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Beim Ausbau des Terminal 2 am Frankfurter Flughafen wurde eine komplett feuerverzinkte Dachkonstruktion verwandt. 2400 t feuerverzinkter Stahl und 50000 qm Glas ergaben ein optisch reizvolles und ästhetisch anspruchsvolles Dachtragwerk.
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Zink fürs Leben
Texte vom Institut Feuerverzinken GmbH
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Korrosionsschutz unter dem Gesichtspunkt derWirtschaftlichkeit
1. Korrosionsschutz als Investitionsentscheidung
Investitionsentscheidungen sind geprägt durch ihre Langzeitwirkung. Kaum eine Entscheidung
kann derart folgenschwere Auswirkungen haben wie falsch getroffene Investitionsentscheidung.
Deshalb gilt es, unter ganzheitlicher Betrachtungsweise die richtigen Entscheidungen unter
Zuhilfenahme möglichst aller relevanten Einflußfaktoren zu treffen.
Die Kosten für Rohstoffe, Energieträger und Arbeitskräftewurden in den vergangenen Jahren immer höher. Um Ressourcen optimal einzusetzen, die Umwelt zu schonen und eine möglichst hohe Effektivität und Langlebigkeit beim Einsatz von Rohstoffen zu erzielen, drängt sich geradezu die Forderung nach dem Erhalten von Werten und somit auch von Investitionsgütern auf.
Was bei der Wahl der richtigen Investitionsentscheidung gilt, gilt genauso bei der Wahl des richtigen Korrosionsschutzes.
"Korrosionsschutz ist nicht Selbszweck, sondern er dient der Verhütung industrieller Schäden infolge Korrosion."
(Nach Schätzungen aus Fachkreisen verursacht Korrosion jährliche volkswirtschaftliche Schäden in Höhe von ca. 2,5 % des Bruttosozialproduktes. Bezogen auf die Bundesrepublik Deutschland mit einem derzeitigen BSP von knapp 3 Billionen DM entspricht das einer Schadenshöhe von rund 72 Milliarden DM.
Stahl war, ist und bleibt der wichtigste metallische Investitionsgüterwerkstoff.
Korrosionsschutz ermöglicht erst die Langlebigkeit des Stahls. Jeglicher Aufwand muß im Verhältnis zum Nutzen betrachtet werden.
Die Wahl des richtigen Korrosionsschutzes ist aufgrund der auf dem Markt vorzufindenden Angebotsvielfalt, Preisdifferenzierung und unterschiedlichen Nutzungszeiten nicht immer einfach.
Mit Hilfe dieses Beitrags zur Wahl des richtigen Korrosionsschutzes unter wirtschaftlichen Aspekten wird dem Entscheidungsträger neben den vielfältigen technischen, umweltpolitischen und ressourcensparenden Überlegungen eine Entscheidungshilfe aufgrund von deutlich nachvollziehbaren Wirtschaftlichkeitserwägungen gegeben.
Betrachtet man allein die Höhe der Aufwendungen zur Behebung von Korrosionsschäden, so wird sehr schnell deutlich, daß die wirtschaftliche Bedeutung der Wahl des richtigen Korrosionsschutzes von sehr hohem Stellenwert ist.
Und was unter betriebswirtschaflichen Betrachtungsweisen gilt, gilt genauso unter gesamt ökonomischen Gesichtspunkten.
2. Korrosionsschutzsysteme und deren Abgrenzung
Für den Korrosionsschutzim Bereich Stahlbau und Bauwesen verwendet man überwiegend diverse Beschichtungssysteme, das Feuerverzinken und die Kombination von beidem, sogenannte Duplex-Systeme. Die einzelnen Korrosionsschutzsysteme, deren Anwendbarkeit und technische Details, sind in DIN 55928, insbesondereTeil 5,* festgeschrieben. Beschichtung im Sinne dieser Norm ist der Oberbegrifffür eine oder mehrere in sich zusammenhängende, aus Beschichtungsstoffen (Farben, Lacken) hergestellte Schicht(en) auf einem Untergrund. Überzug ist der Sammelbegriff für eine oder mehrere Schichten aus Metallenauf einem Stahluntergrund.
