Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Einer der am Bremer Dom verbauten Natursteine weist Sch\u00e4den in Form von Abplatzungen d\u00fcnner Gesteinsschalen auf, die im Zusammenhang mit einer Vergipsung des oberfl\u00e4chennahen Porenraumes stehen.
\nZiel des Projektes war es, den Gips aus dem Gef\u00fcge zu entfernen bzw. in vergleichsweise unsch\u00e4dliche Verbindungen zu \u00fcberf\u00fchren. Hierzu sollen aus der Wandmalereikonservierung bekannte Methoden, wie Ammoniumcarbonatbehandlung und Ionenaustauschharze, an die Natursteinproblematik angepasst werden.
\nDie Wirksamkeit der Verfahren sollte unter Bauwerksbedingungen an Testfl\u00e4chen nachgewiesen werden.
\nVervollst\u00e4ndigt wurden diese Arbeiten durch die Ermittlung der Materialkennwerte der am Dom verbauten Natursteine und durch Laboruntersuchungen zum Quellverhalten der Sandsteinvariet\u00e4ten in Anwesenheit von Gips sowie zum m\u00f6glichen Sch\u00e4digungspotenzial von Ammoniumcarbonatr\u00fcckst\u00e4nden im Porenraum des Steins.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1.\tLaboruntersuchungen an Bauwerksproben und Austauschmaterial zur Ermittlung der Materialkennwerte (Wealden-Sandsteine, Porta-Sandstein und Obernkirchener Sandstein)
\n2.\tVoruntersuchungen am Bauwerk \/ Auswahl von Testfl\u00e4chen (Mikroskopische Untersuchungen zu Vergipsung und Verschmutzung, w-Wert-Messungen, Salzanalysen)
\n3.\tLaboruntersuchungen zum Quellverhalten der Sandsteinvariet\u00e4ten in Anwesenheit von Gips sowie zum m\u00f6glichen Sch\u00e4digungspotenzial von Ammoniumcarbonatr\u00fcckst\u00e4nden
\n4.\tAnlegen von Testfl\u00e4chen zur Gipsreduzierung bzw. -umwandlung (Ammoniumcarbonat, Ionenaustauscher, OH-belegt und Carbonat-belegt mit unterschiedlichen Einwirkzeiten – 1, 6 und 24 Stunden)
\n5.\tAuswertung der Testfl\u00e4chen (Mikroskopische Untersuchungen zu Vergipsung und Verschmutzung, Salzanalysen)<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Natursteinuntersuchungen: Die am Bremer Dom verbauten Wealden-Sandsteine sind als fein- bis mittelk\u00f6rnige Quarzsandsteine zu klassifizieren (mittlere Korndurchmesser 0,1 bis 0,4 mm). Sie weisen sowohl in ihrem Farbspiel und der K\u00f6rnigkeit als auch in den Materialkennwerten eine erhebliche Band-breite auf (RD meist 2,02-2,18 g\/cm3, einzelne Vertreter bis 2,26 g\/cm3). Es sind weder deutliche Korrelationen zwischen F\u00e4rbung und Rohdichte noch zwischen K\u00f6rnigkeit und Rohdichte erkennbar. Zwischen Rohdichte und Druckfestigkeit sind tendenziell Korrelationen vorhanden, die f\u00fcr das Verwitterungsverhalten gro\u00dfe Bedeutung haben. Steine mit Rohdichten unter 2,10 g\/cm3 weisen Druckfestigkeiten unter 20 N\/mm2 auf. Mit zunehmender Rohdichte steigen die Festigkeiten. An Steinen mit Rohdichten zwischen 2,13 und 2,17 g\/cm3 liegen die mittleren Druckfestigkeiten um 55 N\/mm2.
\nDer Porta-Sandstein ist ein grobsandiger Quarzsandstein (mittlerer Korndurchmesser 1 mm), bestehend aus Quarz, Feldspat, Kaolinit, Carbonat und Eisenoxiden\/-hydroxiden. Der mittlere Korndurchmesser liegt um 1mm. Die Rohdichte liegt um 2,1 g\/cm3, die Druckfestigkeit bei durchschnittlich 20 N\/mm2.
