragenden Teilen, vor allem im Stahlbrückenbau, praktisch zum Erliegen brachte. Viele dieser Bedenken haben sich als nicht gerechtfertigt herausgestellt, so dass das Material seit den 1990er Jahren unter Berücksichtigung seiner Besonderheiten wieder verstärkt zum Einsatz kommt.<ref>[http://books.google.com/books?id=bM-4wwFDR-4C&pg=PA166&lpg=PA166&dq=wetterfester+stahl+korrosion+problem&source=bl&ots=h8AoYcA-KJ&sig=LEKTZ-mDo-L3pssJZ_CG2l0pIHs&hl=en&ei=Clo7S-LuCNSd_Aavt7WGDw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CBMQ6AEwAg#v=onepage&q=&f=false Ausführung von Stahlbauten] – Erläuterungen zu DIN 18800-7, Bär, L., Schmidt, H., Schulte, U., Zwätz, R., Beuth-Verlag, ISBN 978-3-410-15919-3</ref>

== Anwendung und Wirtschaftlichkeit ==
[[Datei:Groningen de Boer 03.JPG|mini|hochkant|Kunstobjekt von [[René de Boer]], aufgestellt in Groningen-Niederlande]]
Wetterfeste Baustähle werden in allen Bereichen des Hochbaus, in der Industrie sowie insbesondere auch zum Bau von [[ISO-Container|Seecontainern]] und Stahlbrücken verwendet. Im Hochbau steht heute häufig die Verwendung als Fassadenelemente wie der Außenbekleidung von Gebäuden im Vordergrund. Die rostbraune Patina wird vielfach als [[Ästhetik|ästhetisch]] empfunden und häufig als charakteristisches [[architekt]]onisches Merkmal eines Bauwerks eingesetzt. Auch eine Vielzahl von [[Skulptur]]en werden aus wetterfesten Stählen hergestellt.

Bei Brückenbauwerken, Masten oder Industriebauten wie Behältern steht der wirtschaftliche Aspekt im Vordergrund. Wetterfeste Stähle benötigen keinen oder nur einen partiellen Korrosionsschutz. Wirtschaftlichkeitsanalysen zeigen, dass sich trotz des höheren Materialpreises und der notwendigen Materialdickenzuschläge Kostenvorteile durch den Verzicht auf Korrosionsschutz ergeben. Berücksichtigt man auch eingesparte Folgekosten zur Erneuerung der Beschichtungen, so können sich nach Stand der Technik 2009 Wirtschaftlichkeitsvorteile im zweistelligen Prozentbereich ergeben.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 6: Wirtschaftlichkeit, Seite 31 u.f., Seite 34 Tabelle 8</ref>

== Korrosionsmechanismus ==
=== Bei unlegierten Stählen ===
Unlegierte Stähle bilden innerhalb kurzer Zeit unter Witterungseinfluss [[Rost]]. Chemisch ist Rost das wasserhaltige Oxid des Eisens, welches durch Oxidation mit dem Luftsauerstoff unter Wasserbenetzung entsteht. Der Einfluss von schwefeligen oder anderen Säuren, beispielsweise infolge von Luftverunreinigungen, beschleunigt die Rostbildung.

''Siehe Hauptartikel:'' [[Rost]]

Rost bildet unter Masseerhöhung und erheblicher Volumenzunahme eine lockere Deckschicht, die durch ihre Eigenspannungen von der Oberfläche abplatzt. Die darunter liegende Oberfläche ist der Witterung dann wiederum schutzlos ausgeliefert. [[Stahlbau]]ten müssen deshalb mit einem Außenschutz vor weiterer Korrosion geschützt werden.

=== Bei wetterfesten Baustählen ===
Unter der Mitwirkung von Schwefeloxiden bildet sich unter Bewitterung eine Sperrschicht aus festhaftenden Sulfaten oder Phosphaten. Diese Schicht ist allerdings von Mikrorissen durchzogen. Diese Mikrorisse bleiben [[Elektrochemie|elektrochemisch]] passiv, so lange die Oberfläche immer wieder abtrocknen kann. Bei Dauerfeuchte werden sie jedoch chemisch aktiv und die Fehlstellen vergrößern sich. Deshalb ist der Wechsel von Feuchte und Trockenheit der Bauteile von höchster Bedeutung. Eine dauerhafte Sperrschicht bildet sich nur aus, wenn das Bauteil nicht unter dauerhafter Feuchtebenetzung steht. Auch bei Flächen, die nicht unmittelbar der Bewitterung ausgesetzt sind, bildet sich durch die Luftfeuchte und Kondensation an der Oberfläche eine Passivschicht. Diese ist weniger dicht, jedoch ist die Korrosionsbelastung durch die fehlende Bewitterung auch geringer. Allerdings ist auch hier die Korrosionsbeständigkeit von ausreichender Belüftung abhängig, damit keine dauerhafte Befeuchtung der Oberflächen entstehen kann.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 2.2: Deckschichtbildung, Seite 7 u.f.</ref>

