Beschreibung
P 918 – Nachweis der Gleichwertigkeit neuartiger Korrosionsschutzüberzüge für Stahlschutzplanken
Fahrzeugrückhaltesysteme an Straßen sind fundamentaler Bestandteil der Sicherheit im Straßenverkehr. Dabei ist für die Gewährleistung der dauerhaften Sicherheitsfunktion die Langlebigkeit der Produkte Grundvoraussetzung, gefordert wird eine Lebensdauer von mindestens 25 Jahren. Bei Stahlschutzplanken spielt dabei der Korrosionsschutz eine maßgebliche Rolle. Gemäß den Technischen Lieferbedingungen für Stahlschutzplanken (TL-SP 99) [1] werden diese aus Baustahl profiliert und in einem zweiten Arbeitsschritt durch Feuerverzinken, d.h. Stückverzinken gemäß DIN EN ISO 1461 [2] vor Korrosion geschützt.
Der Einsatz neuartiger Korrosionsschutzüberzüge gemäß DIN EN 10346 [3] (kontinuierlich schmelztauchveredelt bandverzinkt) oder DIN 50997 [4] (dünnschichtstückverzinkt) bietet infolge der hierbei verwendeten Zinklegierung und/oder des Verzinkungsverfahrens eine Reihe unmittelbarer Vorteile:
- Nachhaltigkeitsvorteile (Ressourceneffizienz, Dauerhaftigkeit, etc.),
- wirtschaftliche Vorteile und zudem
- sicherheitsrelevante Vorteile.
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden zum Nachweis der Gleichwertigkeit der folgenden Korrosionsschutzüberzüge für Stahlschutzplanken
- Z 275 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß DIN EN 10346 [11];
- Z 600 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß [11];
- ZA 300 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß [11];
- ZM 140 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß [11];
- ZM 300 / ZM 310 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß [11];
- ZM 430 – kontinuierlich schmelztauchveredelt gemäß [11];
- ZnAl5-dip – dünnschichtverzinkt gemäß DIN 50997 [12]
- Stückverzinkung gemäß DIN EN ISO 1461 [10] (Referenz)
Freibewitterungsversuche im Straßen-Seitenraum an zwei ausgewählten Strecken (BAB45 und BAB61) imitiert und bisher bereits über fünf Jahre ausgewertet. Bei der Auswahl der Streckenabschnitte wurde bewusst darauf geachtet, dass dort vergleichsweise intensiver Streumitteleinsatz zu erwarten ist, auf Grund der damit verbundenen erhöhten Korrosionsbeanspruchung, insbesondere bei der Betrachtung der Pfosten durch den Kontakt mit dem umgebenden Boden-Erdreich.
Die Ergebnisse von magnetinduktiven Schichtdickenmessungen der inzwischen fünfjährigen Freibewitterungsversuche weisen auf keine signifikante Schichtdickenabnahme der unterschiedlichen Korrosionsschutzüberzüge an der Atmosphäre hin.
Vor dem Hintergrund auch in der Literatur bereits beschriebener Erfahrungen kann davon ausgegangen werden, dass auch für einen längeren Zeitraum keine oder kaum eine relevante Abnahme der Zinküberzugsdicken auftritt.
Nach fünfjähriger Freibewitterung ist kein Rotrost an den unverzinkten Schnittkanten (längs) der kontinuierlich als auch stückverzinkten Holme zu identifizieren. Im Vergleich zu diesen Schnittkanten zeigen jedoch sehr vereinzelt die unbeschichteten Stanzlöcher und Quer-Schnittkanten anfängliche Rotrostbildung nach fünf Jahren Freibewitterung. Auch nimmt die Anzahl an Stellen mit lokalen Flugrost-Spots zu.
An den Schnittkanten der Z-bandverzinkten Pfosten (sowohl End-Quer als auch Längskanten) trat jedoch bereits nach einjähriger Freibewitterung deutliche Rotrostbildung auf. Abgeschwächter aber dennoch identifizierbar war dies auch bei den ZM-verzinkten Pfosten der Fall. Der kathodische Schutz ist daher an den Kanten auch beim ZM-Überzug auf Grund der hohen Substratdicke (bis zu 5 mm) nicht vollständig gegeben. Eine Unterrostung ausgehend von den Schnittkanten konnte jedoch nicht festgestellt werden. Eine zusätzliche Rostbildung an Stanzlöchern und somit eine Gefahr der Lochaufweitung wurde nicht detektiert. Obwohl sehr lokal an einzelnen Stellen der Z-Überzüge die Freisetzung des Substratmaterials metallografisch nachgewiesen werden konnte, kam es, abgesehen von den Schnittkanten der bandverzinkten Pfosten, über die gesamte Pfostenlänge an keinem Pfosten zum Durchbruch von flächigem Rotrost, lediglich sehr vereinzelt zu lokalen Flugrost-Spots.