\nDer als Austauschmaterial verwendete feink\u00f6rnige Obernkirchener Sandstein (mittlere Korngr\u00f6\u00dfe <0,2 mm) entspricht bzgl. Rohdichte, Wasseraufnahme und Porosit\u00e4t in idealer Weise den h\u00e4rteren Variet\u00e4ten des Wealden-Sandsteins. Die Festigkeiten liegen aber um etwa 50% h\u00f6her. Ursache daf\u00fcr sind das dichte Gef\u00fcge und die ausgepr\u00e4gte kieselige Bindung des Obernkirchener Sandsteins.\nLaboruntersuchungen: Die Anreicherung von Gips in Gesteinsoberfl\u00e4chen wirkt sich in zweifacher Hinsicht destabilisierend auf das Gef\u00fcge aus: zum einen f\u00fchrt der Kristallisationsprozess zu betr\u00e4chtlichen Dehnbeitr\u00e4gen gegen\u00fcber dem Untergrund, die resultierenden Scherspannungen \u00fcbersteigen h\u00e4ufig die Zugfestigkeiten der Gesteine. Zum anderen reagieren solcherma\u00dfen verdichtete Oberfl\u00e4chen auf hygrische und thermische Wechselprozesse mit unterschiedlichen Amplituden, was ebenfalls Scherspannungen hervorruft. Ammoniumsulfat, das bei der Anwendung von Ammoniumcarbonat als leicht l\u00f6sliches, hygroskopisches Reaktionsprodukt im Porenraum verbleiben kann, kann bei h\u00e4ufigen \u00dcber- und Unterschreitungen des Sorptionspunktes insbesondere bei weicheren Gesteinen zu einer Sch\u00e4digung des Gef\u00fcges f\u00fchren.\nGipsumwandlung: Zufriedenstellende Ergebnisse konnten nur mit Ammoniumcarbonat (AC) erzielt werden. Hierf\u00fcr ist aber eine relativ lange Einwirkzeit erforderlich. Bei kurzer Einwirkzeit (1 Stunde) ist der Gips nur punktuell umgewandelt, der \u00fcberwiegende Teil des Gipses liegt unver\u00e4ndert als Verdichtung im Porenraum vor. Eine Einwirkzeit von 6 Stunden f\u00fchrt zu einer st\u00e4rkeren Umwandlung des Gipses in Kalk. Es sind aber noch immer nennenswerte Mengen nicht umgewandelten Gipses im Porenraum vorhanden. Erst bei einer Einwirkzeit von 24 Stunden ist die Umwandlung nahezu vollst\u00e4ndig. Selbst nach dieser langen Einwirkzeit ist stellenweise noch Gips vorhanden. Ammoniumsulfat-R\u00fcckst\u00e4nde waren in den Testfl\u00e4chen nur in vernachl\u00e4ssigbarer Menge nachweisbar.\nBeide Ionenaustauscher (OH-belegt bzw. Carbonat-belegt) haben an den Testfl\u00e4chen nicht zu befriedigenden Ergebnissen gef\u00fchrt An allen Proben ist nur andeutungsweise eine Reaktion zwischen Gips und Ionenaustauscher in Form von Anl\u00f6sungen an den Gipskristallen erkennbar. Ein Einfluss der Einwirkzeit (1 Stunde, 6 Stunden oder 24 Stunden) ist nicht nachweisbar. Der Gips liegt nahezu unver\u00e4ndert als Verdichtung im Porenraum vor. Calcit-Neubildungen sind nicht entstanden.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\n1.\tEs ist vorgesehen, die Ergebnisse des Projektes als Fachpublikation in Zeitschriften (u. a. Denkmalpflege in Bremen) sowie als Tagungsbeitr\u00e4ge der Fachwelt und der \u00d6ffentlichkeit zug\u00e4nglich zu machen.\n2.\tDie Ergebnisse des Projektes werden hinsichtlich der salzrelevanten Fragestellungen (Zwischen- und Endprodukte der chemischen Umwandlungsreaktionen) in das laufende DFG-Projekt Salz-Wiki eingearbeitet.\n\n\nFazit\n\nDie am Bremer Dom verbauten Natursteine konnten klassifiziert und materialkundlich charakterisiert werden. Bez\u00fcglich der Gipsumwandlungen sind nur beim Ammoniumcarbonat ann\u00e4hernd zufriedenstellende Ergebnisse erzielt worden. F\u00fcr die Ionenaustauscher ist fraglich, ob die geringen Auftragsst\u00e4rken der Pasten (2 mm bis 5 mm) ausreichend waren. M\u00f6glicherweise war das Potenzial bereits nach sehr kurzer Zeit ersch\u00f6pft, so dass nur leichte Anl\u00f6sungen des Gipses erreicht werden konnten. Weiterhin besteht der Verdacht, dass die schwarze silikatische Kruste auf den Steinen die Umwandlungsreaktion behindert hat. Die Entstehung und die Wirkung der silikatisch gebundenen wenige \u00b5m d\u00fcnnen, filmartigen Auflagerungen bedarf weiterer Untersuchungen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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