Tatsächlich hört man sehr oft, dass andere Baustoffe wie Holz das weitaus positivere Image für sich beanspruchen. Doch auf den zweiten Blick können Metalle echte Recycler sein – ohne nennenswerte Verluste lassen sie sich beliebig oft einschmelzen, um wiederum neu verarbeitet zu werden. Alles in allem ergibt dies für Metalle eine Recyclingquote, welche im direkten Vergleich mit anderen Werkstoffen sehr hoch ist.
Autorin: Gabriela Röthlisberger
Dennoch sollte bedacht werden, dass Recycling erst am absoluten Lebensende eines Bauprodukts steht und dessen Dematerialisierung bedeutet. Aber: Das ist genau der Punkt, warum die metallischen Werkstoffe deutlich im Vorteil gegenüber den anderen Baustoffen sind. In jüngster Zeit wird in verschiedenen europäischen Ländern die Zielsetzung einer zirkulären Kreislaufwirtschaft verfolgt, was bedeutet, dass zunächst die Wiederverwendung oder Weiterverwendung eines Bauprodukts im Fokus steht – und erst mit absolutem Produktlebensende des Bauprodukts das Recycling. Die Prinzipien des zirkulären Ökodesigns lassen sich mit feuerverzinktem Stahl geradezu ideal umsetzen – besonders modulare, demontierbare Konstruktionen mit absolut sortenreinen Werkstoffen eignen sich zur Wiederverwertung in zirkulärer Qualität. Verglichen mit der Vorgehensweise beim Recycling der Betonbranche, schneidet Metall als Baustoff ausgezeichnet ab, denn Altbeton kann derzeit nicht wie Stahl in der ursprünglichen Qualität des Neuprodukts aufbereitet respektive recycelt werden. Hier handelt es sich um sogenanntes Downcycling, bei dem Beton dann lediglich als Verfüllmaterial wiederverwendet werden kann.
Hart, glänzend, form- und schmelzbar
Im Bauwesen kommen die unterschiedlichsten Metallarten zum Einsatz, immer in Relation zu ihren Eigenschaften und Stärken, wie etwa Eisen und Stahl, Leichtmetalle, Edel- oder Buntmetalle. Sämtliche chemischen Elemente, die eine kristalline Struktur mit metallischer Bindung aufweisen, werden als Metalle betitelt. Diese zeichnen sich in der Regel durch eine hohe Dichte und Festigkeit sowie eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aus. Auch sind sie meistens formbar, besitzen eine glänzende Oberfläche und einige Metalle sind sogar magnetisch. Als massgebende Besonderheit von Metallen sticht ihre plastische Verformung unter hohen Belastungen hervor, bei dem das Material buchstäblich «zerfliesst». Deswegen werden Metalle bei einem Einsatz im Bauwesen nicht massgebend nach ihrer Bruchlast, sondern eher in Bezug auf die Streckgrenze der äquivalenten Spannung ausgewählt.
Kriterien zur Unterteilung von Metallen:
- Nach ihrer Dichte: in Leichtmetalle (Dichte bis 4.5 Gramm pro Kubikzentimeter, zum Beispiel Aluminium, Beryllium, Magnesium, Titan, Zirkon) und Schwermetalle, zum Beispiel Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Blei (Pb), Nickel (Ni), Wolfram (W)
- Nach ihrer chemischen Beständigkeit: in Edelmetalle und unedle Metalle
- In Eisen und Nichteisenmetalle (= Buntmetalle)
Eisen und Stahl – wichtig für fast jedes Bauvorhaben
Es gibt heutzutage in der Bauindustrie kaum einen Bereich, der ganz auf Eisenwerkstoffe verzichten kann. Dabei kommt das gute alte Eisen selbst weniger zum Einsatz, sondern vielmehr seine veredelte Version, der Stahl. Zahlreiche Bauprojekte, vor allem im Industriebereich, werden damit realisiert. Fällt das Wort «Stahl», erfolgt bei den meisten Menschen unmittelbar die Assoziation zu Profilen und Stützen, Bewehrungen, aber auch Dacheindeckungen oder Fassadenverkleidungen.
