Werkstoffe und Nachhaltigkeit

Technischer Fortschritt und wachsendes Umweltbewusstsein

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Werkstoffe und Nachhaltigkeit

Zu den wichtigsten Metallen für den Einsatz an der Gebäudehülle zählen Aluminium, Kupfer, verschiedene Stähle sowie Titanzink. Ob natürliche oder patinierte Metalloberflächen, ob Farbbeschichtungen oder Walzprägungen – Planer und Bauherren können hiermit ihre Gestaltungsideen frei entfalten. Auch kombiniert mit anderen Baustoffen wie Holz, Beton, Glas oder Mauerwerk werden spannende

Effekte in der Architektur erzielt. Aber nicht nur im Neubau, auch (und besonders) im Bestand lassen sich unter Einsatz von Metallwerkstoffen ambitionierte, energieeffiziente Sanierungskonzepte realisieren. Dabei haben alle Metalle eines gemeinsam: sie bieten Bauwerken für viele Jahrzehnte sichersten Wetterschutz und dies bei geringsten Betriebskosten. Der Einsatz von Metall an Dach und Fassade ist wirtschaftlich und rechnet sich!

Aluminium für Dach und Fassade zeichnet sich durch die problemlose Verarbeitbarkeit, ein geringes spezifisches Gewicht, eine günstige mechanische Festigkeit sowie die chemische Beständigkeit aus. Weitere relevante Eigenschaften für die Planung sind das hohe Reflexionsvermögen von Wärme und Licht sowie die Unbrennbarkeit und Funkenfreiheit. Für die architektonische Gestaltung von Dach und Fassade werden unterschiedliche Oberflächenvarianten eingesetzt. Hierbei unterscheidet man natürliche und industriell veredelte Oberflächen. Auf der natürlichen, zunächst walzblanken Aluminiumoberfläche bildet im Laufe der Zeit eine beständige Oxidschicht. Bei besonderen optischen Anforderungen werden oftmals walzgeprägte (dessinierte) Aluminiumbleche eingesetzt, da sie eine verminderte Blendwirkung bei Sonneneinstrahlung und eine gleichmäßige Oxidschichtbildung aufweisen. Bei aggressiver Stadt- und Industrieatmosphäre sowie in Küstennähe eignet sich bandbeschichtetes Aluminium oder Aluminium mit metallischen Überzügen in unterschiedlichen Tönungen. Aluminium-Farbbeschichtungen für Dach und Fassade basieren auf hochwertigen Polyvinyldifluorid-Beschichtungssystemen (PVDF), die im Zweischichtverfahren (Coil-Coating) auf der Sichtseite erzeugt werden. Dabei wird die Rückseite meist mit einem zusätzlichen Schutzlack versehen. Die Coil-Coating-Technologie liefert farbgetreue und gleichmäßige Oberflächen und trägt entscheidend zur Optimierung des Korrosionsschutzes von Metallwerkstoffen bei.

Physikalische Eigenschaften

Dichte: 2,7 kg/dm³
Schmelzpunkt: ca. 570 °C
Ausdehnungskoeffizient: Lt bei 100 K Temperaturänderung = 2,4 mm/m

