Ein sorgfältig konstruierter Aluminium-Ponton im Salzwasser ist eine Anlage, die mehrere Jahrzehnte hält, und was ihm letztendlich zum Verhängnis wird, ist so gut wie nie der langsame, gleichmäßige Verfall, den man sich vorstellt, wenn man an Korrosion denkt. Konstruktionen dieser Art versagen lokal, an einer Handvoll vorhersehbarer Stellen, und jede dieser Stellen wird anhand einer Zeichnung festgelegt und nicht durch das Meer bestimmt.
Das ist die hilfreiche Antwort für einen Kunden, der Angebote vergleicht. Die Frage, wie lange das Metall hält, liefert nur eine Marketingzahl. Die Frage, wie die Befestigungselemente isoliert sind und wohin das Wasser abfließt, liefert hingegen eine Antwort, die tatsächlich Aufschluss über die Lebensdauer gibt.
Warum Aluminium im Meer überhaupt überdauert
Aluminium ist ein reaktives Metall, das sich selbst schützt. An der Luft bildet es eine dünne, fest gebundene Oxidschicht, und diese Schicht bildet sich fast augenblicklich wieder, sobald sie zerkratzt wird. In einer marinen Umgebung bildet diese Passivschicht die Barriere zwischen dem Metall und dem Wasser, und ihr Verhalten – und nicht die Materialeigenschaften der Legierung – erklärt zum Großteil die Vorgänge, die sich über dreißig Jahre hinweg abspielen.
Der Film unterliegt bestimmten Bedingungen. Er benötigt Sauerstoff, um sich zu regenerieren, ist in einem breiten, aber nicht unbegrenzten Bereich der Wasserchemie stabil und kann lokal durch Chloride zersetzt werden. Bei jeder der unten aufgeführten häufigen Versagensarten handelt es sich um einen Fall, bei dem der Film in einem kleinen Bereich daran gehindert wird, seine Funktion zu erfüllen, während der Rest der Struktur unbeeinträchtigt weiterarbeitet.
Welche Legierungen gehören ins Wasser?
Aluminium für den Bauzweck ist kein einheitlicher Werkstoff, und die Marinegüten bilden eine eigene Familie. Die mit Magnesium legierte 5xxx-Serie ist die traditionelle Wahl für Bleche, die mit Meerwasser in Kontakt kommen: 5083 enthält etwa 4,5 Prozent Magnesium und bietet die höchste Festigkeit unter den nicht wärmebehandelbaren Marinegüten, während 5086 in einem ähnlichen Bereich liegt. Beide behalten ihre Festigkeit auch nach dem Schweißen gut bei, was wichtig ist, da ein Schwimmer ein geschweißter, druckdichter Raum ist.
Die mit Magnesium und Silizium legierte 6xxx-Serie ist wärmebehandelbar und lässt sich gut strangpressen, was sie zur naheliegenden Wahl für Rahmen, Träger und Deckprofile macht. Ein typischer Ponton ist daher eine Mischkonstruktion: 5xxx-Bleche an Stellen, an denen das Metall der Nässe ausgesetzt ist, und 6xxx-Strangpressprofile an tragenden Stellen. Eine Spezifikation, die eine einzige Legierung für die gesamte Einheit nennt, wurde in der Regel aus einem Katalog übernommen.
Was läuft eigentlich schief?
Vier Mechanismen sind für fast alles verantwortlich, und sie sind alle lokaler Natur.
Lochfraß. Chloride durchbrechen den Oxidfilm an vereinzelten Stellen und greifen das Metall weiter an, während die umgebende Oberfläche glänzend bleibt. Lochfraß ist optisch auffällig und schreitet strukturell langsam voran, ist jedoch der Mechanismus, der letztendlich zu einer Perforation der Schwimmwand führt. Bei gemeldeten Expositionsversuchen mit 5083 wurden die tiefsten Lochfraßstellen eher in der atmosphärischen Zone als im Gezeitenbereich festgestellt, was der Intuition der meisten Menschen widerspricht und ein guter Grund ist, die Teile oberhalb der Wasserlinie nicht als die „einfachen“ zu betrachten.
Spaltkorrosion. Überall dort, wo zwei Oberflächen dicht aneinanderliegen, aber nicht abgedichtet sind, dringt Wasser ein, Sauerstoff wird nicht nachgeführt, und der Film kann sich nicht neu bilden. Überlappungsfugen, Unterlegscheiben, die Unterseite von verschraubten Verbindungsstücken und der Spalt hinter einer Klampe sind die klassischen Stellen. Dies ist eher ein Konstruktionsfehler als ein Materialfehler und der Punkt auf der Liste, der am leichtesten zu vermeiden ist.
Galvanischer Kontakt. Verbindet man Aluminium in einem Elektrolyten direkt mit Edelstahl oder verzinkten Bauteilen, wird das Aluminium zum Opfermetall. Dies geschieht an Beschlägen, Befestigungselementen, Scharnieren und der Landanlegestelle, und der Prozess verläuft schnell genug, um bereits innerhalb einer einzigen Saison spürbare Auswirkungen zu haben, wenn die Kontaktfläche ungünstig ist.