Die auf dem Markt befindlichen Korrosionsschutzsysteme haben ein unterschiedliches Preisgefüge. Um das wirtschaftlichste Korrosionsschutzsystem ermitteln zu können, gilt es nicht nur den Angebotspreis bzw. die Erstkosten zu berücksichtigen. Vielmehr müssen Faktoren wie die Instandhaltungskosten bezogen auf die Objektnutzungsdauer des jeweiligen Einsatzbereiches von Korrosionsschutzsystemen sowie die Verzinsung des eigenen Kapitals einkalkuliert werden.
Auch der jeweilige Standort der Stahlkonstruktion hat größten Einfluß auf die Wahl des dafür geeigneteten Korrosionsschutzsystems.
(So kann die Entscheidung für die Wahl des richtigen Korrosionsschutzes bei trockenen Hallen, klimatisierten Hochregallagern, beheizten Räumlichkeiten, also Objekten mit relativ geringer korrosiver Belastung, gänzlich anders ausfallen als bei Anlagegüter, die hohen korrosiven Einflüssen unterliegen.)
3. Schutzdauer
Bei atmosphärischer Belastung liegt die Erstschutzdauer der gängigen Korrosionsschutzsysteme meistens unter der Objektnutzungsdauer.
Die Objektnutzung kann - je nach Konstruktionsart, Standort und atmosphärischer Belastung - manchmal 40, 60 oder gar 80 Jahre erreichen.
(So stammt über ein Viertel der heute noch nutzbaren Eisenbahnbrücken aus Stahl aus dem letzten Jahrhundert.)
Für hochwertige Beschichtungssysteme (z.B. Strahlen gem. Norm-Reinheitsgrad Sa 2 1/2, 1 Grundbeschichtung 80 µm, jeweils 2 Deckbeschichtungen a 80 µm, daraus resultierende Gesamtschichtdicke vom 240 µm) sind heute bei atmosphärischer Belastung Standzeiten von duchschnittlich 10 bis 15 Jahren zu erwarten.
So geht Landwehr in einer Studie des Bundesbahn-Zentralamtes München unter Berücksichtigung von hochwertigen Beschichtungssystemen bei der kurzperiodischen Instandhaltung eines beschichteten Bauwerks von einer ersten Ausbesserung nach 15 Jahren, einer zweiten Ausbesserung nach weiteren 10 Jahren oder alternativ einer Vollerneuerung nach 20 Jahren aus.
Unter vergleichbaren Rahmenbedingungen ist bei der Feuerverzinkung von Stahlkonstruktionen (mit verfahrensbedingten praxisüblichen Zinkauflagen von deutlich mehr als 100 µm, die üblicherweise höher liegen als die Mindestwerte in der Norm) eine realistische Schutzdauer von 20 bis 25 Jahren und mehr anzusetzen.
Betrachtet man nun die Schutzdauer von Duplex-Systemen (Feuerverzinkung plus Beschichtung), so sind heute Zeiträume von mehr als 35 Jahren durchaus üblich und belegbar.
Tabelle 1: Schutzdauer unterschiedlicher Korrosionsschutzsysteme bei atmosphärischer Belastung
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Korrosionsschutz-
systeme
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Erstschutz
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Instandsetzung
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Schutzdauer
(Jahre)
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Schutzdauer
(Jahre)
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Feuerverzinkung
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20 - 25
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12
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Beschichtungssysteme
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10 - 15
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10
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Duplex-System
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>35
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12
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4. Instandsetzung
Bei atmosphärischer Belastung müssen demzufolge nach Ablauf der Erstschutzdauer Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden. Dies geschieht nahezu ausschließlich durch Beschichten.
Instandsetzungsbeschichtungen haben üblicherweise aufgrund der weniger idealen Baustellenbedingungen eine kürzere Schutzdauer als im Werk aufgetragene Erstschutzsysteme.
Einige Erfahrungswerte vermittelt Tabelle 1.
Sinnvollerweise sollte die Instandsetzung dann erfolgen, wenn der Erstschutz noch in weitgehend funktionsfähigem Zustand ist, damit die Oberflächenvorbereitung nicht zu aufwendig wird, das heißt:
- Bei der Feuerverzinkung: Restschichtdicke mit einem Durchschittswert von ca.30 µm, Reinigung gemäß DIN 55928, 2 Beschichtungen
- bei den Beschichtungssystemen: Reinigen und Vorbereiten entsprechend Norm-Reinheitsgrad PSt 3 (gemäß DIN 55928, Teil 4), 2 Beschichtungen
- Bei Duplex-Systemen: Entfernen loser Beschichtungen, reinigen, 2 Beschichtungen.
