Edelstahlfasern in korrosiven Umgebungen: Schifffahrt, Chemie und Brückendecks

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15. Juni 2019

In einer Chloridumgebung ist der Stückpreis der Fasern nie der Hauptkostenfaktor. Die Frage ist, ob die Verstärkung auch im dreißigsten Jahr noch da ist.

Wo verkupferte Fasern nicht mehr funktionieren

Die Kupferschicht auf plattierter Stahlfaser ist einige Mikrometer dick. Es verlangsamt die Korrosion und verbessert die Bindung mit der zementären Matrix; es bietet keinen langfristigen Schutz. In trockenen Innenräumen, auf normalen Böden und bei milden Außenbedingungen hält es ein Designleben lang. In chloridhaltigen Umgebungen wie Küsten, salzhaltigen Böden, Chemieanlagen und Streusalzstraßen bricht Chlorid den Passivfilm auf, und sobald die Kupferschicht lokal beschädigt ist, beginnt der Stahlkern Löcher zu bilden. Lochfraß ist unsichtbar und tiefgreifend, so dass, wenn Rostflecken auftreten, ein erheblicher Teil bereits verschwunden ist. Aus diesem Grund werden in Schiffsbauwerken und Chemietanks keine verkupferten Fasern verwendet.

Wählen Sie zwischen 304 und 316L

Die gängige Edelstahlsorte ist 304, hat eine Zugfestigkeit von über 2000 MPa und ist bis 650 °C einsetzbar. Sie übertrifft plattierte Fasern im Salzsprühnebel um Längen: Nach 180 Testtagen ist nur ein Festigkeitsverlust von 5,6 % zu verzeichnen, während plattierte Fasern schon lange vorher durchgerostet sind. 316L enthält Molybdän und widersteht Chlorid-Lochfraß bei einem höheren Preis besser. Die Wahl hängt von der Chloridkonzentration und der Temperatur ab: Das umgebende Meerwasser und die Küstenatmosphäre sind mit 304 normalerweise in Ordnung; Hohe Temperaturen und hoher Chloridgehalt, wie in chemischen Reaktoren oder der Rauchgasentschwefelung, erfordern 316L oder Duplex. Eine höhere Wahl ist keine Verschwendung, aber sie kostet; Die Wahl eines niedrigeren Wertes bedeutet, dass es einige Jahre später zu Abplatzungen kommt.

Was ein Verlust von 5,6 % nach 180 Tagen tatsächlich bedeutet

Nur im Vergleich sagt die Zahl etwas aus. Einfache kohlenstoffarme Fasern rosten innerhalb weniger Tage in einer Salzsprühkammer und verlieren innerhalb von mehreren zehn Tagen mehr als die Hälfte ihrer Festigkeit; plattierte Fasern überleben ein oder zwei Monate, bevor die Lochfraßbildung zunimmt; 304 hat nach 180 Tagen immer noch 94,4 % seiner Stärke. In derselben Meeresumgebung halten rostfreie Fasern daher zehnmal länger als plattierte Fasern. Das ist keine geringfügige Verbesserung, es ist der Unterschied zwischen nutzbar und nicht nutzbar, denn Meeresstrukturen sind für fünfzig Jahre ausgelegt und keine Beschichtung übersteht fünfzig Jahre Chlorid.

0,16, 0,22 und 0,75 mm: Drei Durchmesser, drei Einsatzmöglichkeiten

Bei 0,16 und 0,22 mm handelt es sich bei der Faser um Mikrodraht, der in dünnen Wänden, Präzisionsmörteln, UHPC-Elementen und überall dort verwendet wird, wo ein dichtes dreidimensionales Netzwerk benötigt wird. Mit einer Stärke von 0,75 mm handelt es sich um eine Strukturqualität, die in Brückendeckauflagen und als Ersatz für herkömmliche Verstärkungen in Schiffselementen verwendet wird. Mikrodraht liefert viel mehr Fasern pro Kilogramm, sodass er bei gleicher Dosierung ein dichteres Netzwerk bildet und feinere Risse abfängt; Seine Einschränkung liegt in der geringen Kapazität pro Faser, sodass dickere Strukturstäbe nicht ersetzt werden können. Bestimmen Sie zuerst die zu kontrollierende Rissbreite und dann den Durchmesser.