Der Werkstoff Kupfer für Gebäudehüllen ist allgemein bekannt für seine hohe Lebensdauer, da er gegen atmosphärische Einflüsse von außen und dem Gebäudeinneren eine besondere Korrosionsbeständigkeit aufweist. Der Metallwerkstoff lässt sich bei der Ausführung auch schwieriger Details problemlos verarbeiten. Für die gute Schweiß- und Lötbarkeit kommt im Bauwesen sauerstofffreies und phosphordesoxidiertes Kupfer zum Einsatz. Auf für den traditionellen Werkstoff stehen zur Gestaltung von Dach und Fassade verschiedene Oberflächen zur Verfügung. Das natürliche metallblanke Kupferblech bildet an trockener Luft bereits innerhalb weniger Stunden eine Oxidschicht. Wesentlich für die Oxidationsgeschwindigkeit sind die Häufigkeit und die Einwirkungsdauer von Feuchte auf der Oberfläche: je flacher die Dachneigung umso schneller die Oxidationsgeschwindigkeit. Die Bildung weiterer Oxidschichten lässt allmählich eine gleichmäßige matte Braun- bis Anthrazitfärbung entstehen. Nach etwa 8-15 Jahren verändert sich die Deckschicht farblich weiter bis hin zum kupfertypischen Patinagrün, einer zuverlässigen Korrosionsschutzschicht. Die Gestaltungsmöglichkeiten von Gebäuden in der modernen Architektur und im Denkmalschutz werden durch werkseitig vorpatiniertes Kupferblech entscheidend erweitert. Dies ist besonders interessant bei Komplett- oder Teilsanierungen von Dacheindeckungen und Bekleidungen historischer Gebäude. Weitere verfügbare Oberflächenvarianten für Anwendungen in der Architektur sind verzinnte Kupferbleche sowie verschiedene Kupferlegierungen mit einem interessanten Farbenspektrum.

Physikalische Eigenschaften

Dichte: 8,93 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1.083 °C
Ausdehnungskoeffizient: Lt bei 100 K Temperaturänderung = 1,7 mm/m

Zink zählt zu den traditionellen Metallwerkstoffen für Dachdeckungen, Verwahrungen und Fassadenbekleidungen. Dabei sorgt die Zulegierung von Titan für die sehr gute handwerkliche Verarbeitbarkeit und Standfestigkeit. Durch die natürliche Bewitterung ändert sich die zunächst silbrig glänzende Oberfläche des Titanzinks in eine matte, graublaue Patina. Die Bildung dieser wasserunlöslichen Schutzschicht verläuft je nach Standort, Bauteilart und Witterung unterschiedlich schnell. Um vom Tag des Einbaus an eine optisch gleichmäßig erscheinende Dach- oder Fassadenfläche zu erhalten, bietet die Herstellerindustrie werkseitig vorbewitterte Titanzinkbleche an. Sie weisen matte Oberflächen auf, die Lichtreflexionen minimieren und typische Wellenbildungen optisch weitgehend ausgleichen. Bei diesem Verfahren handelt es sich nicht um eine Farbbeschichtung, sodass die weitere natürliche Schutzschichtbildung in der Freibewitterung ungehindert stattfinden kann. Titanzinkbänder können heute in unterschiedlichen Grautönen, bis fast Schwarz hergestellt werden; besondere Patinierungstechniken ermöglichen Planern und Architekten, farbiger Akzente in roten, blauen oder grünen Abstufungen für Dach- und Fassadenprojekte mit Titanzink zu realisieren. Die Textur der Vorbewitterung bleibt dabei sichtbar und das Zink behält seinen natürlichen Oberflächencharakter. Wer eine einheitliche Oberfläche wünscht, kann auf Titanzink mit PVDF-Bandbeschichtungen zurückgreifen. Anders als Patinierungen bleiben diese Farbtöne dauerhaft beständig.

Physikalische Eigenschaften

Dichte: 7,2 kg/dm3
Schmelzpunkt: 418 °C
Ausdehnungskoeffizient: Lt bei 100 K Temperaturänderung = 2,2 mm/m

Edelstahl Rostfrei ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl verschiedener Stahlsorten, die mindestens 10,5 % Chrom enthalten. Eine nur wenige Moleküllagen dicke chromreiche Oxidschicht sorgt für die hohe Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes. Die Schicht bildet sich auch bei Beschädigungen unter dem Einfluss Sauerstoff aus der Luft oder Niederschlagswasser spontan immer wieder neu. Höhere Chromgehalte und weitere Legierungsbestandteile wie Nickel und Molybdän verbessern die Korrosionsbeständigkeit und beeinflussen zudem die mechanischen Eigenschaften positiv. Die im Dachbereich verwendeten Stahlsorten zeichnen sich durch Weichheit und geringe Ausdehnung aus; sie lassen sich sehr gut falzen, kanten und runden. Bei erhöhten Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit bei aggressiven Luftverhältnissen in Industriegebieten und in Meeresnähe sowie bei hohen mechanischen Belastungen finden sogenannte austenitische Chrom-Nickel-

