Projekt 08643/01

Modellvorhaben: Wirkungen von partikelförmigen Luftschadstoffen auf Oberflächenmaterialien im Einflußbereich spezifischer Emittenten

Projektträger

Bauhaus-Universität WeimarMaterialforschungs- und -prüfanstalt (MFPA)an der Hochschule für Architektur und Bauwesen
Coudraystr. 9
99423 Weimar
Telefon: 03643/564-

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Region östlich der Achse Leuna-Merseburg-Schkopau bestand in der Vergangenheit eine starke Beeinflussung durch Großemittenten der chemischen Industrie. Die Untersuchungen dienen der Charakterisierung von partikelförmigen An- und Umlagerungen (vor allem Stäube) an Bauwerksoberflächen ausgewählter Objekte, von Schadstoffanreicherungen in Bildungen auf Oberflächen sowie der Erfassung von Schadstoffanreicherungen im Reinigungsgut, das bei der Sanierung derartiger Oberflächen anfallen kann. Empfehlungen für flankierende Maßnahmen bei der Anwendung von Reinigungs- oder anderen Abtragverfahren zur Vorbereitung von Sanierungmaßnahmen an schadstoffbeeinflußten Bauwerksoberflächen werden abgeleitet. Für die Region typische und verallgemeinerungsfähige Besonderheiten werden hervorgehoben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Abhängigkeit von der Lage zu den industriellen Schwerpunkten in der Region sind verschiedene Objekte (Schloß in Schkopau, Friedenskirche in Leuna, Kirchen in Kollenbey, Kreypau, Wölkau und Wallendorf) ausgewählt worden. Zunächst wurden Staubab- und -anlagerungen, Oberflächenbildungen und Veränderungen an Oberflächenbereichen von Materialien unter verschiedensten Expositionsbedingungen sowie zum Vergleich einzelne Bodenproben in unmittelbarer Nähe der Gebäude an den Einzelobjekten entnommen. Die Untersuchung erfolgte mittels chemischer Methoden (Hauptbestandteile, anorganische und teilweise organische Spurenstoffe), Röntgendiffraktometrie, Differentialthermoanalyse, Elektronen- und Lichtmikroskopie. Nach Auswertung der Ergebnisse für die einzelnen Objekte und der Proben vergleichbarer Exposition verschiedener Objekte sind Wandflächen am Schloß in Schkopau und an der Friedenskirche in Leuna für Reinigungsversuche ausgewählt und diese auch durchgeführt worden. Zum Einsatz kamen manuelle (trocken und mit Wasser) und maschinelle Reinigungsverfahren (traditionelles Sandstrahl- und JOS-Verfahren). Bei den maschinellen Reinigungsverahren wurde zusätzlich mit unterschiedlichem Strahlgut (Quarzsande, Calcitpudermehl, Glaspudermehl) gearbeitet. Das Reinigungsgut ist aufgefangen und nach Fraktionierung in Teilproben analysiert worden. Hierbei wurden die gleichen Analysenmethoden wie bei der Charakterisierung der Ausgangssituation angewendet.


