Eine tragfähige Verbindung

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Welche Werte hast du dir und deinem Betrieb auf die Fahnen geschrieben? Sicherlich sind dir Zuverlässigkeit und Qualität besonders wichtig. Damit du und deine Mitarbeiter fachmännische Arbeit abliefern können, kommt es oftmals auf Details an. Bei der Planung und Ausführung von Holzbauwerken zählen die Befestigungsmittel hier zu einem recht wesentlichen Detail. Denn sind diese nicht gemäß der entsprechenden Nutzungsklasse gewählt, kann die Konstruktion gefährdet sein.

Holz ist auf dem Vormarsch – dem Baustoff wird großes Potential zugesprochen, wenn es darum geht, die Klimaziele zu erreichen und nachhaltiger zu bauen. Er wurde traditionell gerne in der Bauwirtschaft eingesetzt und wird voraussichtlich in der Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen. Wenn du dich bereits in den letzten Jahren viel mit Holzkonstruktionen auseinandergesetzt hast, kannst du eventuell von diesem Trend profitieren. Zugleich sind die Anforderungen an die Konstruktion und die Qualität gestiegen. Das ist Grund genug, sich einmal genauer mit den Details auseinanderzusetzen.

In der Regel werden metallische Befestigungsmittel eingesetzt, um eine Konstruktion zu verbinden. Im Vergleich zu reinen Holzverbindungen lassen sie sich leichter verarbeiten und sind in der serienmäßigen Produktion besser einsetzbar. Man muss jedoch bedenken, dass Metalle empfindlich auf aggressive Umgebungsbedingungen reagieren, die im Holz oder in der Atmosphäre vorherrschen können. Zum Beispiel werden im Holz ab einer gewissen Feuchte Säuren aktiviert, die das metallische Verbindungsmittel mitunter angreifen. Beim Einsatz von Verbindungsmitteln sollten wir uns daher die mögliche Korrosionsbelastung vor Augen führen.

Die Folge der Korrosion sind bei Stahl oftmals schon nach kurzer Zeit sichtbar: Brauner Rost bildet sich. Wenn dieser auf der Oberfläche auftaucht, hat jedoch bereits vorher ein chemischer Prozess begonnen, der das Metall verändert.

Aber was genau ist eigentlich Korrosion?
In der Norm (DIN EN ISO 8044 ) heißt es: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines mechanischen Bauteiles oder eines ganzen Systems führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“ Sehr vereinfacht kann man Korrosion wie folgt beschreiben: Es ist ein chemischer Prozess, der den atomaren Metallverbund „durcheinanderbringt“. Metalle bestehen aus Atomen – diese wiederum aus einem positiv geladenen harten Kern mit einer negativ geladenen Elektronenhülle. Sie befinden sich im Gleichgewicht. Bei vielen Metallatomen im Verbund bewegen sich die Elektronen frei zwischen den positiven Atomkernen – dies wird als Elektronengas bezeichnet. Es hält die Ansammlung der Atomkerne zusammen. Verändert sich das Verhältnis zwischen Kernen und Elektronengas, wird der Zusammenhalt geschwächt – der Korrosionsprozess setzt ein.

Korrosionsarten
Je nachdem, wie dieser Prozess weitergeht, wird zwischen unterschiedlichen Korrosionsarten unterschieden – die Norm definiert über 30. Relevant für Befestigungsmittel sind vor allem:
– Flächenkorrosion (gleichmäßiger Abtrag über die Oberfläche) und Lochkorrosion (punktueller Abtrag z.B. durch Chloridionen auf nichtrostendem Stahl).
– Kontaktkorrosion entsteht, wenn zwei unterschiedliche Metalle mit einander verbunden sind und der edlere Werkstoff im Verhältnis zum unedleren eine größere Oberfläche hat.
– Spannungsrisskorrosion tritt nur auf, wenn die Oberfläche eines gegen diese Korrosionsform empfindlichen Werkstoffes unter Zugspannung steht und wenn gleichzeitig ein aggressives Medium wie Chloridionen einwirkt. Es bilden sich Mikrorisse, die sich weiterausbreiten – und zum Bruch und damit zum plötzlichen Versagen der Konstruktion führen können.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass Korrosion an sich unvermeidbar ist – jedoch der Prozess durch geeignete Schutzmaßnahmen verlangsamt beziehungsweise behindert werden kann.

