Für die galvanische Korrosion von Aluminium müssen drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein: zwei verschiedene Metalle, eine elektrische Verbindung zwischen ihnen und ein Elektrolyt, der beide verbindet. Entfernt man auch nur eine dieser Bedingungen, kommt der Prozess vollständig zum Erliegen. Das ist im Grunde schon alles, und deshalb handelt es sich hierbei eher um ein Konstruktionsproblem als um ein Materialproblem.
Das ist auch der Grund, warum galvanische Korrosion der schnellste Korrosionsmechanismus ist, dem ein Bauwerk ausgesetzt sein kann. Bei Lochfraß dauert es Jahre, bis sich nennenswerte Schäden zeigen. Ein ungünstiges galvanisches Elementpaar in Salzwasser kann ein Befestigungselement bereits innerhalb einer einzigen Saison zerstören.
Welche Kontakte verursachen tatsächlich Probleme?
Metalle sind in einer Rangfolge angeordnet, und je weiter zwei von ihnen in dieser Rangfolge voneinander entfernt sind, desto stärker ist die treibende Kraft zwischen ihnen. Aluminium befindet sich am aktiven Ende dieser Rangfolge, was bedeutet, dass es fast immer das Metall ist, das verbraucht wird.
| Im Kontakt mit | Auswirkungen auf Aluminium |
|---|---|
| Kupfer und Messing | Schwer |
| Kohlenstoff oder Graphit | Schwer |
| Edelstahl | Bedeutend |
| Kohlenstoffstahl | Mäßig |
| Verzinkter Stahl | Schützt, solange das Zink hält |
| Zink | Schutz |
Kupfer ist das Material, das als absolut anzusehen ist. Nicht nur führt direkter Kontakt zu einer raschen Korrosion, sondern auch Wasser, das von einer Kupferoberfläche auf Aluminium abfließt, transportiert gelöste Kupferionen, die sich abscheiden und Tausende winziger Korrosionsstellen auf einer Oberfläche bilden, die nie mit etwas in Berührung gekommen ist. Daher sind die Abflusswege ebenso wichtig wie der physische Kontakt.
Verzinkter Stahl verhält sich genau umgekehrt, und es lohnt sich, dies genau zu verstehen. Zink ist reaktiver als Aluminium, daher opfert es sich selbst und schützt den Stahl. Dieser Schutz hält genau so lange an, wie das Zink vorhanden ist, und wenn die Beschichtung aufgebraucht ist, wird der darunterliegende Stahl zur Kathode, und das Verhältnis kehrt sich um.
Das Flächenverhältnis bestimmt, wie schnell dies geschieht
Der wichtigste Aspekt in diesem Zusammenhang ist, dass die Korrosionsrate vom Verhältnis der Kathodenfläche zur Anodenfläche abhängt. Eine große Edelmetalloberfläche, die auf eine kleine aktive Oberfläche einwirkt, konzentriert den gesamten Strom auf diesen kleinen Bereich, der dadurch schnell verschwindet. Eine kleine Edelmetalloberfläche gegenüber einer großen aktiven Oberfläche verteilt denselben Strom dünn, sodass der Effekt vernachlässigbar sein kann.
In der Praxis ergibt sich daraus eine Regel für die Auswahl von Befestigungselementen. Eine Edelstahlschraube, die durch eine Aluminiumplatte hindurchgeführt wird, stellt eine kleine Kathode gegenüber einer großen Anode dar und ist in der Regel einsetzbar. Eine Aluminiumschraube, die durch eine Edelstahlplatte hindurchgeführt wird, bildet dasselbe Paar, jedoch mit vertauschten Flächen, und versagt. Die Metalle sind in beiden Fällen identisch; lediglich die Geometrie hat sich geändert.
Beschichten Sie das andere Metall, nicht das Aluminium.
Der Instinkt sagt einem, man solle das Metall, das man schützen will, lackieren. Bei einem galvanischen Paar ist dies jedoch genau falsch, und es lohnt sich, zu wissen, warum. Eine Beschichtung auf dem Aluminium wird irgendwann ein Nadelloch entwickeln, und an diesem Nadelloch liegt eine sehr kleine aktive Fläche der gesamten edlen Oberfläche gegenüber – das ist das schlechteste mögliche Verhältnis. Die Folge ist eine tiefe, schnelle Durchkorrosion anstelle eines langsamen, allgemeinen Verlusts.
Durch das Beschichten des Edelmetalls wird hingegen die Kathodenfläche verringert, wodurch sich der Betriebsstrom verringert. Ein winziges Loch in dieser Beschichtung legt eine winzige Kathode gegenüber einer großen Anode frei, was die harmlose Richtung darstellt. Wenn nur eine Oberfläche behandelt werden kann, sollte man die edlere behandeln, und wenn beide behandelt werden können, sollte man beide behandeln.
Nichtmetalle, die sich wie Metalle verhalten
Drei gängige Baumaterialien verursachen Probleme, die wie galvanische Korrosion aussehen und teilweise auch solche sind.