Ergebnisse und Diskussion

An allen untersuchten Objekten gehen die größten schädigenden Wirkungen auf die Bauwerksoberflächen von Schwefelverbindungen aus. In vergleichbar exponierten Proben ergibt sich eine Abhängigkeit von der Entfernung zu den industriellen Zentren. Mit der Zunahme der Entfernung von den Standorten Leuna bzw. Schkopau ist eine Abnahme der Gipsgehalte in vergleichbar exponierten Proben festzustellen. Insgesamt tritt aber trotzdem eine sehr hohe Belastung auf. Neben Gips ergibt sich vor allem für Gehalte an Quecksilber eine Abhängigkeit von möglichen Emittenten. Für andere Spurenstoffe deuten sich ebenfalls spezifische Einflüsse an. An allen untersuchten Gebäuden sind in Staubproben aus den Dachbereichen die höchsten Gehalte an Spurenstoffen nachgewiesen worden. Die Art der Spurenstoffe und deren Gehalte signalisieren mögliche Zusammenhänge zu Staubzusammensetzungen, die im Rahmen von Messungen in der Nähe der Standorte ermittelt wurden. An den äußeren Oberflächen der Gebäude bestehen sehr große Unterschiede hinsichtlich der Staubanlagerungen und der Veränderungen an den Oberflächen. Hierfür sind verschiedenste Einflußfaktoren verantworlich. Die Gehalte an Spurenstoffen nehmen in der Tendenz mit den Wandhöhen zu und erreichen, verglichen mit unmittelbar darüber befindlichen Wandbereichen, durchschnittlich höhere Werte in den Böden in Wandnähe. Starke Schäden an den Wandflächen waren vor allem an Putzen nachweisbar. Auch an den Natursteinen waren starke Schädigungen vorhanden. Neben Anlagerungen und Krusten sind Schalenbildungen, die äußerlich einen nur gering geschädigten Stein vermuten lassen, vorhanden. Profiluntersuchungen ließen aber Schädigungen in den oberflächennahen Steinbereichen erkennen. Daraus und auch aus den partiell sehr hohen Belastungen mit bauschädlichen Salzen ergeben sich einige Konsequenzen für Reinigungs- und Abrißarbeiten. Neben der Umlagerung auf den Oberflächen muß auch eine direkte Ablagerung von Gips mit den Flugstäuben oder anderen Niederschlägen erfolgen. Seit einigen Jahren kommt es zu einer merklichen Reduzierung der Luftbelastung mit Schwefelverbindungen. Damit verbunden ist auch eine Verminderung der Belastung der Materialoberflächen und eine Freisetzung von in den Agglomeraten gebundenen Stoffen. Vergleiche zwischen den in den Dachbereichen abgelagerten Altstäuben und Ergebnisse von neueren Staubniederschlagsuntersuchungen weisen auffallende Ähnlichkeiten hinsichtlich der Gehalte an Spurenstoffen auf. Folgende Schlußfolgerungen lassen sich ableiten: Bei Dachdeck- und / oder Abrißarbeiten in Dachbereichen können abgelagerten Altstäube mobilisiert werden. Es sind deshalb unbedingt Maßnahmen zur Verminderung einer Staubausbreitung vorzunehmen. Da die in der Region verbauten Sandsteine dolomithaltige Bestandteile enthalten können und diese leichtlösliche Salze mit Sulfaten bilden, daneben aber auch hohe Belastungen mit anderen bauschädlichen Salzen auftreten, sind bei der Reinigung von Natursteinoberflächen trocken arbeitende Verfahren oder Verfahren in denen nur der entstehende Staub mit Wasser gebunden wird zu favorisieren. Bei den Reinigungsarbeiten ist neben dem Reinigungserfolg selbst auch der Erhaltungszustand der Untergründe zu berücksichtigen. Manuelle Reinigungen führen lediglich zu einer Reduktion des Volumens der Anlagerungen. Gute Reinigungseffekte sind mit schonend arbeitenden maschinellen Verfahren erzielt worden. Hier ist jedoch eine spezifische Anpassung an die jeweiligen Objekte erforderlich. Anpassungen müssen hinsichtlich Strahlgut, Strahldruck, Intensität des Materialabtrags und Belastung der Untergründe mit bauschädlichen Salzen erfolgen. Die nach der Reinigung freiliegenden Oberflächen müssen in der Regel nachbehandelt werden. Bei Sandsteinuntergründen ist im Territorium mit Magnesiumsulfaten zu rechnen und den daraus resultierenden Problemen bei der Auswahl geeigneter Materialien für Sanierungen. Als problematisch einzuschätzen sind die Schädigungen an der Schaumkalkverkleidung im Bereich der westlich exponierten Wandflächen der Friedenskirche in Leuna. Die Anfallstoffe von Reinigungsarbeiten in der Region können mit verschiedensten Spurenstoffen belastet sein. In Schkopau und östlich davon ist mit Quecksilber zu rechnen. Daneben können aber auch Belastungen mit Zink, Kupfer und Blei auftreten. Vor der Durchführung von Reinigungsarbeiten an Fassaden sollten Untersuchungen an Reinigungsgütern von bauwerkstypischen Musterflächen vorgenommen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen 1999 (Jahresanfang) in einer Vortragsveranstaltung in Merseburg Interessenten aus dem Territorium vorgestellt werden. (Der konkrete Termin steht noch nicht fest.)


Fazit

Die Untersuchungen bestätigen einige der erwartenden Probleme von Ansatz her. Bereits während der Bearbeitung sind Teilergebnisse in Sanierungsarbeiten am Schloß in Schkopau eingeflossen. Für die Friedenskirche in Leuna ergaben die Reinigungsversuche wichtige Hinweise für die Auswahl möglicher Reinigungsvarianten. Zur Klärung der Zusammenhänge zwischen Ablagerungen von Altstäuben an Bauwerksoberflächen und deren Rolle beim aktuellen Staubniederschlag wären aber weitere Unter-suchungen nötig. Ein weiteres Problem ist die Nachbehandlung von gereinigten Fassadenflächen unter den spezifischen Umweltbedingungen und der verbauten Materialien in der hier untersuchten Region