Kleine Materialkunde: Eisen hat eine Dichte von 7.86 Gramm pro Kubikzentimeter, einen Schmelzpunkt bei 1536 Grad Celsius und seinen Siedepunkt bei circa 3070 Grad Celsius. Es kommt in Erzen als Oxid und Carbonat, zum Beispiel Magneteisenstein, Roteisenstein und dergleichen, vor. Als Baustoff ist reines Eisen jedoch zu weich – erst durch das Legieren wird das Metall hart genug und kann anschliessend als Baumaterial verwendet werden.
Legierungsvorgang im Detail
Im ersten Schritt wird das Eisen mit Elementen wie Kohlenstoff, Schwefel oder Silicium, aber auch mit anderen Metallen wie Aluminium, Chrom, Nickel, Wolfram sowie Mangan versetzt. Als Gusseisen bezeichnet man Eisenlegierungen mit einem Anteil von mehr als 2.06 Prozent Kohlenstoff, wohingegen Legierungen mit weniger als diesen 2.06 Prozent Kohlenstoff als Stahl benannt werden. Der konkrete Unterschied zwischen unlegiertem und legiertem Stahl liegt demnach am Gehalt der zugegebenen Legierungselemente. Wird die Zusammensetzung durch eine nochmalige Beigabe von Elementen verändert, kann eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Materials stattfinden. Eine Steigerung der Korrosionsbeständigkeit lässt sich beispielsweise durch eine weitere Zugabe von Eisen und Kohlenstoff erreichen, ebenso kommen zu diesem Zweck andere Metalle wie Chrom zum Einsatz. Edelstahl ist das wohl bekannteste korrosionsbeständige legierte Eisen.
- Eine Legierung mit Kohlenstoff macht Eisen fester, druckbeständiger und spröder (Gusseisen beziehungsweise Stahl).
- Eine Legierung mit Mangan/Wolfram macht Eisen härter.
- Eine Legierung mit Chrom, Aluminium oder Kupfer macht Eisen rostbeständiger.
- Eine Legierung mit Nickel macht Eisen wärmebeständiger.
- Eine Legierung mit Silicium macht Eisen säurebeständig und elastischer.
Übrigens: Nichtrostende Stähle sind legierte Edelstähle mit einem Chromgehalt von mindestens 10.5 Prozent und einem Kohlenstoffgehalt von maximal 1.2 Prozent.
Edel und rein
Edelstähle sind hochwertige Stahlmischungen, die einen hohen Reinheitsgrad besitzen und wegen ihrer gleichmässigen Eigenschaften prädestiniert für die Wärmebehandlung sind. Die Unterscheidung von Edelstahl hängt mit seinen Eigenschaften zusammen: ob er chemisch beständig, hitzebeständig oder hochwarmfest ist. So lässt sich für unterschiedliche Verwendungszwecke wie Bau-, Maschinenbau-, Werkzeug-, Schnellarbeits-, Wälzlagerstähle et cetera das jeweils am besten passende Material eruieren: Es gibt schweissgeeignete Stähle und solche mit besonderen physikalischen oder magnetischen Eigenschaften.
Buntmetalle als rostfreie Alleskönner
Silber, Gold, Magnesium oder auch Titan werden zu den sogenannten Nichteisenmetallen gezählt. Für die Bauindustrie sind sie aber bei Weitem nicht so interessant wie Aluminium, Zink, Kupfer und Blei, die weniger anfällig für Rost als die Eisenmetalle sind.
Das in dieser Materialgruppe wohl bekannteste Leichtmetall ist Aluminium – aufgrund seiner energievernichtenden Gewinnung gerät es wegen des aktuell vorherrschenden Nachhaltigkeitsgedankens immer wieder in Verruf. Aluminium ist, nebst Eisen und Stahl, das Baumetall, welches am meisten eingesetzt wird, vor allem für Fensterrahmen, Türen, Rollläden, Dacheindeckung und Fassaden. Aluminium besticht durch Vorteile wie sein geringes Gewicht, es ist in kaltem wie warmem Zustand gut verformbar und weist eine einfache Verarbeitung durch Löten, Schweissen, Kleben oder Nieten auf.
