Lösliche Salzkontamination: Warum sie Beschichtungsversagen verursacht und wie man sie testet

Was sind lösliche Salze?

Lösliche Salze im Kontext der Stahloberflächenvorbereitung sind ionische chemische Verbindungen – hauptsächlich Chloride, Sulfate und Nitrate –, die sich in Wasser lösen und nach der Oberflächenvorbereitung auf der Stahloberfläche verbleiben. Sie sind mit bloßem Auge unsichtbar. Kein visueller Standard für die Oberflächenvorbereitung – weder SP10, noch SP5, noch WJ-1 – kann die Verunreinigung durch lösliche Salze erkennen oder kontrollieren. Eine alleinige Sichtprüfung sagt nichts über den Salzgehalt aus.

Die Hauptquellen für lösliche Salzverunreinigungen auf Stahlkonstruktionen sind:

• Meeresumgebung: Luftgetragene Meersalzablagerungen auf Offshore-Plattformen, Schiffen, Küstenstrukturen und Pipelines. Die Chloridionenkonzentration in maritimen Atmosphären kann um Größenordnungen höher sein als in industriellen Umgebungen im Landesinneren.
• Industrielle Atmosphäre: Schwefeldioxid aus Verbrennungsprozessen wandelt sich im Laufe der Zeit in Sulfatablagerungen auf Stahloberflächen um. Die Energieerzeugung, Raffinerien und Schwerindustrie sind die Hauptquellen.
• Kontaminierte Strahlmittel: Recycelte Strahlmittel können im Laufe der Zeit Chlorid- und Sulfatkontaminationen aus früheren Verwendungen ansammeln. Die Verwendung kontaminierter Medien bringt Salze während des Strahlens in das Oberflächenprofil ein.
• Bestehende Beschichtungskontamination: Alte Beschichtungen, insbesondere auf maritimen Strukturen, können lösliche Salze enthalten, die unter dem Film aus früheren Beschichtungszyklen eingeschlossen sind. Das Strahlen durch eine kontaminierte Beschichtungsschicht kann Salze in das neue Oberflächenprofil umverteilen.
• Waschwasser: Wenn zur Oberflächenvorbehandlung Hochdruckwasserwäsche verwendet wird und die Wasserquelle gelöste Chloride enthält (z. B. salzhaltiges Grundwasser oder unbehandeltes Meerwasser), können Salze auf der Stahloberfläche abgelagert werden.

Warum lösliche Salze Beschichtungsversagen verursachen

Der Mechanismus ist die osmotische Blasenbildung – eine der zerstörerischsten Beschichtungsversagensarten im Betrieb.

Wird eine Beschichtung auf Stahl aufgetragen, der lösliche Salzverunreinigungen aufweist, werden die Salze an der Beschichtungs-Stahl-Grenzfläche eingeschlossen. Salzlösungen haben einen niedrigeren Dampfdruck als reines Wasser – sie sind hygroskopisch und ziehen Wassermoleküle durch den semipermeablen Beschichtungsfilm mittels Osmose an. Mit der Zeit wandert Wasser durch die Beschichtung, sammelt sich an den Salzablagerungen und erzeugt einen lokalisierten Druck unter dem Film. Dieser Druck führt dazu, dass die Beschichtung Blasen bildet, delaminiert und schließlich versagt – von innen nach außen, beginnend an der Stahl-Beschichtungs-Grenzfläche.

Die praktischen Konsequenzen: Ein Beschichtungssystem, das sonst 15–20 Jahre im Einsatz halten könnte, kann innerhalb von 12–24 Monaten durch Blasenbildung versagen, wenn es auf eine salzkontaminierte Oberfläche aufgetragen wird. Je höher die Salzkonzentration, desto schneller und schwerwiegender die Blasenbildung. Im Tauchbetrieb, wo der Wasserzugang durch den Film kontinuierlich ist, kann das Versagen noch schneller auftreten.

Entscheidend ist, dass dieser Versagensmodus zum Zeitpunkt des Beschichtungsauftrags nicht durch Sichtprüfung erkannt oder vorhergesagt werden kann. Die Oberfläche sieht akzeptabel aus. Die Beschichtung sieht gleichmäßig aus. Das Versagen wird erst Monate später offensichtlich, oft an der denkbar ungünstigsten Stelle – einer Offshore-Struktur mitten im Zyklus, einer internen Tankauskleidung, die bereits in Betrieb ist, oder einer Pipeline, die zur Sanierung nicht abgeschaltet werden kann.

Wie man auf lösliche Salzverunreinigungen testet

Die Standard-Feldmethode zur Messung löslicher Salzverunreinigungen auf Stahloberflächen ist die Bresle-Patch-Methode, standardisiert in ISO 8502-6 (Extraktion) und ISO 8502-9 (Leitfähigkeitsmessung). Der entsprechende ASTM-Standard ist ASTM D4940 für die Bestimmung der Gesamtleitfähigkeit von Strahlmitteln.

Der Bresle-Patch-Test – Schritt für Schritt

1. Befestigen Sie einen selbstklebenden Bresle-Patch (eine kleine Gummizelle mit einer definierten Fläche, typischerweise 1250 mm²) auf der vorbereiteten Stahloberfläche.
2. Injizieren Sie ein abgemessenes Volumen entionisierten Wassers (typischerweise 2–3 ml) mit einer Spritze in den Patch.
3. Lassen Sie das Wasser mindestens 10 Minuten (oder die in der Projektspezifikation angegebene Zeit) mit der Oberfläche in Kontakt.
4. Entnehmen Sie das Wasser mit der Spritze aus dem Patch.
5. Messen Sie die Leitfähigkeit der extrahierten Lösung mit einem kalibrierten Leitfähigkeitsmessgerät.
6. Wandeln Sie den Leitfähigkeitswert mithilfe des entsprechenden Umrechnungsfaktors oder der Kalibrierkurve in die äquivalente Chloridkonzentration (µg/cm²) um.

Erfassen Sie Ort, Datum und Ergebnis für jeden Messpunkt. Eine Mindestanzahl von Messpunkten pro Flächeneinheit sollte in den Projektdokumenten festgelegt werden – die Testdichte sollte in Bereichen mit bekannter oder vermuteter hoher Kontamination erhöht werden.

Spezifische Ionentestkits

Für Projekte, die eine Differenzierung zwischen Chlorid-, Sulfat- und Nitrationen erfordern – anstatt der Gesamtmenge an löslichen Salzen, die durch Leitfähigkeit gemessen wird – stehen spezifische Ionenteststreifen und kolorimetrische Kits zur Verfügung. Diese können helfen, die Kontaminationsquelle (marine Chloride vs. industrielle Sulfate) zu identifizieren und Sanierungsentscheidungen zu treffen.

Grenzwerte für lösliche Salzverunreinigungen

Es gibt keinen einzigen universellen Grenzwert für lösliche Salzverunreinigungen, der für alle Projekte und Einsatzumgebungen gilt. Der anwendbare Grenzwert hängt von der Einsatzumgebung und dem Beschichtungssystem ab. Die folgenden sind die am häufigsten referenzierten Schwellenwerte: