Projekt 08626/01

Entwicklung eines umweltresistenten Gipsmörtels für den Außenbereich national wertvoller Kulturgüter

Projektträger

Ev.-Luth. Landeskirche Hannover
Postfach 3726 u. 3727
30037 Hannover
Telefon: 0511/1241-342

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zahlreiche mit Gipsmörtel gemauerte historische Gebäude haben unter der zunehmenden Belastung durch Umwelteinflüsse (z.B. saure Niederschläge) stark gelitten und bedürfen der Erneuerung. Handelsübliche Gipsbaustoffe sind nicht ausreichend beständig gegen diese Umwelteinflüsse, andere Bindebaustoffe auf Zementbasis sind nicht ausreichend altmaterialverträglich (insbesondere nicht ausreichend sulfatwiderständig). Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines dauerhaften, umweltresistenten Gipsmörtels für die Instandsetzung historischer Gebäude, der den oben genannten Anforderungen entspricht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben umfasste folgende Arbeitsschritte:
Im Rahmen der einführenden Arbeiten wurde die bisherige Untersuchungs- und Entwicklungsmethodik weiter verbessert werden (z.B. Prüfung der Umweltresistenz, Schnelltests).
Durch Kombination unterschiedlicher Gipsbindemittel mit anderen Bindebaustoffen und Zusatzmitteln wurden Gipsmörtel entwickelt, die dem im Antrag gegebenen allgemeinen Anforderungsprofil entsprechen und den heutigen Umwelteinflüssen standhalten. Von ausgewählten Mischungen wurden im Rahmen dieser Untersuchungen Probemauern im Freien errichtet.
Nach Untersuchung historischen Probematerials von 2 historischen Gipsbauwerken der Ev.-luther. Landeskirche Hannovers (St. Cyriaci in Dorste, Johannes-Servatius in Pöhlde) erfolgte eine weitere objektbezogene Optimierung bereits existierender Mischungen. Mit den besten Mischungen wurden an diesen Kirchen Musterflächen angelegt. Eine Kontrolle und Bewertung der Musterflächen ist vorgesehen.
Folgende Untersuchungsmethoden wurden angewandt:
- Methoden zur Untersuchung der Wasser- bzw. Umweltresistenz (div. Lagerungen, Bestimmung ausgesuchter Kennwerte während dieser Lagerungen)
- analytische Methoden (RBA, Mikroskopie, Hg-Druckporosimetrie, nass-chemische Analysen etc.)
- Bestimmung weiterer Frisch- und Festmörtelkennwerte (LP-Gehalt, WRV, VB, Festigkeiten, E-Moduli, Q/S-VErhalten etc.)