Erosion. Der Widerstand in ruhigem Wasser ist sehr gering und nimmt mit steigender Fließgeschwindigkeit ab. An den meisten Anlegestellen spielt dies keine Rolle; im Sog eines Propellers oder in einem schnell fließenden Gewässer ist dies jedoch anders, und es lohnt sich, den Planer darauf hinzuweisen, anstatt davon auszugehen, dass der allgemeine Fall zutrifft.
Die Details, die über die Antwort entscheiden
Trennen Sie unterschiedliche Metalle an allen Stellen, an denen ein Befestigungselement durch die Konstruktion verläuft, durch nichtleitende Buchsen und Unterlegscheiben voneinander und wählen Sie die Materialien für Befestigungselemente bewusst aus, anstatt einfach auf das zurückzugreifen, was gerade vorrätig ist. Vermeiden Sie Spalten durch durchgehendes statt unterbrochenes Schweißen und durch Abdichten von Fugen, die sich nicht beseitigen lassen. Stellen Sie sicher, dass jede Oberfläche abfließen kann, da stehendes Wasser die Bedingungen schafft, unter denen alle vier oben genannten Mechanismen am besten wirken, und in einem Bauteil eingeschlossenes, stehendes Süßwasser für Aluminium eine größere Belastung darstellt als das außerhalb fließende Meerwasser.
Wo eine Isolierung tatsächlich unmöglich ist, übernehmen Opferanoden diese Aufgabe; sie sind ein Verbrauchsmaterial, das im Wartungsplan berücksichtigt werden muss, und kein Bauteil, das man einmal einbaut und dann vergisst. Diese Entscheidungen gehören in die Konstruktionsprüfung, zusammen mit die Freibord- und Auftriebswerte, anhand derer die Größe der Schwimmer bestimmt wird, da sie zum selben Zeitpunkt und anhand derselben Ziehungsergebnisse ermittelt werden.
Was Wartung eigentlich beinhaltet
Sehr wenig – und genau darum geht es –, aber nicht gar nichts. Durch das Waschen mit Süßwasser werden die Chloridablagerungen entfernt, die oberhalb der Wasserlinie zu Lochfraß führen. Bei einer jährlichen Begehung werden Befestigungen, Isolierungsdetails und der Anodenverschleiß überprüft, und eine in größeren Abständen durchgeführte Überprüfung der Schwimmer durch einen Taucher oder mittels Hebevorrichtung bestätigt, dass nichts beschädigt wurde. Der Arbeitsaufwand lässt sich eher in Stunden als in Tagen bemessen, und genau darin liegt der Unterschied zwischen einem Bauwerk, das seine geplante Lebensdauer erreicht, und einem, bei dem die Schwimmer bereits im fünfzehnten Jahr ausgetauscht werden müssen.
All dies gilt nicht speziell für Aluminium. Es lohnt sich vielmehr, einen Vergleich anzustellen, wie viel ein entsprechendes Programm bei einer Stahlkonstruktion im selben Gewässer kostet, bei der nicht das Metall, sondern das Beschichtungssystem den Intervall bestimmt und die Neulackierung letztendlich die Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer dominiert.
Was in der Ausschreibung verlangt werden soll
Erkundigen Sie sich nach der Legierung und der Härte jedes einzelnen Hauptbauteils und nicht nur nach einer einzigen Güteklasse für die gesamte Konstruktion. Fragen Sie, welches Material für die Befestigungselemente verwendet wird und wie die Isolierung an jeder Schnittstelle zwischen Aluminium und anderen Metallen gewährleistet wird. Fragen Sie, ob Anoden eingebaut sind, wo diese sich befinden und in welchen Abständen ein Austausch voraussichtlich erforderlich ist. Bitten Sie darum, dass die Entwässerungsanordnung im Gesamtplan dargestellt wird.
Diese vier Fragen nehmen einen Absatz in Anspruch und unterscheiden zwischen Anbietern, die für Salzwasser gebaut haben, und solchen, die lediglich ein Deck errichtet haben. Sie lassen sich zudem bereits in der Ausschreibungsphase beantworten, was bedeutet, dass der Vergleich vor der Auftragsvergabe und nicht erst bei der ersten Besichtigung erfolgt.
Bevor die Konstruktion bestellt wird
Die Lebensdauer in Meerwasser ist ein Ergebnis der Konstruktion, keine Eigenschaft, die auf der Materialliste steht. Das Metall hat eine Lebensdauer von dreißig Jahren und mehr; ob es diese auch erreicht, hängt davon ab, ob die Konstruktionszeichnungen für eine ausreichende Wasserzirkulation gesorgt haben, unterschiedliche Metalle voneinander getrennt haben und keine Stellen hinterlassen haben, an denen sich Chloride ablagern können.
Unser schwimmende Konstruktionen aus Aluminium werden unter Berücksichtigung dieser vier Mechanismen detailliert beschrieben und zusammen mit einem Wartungsplan bereitgestellt, in dem die Prüfungen und ihre Intervalle aufgeführt sind, sodass der Kunde weiß, wovon die Lebensdauer ausgeht, anstatt nur eine Zahl genannt zu bekommen.