Anders als in den ersten Jahren der Anwendung vermutet, kommt die Abrostung vor allem im relativ feuchten mittel- und nordeuropäischen Klima nicht vollständig zum Stillstand. Abhängig vom Klima und der Schadstoffbelastung der Atmosphäre sowie der konstruktiven Gestaltung von Bauteilen muss mit zum Teil erheblichen Abrostraten gerechnet werden, wobei die Abrostung in den ersten 10 Jahren am stärksten ist. Diese Abrostung muss konstruktiv durch Wanddickenzuschläge berücksichtigt werden. Das Merkblatt MB434 des Stahl-Informations-Zentrum ordnet die Korrosionsbelastung in insgesamt fünf Korrosionskategorien C1 bis CX ein. Hierbei bedeutet die Zuordnung in

* C1, unbedeutend: keine nennenswerten Korrosionsbelastungen, Dickenabnahme unter 1,3 µm im ersten Jahr
* C2, gering: Dickenabnahme zwischen 1,3 und 25 µm im ersten Jahr
* C3, mäßig: Dickenabnahme 25 bis 50 µm im ersten Jahr
* C4, stark: Dickenabnahme 50 bis 80 µm im ersten Jahr
* C5, sehr stark: Dickenabnahme 80 bis 200 µm im ersten Jahr, Verwendung wetterfester Baustähle nicht empfohlen
* CX, extrem: Dickenabnahme 200 bis 700 µm im ersten Jahr, Verwendung wetterfester Baustähle nicht empfohlen

Bei vorwiegend feuchtem Klima wie in Mitteleuropa und unter geringer bis mittlerer Schadstoffbelastung der Luft durch Schwefeloxide und Chloride ergibt sich bei Einstufung in Korrosionskategorie C4 und einer angenommenen Nutzungsdauer von 100 Jahren eine Abrostrate von etwa 1&nbsp;mm pro bewitterter Seite. Der Einsatz dieser Stähle in Meeresnähe wird erst ab einem Mindestabstand von 1&nbsp;km empfohlen, da wegen der Feuchte- und Chloridbelastung eine Einstufung in Klasse C5 notwendig wäre.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 2.4.2: Einstufung Seite 9 u.f.</ref>

== Konstruieren und Fertigen mit wetterfesten Stählen ==
[[Datei:Landgericht Mannheim.jpg|mini|Fassade aus wetterfestem Baustahl am Landgericht Mannheim]]
Grundsätzlich verhalten sich wetterfeste Baustähle bezüglich ihrer Verarbeitungstechnik wie die allgemeinen Baustähle. Die [[Europäische Norm|EN]] 1993 (früher in Deutschland [[DIN-Norm|DIN]] 18800-1) Stahlbauten „Bemessung und Konstruktion“ und EN 1090-2 (früher in Deutschland DIN 18800-7) „Ausführung und Herstellerqualifikation“ gelten uneingeschränkt auch für wetterfeste Baustähle. Bei der statischen Auslegung der Konstruktion sind die Wanddickenzuschläge wegen der Abrostung mit zu berücksichtigen. Speziell bei dünnerwandigen Bauteilen, wie Fassadenelementen, kann dies zu erheblicher Gewichtszunahme des Bauteils führen und Verstärkung der Befestigungselemente notwendig machen.

=== Konstruktive Maßnahmen ===
Das Bauteil ist so zu konstruieren, dass sich keine Wassernester bilden. Hohlprofile sind so zu konstruieren, dass Kondensat und eindringendes Wasser ablaufen können und der Hohlkörper belüftet wird. Alternativ wäre ein vollständiger Luftabschluss herzustellen. Im Wasser stehend, zum Beispiel bei Wasserbauwerken, sind wetterfeste Stähle nicht korrosionsbeständig. Wenn Bauteile partiell im Wasser oder feuchter Umgebung stehen, wie beispielsweise im Erdreich, muss für zusätzlichen Korrosionsschutz an den feuchteberührten Oberflächen gesorgt werden.

