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Metallarten im Bauwesen: Der große Material-Überblick

Eisen und Stahl, Leichtmetalle, Edel- und Buntmetalle. Die unterschiedlichsten Metallarten finden Verwendung im Bauwesen. Immer abhängig von ihren Eigenschaften und Stärken. Wir haben den Materialcheck.

Als Metalle bezeichnet man alle chemischen Elemente, die eine kristalline Struktur mit metallischer Bindung aufweisen. Metalle zeichnen sich stets durch eine hohe Dichte und Festigkeit sowie eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aus. Zumeist sind sie formbar und besitzen eine glänzende Oberfläche, einige Metalle sind magnetisch. Eine Besonderheit von Metallen ist ihre plastische Verformung unter hohen Belastungen - sie "fließen". Bei ihrem Einsatz im Bauwesen ist aus diesem Grund nicht ihre Bruchlast, sondern die einer Streckgrenze äquvivalente Spannung maßgeblich. Metalle werden unterteilt

  • nach ihrer Dichte: in Leichtmetalle (Dichte bis 4,5 g/cm3 z. B. Aluminium, Beryllium, Magnesium, Titan, Zirkon) und Schwermetalle wie z.B. Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Blei (Pb), Nickel (Ni), Wolfram (W),
  • nach ihrer chemischen Beständigkeit: in Edelmetalle und unedle Metalle, sowie
  • in Eisen und Nichteisenmetalle (=Buntmetalle)

Kein Bauvorhaben ohne Eisen & Stahl

Ohne Eisenwerkstoffe geht in der Bauindustrie wenig. Neben dem Eisen an sich ist es vor allem seine veredelte Version, der Stahl, mit dem viele Bauprojekte, vor allem im Industriebereich, realisiert werden. Denken Sie nur an Profile und Stützen, Bewehrungen aber auch Dacheindeckungen oder Fassadenverkleidungen.

Eisen hat eine Dichte von 7,86 g/cm3, einen Schmelzpunkt bei 1536°C und seinen Siedepunkt bei ca. 3070°C. Es kommt in Erzen als Oxid und Carbonat, wie z. B. Magneteisenstein, Roteisenstein etc. vor.

Reines Eisen ist als Baustoff jedoch zu weich. Erst durch Legieren wird das Metall hart genug. Dafür wird das Eisen mit Elementen wie Kohlenstoff, Schwefel oder Silicium oder mit anderen Metallen (Aluminium, Chrom, Nickel, Wolfram, Mangan) versetzt. Eisenlegierungen mit einem Anteil von mehr als 2,06 % Kohlenstoff nennt man Gusseisen. Legierungen mit weniger als diesen 2,06 % Kohlenstoff nennt man Stahl. Je nach ihrem Gehalt an weiteren Legierungselementen unterscheidet man unlegierten und legierten Stahl. Durch Veränderung der Zusammensetzung und durch Beigabe von Elementen werden die Eigenschaften des Materials weiter verbessert: so steigert eine weitere Zugabe von Kohlenstoff oder Chrom die Härte, Chrom oder Nickel die Korrosionsbeständigkeit, usw.

  • Legierung mit Kohlenstoff macht Eisen fester, druckbeständiger und spröder (Gusseisen bzw. Stahl)
  • Legierung mit Mangan/Wolfram macht Eisen härter
  • Legierung mit Chrom, Alu, Kupfer macht Eisen rostbeständiger
  • Legierung mit Nickel macht Eisen wärmebeständiger
  • Legierung mit Silicium macht Eisen säurebeständig und elastischer

 

Edelstahl hat hohen Reinheitsgrad

Edelstähle sind hochwertige Stahlmischungen, die einen hohen Reinheitsgrad besitzen und ob ihrer gleichmäßigen Eigenschaften für die Wärmebehandlung bestimmt sind. Man unterscheidet Edelstahl nach seinen Eigenschaften (z. B. chemisch beständige, hitzebeständige, hochwarmfeste, schweißgeeignete Stähle, Stähle mit besonderen physikalischen oder magnetischen Eigenschaften…) und nach ihrer Verwendung, wie z. B. Bau-, Maschinenbau-, Werkzeug-, Schnellarbeits-, Wälzlagerstähle etc.