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der im Rahmen des Projektes durchgeführten Untersuchungen sind im folgenden noch einmal kurz zusammengefasst:
Untersuchung historischer Gipsmörtel:
Die Untersuchung des histor. Probenmaterials der Kirchen in Pöhlde und Dorste, sowie weiterer Einzelproben diverser Gipsbauwerke erforderte eine Modifizierung des Anforderungsprofils hinsichtlich der geforderten E-Moduli.
Entwicklung einer Prüfmethodik zur Untersuchung der Wasserresistenz:
Zur Untersuchung der Wasser- bzw, Umweltresistenz wurden die Laborproben diversen Feucht- und Wechsellagerungen unterzogen. Die Kontrolle der auftretenden Masseänderungen, Änderungen der E-Moduli, sowie Längenänderungen während dieser Lagerungen ermöglicht eine Beurteilung der Wasserresistenz. Konstante Feuchtlagerungen begünstigen Schäden durch Auflösung des Gipses, Wechsellagerungen begünstigen Prozesse der Umkristallisation und damit Schäden wie Krustenbildung, Treibreaktionen etc.. Von den zwei zu beobachtenden Schadensmechanismen (Auflösung, Umkristallisation) führen Lösungsprozesse in vergleichbaren Zeiträumen zu stärkeren Schäden als Prozesse der Umkristallisation.
Entwicklung wasser- bzw, umweltresistenter Gipsmörtel:
Bei der Entwicklung wasserresistenter Gipsmörtel wurde der Einfluß unterschiedlicher Zusatzmitttel, Zusatzstoffe und Zuschläge auf die Beständigkeit dieser Mörtel untersucht.
Zusatzmittel wie z.B. organische Säuren (Weinsäure, Citronensäure, Essigsäure etc.) oder Proteine (Kasein, Kollagen, Milcheiweiß) wirken z.T. stark verzögernd auf den Abbindeprozess der verwendeten Calciumsulfat-Phasen (Halbhydrat, Anhydrit) und führen in den meisten Fällen zu einer signifikanten Gefügevergröberung der Bindemittelpasten. Eine Verbesserung der Wasserresistenz ist durch den alleinigen Einsatz solcher Zusatzmittel jedoch nicht zu erreichen.
Bindemittelgemische auf Anhydrit-Basis scheinen aufgrund einer höheren Wasserresistenz gegenüber den Halbhydraten geeigneter für den Einsatz in wasserresistenten Gipsmörteln.
Durch Zusatz von Kalk können die relativ hohen Festigkeiten der reinen Gipspasten gesenkt werden, die Wasserresistenz wird schon bei geringer Zugabe von Kalk (5 M.-%) deutlich verbessert. Anhydrit/Kalk-Mischungen zeigen im Vergleich zu den reinen Calciumsulfaten erhöhte Schwindwerte (vor allem bei CL 80), mehr als 30 M.-% Kalk sollten daher nicht eingesetzt werden.
Latent hydraulische Zusatzstoffe wie z.B. Hüttensand können eingesetzt werden um hohe Schwindwerte zu reduzieren, ebenfalls geeignet sind in diesem Zusammenhang inerte Zusatzstoffe wie z.B. Kalksteinmehl. Solche mit Kalksteinmehl gemagerten Rezepturen entsprechen in ihren Festmörtel-eigenschaften recht gut den im Anforderungsprofil festgelegten Werten.
Die schlechte Verarbeitbarkeit dieser Bindemittelpasten auf Gipsbasis läßt sich durch den Einsatz geeigneter Zuschläge deutlich verbessern. Auch eine Verbesserung des Wasserrückhalte-vermögens wird dadurch erreicht. Mörtel mit Kalksteinbrechsand-Zuschlag zeigten bei allen Lagerungen die besten Eigenschaften. Auch Mörtel mit Anhydritbrechsand scheinen bedingt geeignet für einen Einsatz im Außenbereich, bergen jedoch die Gefahr einer verspäteten Hydratation des Anhydrits und damit verbundenen Quellprozessen. Das Bindemittel/Zuschlag-Verhältnis sollte nicht kleiner als 1:2 gewählt werden, da mit zunehmendem Zuschlag-Anteil der Verbund zwischen den relativ groben Gipskristallen gestört wird und mit erhöhten Masseverlusten zu rechnen ist.
Anlage von Musterflächen:
Musterflächen wurden in Form von Probemauern in Zusammenarbeit mit der Fa. Prüftechnik IFEP, Osnabrück auf deren Firmengelände, sowie an den Kirchen St. Cyriaci in Dorste und Johannes-Servatius in Pöhlde angelegt. Die zur Anlage der Probemauern auf dem Gelände der Fa. Prüftechnik verwendeten Mörtel zeigen nach fast einjähriger Standzeit keine Schäden, eine Kontrolle der Musterflächen in Pöhlde und Dorste steht noch aus.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichungen im Rahmen des Projektes:
Das Verzeichnis der Veröffentlichungen (3) ist aus Platzmangel als Anlage hinzugefügt.


Fazit

Eine Kombination von Feucht- und Wechsellagerungen ist geeignet, auftretende Schadensmechanismen im Labor nachzustellen und so die Wasser- bzw. Umweltresistenz von Gipsmörteln zu beurteilen.
Durch Kombination von Anhydrit mit anderen Zusatzstoffen und Bindemitteln erhält man Mischungen, die weitestgehend dem Anforderungsprofil entsprechen. Als beste Mischungen sind nach Stand der Ergebnisse Bindemittelrezepturen basierend auf Thermoanhydrit und < 30 M.-% CL 80 zu nennen, die mit Kalksteinbrechsand im Verhältnis 1:1 gemagert werden. Eine allgemein gültige Empfehlung für die optimale Rezeptur kann jedoch nur unter Vorbehalt ausgesprochen werden, da auch weitere Kombinationen zum Ziel führen und bei einer objektbezogenen Entwicklung weitere Gesichtspunkte eine Rolle spielen können.