=== Schweißen ===
Es wird empfohlen, im unmittelbaren Schweißbereich die Patina zu entfernen, um [[Heißriss]]gefahr durch Kupfer und Chrom an der Oberfläche zu begegnen. Selbstverständlich muss auch das Schweißgut aus wetterfestem Stahl bestehen. Da sich wetterfeste mit nicht wetterfesten Baustählen jedoch problemlos verschweißen lassen, reicht es bei mehrlagigen Schweißungen aus, nur die der Bewitterung zugänglichen Decklagen mit dem teureren witterungsbeständigen Material zu schweißen. Die phosphorlegierten Baustähle sind im bauaufsichtlichen Bereich nicht zugelassen. Sie wären wegen ihrer Versprödungsneigung nur mit zusätzlichen schweißtechnischen Maßnahmen sicher schweißbar.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 3.2.2 Schweißen, Seite 12 u.f.</ref>

=== Schraubstöße ===
Schraubenabstände an Stößen sind klein zu halten.<!-- Es wird empfohlen, die Abstände nicht kleiner als siebenmal Bohrlochdurchmesser bzw. nicht mehr als 14-mal Blechstärke zu wählen. << War hier vielleicht ".. nicht größer als .." gemeint? --> Grund ist die mögliche abhebende Unterrostung der Schraubstöße<!--, da durch Spalte zwischen den Platten der Stöße Luft oder Wasser eindringen könnte << Dies läßt sich ohne zusätzliche Dichtmittel doch wohl gar nicht vermeiden? -->.
Geschweißte Stöße haben diese Nachteile nicht und sind deshalb vorzuziehen. Schrauben aus wetterfestem Stahl sind wenig verbreitet. Es können auch handelsübliche Schrauben aus Baustahl eingesetzt werden, sofern diese mit einem Korrosionsschutz versehen werden. Bei direkter Bewitterung wird empfohlen, verzinkte Schrauben zusätzlich zu beschichten (Duplex-System), um die von unlegierten Baustählen bekannte [[Bimetallkorrosion|Kontaktkorrosion]] zu vermeiden, die zum Abtrag des Zinks führt.<ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 3.2.3 Schrauben und Absatz 3.2.4 Verbindungstechnik, Seite 13 u.f.</ref>

Wetterfeste Baustähle lassen sich mit allen üblichen Verfahren beschichten. Ein Korrosionsschutz der Kontaktstellen wird empfohlen. Bei [[Gleitfeste Verbindung (Stahlbau)|gleitfesten Verbindungen]] ist dieser vorgeschrieben.

=== Konstruktion im architektonischen Hochbau ===
Da der Stahl dauerhaft – besonders jedoch in den ersten Jahren – rostet, ist bei der Konstruktion vorzusehen, dass rostbelastetes Wasser abtropfen kann, ohne dass es zur Verunreinigung darunterliegender Flächen wie lackierter Paneele, Aluminiumprofile oder Glasflächen kommt. Es ist für eine gezielte Abführung des Wassers zu sorgen. Auch im Sockelbereich sollten Ablaufrinnen, Kiesbetten oder ähnliches vorgesehen werden, damit ablaufendes Wasser angrenzende Bodenbeläge nicht verfärbt. Zur Erzeugung eines homogenen Aussehens wird die Entfernung der Verunreinigungen der Oberfläche wie der Walzhaut, etwa durch [[Sandstrahlen]] der Oberfläche empfohlen.<ref>{{Toter Link|url=http://technikseiten.hsr.ch/fileadmin/technikseiten/Bibliotheken/Materialberichte/metall/Wetterstahl.pdf |date=2018-01-01 |text=HSR Hochschule für Technik Rapperswil }}: Abteilung Landschaftsarchitektur, Skripte: Materialbericht – Corten und weitere wetterfeste Baustähle – Annalina Wegelin, Ursina Büchel</ref><ref>[http://www.stahl-online.de//wp-content/uploads/2013/10/MB434_Wetterfester_Baustahl.pdf Stahl-Informations-Zentrum] (PDF; 5,7&nbsp;MB): Merkblatt MB434, Wetterfester Baustahl, Absatz 5: Inspektion und Wartung, Seite 30 u.f.</ref>

== Optik und Arten von Verkleidungen ==
[[Datei:KDB-Fassade.jpg|mini|Fassadenbekleidung aus 3 mm starken [[Cortenstahl]]-Tafeln]]
{{Siehe auch|Vorgehängte hinterlüftete Fassade}}
Architektonische Verkleidungen werden in der Regel als unsichtbar oder sichtbar befestigte Platten oder als gekantete Einhängekassetten ausgebildet. Lokale Faktoren wie Bewitterung und Schadstoffgehalt der Luft beeinflussen die anzunehmende Lebensdauer. Wasserkapillare sind zu vermeiden.

Es bedarf einer mehrfachen Benässung mit anschließender Abtrocknung, bis sich die endgültige Optik der Korrosionschicht herausgebildet hat. Die Ausbildung einer gleichmäßigen [[Patina]] kann durch Behandlung mit (säurefreien) Mitteln stark beschleunigt werden. Es werden mehrschichtige Coating-Systeme angeboten, um die rostige Oberfläche zu versiegeln.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://wecobis.iai.fzk.de/cms/content/site/wecobis/lang/de/Wetterfester_Stahl_GS WECOBIS*]: Forschungsprojekt der Bayerischen Architektenkammer im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung (BMVBS)

[[Kategorie:Baustahl]]