Kupfer wird ebenfalls sehr häufig eingesetzt – Kupferdächer und Kupferrohre hat wahrscheinlich jeder schon einmal gesehen. Die Legierungen von Kupfer sind Messing (Kupfer-Zink-Legierung gegebenenfalls mit Blei und anderen Zusätzen), Tombak (Messing mit über 67 Prozent Kupfer), Bronze (Kupfer und Zinn) und Rotguss (Kupfer, Zink und Zinn).
Zink kann im Vergleich zu Aluminium überaus günstig hergestellt werden und lässt sich einfach verarbeiten. Dank seiner Oxidoberfläche ist Zink gut gegen Rost geschützt. In der Bauindustrie ist Zink das Korrosionsschutzmittel schlechthin und wird oftmals zur Beschichtung von Stahl eingesetzt. Aus diesem Grund kommt Zink, zumeist als Legierung (Titanzink) und nicht in reinem Zustand, in der Baubranche sehr gerne für Dachdeckungen, Rinnen, Fallrohre oder zur Fassadenverkleidung zum Einsatz.
Das korrosionsbeständige und äus-serst weiche Blei ist ein weiterer wichtiger Vertreter der Nichteisenmetalle, weil sich dieses Metall sehr einfach schneiden und verformen lässt, auch in kaltem Zustand. Dies lässt es in hohem Masse interessant für kleinflächige Anwendungen im Aussenbereich werden. Jahrhundertelang war Blei ein bedeutender, oft eingesetzter Baustoff, doch mittlerweile ist bekannt, dass es giftig ist und deswegen Mensch wie Natur schädigen kann. Heutzutage wird Blei schrittweise durch andere Metalle ersetzt – der Einsatz für Rohre ist längst verboten worden.
Verschlechterung der Materialeigenschaften durch Korrosion
Korrosion ist die Schädigung und Zerstörung von Metallen durch eine chemische Reaktion (mit Gasen oder mechanisch). Sie kann aber auch mittels einer elektrochemischen Reaktion (durch Wasser, Säuren oder Basen) entstehen.
Um Metalle gegen Korrosion zu schützen, werden die Oberflächen anhand spezieller Verfahren veredelt. Dazu gehört das Verzinnen, wobei hier durch ein spezielles Schmelztauch-verfahren oder durch elektrolytische Abscheidung von Zinn eine Auflage bis 40 Mikrometer Dicke erzeugt wird (Weissblech).
Beim Feuerverzinken wird im Tauch-verfahren bei Temperaturen zwischen 440 und 465 Grad Celsius ein Zinküberzug von circa 3.0 Millimeter, bei Sonderverfahren auch bis 15 Millimeter auf die Stahloberfläche aufgebracht. Wichtig ist dabei, dass die Zinkschicht gut haftend und deckend ist sowie ohne Blasen und Poren aufgebracht werden kann. An der Oberfläche erscheint die Zinkschicht grau glänzend, matt oder zinkblumig.
Um einer Oberfläche Farbe zu verleihen, werden die Teile üblicherweise einbrennlackiert, pulverbeschichtet oder speziell farbbeschichtet. Dabei sind sämtliche RAL-Farben möglich und das Finish kann von stumpfmatt bis glänzend oder glatt aussehen und mit Feinhammerschlag oder «Orangenhaut» strukturiert sein.
Weitere Methoden der Oberflächenveredelung:
- Spritzverzinken, primär geeignet für Ausbesserungsarbeiten auf der Baustelle
- Anodisierung (Eloxierung ist Oxidieren von Aluminium-oberflächen) von Aluminium
- Sonderbeschichtungen wie Brandschutzbeschichtung et cetera
- Sonstige Oberflächenbehandlungen wie Kunststoff- oder Pulverbeschichten, Emaillieren, Verchromen, Verkupfern und andere galvanische Verfahren
Aus dem modernen Bauwesen ist der vielseitig einsetzbare Werkstoff Metall nicht mehr wegzudenken, er punktet mit zeitlosem Design und seinen Stärken als funktionales und gestalterisch wertvolles Baumaterial.