5. Materialdicke und Verzinkungskosten
In den meisten Fällen ist bei den Erstschutzmaßnahmen das Feuerverzinken bereits äußerst kostengünstig (vgl. Tabelle 2). Lediglich bei sehr schweren Konstruktionen bieten weniger aufwendige Beschichtungssysteme von Fall zu Fall Kostenvorteile. Daß diese Aussage jedoch keineswegs allgemeingültig ist und fallspezifisch betrachtet werden muß, bleibt ohne Zweifel.
Die Begründung für abnehmende DM/qm-Kosten des Feuerverzinkens bei dünner werdenden Materialien liegt im Verhältnis der Verzinkungskosten zur jeweiligen Materialoberfläche. Normalerweise nimmt der Verzinkungspreis - in DM/t gerechnet - mit geringer werdender Materialdicke zu, weil das dünnere Material aufgrund seiner größeren Oberfläche relativ mehr Zink annimmt. Der Verzinkungspreis in DM/qm verringert sich jedoch bei dünner werdendem Material, weil hier der Lohnkostenanteil nicht mehr so stark zu Buche schlägt. Dieser Umstand kommt dem Trend der Zeit, also der gewichts- und damit auch kostenvermeidenden Leichtbauweise, entgegen.
Der Zusammenhang zwischen der Materialdicke, den Verzinkungskostzen in DM/t und den Verzinkungskosten in DM/qm läßt sich aus Abb.1 ersehen.
Tabelle 2: Erstschutzkosten.
Umrechnung der Verzinkungskosten von DM/t in DM/qm
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Erstschutz bei
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Feuerverzinken
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Beschichten
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qm/t
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DM/t
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DM/qm
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1 Grund-und
2 Deck-
beschichtungen
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Schwere Konstruktionen
Materialdicke>18mm
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10-15
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300-400
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28,00
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27,00 DM
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Mittlere Konstruktionen
Materialdicke µm 14mm
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15-20
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350-450
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20,00-27,00
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33,00 DM
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Leichtere Konstruktionen
Materialdicke µm 10mm
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20-30
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400-550
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15,00-23,00
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39,00 DM
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Leichtbauteile
Materialdicke 6 bis 8 mm
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30-40
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450-550
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14,00-18,00
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45,00 DM
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Sehr leichte Konstruktionen
(z.B. Treppen,Leitern...)
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30-50
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750-1400
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Annahme:
1/3 Stahlkosten
2/3 Beschichtungs-
kosten
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Massenware
(Gitterroste u.ä.)
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100-150
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400-800
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Die angegebenen Kostengrößen können naturgemäß nur Richtwerte sein, da sich je nach Art und Material der Konstruktion, Auftragsumfang und ggf. die im Verzinkungspreis enthaltenen Transportkosten eine ntürliche Bandbreite ergibt.
Vor allem bei Bauteilen mit großen Oberflächen - also relativ dünnwandigem Material (beispielsweise bei Gitterrosten, Treppen, Podesten oder Geländern) - ist das Feuerverzinken in aller Regel das preisgünstigste Korrosionsschutzsystem.
6. Kostenvergleiche/Kostenanteile
Wie lassen sich die unterschiedlichen Kostengrößen innerhalb der einzelnen Materialgruppen begründen?
Bei Beschichtungen sind im Regelfall die Kosten für die Oberflächenvorbereitung und für die (relativ arbeitskostenintensiven) Applikationen preisbestimmend; die Materialkosten für Beschichtungsstoffe sind demgegenüber unterproportional und somit weniger bedeutsam. Aus diesem Grund steigen Beschichtungskosten tendenziell bei dünner werdenden Materialien und stärker gegliederten Konstruktionen überproportional an - ganzim Gegensatz zum Feuerverzinken, bei dem der Lohnkostenanteil, bedingt durch eine weitestgehend automatisierte Fertigung, wesentlich geringer ausfällt.
Außerdem wirken sich Instandsetzungskosten beim (langlebigerem) Korrosionsschutzsystem Feuerverzinken geringer aus, da die Gesamtschutzdauer feuerverzinkter Materialien länger ist als die von Beschichtungen.
(Erste Erfolge bei der Reduktion von umweltbelastenden Emmisionenmachen sich auch bei den jährlichen Abtragungswerten von Zinküberzügen bemerkbar.)