Molybdän-Stähle ihre Einsatzgebiete. Diese Stähle haben gute Umformeigenschaften, sie sind schweißbar und eignen sich für die Ausführung wasserdichter Abdichtungen beispielsweise an Flach-/Gründächern. Nichtrostende Stähle sind alterungsbeständig, hygienisch, UV-beständig, verrottungsfest und bruchsicher. Die chemische Beständigkeit besteht sowohl gegenüber Einflüssen von Baumaterialien wie Zement, Kalkmörtel, Beton oder Bitumen sowie Holzimprägnierungsmitteln und schwefelsaurer Rückstände. Für die Gestaltung von Dach und Fassade mit Edelstahl können verschiedene Oberflächen eingesetzt werden. Hierzu zählen beispielsweise die Oberflächen walzblank, verzinnt (bildet eine matte Patina), mechanisch behandelte Oberflächen die das Licht diffus reflektieren sowie in Spezialverfahren gefärbte Edelstahlbleche.

Physikalische Eigenschaften

Dichte: 7,7 bis 7,9 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1.380 bis 1.790 °C
Ausdehnungskoeffizient: Lt bei 100 K Temperaturänderung = 1,06 bis 1,6 mm/m
Nicht rostende Chrom-/Nickelstähle werden von den Herstellern mit Kurznamen und
Werkstoffnummern gekennzeichnet, beispielsweise die Stahlsorte 1.4401, Kurzname X5 CrNiMo17-12- 2 (Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl)

Die Produktpalette an Bauelemente aus Stahl für Dächer und Fassaden sind vielfältig, ebenso deren Einsatz. Sie reichen Rinnenhaltern und Sturmsicherungsblechen angefangen über Trapezprofile und Kassetten bis hin zu Sandwichelementen. Die guten Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften machen Stahl zu einem wichtigen Konstruktionswerkstoff, allerdings hat er die Eigenschaft, im ungeschützten Zustand zu korrodieren. Deshalb erhalten Bauelemente aus Stahl Überzüge aus Zink oder Zink-Aluminium sowie Schutz- und Farbbeschichtungen. Diese metallischen Überzüge werden in unterschiedlichen Verfahren aufgebracht und stellen wegen der guten Korrosionsschutzeigenschaften eine Barriere gegen eine flächenhafte Korrosion dar. In der Baupraxis werden vorwiegend verzinktes Stahlblech, Zink-Aluminiumlegiertes Stahlblech und die Kombination von metallischen Überzügen und organischer Beschichtung (z.B. PVDF) verwendet.

Für handwerkliche Metalldächer und Metallfassaden in Klempnertechnik kommt auch falzfähiges Stahlblech zur Anwendung. Die im Markt angebotenen Bleche und Bänder bestehen i.d.R. aus einer Weichstahllegierung mit beidseitiger Verzinkung; sie sind auf der Vorderseite mit Grund- und Deckfarbe, auf der Rückseite mit Rückseitenfarbe beschichtet. Die Deckfarbe kann Polymereinstreuungen enthalten, die für eine kratzfeste Oberfläche sorgen. Da die Stahllegierung praktisch nicht nachfedert, ist eine handwerkliche Blechbearbeitung mit klempnertypischen Maschinen und Handwerkszeugen problemlos möglich. Planern und Bauherren stehen zur Gestaltung ihrer Dächer und Fassaden vielfältige Farben und individuelle Verbindungstechniken für die Bauelemente aus Falzstahl zur Verfügung.

Physikalische Eigenschaften

Dichte: 7,4 bis 7,8 kg/dm3
Schmelzpunkt: 1.300 bis 1.400 °C
Ausdehnungskoeffizient: Lt bei 100 K Temperaturänderung = 1,2 mm/m

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