Gibt es Korrosionsschutzmaßnahmen für Türme, die in Küstengebieten eingesetzt werden?

Warum Küstentürme einer beschleunigten Korrosion ausgesetzt sind

Chlorid-Eindringmechanismen: Salznebel, Gezeiten-Spritzwasser und atmosphärische Ablagerung auf Turmstrukturen

Die Korrosionsprobleme an Küstentürmen resultieren hauptsächlich aus drei Quellen der Chloridbelastung: Salzspray, das durch brechende Wellen aufgewirbelt wird, der direkte Aufprall von Gezeitenwasser während starker Stürme sowie chloridhaltige Feuchtigkeit, die vom Wind transportiert und im Laufe der Zeit abgelagert wird. Wenn Salzspray in mikroskopisch kleine Risse in Schutzbeschichtungen eindringt, bildet es leitfähige Filme, die jene elektrochemischen Reaktionen auslösen, die wir als Korrosionszellen bezeichnen. Die unteren Turmabschnitte sind besonders stark vom Gezeitenwasser betroffen und werden wiederholt mit Meerwasser durchtränkt – insbesondere bei Hurrikans oder Nordoststürmen. Gleichzeitig reichern sich Chloride langsam durch atmosphärische Ablagerung auf allen exponierten Oberflächen an. Diese kombinierten Effekte erzeugen äußerst anspruchsvolle Bedingungen, denen Materialien standhalten müssen. Unbeschichteter Stahl in Bereichen, in denen Wellen gegen Bauwerke schlagen, korrodiert laut Industriestandards der NACE International etwa drei- bis fünfmal schneller als Stahl unter normalen Luftbedingungen. Bei Betonfundamenten beginnt die Bewehrung zu korrodieren, sobald der Chloridgehalt mehr als 0,15 % des Gesamtgewichts beträgt. Der sich ausdehnende Rost schwächt daraufhin die gesamte Struktur, was zur Abplatzung des Betons (Spalling) und letztlich zum Verlust kritischer tragender Bauteile führt.

Reale Korrosionsraten in ISO-9223-C5-M-Zonen im Vergleich zu den erwarteten Lebensdauern für Übertragungs- und Kommunikationstürme

Stahltürme, die in diesen rauen maritimen Zonen der ISO 9223-Klasse C5-M installiert sind, weisen Korrosionsraten auf, die weit über das hinausgehen, was Ingenieure ursprünglich erwartet hatten. Das Problem ist durchaus gravierend: Bauteile aus Kohlenstoffstahl korrodieren mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 200 Mikrometern pro Jahr – das bedeutet, sie werden etwa achtmal schneller angegriffen als vergleichbare Konstruktionen in herkömmlichen C3-Umgebungen. Was bedeutet dies für die Lebensdauer der Türme? Die meisten Türme sind für eine Nutzungsdauer von 30 bis 50 Jahren ausgelegt, doch die Realität sieht anders aus: Wichtige Komponenten wie Schraubverbindungen müssen bereits alle 7 bis 12 Jahre ausgetauscht werden. Und betrachtet man das Gesamtbild, so belaufen sich die Kosten für den Erhalt der Übertragungsinfrastruktur an der Küste auf rund 40 Prozent mehr als bei Anlagen im Binnenland. Ingenieure haben dies selbstverständlich zur Kenntnis genommen. Normungsgremien wie die IEEE mit ihren Richtlinien 1242 sowie NACE mit SP0106 verlangen mittlerweile umfassendere Korrosionsschutzmaßnahmen. Dazu zählen unter anderem die Einplanung zusätzlicher Materialdicke, die Schaffung redundanter tragender Strukturen sowie detaillierte Standortbewertungen vor der Installation neuer Türme entlang der Küstenlinie – wo salzhaltige Luft geduldig darauf wartet, metallische Bauteile anzugreifen.

Schutzbeschichtungssysteme, die für Küstenturmanwendungen bewährt sind

Epoxy-Zink-Grundierung + Polyurethan-Decklack: Leistung, Lebenszykluskosten und Wartungsintervalle an Stahltürmen

