Aluminium an der Fassade des Stuttgarter Mercedes-Benz-Museums. Foto: sprisi / www.pixelio.de
Rostfrei Bauen: Zink, Aluminium, Kupfer und Blei im Bauwesen
Baumetalle Teil 2: Stahl ist das am häufigsten als Baustoff verwendete Metall. Aber natürlich nicht das einzige. Auch Alternativen wie Zink, Aluminium, Kupfer und Blei kommen zum Einsatz. Verglichen mit Eisen und Stahl sind sie wesentlich weniger anfällig gegenüber Rost (Korrosion). Hier kommen die wichtigsten Eigenschaften und Einsatzbereiche dieser Baumetalle.
Zink ist in der Natur meist als Sulfid, Karbonat oder Silikat gebunden und liegt fein verteilt in Erzgestein vor. Seit Mitte des 18. Jahrhunderts betreibt der Mensch den Abbau dieser Erze, um daraus das reine Metall zu gewinnen. Die wichtigste Herstellungsmethode erfolgt grob dargestellt in zwei Schritten: Zunächst wird durch Rösten der Erze Zinkoxid gewonnen, dann wird dieses Material unter Zugabe von Koks erneut erhitzt, wodurch man reines Zink erhält.
Zink
Zink ist ein relativ günstig herzustellendes Material, das sich leicht verarbeiten lässt und an der Luft schnell eine Oxid-Oberfläche ausbildet, die das darunter liegende Metall sehr gut vor Rost schützt. Aufgrund dieser Eigenschaft wird es im Bauwesen vor allem als Korrosionsschutzmittel eingesetzt. So werden Stahlerzeugnisse häufig verzinkt. Sie werden also an der Oberfläche mit Zink beschichtet, um sie vor Durchrostung zu schützen.
Aber auch reine Zinkbleche kommen im Bauwesen zum Einsatz, wenn auch nicht so häufig wie Stahl oder Aluminium. Sie werden zum Beispiel für Dachdeckungen, Dachrinnen, Regenfallrohre, Außenfensterbänke oder auch als Fassadenbekleidung verwendet. Allerdings nutzt man dafür in der Regel kein reines Zink, sondern Zink-Legierungen. Standard ist hier Titanzink, das auch geringe Mengen an Kupfer, Titan und Aluminium enthält. Dadurch wird es weniger spröde und noch korrosionsbeständiger.
Aluminium
Das Leichtmetall Aluminium kommt zwar noch häufiger in der Erdkruste vor als Eisen, wird aber trotzdem erst seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts als Werkstoff verwendet. Das liegt daran, dass die Existenz dieses Elements überhaupt erst im Jahr 1825 entdeckt wurde. Außerdem benötigt man zur Aluminiumgewinnung relativ große Mengen an elektrischem Strom, und der wurde ja auch erst im Verlauf des 19. Jahrhunderts technisch nutzbar.
Aluminium wird vor allem aus rotem Bauxit gewonnen, einer aluminiumhaltigen Tonerde. Durch Zugabe von Natronlauge isoliert man zunächst Aluminiumhydroxid, das dann im Drehofen entwässert wird. Dadurch entsteht pulverförmiges Aluminiumoxid. Dieser Stoff wird dann zusammen mit geschmolzenem Kryolith per Elektrolyse in reines Aluminium und Sauerstoff aufgespalten. Dafür benötigt die Industrie die großen Mengen an Strom.
Neben Eisen/Stahl ist Aluminium heute das am meisten eingesetzte Baumetall. Man verwendet es etwa für Fensterrahmen und -bänke, Rollläden, Türen, Fassadenbekleidungen und Dachdeckungen. Zu den größten Vorteilen des Metalls gehört sein geringes Gewicht. Aluminium ist nur etwa halb so schwer wie Stahl. Da es relativ weich ist, lässt es sich zudem kalt und warm verformen und gut verarbeiten. Man kann es beispielsweise schweißen, löten, nieten und auch kleben. Außerdem ist Aluminium, wie alle hier vorgestellten Baumetalle, durch eine Oxidationsschicht vor Korrosion geschützt. Schließlich lässt sich das Material vielfältig legieren, sodass auch Sorten mit höheren Härtegraden möglich sind.
