Auslagerungsuntersuchungen in Straßentunneln: Duplex-Stahl: innovativ und sicher

Spenge, 23. Juli 2024: Die Bekanntgabe der Ergebnisse zum Forschungsprojekt „Auslagerung von Edel- und Duplex-Stählen in Straßentunnel“ durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin setzt neue Maßstäbe beim Einsatz von Metall-Werkstoffen in Straßentunneln.

Um nachzuweisen, dass Duplex-Stähle eine gleichwertige oder sogar eine qualifiziertere Alternative zu den bisher gängigen nichtrostenden Edelstahlsorten im Straßentunnelbau sind, brachte die BAM in Kooperation mit einer ambitionierten Interessengemeinschaft bereits 2017 ein Forschungsvorhaben zu diesem Zweck auf den Weg. Die teilnehmenden Unternehmen, die Informationsstelle Edelstahl Rostfrei, die Straßenbauverwaltungen der Länder NRW und Hamburg sowie die industriebeteiligten Firmen Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG und Outokumpu Nirosta GmbH schlossen sich aus Forschung, Wirtschaft und Industrie zusammen. 

Über 3 Jahre hinweg wurden rund 250 Prüfkörper aus nichtrostenden Stählen in den Straßentunnel von Wersten und Burgholz in Düsseldorf und zum späteren Zeitpunkt auch in dem Elbtunnel in Hamburg ausgelagert. Für die Auswertung wurden unter anderem relevante Daten zur Bestimmung der Korrosivität in der Atmosphäre und die Analyse korrosionsrelevanter Ablagerungen und Klimadaten in den Tunneln gesammelt. Dabei wurden laut Bericht der BAM die Auswirkungen korrosionsrelevanter Einflussgrößen auf die Dauerhaftigkeit von Konstruktionen aus nichtrostenden Stählen ermittelt und in Abhängigkeit verschiedener Einflussparameter bewertet. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes decken sich mit Beobachtungen an real verarbeiteten Bauteilen in Tunneln. So sollten die zumeist in den Straßentunneln verwendeten austenitischen Werkstoffe der Korrosionsbeständigkeitsklasse (CRC) III planmäßig einer Lebensdauer von mindestens 20-30 Jahren standhalten. Bei den Versuchen mit spaltbehafteten Konstruktionen zeigten sich jedoch bei dem im Tunnel- und Straßenbau oft verwendeten Werkstoff 1.4404 (CRC III) bereits nach drei Jahren signifikante Korrosionserscheinungen, sowohl an freien als auch an Stellen von Schraubverbindungen, wie bei Muttern und Unterlegscheiben. Fakt ist, dass Bauteile aus nichtrostenden Edelstählen mit einer niedrigeren Korrosionsbeständigkeitsklasse als CRC IV die technische Sicherheit in Tunneln beeinträchtigen können und die erwartete Dauerhaftigkeit nicht erfüllen. Die Folge sind erhebliche Kosten, bedingt durch zusätzliche Tunnel-Sperrungen und einen vorzeitig notwendigen Unterhaltsaufwand.

Das Ziel des Forschungsprojektes, die Qualifizierung von Duplex-Stählen in Tunnelbauwerken als alternative Einsatzmöglichkeiten zu den gebräuchlichen nichtrostenden Edelstählen wie den Werkstoffen 1.4404 und 1.4571 zu belegen, sieht die BAM für erwiesen an.

Denn vor allem der Werkstoff 1.4462, ein Duplex-Stahl der Korrosionsbeständigkeitsklasse (CRC) IV, hat sich bei den Versuchsergebnissen als beständiges Material erwiesen.

Vorteilhaft erweist sich für den Duplex-Stahl, dass der hochfeste Werkstoff in seiner Festigkeit doppelt so hoch wie vergleichbare austenitische Edelstähle ist. Seine wesentlich niedrigeren Anteile von teuren Legierungsbestandteilen, wie Molybdän und Nickel, begünstigen zudem unter wirtschaftlichen Aspekten den Materialeinsatz.

Fazit: Die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt „Auslagerung von Edel- und Duplex-Stählen in Straßentunnel“ eröffnen für die Tunnel- und Tiefbauplanung eine Reihe an Vorteilen und erfordern eine Überarbeitung des aktuellen Regelwerks für die Verwendung von nichtrostenden Edelstählen in Tunnelbauwerken), um eine Dauerhaftigkeit von 30 Jahren zu erzielen.

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