Die Schwankungsbreite der Kosten für Beschichtungssysteme ist größer als beim Feuerverzinken, denn
- es gibt eine Vielzahl von Beschichtungssystemen mit unterschiedlicher Erfordernissen an Aufbau, Untergrundvorbehandlung, Pigmentierung, Bindemittelzusammensetzung u.v.m.
- in der Bundesrepublik Deutschland sind mehrere hundert Lackhersteller mit ihren Erzeugnissen am Markt, so daß die Preisbildung alles andere als homogen vonstatten geht.
- es gibt einige tausend Betriebe , die zu unterschiedlichen Preisen Oberflächenschutzarbeiten duch Auftragen von Beschichtungsstoffen ausführen.
Darüber hinaus kann je nach Aufbau und Dicke des Beschichtungssystems sowie der Güte der Oberflächenvorbereitung und der Art der Beanspruchung die zu erwartende Schutzdauer in breiten Grenzen schwanken.
Das gilt hinsichtlich der Ausgangsdicke des Zinküberzuges und der zu erwartenden Abtragsraten auch für die Feuerverzinkung. Unter der Prämisse, daß die Tabellenwerte variirt
werden, verändern sich natürlich auch die Aussagen bezüglich der Wirtschaftlichkeit. Jedoch mußten zur Ermittlung des wirtschaftlich sinnvollsten Korrosionsschutzsystems praxisübliche Parameter einbezogen werden, um überhaupt einen annähernden Kostenvergleich durchführen zu können.
7. Anwendungsbeispiel
Als Anwendungsbeispiel bestätigt nebenstehende Abb.2 (Stahl-Glas-Konstruktion mit innenliegendem Tragwerk) die getroffenen Aussagen.
In Innenräumen tritt - insbesondere, wenn sie klimatisiert sind - üblicherweise nur eine geringe korrosive Belastung auf. Folglich erreichen unter solchen Bedingungen alle Korrosionsschutzsysteme längere Schutzdauern als in Tab. 1, dargestellt.
In derartigen Fällen genügt oftmals ein Vergleich der Erstschutzkosten als Kriterium für die Wirtschaftlichkeit (siehe Tab. 2), wie nachstehend am Beispiel des Terminal 2 Flughafen Frankfurt beschrieben. Häufig erfolgen Instandsetzungen in Innenräumen nach längeren Standzeiten aus rein ästhetischen Gründen und nicht aufgrund korrosionsschutztechnischer Notwendigkeiten. Hierdurch können sich Preisvorteile für Beschichtungssysteme ergeben, wenn durch Reduzierung der Schichtdicke und/oder der Anzahl der Beschichtungen die Kosten für den Erstschutz (bei Inneräumen) verrringert werden können. Damit greifen dann allerdings andere Kriterien als bei atmosphärischen Belastungen.
8. Erstschutz und Instandsetzungskosten
Was den Instandsetzungsbereich anbelangt, so gibt es zu Beschichtungen keine wirtschaftlich und technisch sinnvolle Alternative.
Das gilt sowohl bei einem Erstschutz durch Feuerverzinken als auch bei einem Erstschutz durch Beschichtungen.
Aufgrund der Synergiewirkung erreichen Instandsetzungsbeschichtungen auf verzinkten Untergründen eine effektiv längere Schutzdauer. Dieses Faktum wurde in Tabelle 1 nur ansatzweise berücksichtigt.
Einen ungefähren Kostenüberblick, der die Ertsschutz- und Instandsetzungskosten als grobe Richtwerte vermittelt, gibt nachstehende Tabelle 3.
Tabelle 3: Erstschutz- und Instandsetzungskosten
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Korrosionsschutzsysteme
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Erstschutz
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Instand-
setzung
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Kosten
(DM/qm)
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Kosten
(DM/qm)
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Feuerverzinkung
(130um)
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schwere Konstruktion
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28
|
32
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mittlere Konstruktion
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22
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40
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leichte Konstruktion
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18
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45
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Beschichtungssystem
(240 µm) 1 Grund- und
2 Deckbeschichtungen
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schwere Konstruktion
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27
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37
|
mittlere Konstruktion
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33
|
46
|
leichte Konstruktion
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39
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55
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Duplex-System (130 µm)