Chemikalien- und Abwassertanks

Korrosion in Chemikalientanks entsteht aus drei Richtungen: saure Medien, Chlorid sowie Nass- und Trockenwechsel. Der Kreislauf wird am meisten unterschätzt, da Beton an der Flüssigkeitslinie wiederholt benetzt und getrocknet wird und viel schneller korrodiert als dauerhaft unter Wasser liegender Beton. Der übliche Ansatz besteht durchgehend aus 304- oder 316L-Faserbeton mit höherer Dosierung oder einem höheren Gehalt lokal an der Flüssigkeitslinie. Die Überdeckungstiefe ist ein weiteres Detail: Edelstahlfasern ersetzen nicht die Überdeckung, und an der Oberfläche freiliegende Fasern werden immer noch zu einer Korrosionsstelle, sodass die angegebene Überdeckung vollständig eingehalten werden muss.

Überlagerungen für das Deck der Sea-Crossing-Brücke

Brückendecküberzüge auf Seeübergängen sind eine hochwertige Anwendung. Die Auflage ist dünn, normalerweise 60 bis 80 mm, trägt Fahrzeugermüdungsbelastungen und sitzt in Meereschlorid, drei Bedingungen gleichzeitig, denen plattierte Fasern nicht standhalten können. In der Praxis werden rostfreier Mikrodraht oder 304-Faser mit 1 bis 2 Volumenprozent verwendet, häufig mit Polymer- oder Epoxidharz-beschichteten Stangen. Im Vorfeld sind die Kosten höher, aber im Vergleich zu einer größeren Reparatur alle fünf Jahre sind die Gesamtkosten niedriger. Aus diesem Grund geben Schiffsausschreibungen häufig rostfreie Fasern vor und lehnen einen plattierten Ersatz ab.

Das Edelstahlkostenkonto: Wann es sich lohnt und wann es Geld verschwendet

Edelstahlfaser kostet sechs- bis zehnmal so viel wie verkupferter kaltgezogener Draht, daher ist es nie die bessere Wahl, sondern die einzige Wahl. Ob es gerechtfertigt ist, hängt davon ab, ob drei Bedingungen gleichzeitig vorliegen: eine geplante Lebensdauer von mehr als 15 Jahren, Chlorid- oder Säureexposition und ein Standort, der nicht repariert werden kann oder dessen Reparatur sehr teuer ist. Wenn Sie jemanden fallen lassen, ist das Geld verschwendet. In der Gezeitenzone einer Offshore-Plattform, in der Beiztankauskleidung einer Chemiefabrik, im Bereich um eine Dehnungsfuge eines Brückendecks und im Belebungsbecken eines Abwasserwerks lohnt es sich eindeutig. Es lohnt sich eindeutig nicht auf einem Innenboden, in einem trockenen Keller oder auf einer Schürze, die nach Belieben geflickt werden kann, wo verkupferter Draht plus Korrosionsinhibitor ausreicht. Bei der Sortenauswahl funktioniert 304 zuverlässig unter 200 ppm Chlorid, 316L enthält Molybdän und hält etwa 1000 ppm und Meerwasser-Eintauch- oder Tausalz erfordert 316L; 446 ist eine ferritische, hitzebeständige Sorte, die bis 1400 Grad Celsius, aber nicht chloridbeständig ist. Setzen Sie sie also nicht an der falschen Stelle ein. Ein Kostenpunkt wird regelmäßig übersehen: Die Dosierung für Edelstahl kann nicht einfach eine Kohlenstoffstahlzahl kopieren, da der Zugbereich unterschiedlich ist und das gleiche Biegezähigkeitsziel möglicherweise einen anderen Volumenanteil erfordert, der in das Angebot gehört. Der Vergleich der Rostfleckenfläche nach 180 Tagen Salzsprühnebel ist die direkteste Vergleichsmethode. Bitten Sie daher Lieferanten um Daten unter identischen Testbedingungen, anstatt die Sortennamen zu vergleichen.

Wenn es sich lohnt, mehr zu bezahlen

Die Entscheidung reduziert sich auf drei Fragen. Gibt es Chlorid in der Umwelt, aus Meerwasser, salzhaltigem Boden oder Tausalz? Ist das Element dünnwandig oder befindet es sich in einer Nass- und Trockenzone? Beträgt die Lebensdauer des Entwurfs mehr als dreißig Jahre? Zwei Ja-Antworten machen rostfrei zur vernünftigen Wahl; eins ja erlaubt einen teilweisen Ansatz, rostfrei an kritischen Stellen und plattiert an anderen Stellen; Drei Nein-Antworten und plattierte Fasern sind völlig ausreichend. Für Qualitäten, Durchmesser und Temperaturwerte sind im Abschnitt „Edelstahl“ der Produktseite zu Stahlfasern die 304- und Mikrodrahtbereiche mit Durchmesser, Länge und Festigkeit aufgeführt, die direkt als Auswahldaten verwendet werden können.