Aluminium ist aufgrund seiner vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten in Form, Farbe und Struktur sehr beliebt udnd wird für Fassaden, Dächer aber auch die verschiedensten Profile im Metallbau eingesetzt. © Bildwerk/adobe-stock.com

Buntmetalle zum rostfreien Bauen

Zu den sogenannten Nichteisenmetallen zählen Silber, Gold, Magnesium oder auch Titan. Diese sind für die Bauindustrie aber nicht so interessant wie Aluminium, Zink, Kupfer und Blei, die weniger anfällig für Rost sind als die Eisenmetalle. Schauen wir uns die wichtigsten Vertreter ein bisschen genauer an.

Aluminium ist das wohl bekannteste Leichtmetall, das aufgrund seiner energievernichtenden Gewinnung aber immer wieder (wohl zurecht) in Verruf gerät. Neben Eisen und Stahl ist Aluminium das am meisten eingesetzte Baumetall, verwendet vor allem für Fensterrahmen, Türen, Rollläden, Dacheindeckung und Fassaden. Seine Vorteile: geringes Gewicht, gut verformbar in kalten und warmem Zustand, einfache Verarbeitung durch löten, schweißen, kleben oder nieten.

Ebenfalls sehr häufig eingesetzt ist das Kupfer mit seinen Legierungen Messing (Kupfer-Zink-Legierung ggf. mit Blei und anderen Zusätzen), Tombak (Messing mit über 67 % Kupfer), Bronze (Kupfer und Zinn) und Rotguss (Kupfer, Zink und Zinn). Bekannt sind Kupferdächer und Kupferrohre.

Zink kann – zum Beispiel im Vergleich zu Aluminium – recht günstig hergestellt werden. Er lässt sich einfach verarbeiten und ist dank seiner Oxid-Oberfläche gut gegen Rost geschützt. In der Bauindustrie ist Zink das Korrosionsschutzmittel schlechthin und wird etwa zur Beschichtung von Stahl eingesetzt. Außerdem wird Zink – jedoch zumeist als Legierung (Titanzink) und nicht in reinem Zustand - für Dachdeckungen, Rinnen, Fallrohre oder zur Fassadenverkleidung verwendet.

Ein weiterer wichtiger Vertreter der Nichteisenmetalle ist das korrosionsbeständige und sehr weiche Blei. Das Metall lässt sich sehr einfach schneiden und verformen, auch in kaltem Zustand, was es besonders interessant macht für kleinflächige Anwendungen im Außenbereich. Jahrhundertelang war Blei ein wichtiger, oft eingesetzter Baustoff, doch inzwischen ist bekannt, dass es giftig ist und Mensch wie Natur schädigen kann. Blei wird heute schrittweise durch andere Metalle ersetzt, sein Einsatz zum Beispiel für Rohre ist mittlerweile auch verboten.

Oberflächenveredelung von Metallen

Zum Schutz gegen Korrosion werden die Oberflächen mittels spezieller Verfahren veredelt. Dazu gehört das Verzinnen, wo durch ein spezielles Schmelztauchverfahren oder durch elektrolytische Abscheidung von Zinn eine Auflage bis 40 µm Dicke erzeugt wird (Weißblech).

Beim Feuerverzinken wird im Tauchverfahren bei Temperaturen zwischen 440° und 465°C ein Zinküberzug von ca. 3,0 mm, bei Sonderverfahren auch bis 15 mm auf die Stahloberfläche aufgebracht. Dabei muss die Zinkschicht gut haftend und deckend sein, ohne Blasen und ohne Poren aufgebracht werden. Sie erscheint an der Oberfläche grau glänzend, matt oder zinkblumig. Weitere Methoden der Oberflächenveredelung:

  • Spritzverzinken eignet sich primär für Ausbesserungsarbeiten auf der Baustelle
  • Anodisierung (Eloxierung ist Oxidieren von Aluminium-Oberflächen) von Aluminium gemäss ÖNORM C 2531
  • Sonderbeschichtungen wie z.B. Brandschutzbeschichtung etc.
  • Sonstige Oberflächenbehandlungen wie z. B. Kunststoffbeschichten, Pulverbeschichten, Emaillieren, Verchromen, Verkupfern und andere galvanische Verfahren

Um der Oberfläche Farbe zu geben, werden die Teile üblicherweise einbrennlackiert, pulverbeschichtet oder speziell farbbeschichtet. Sämtliche RAL-Farben sind dabei möglich, die Oberfläche kann von stumpfmatt bis glänzend aussehen und ihre Oberfläche kann glatt, mit Feinhammerschlag oder auch mit „Orangenhaut“ strukturiert sein.

 

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Datum: 03.06.2020
Kompetenz: Metallbau und Tore