Strategien zum Korrosionsschutz
Bereits in der Planung kann an vielen Stellen konstruktiv ein Schutz vor Korrosion eingeplant werden – zum Beispiel durch das Vermeiden von Spalten, einer entsprechenden Belüftung etc. Das Verbindungsmittel selbst kann zum Beispiel durch geeigneten Überzug geschützt werden – einen passiven Korrosionsschutz wird aufgebaut, um beispielsweise den Kontakt mit Wasser zu unterbinden. Lacke oder Epoxidharz (organische Überzüge) sind hier als Beispiel zu nennen. Auch Zinn oder Nickel (anorganische Überzüge) eignen sich ebenfalls für eine Deckschicht, die galvanotechnisch oder chemisch erzeugt wird. Die Schutzwirkung wird unter anderem dadurch erzielt, dass sich auf der Deck- eine dichte Oxidschicht bilden. Passiver Korrosionsschutz hat den Nachteil, dass die Anforderung an die Dichtigkeit des Überzugs sehr hoch ist. Ist diese an einer kleinen Stelle undicht, kann die Korrosion darunter besonders stark voranschreiten. In der Regel setzen Hersteller von Verbindungsmittel daher auf einen aktiven kathodischen Korrosionsschutz. Hier wird eine metallische, unedlere Schicht eingesetzt, die als „Opfer“ fungiert – denn sie löst sich mit der Zeit auf und erhält während dieser Zeit möglichst lang die Funktion des Bauteils. Beispielhaft hierfür ist die Verzinkung von Stahl. Die Dicke dieser Legierung ist dabei so zu wählen, dass sie der erwarteten Nutzungsdauer entspricht.

Normen, Normen, Normen
Wir alle möchten Bauwerke errichten, die auch in den kommenden Jahren nutzbar sind. Dies wird auch normativ gefordert. So sind Tragwerke so zu gestalten, dass sie sowohl während der Errichtung als auch während der vorgesehen Nutzungsdauer möglichen Einflüssen und Einwirkungen standhalten. Diese grundlegende Anforderung, welche die DIN EN 1990 (Eurocode 0) genauer erläutert, beträgt für gewöhnliche Gebäude übrigens 50 Jahre. Die DIN 1991 (Eurocode 1) bezieht sich dann auf die Einwirkungen auf Tragwerke. Holzbauwerke und ihre Bemessung sind in der DIN EN 1995 geregelt (Eurocode 5). Sie hat die bis 2012 geltende DIN 1052 abgelöst. In der DIN EN 1995 sind auch Regeln für die Dauerhaftigkeit von Verbindungsmitteln aufgeführt – und es finden sich hier die unterschiedlichen Nutzungsklassen von Holz.

Nutzungsklassen von Holz
Wie feucht wird das Holz im eingebauten Zustand? Das ist an dieser Stelle die zentrale Frage. Mit steigender Holzfeuchte nimmt die Festigkeitseigenschaft ab – wenn die zu erwartende Holzfeuchte hoch ist, muss das Material also stärker dimensioniert werden. Das ist die eine Seite der Nutzungsklasse. Sie hat jedoch auch Auswirkungen auf den Korrosionsschutz des Befestigungsmittels. Denn je nach Nutzungsklasse und verwendetem Verbindungsmittel sind unterschiedliche Schutzmaßnahmen erforderlich.