Kupfer
Kirchendach aus Kupfer mit der typischen grünen Patina. Foto: Rolf Handke / www.pixelio.de
Lange bevor der Mensch das Eisen entdeckt hat, nutzte er bereits Kupfer als Werkstoff. Die Zeitspanne von etwa 5.000 bis 3.000 v. Chr. wird in vielen Regionen der Welt heute als Kupferzeit bezeichnet. Der Rohstoff findet sich in der Natur sowohl eingebettet in Erzmaterial als auch in reiner Form als kupferrote und metallisch glänzende „Nuggets“. Nach der Entdeckung des Eisens hat die Bedeutung des Kupfers als Baustoffs allerdings stark abgenommen. Eine Renaissance erlebte das Material aber im Zeitalter der Elektrizität. Kupfer leitet Strom so gut wie kein anderes Metall (außer Silber) und wurde daher zum Standardmaterial für Stromkabel. Nicht zuletzt wegen dieser Eigenschaft ist das Halbedelmetall aber auch vergleichsweise teuer.
Im Bauwesen findet man Kupfer insbesondere als Material für Rohre und im Dachbereich. Kupferdächer gelten als extrem langlebig, vor allem auf Prachtbauten wie Kirchen kann man sie vielerorts bestaunen. Man erkennt sie an der grünen Patina. Kupfer bildet bei Kontakt mit Luft gleich zwei Schutzschichten: Zunächst eine Oxidschicht und etwas später dann noch den grünfarbenen Belag, der aus Kupfersalzen besteht. Übrigens ist Kupfer auch das Ausgangsmaterial für einige bekannte Legierungen. So entsteht Bronze aus Kupfer, wenn man es mit Zinn und Blei mischt. Und Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung.
Blei
Auch Blei gehört zu den uralten Metallwerkstoffen der Menschheit. Die Römer stellten daraus zum Beispiel in großem Umfang Wasserrohre her. Seit dem Mittealter verwendet man das aus Bleierzen gewonnene Material auch verstärkt für Dachrinnen und Sprossen von Fensterverglasungen. Und aus gewalzten Bleiblechen werden Dachdeckungen hergestellt. Außerhalb des Bauwesens kennt man das Metall zum Beispiel als Bestandteil von Batterien und Benzin. Und als Strahlenschutzmaterial kommt es in Kernkraftwerken und in der Röntgentechnik zum Einsatz. Die Mine eines Bleistiftes besteht dagegen gar nicht aus Blei, sondern aus einem Graphit-Ton-Gemisch.
Blei ist ein korrosionsbeständiges und zugleich sehr weiches Metall. Es lässt sich nicht nur kalt verformen, sondern sogar ganz einfach schneiden – man kann es sogar mit dem Fingernagel einritzen. Außerdem ist es lötbar. Eigentlich also ein ideales Material – besonders für kleinflächige Anwendungen im Außenbereich. Blei wurde deshalb nicht nur zur Römerzeit, sondern auch noch bis in die 1970er-Jahre unserer Zeit häufig im Bauwesen verwendet. Doch mittlerweile hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass das Metall ein Umweltgift ist, das sowohl Mensch als auch Natur schwer schädigen kann. Man versucht daher heute in den meisten Bereichen, Blei durch andere Materialien zu ersetzen. Der Neueinbau von Trinkwasserleitungen aus Blei ist in ganz Deutschland bereits seit 1973 verboten. Seit Ende 2013 sind Hausbesitzer hierzulande nun auch grundsätzlich verpflichtet, alte Bleirohre auszutauschen.