1 Grund-, 1 Deckbeschichtg.
(100 µm + 100 µm)
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schwere Konstruktion
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40
|
32
|
mittlere Konstruktion
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38
|
40
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leichte Konstruktion
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36
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49
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*Kostenwerte: Eigene Angaben. Ermittelt als Praxiswerte, Stand Frühjahr 1994, sowie angelehnt an: Korrosionsschutz neuer Stahlbauten.Wirtschaftlichkeitsberechnung, AGI-Reihe Baupraxis, Köln
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Anhand der praxisnahen Daten kann der Anwender in etwa abschätzen, welche Korrosionsschutzmaßnahmen für den Bedarfsfall am wirtschaftlichsten sind.
Welche Schlüsse lassen sich aus den Tabellenwerten ziehen?
- Instandsezungen sind in aller Regel aufwendiger als der Erstschutz, da ggf. erforderliche Einrüst- und Umweltschutzmaßnahmen zu berücksichtigen sind.
- Zweifelsohne kann man das Duplex-System bei allen Konstuktionsgruppen, vor allem bei langen Objektnutzungsdauern,als das wirtschaftlichste Korrosionsschutzsystem bezeichnen.
- Je nach Objektnutzungsdauer kann die Wahl des wirtschaftlichsten Korrosionsschutzes auf das Duplex-System oder die Feuerverzinkung fallen. Bei einer Objektnutzungsdauer von beispielsweise 20 Jahren genügt die Feuerverzinkung anders als die meisten Beschichtungssysteme unetr wirtschaftlichen Aspekten vollkommen den Erfordernissen an ein Korrosionsschutzsystem.
Die Feuerverzinkung hat gegenüber den bei bestimmten Kostruktionsgruppen auf den ersten Blick vorteilhafter erscheinenden anderen Korrosionsschutzmöglichkeiten den Vorteil, daß auf der Baustelle (abgesehen von eventuellen Ausbesserungen von Montage- oder Transportschäden) keine zusätzlichen Arbeiten erforderlich sind.
9. Zusammenfassung
Abschließend kann als Resümee festgehalten werden, daß immer die Einbeziehung mehrerer Faktoren den Ausschlag für die Wahl des optimalen, gerade unter wirtschaftlichem Blickwinkel zu bevorzugenden Korrosionsschutzsystems geben wird. Diese Einflußfaktoren ergeben sich zusammengefaßt aus:
- der tatsächlichen Schutzdauer eines Überzuges / eines Beschichtungssystems
- den atmosphärischen und anderen Belastungen
- der erwarteten Nutzungsdauer eines Objektes
- den direkten Kosten für den Erstschutz
- den Folgekosten für Instandsetzungsarbeiten, resultierend aus den Zeiträumen der Instandsetzungsintervalle und
- den Risiken, die sich aus Betriebsunterbrechungen, bedingt durch Nachbesserungen ergeben.
Die in diesem Beitrag getroffenen Aussagen über die Wirtschaftlichkeit eines Korrosionsschutzsystems belegen für die Feuerverzinkung, daß dieser Korrosionsschutz bereits bei den meisten Konstruktionsarten im Erstschutz wesentlich kostengünstiger ist als Beschichtungsalternativen.
Unter Einbeziehung des Faktors Zeit (Gesamtnutzungsdauer, Instandsetzungsintervalle, Arbeiten auf der Baustelle) sowie unter dem Gesichtspunkt der Ressourcenschonung wird diese Aussage noch erheblich verstärkt. Bei längerer Objektnutzung gibt es zum Duplex-Verfahren keine ökonomische Alternative. Beide Feststellungen gewinnen noch zunehmend an Bedeutung, wenn man, anhand eines Berechnungsbeispiels Kostenvergleiche durchführt und dazu die Faktoren Kapital und Zeit berücksichtigt, d.h. die dynamische Investitionsrechnung anwendet.
(Einbeziehung von Preissteigerungsraten bei Kosten und Erlösen als Aufzinsung sowie Kapitalabzinsungsraten auf einen vorgegebenen Kalkulationszeitpunkt als Diskontierung der künftigen Ausgaben.)
Dieses geschieht in zusätzlichen Erläuterungen, die von der Beratung Feuerverzinken unter dem Titel "Vergleich dynamischer Wirtschaftlichkeitsberechnungen für das Feuerverzinken und das Beschichten" herausgegeben wurden.
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