Anders als in der atmosphärischen Umgebung, zeigt der Bereich der Pfosten im Erdreich eine Schichtdickenabnahme, die weiter beobachtet werden sollte. Zur Untersuchung waren hierfür nach ein und nach drei Jahren einzelne Pfosten an der Strecke ausgetauscht worden, um die gezogenen Pfosten im unteren Bereich zu untersuchen. Der hier maximal gravimetrisch gemessene Abtrag nach einem Jahr an der BAB61 betrug für die Z-Überzüge 14,5 µm. Im allgemeinen Vergleich war dieser Wert, vor allem an der BAB45, jedoch deutlich niedriger. Ein Mittel der Abtragsraten der Z-Überzüge nach dem ersten Jahr betrug hier 4,7 µm/Jahr und an der BAB61 7 µm/Jahr. Positiv hervorzuheben sind hier die ZM-Überzüge, die auch im Erdboden in den gravimetrischen Messungen kaum eine Schichtdickenabnahme aufzeigten. Auch die ZA-Überzüge scheinen weniger anfällig gegenüber Erdbodenkorrosion zu sein als die reinen Z-Überzüge. Aufgrund der dünnen Schichtdicke, wird jedoch empfohlen, auch diese weiter zu beobachten.
Neben den umfangreichen Untersuchungen an den in der Freibewitterung ausgelagerten Stahlschutzplanken wurden zusätzlich ergänzende Laboruntersuchungen mittels VDA 233-102 durchgeführt:
Anders als in den Freibewitterungsuntersuchungen tritt bei dem durchgeführten VDA Wechseltest auch an verzinkten Flächen Rotrot auf. Dies ist bereits nach 3 Wochen beim ZnAl5-dip- und ZM140-Überzug deutlich der Fall, während es aber auch bei ZA300 und Z275 lokal zu Rotrost Durchbrüchen kam. Durch eine Verlängerung der Restdauer auf 6 Wochen wurde das Schadensbild verstärkt. Zusätzlich trat die Rotrostbildung an den unversiegelten Kanten der ZM310- und Z600-Überzüge auf.
Nach einem 12-wöchigem Test tritt an allen Proben Rotrost auf. Der makroskopische Vergleich der Schadensbilder mittels metallografischer Aufnahmen nach 12 Wochen attestiert der Stückverzinkung, sowie den Z600-, ZM300- und ZM310-Überzügen ein gleichwertiges Korrosionsverhalten. Rotrost tritt bei diesen später und zudem schwächer auf. Die restlichen Überzüge zeigen einen deutlichen stärkeren Korrosionsangriff. Anders als bei den verzinkten Probenflächen konnte an den Stanzflächen bereits nach nur einem Prüfzyklus Rotrostbildung nachgewiesen werden. Die Korrosion an Stanzflächen führte an keiner der untersuchten Probenkörper zu einer Lochaufweitung.
Aufgrund des starken Schadenbilds bei den durchgeführten Laboruntersuchungen trotz angepassten Klimawechseltests, sollte eine weitere Anpassung der Labortests durchgeführt werden. Vor allem das starke Auftreten von Weißrost, welcher in der Freibewitterung nach fünf Jahren nicht ausgeprägt aufgetreten ist, sollte durch eine verringerte Feuchtigkeitsphase vermindert werden. Auch die Konzentration von NaCl wird weiterhin als zu hoch bewertet. Eine Korrelation der Ergebnisse der Laboruntersuchungen hinsichtlich einer Prognose der Langzeitbeständigkeit in realer Freibewitterung ist mit den untersuchten Substratproben der Stahlschutzplanken nicht möglich.
Zusammenfassend zeigen vor allem die dicker verzinkten ZM300-450 sowohl in den Laboruntersuchungen, als auch in der Freibewitterung (Atmosphäre und Boden) vergleichbare Eigenschaften zu dem Stückverzinkten Referenzmaterial. Auch wenn die kontinuierlichen ZM140-, ZA- sowie die ZnAl5-dip-Überzüge in den Laborversuchen ein früheres Auftreten von Rotrost zeigten, sollte dies auf Grund der fehlenden Vergleichbarkeit mit der Freibewitterung nicht zum Ausschluss dieser führen, da sie zum derzeitigen Zeitpunkt der Freibewitterung besonders im Bereich der Holme kaum eine Schichtdickenabnahme zeigen.
Die Entwicklung der Korrosion im Erdreich sollte jedoch weiter beobachtet werden, bevor eine sichere Empfehlung dieser Überzüge als Einsatzmaterial für Pfosten erfolgen kann.
Der Einsatz von Z275 und Z600 als Überzüge für Pfosten ist besonders im Hinblick auf die beschleunigte Korrosion im Erdboden weniger zu empfehlen.
Autoren:
M. Sc. Ch. Blankart, Univ.-Prof. Dr.-Ing. U. Krupp, Dr.-Ing. G. R. Heßling, Dipl.-Ing. A. Geßler, Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Feldmann