Die Kombination von Epoxid-Zink-Grundierungen mit Polyurethan-Decklacken bietet einen starken Schutz für Stahltürme in Küstennähe. Die zinkreiche Grundierung wirkt wie ein Opferschutz durch kathodischen Korrosionsschutz, während der UV-beständige Polyurethanlack eine robuste Barriere bildet, die das Eindringen von Salz in die Metalloberfläche verhindert. Tests unter harten Umgebungsbedingungen der Korrosivitätsklasse C5-M zeigen, dass diese Beschichtungen 20 bis 25 Jahre halten – fast doppelt so lange wie herkömmliche industrielle Beschichtungen auf dem heutigen Markt. Die Anwendung des Beschichtungssystems innerhalb des empfohlenen Trockenfilm-Dicke-Bereichs von 120 bis 150 Mikrometern führt langfristig zu erheblichen Kosteneinsparungen. Im Vergleich zu üblichen Nachbeschichtungszyklen reduziert dieser Ansatz die Lebenszykluskosten um rund 40 %. Der Großteil der Wartungsarbeiten kann bis nach 15 bis 18 Betriebsjahren verschoben werden. Wird die Beschichtung jedoch zu dünn aufgetragen – selbst bei einer Abweichung von nur 30 Mikrometern unterhalb der Soll-Dicke – verkürzt sich die erwartete Lebensdauer um etwa 35 %. Daher ist die Einhaltung der SSPC-PA2-Normen während der Applikation entscheidend, um den maximalen Nutzen aus diesen Schutzsystemen zu ziehen.

Zementgebundene und hybride Beschichtungen für Betonturmfundamente in Gezeiten- und Spritzwasserzonen

Betonfundamente, die Wellen ausgesetzt sind, profitieren stark von polymermodifizierten Zementbeschichtungen, die tief eindringen und in durch Gezeiten und spritzendes Wasser beeinflussten Bereichen Wasserdampf entweichen lassen. Die Beschichtung wirkt, indem sie Risse bis zu einer Breite von einem halben Millimeter durch Kristallbildung verschließt, wodurch das Eindringen von Chloriden verhindert wird, während Feuchtigkeit auf natürliche Weise nach außen abgeleitet werden kann. Diese Atmungsaktivität hilft, Probleme wie Blasenbildung oder Abblättern bei Unterwasseranwendung zu vermeiden. Tests zeigen, dass hybride Epoxid-Siloxan-Mischungen den Chlorideintritt im Spritzwasserbereich um nahezu 92 % gegenüber unbehandeltem Beton reduzieren. Um gute Ergebnisse zu erzielen, ist eine fachgerechte Oberflächenvorbereitung gemäß der branchenüblichen Norm SSPC SP13 oder NACE 6 erforderlich, und die Beschichtung sollte mindestens 2,5 bis 3 mm dick sein, um Verschleiß durch Sand und Fremdkörper zu widerstehen. Regelmäßige Inspektionen alle zwei Jahre sowie umfassende Bewertungen alle fünf Jahre tragen dazu bei, Probleme frühzeitig zu erkennen. Besondere Aufmerksamkeit gilt Stellen, die am stärksten durch schnell bewegte Wellen beansprucht werden, da sich dort der Verschleiß konzentriert.

Korrosionsbeständige Materialien und Oberflächenbehandlungen für Turmkomponenten

Edelstahl (316, 2205) und wetterfestes Stahl: Anwendungsrichtlinien und strukturelle Verträglichkeit für Küstenturmgrundrahmen und -beschläge

Die Auswahl der richtigen Materialien macht den entscheidenden Unterschied für die Lebensdauer von Küstentürmen. Edelstahl der Güteklasse 316 enthält etwa 2 bis 3 Prozent Molybdän, wodurch er einen guten Schutz gegen die lästigen Loch- und Spaltkorrosion bietet, die während des Korrosionsprozesses entstehen. Dies macht ihn besonders geeignet für wichtige Komponenten wie Schrauben, Halterungen und Verbindungen zwischen tragenden Bauteilen. Für Haupttragstrukturen, die sowohl Welleneinwirkung als auch Salzanreicherung ausgesetzt sind, eignet sich Duplex-Edelstahl 2205 besser, da er deutlich widerstandsfähiger gegenüber spannungskorrosionsbedingtem Risswachstum ist und höhere Zugfestigkeit aufweist. Wetterschutzstahl bildet bei wiederholter Feuchteeinwirkung im Laufe der Zeit eine schützende Patinaschicht; er ist daher für Turmteile oberhalb der Wasseroberfläche geeignet, wo Salzbelastung nicht konstant auftritt. Vorsicht ist jedoch in Bereichen geboten, an denen regelmäßig Seewasser spritzt, denn die ständige Chloridbelastung führt gemäß Normen wie ISO 9223 C5-M letztlich zum Abbau dieses Materials. Ebenfalls wichtig ist die Vermeidung direkten metallischen Kontakts zwischen unterschiedlichen Metallen. Bei der Verbindung ungleichartiger Metalle ist eine elektrische Isolation erforderlich. Während des Schweißens spielt eine sorgfältige Temperaturkontrolle eine große Rolle, um die Korrosionsbeständigkeit zu bewahren. Gelegentlich wird nach dem Schweißen eine zusätzliche Behandlung – die sogenannte Passivierung – durchgeführt, um den Oberflächenschutz wiederherzustellen.