Beton. Frischer Beton ist stark alkalisch, und Aluminium wird direkt durch Alkalien angegriffen, ganz unabhängig von etwaigen galvanischen Effekten. Eingebettete Bewehrung sorgt als Kathode für einen zweiten Korrosionsmechanismus. In Beton eingegossenes oder direkt auf Beton aufliegendes Aluminium benötigt eine Barriere, und diese Anforderung gilt für Einbettmörtel und Injektionsmörtel ebenso wie für den Bau-Beton.
Behandeltes Holz. Moderne Holzschutzbehandlungen basieren größtenteils auf Kupfer, und die Kupferverbindungen im Holz können bei Feuchtigkeit mit Aluminium reagieren. Terrassendielen, Tragbalken und Füllstücke aus holzschutzbehandeltem Holz müssen daher von Aluminiumkomponenten getrennt werden – ein Detail, das selbst bei ansonsten sorgfältig durchgeführten Projekten oft übersehen wird.
Kohlefaserverbundwerkstoffe. Kohlenstoff ist gegenüber Aluminium stark kathodisch, und eine Verbundplatte, die in einer feuchten Umgebung direkt an einem Aluminiumrahmen verschraubt ist, verhält sich wie eine Graphitelektrode. Eine Isolierung ist nicht nur empfehlenswert, sondern zwingend erforderlich.
Wie Isolation tatsächlich aussieht
Die Unterbrechung des Strompfads ist die zuverlässigste Methode. Isolierhülsen in den Bolzenlöchern und Isolierscheiben unter den Köpfen und Muttern verhindern, dass das Befestigungselement das Aluminium berührt, und eine Dichtung oder Isolierband hält die Kontaktflächen voneinander fern. Die Ausführung muss lückenlos sein: Ein einziger Metall-Metall-Kontakt an irgendeiner Stelle der Verbindung stellt den Stromkreis wieder her, und die übrigen Isolierungsmaßnahmen sind dann wirkungslos.
Die Unterbrechung des Elektrolytwegs ist der zweite Ansatz und oft einfacher. Abfließendes Wasser hinterlässt keine Brücke, daher sind Entwässerung, Tropfkanten und die Vermeidung von horizontalen Flächen, auf denen sich Wasser sammelt, wirklich wirksam. Das Abdichten einer Fuge, damit kein Wasser eindringen kann, ist ebenso sinnvoll, vorausgesetzt, die Abdichtung ist durchgehend, denn eine nur teilweise abgedichtete Fuge schließt Feuchtigkeit ein, anstatt sie abzuleiten, und schafft so einen Spalt.
Ist beides nicht möglich, lenken Opferanoden den Korrosionsangriff auf ein Bauteil um, das dafür vorgesehen ist, verschlissen zu werden. Sie sind ein Wartungsartikel mit einem festgelegten Austauschintervall und sollten im Betriebs- und Wartungshandbuch aufgeführt werden, anstatt einfach eingebaut und dann vergessen zu werden.
Was muss in der Leistungsbeschreibung enthalten sein?
Geben Sie das Material des Befestigungselements an und schreiben Sie vor, dass das Flächenverhältnis günstig sein muss. Verlangen Sie an jeder Schnittstelle zwischen Aluminium und einem anderen Metall eine Isolierungsmaßnahme, die in einer Zeichnung dargestellt und nicht nur beschrieben wird. Legen Sie fest, dass Aluminium ohne eine Trennschicht nicht direkt auf Beton oder mit Holzschutzmitteln behandeltem Holz aufliegen darf. Verlangen Sie an jeder horizontalen Schnittstelle eine Entwässerung. Wenn Anoden verwendet werden, verlangen Sie, dass deren Positionen und Austauschintervalle dokumentiert werden.
Fünf Anforderungen, die zusammen den Mechanismus ausschalten, der in kürzester Zeit den größten Schaden anrichtet. Sie gelten auch für nachträglich eingebaute Armaturen, weshalb sie sowohl in der Betriebsanleitung als auch in der Ausschreibung enthalten sein müssen.
Bevor die Details ausgearbeitet werden
Galvanische Korrosion ist keine Eigenschaft von Aluminium, mit der man sich einfach abfinden muss. Sie ist die Folge des gleichzeitigen Vorliegens dreier Bedingungen, von denen jede einzelne in der Konstruktionszeichnung festgelegt ist. Konstruktionen, bei denen sie auftritt, sind fast nie aufgrund der Konstruktionsabsicht davon betroffen; vielmehr liegt es daran, dass vor Ort ein Bauteil mit einem Befestigungselement angebracht wurde, das gerade zur Hand war.
Die Anschlussdetails für jede von uns gelieferte Konstruktion werden gezeichnet und nicht dem Monteur überlassen, und die Zertifizierungs- und Konstruktionsunterlagen im Besitz von DR VERSLAS umfasst die Isolationsmaßnahmen, damit diese überprüft und reproduziert werden können, falls später etwas hinzugefügt wird.