Folgende Nutzungsklassen gibt es:

Nutzungsklasse 1 umfasst vor allem Anwendungen in geschlossenen und beheizten Räumen. Das Holz ist einer Lufttemperatur von 20 Grad Celsius und einer relative Luftfeuchtigkeit von 65 Prozent ausgesetzt, die nur einige Wochen im Jahr höher sein darf. Der daraus resultierende Feuchtegehalt in Nadelholz ist ≤ 12%.
Nutzungsklasse 2 bezieht sich auf Holzbauteile von überdachten, offenen Bauwerken. Eine Temperatur von 20 Grad Celsius und eine relative Luftfeuchte, die nur einige Wochen im Jahr 85 Prozent übersteigt, sind hier maßgeblich. Der daraus resultierende Feuchtegehalt in Nadelholz ist ≤ 20%.
– Alle Holzbauteile, die der Witterung direkt ausgesetzt sind, sind der Nutzungsklasse 3 zuzuordnen. Auch überdachte Bauteile, bei denen eine Tauwasserbildung wahrscheinlich ist oder die dem Regen ausgesetzt sind, müssen in diese Nutzungsklasse eingestuft werden. Der daraus resultierende Feuchtegehalt in Nadelholz ist > 20%.

Grundsätzlich musst du dir also darüber Gedanken machen, wo sich das Holzbauteil befindet und welchen Witterungseinflüssen es damit ausgesetzt ist, um es in die entsprechende Nutzungsklasse einzustufen. Vereinfacht wäre das beim Haus: Im Haus ist es warm und trocken (Nutzungsklasse 1), unter dem unausgebauten Dach ist es deutlich kühler, aber dennoch trocken (Nutzungsklasse 2) – und die Terrasse oder die Fassade sind der Witterung ausgesetzt (Nutzungsklasse 3).

Zurück zum Korrosionsschutz
Damit eine Konstruktion dauerhaft ist, müssen metallische Verbindungsmittel und andere tragende Verbinden entweder von Natur aus korrosionsbeständig sein oder gegen Korrosion geschützt werden. Neben dieser Aussage enthält die Norm zudem Beispiele für einen Mindestkorrosionsschutz oder Baustoffanforderungen für die verschiedenen Nutzungsklassen:

Fe beschreibt den Grundwerkstoff, Zn die Zinklegierung und 12c die Dicke der Legierung (12 µm). In der Nutzungsklasse 3 sind somit höhere Anforderungen an die Schichtdicke der Legierung gestellt. Bei besonders korrosiven Bedingungen sollten dickere Feuerverzinkungen oder nichtrostender Stahl in Betracht gezogen werden. Wenn du also ein Bauvorhaben an der Küste Mecklenburg-Vorpommerns hast oder Bauelemente für ein Schwimmbad fertigst, solltest du Befestigungsmittel wählen, die diesen Anforderungen entsprechen. Holzarten und -imprägnierungen sind ebenfalls Faktoren, die du berücksichtigen solltest. Denn die Inhaltsstoffe können mit den verschiedenen Überzügen reagieren. Für Lärchenholz oder Eiche sind Verbindungsmittel aus Edelstahl empfehlenswert.

Blanke Nägel solltest du also nur für Innenanwendungen in trockenen, beheizten Bauwerken nutzen. Auch galvanisierte Nägel mit einer Zinkschichtdicke bis 7 µm sind ausschließlich für den Innenbereich vorgesehen.

Solltest du dir bezüglich der Nutzungsklasse unsicher sein, solltest du lieber von einer höheren Nutzungsklasse ausgehen und Verbindungsmittel mit einer höheren Schutzwirkung wählen. Denn um die Beständigkeit des Bauwerks während der gesamten Nutzungsdauer sicherzustellen, muss das Befestigungsmittel vor Korrosion geschützt sein. Es geht also darum, Baufehler zu vermeiden – damit du ganz im Sinne von Zuverlässigkeit und Qualität ein einwandfreies Bauwerk erstellst.

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