Kathodischer Korrosionsschutz für gegründete Küstenturmfundamente

Der elektrochemische kathodische Korrosionsschutz (CP) ist eine entscheidende Schutzmaßnahme für gegründete Küstenturmfundamente – insbesondere solche, die in Meerwasser eingetaucht oder in salzhaltigen Böden verankert sind. Es werden zwei grundlegende Verfahren angewendet, von denen jedes für spezifische Betriebsbedingungen geeignet ist:

• Opferanoden-Korrosionsschutz : Zink-, Aluminium- oder Magnesiumanoden werden elektrisch mit dem Fundamentstahl verbunden. Diese Anoden korrodieren bevorzugt und verlängern so die Nutzungsdauer der Konstruktion um 15–20 Jahre in aggressiven marinen Umgebungen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Fundamente mit eingeschränktem Zugang für Wartung oder Überwachung.

• Der Impressed-Current-Kathodenschutz (ICCP) funktioniert dadurch, dass ein Gleichrichter gesteuerten Gleichstrom an spezielle Anoden aus Materialien wie gemischtem Metalloxid (MMO) oder Platin-Niob-Kombinationen abgibt. Dadurch entsteht ein Schutz für die gesamte Struktur, die entweder unterirdisch verlegt oder unter Wasser installiert ist. Das System hat sich insbesondere bei Großprojekten durchgesetzt, die über Jahrzehnte hinweg zuverlässig funktionieren müssen – beispielsweise bei den massiven Fundamenten von Offshore-Windenergieanlagen. Warum? ICCP-Anlagen lassen sich bei Bedarf nachjustieren, sie können fernüberwacht werden, ohne dass ständig Servicepersonal vor Ort eingesetzt werden muss, und in zahlreichen realen Installationen haben sie bereits über 25 Jahre lang einwandfrei funktioniert. Diese Eigenschaften machen sie ideal für kritische Infrastruktur, bei der Wartungsarbeiten schwierig oder kostspielig sein können.

Hybrid-CP-Systeme – die eine Kombination aus Opferanoden in der Nähe der Schlammgrenze mit ICCP für tiefere Pfahlabschnitte darstellen – werden zunehmend in Übergangszonen mit Gezeiten-/Spritzwasserbelastung eingesetzt, wo Korrosionsraten über 0,5 mm/Jahr liegen. Eine gleichmäßige Stromverteilung hängt entscheidend von einer strategischen Anordnung der Anoden, der Kartierung des Bodenwiderstands und regelmäßigen Potentialmessungen gemäß NACE SP0169 und ISO 15257 ab.

FAQ

1. Warum korrodieren Küstentürme schneller als Binnentürme?

Küstentürme sind einer schnelleren Korrosion ausgesetzt, da sie Salzsprühnebel, Gezeiten-/Spritzwasser und atmosphärische Chloridablagerungen ausgesetzt sind, die sämtlich den Korrosionsprozess beschleunigen.

2. Welche Schutzmaßnahmen werden üblicherweise für Küstentürme angewendet?

Zu den üblichen Schutzmaßnahmen zählen die Aufbringung von Epoxid-Zink-Grundierungen mit Polyurethan-Decklacken, der Einsatz von Edelstahlwerkstoffen wie Sorte 316 oder Duplex-Edelstahl 2205 sowie der Einsatz kathodischer Schutzsysteme wie Opferanoden-CP und ICCP.

3. Wie oft sollten Wartungsprüfungen an den Beschichtungen von Küstentürmen durchgeführt werden?

Regelmäßige Überprüfungen sollten alle zwei Jahre durchgeführt werden, wobei alle fünf Jahre umfassende Bewertungen erfolgen, um Probleme frühzeitig zu erkennen – insbesondere in Bereichen, die von schnell bewegten Wellen betroffen sind.

4. Was ist ein Kathodenschutz und wie funktioniert er bei erdungsfähigen Küstentürmen?

Der Kathodenschutz verhindert Korrosion mithilfe von Opferanoden oder Fremdstromsystemen, indem korrosive Ströme von den Stahlkonstruktionen abgeleitet werden.