Projekt 11804/01

Bewahrung wertvoller Kulturgüter aus Raseneisenstein vor negativen Umwelteinflüssen

Projektträger

Brandenburgisches Landesamt für Denkmalpflege und Archäologisches Landesmuseum
Wünsdorfer Platz 4 - 5
15806 Zossen
Telefon: 033702/211-1378

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Raseneisenstein ist im Norden Deutschlands in allen Stilepochen häufig als Baumaterial verwendet worden. Aufgrund seiner natürlichen und anthropogen beschleunigten Verwitterung verliert der Raseneisenstein seinen Gefügezusammenhalt und es kommt zu erheblichen Bauwerksschäden wie Absanden, Abschalen, Rückwitterung und Risse. Über die Zusammensetzung der Bindemittelmatrix ist nach Literaturrecherchen bisher kaum etwas bekannt. Im Rahmen des beantragten Projektes soll nach Möglichkeiten zur Gefügestabilisierung gesucht werden. Dabei sollen handelsübliche und speziell konditionierte Steinfestiger angewandt werden. Der Festigungserfolg soll durch physikalisch-chemische und mikroskopische Untersuchungsmethoden überprüft werden. Als Ziel ist geplant, dass nach Bestimmung einzelner repräsentativer Gesteinsparameter ein erfolgversprechendes Steinfestigungsmittel dem Restaurator bzw. der ausführenden Baufirma empfohlen werden kann.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie bisherigen Untersuchungen an nichtwitterungsresistenten Raseneisensteinen ergaben keine kraftschlüssigen Verbindungen in der Bindemittelmatrix. Im Gegenteil zeigten die verwendeten handelüblichen Steinfestiger auf Kieselesterbasis ein extremes Schrumpfen im Porenraum. Nach Ermittlung der Zusammensetzung der Bindemittelmatrix, vor allem der Tongehalte und der verschiedenen Eisenanteile (Verhältnis des 2-wertigem zum 3-wertigem Eisen), der hygrischen und thermischen Eigenschaften, der Porositäten sowie Porenradienverteilungen an witterungs- und nichtwitterungsresistenten Raseneisensteinen sollen Steinfestiger entwickelt werden. Dabei sollen Steinfestiger auf Acrylat- und Polyurethanbasis in die Untersuchungen einbezogen werden. Die Möglichkeit einer chemischen Umwandlung reaktiver Eisenverbindungen in chemisch inerte Verbindungen soll ebenfalls überprüft werden. Die an Denkmalobjekten verbauten Raseneisensteine sollen per Augenschein, durch zerstörungsfreie Untersuchungen (Ermittlung der E-Moduli und Wasseraufnahmekoeffizienten) bzw. schadensarme Untersuchungen (Bestimmung der Bohrhärte) in Schadenskategorien eingeteilt werden. Nach der Überprüfung des Festigungserfolges an Ausbauraseneisensteinen unterschiedlicher Schadenskategorien im Labor durch physikalisch-chemische und mikroskopische Untersuchungen sollen Musterflächen an Denkmalobjekten angelegt werden. Nach den Untersuchungen im Labor sollen repräsentative Gesteinsparameter für zerstörungsarme Untersuchungen am Objekt ausgewählt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Es konnte der Raseneisenstein in seinen Materialeigenschaften charakterisiert werden. Es wurden die mineralogischen, geochemischen, chemischen und physikalisch-mechanischen Kennwerte des Raseneisensteines ermittelt. Die Kennwerte wurden zum Teil an Lesesteinen im Labor und zum Teil durch umfangreiche Messungen vor Ort ermittelt. Es zeigen sich überall die schon makroskopisch erkennbaren erheblichen Unterschiede zwischen den Raseneisensteinen. Die Untersuchungen ergaben, dass sich Raseneisenstein grundsätzlich in zwei unterschiedliche Varietäten einteilen lässt:
Varietät A - eisenschüssiger Sandstein bzw. Ortstein
Varietät B - Raseneisenstein-Konkretion
Zum Schadensbild konnte festgestellt werden, dass das ferritische Bindemittel überwiegend dicht und stabil ist. Es sind jedoch Bereiche vorhanden, die eine Mikroporosität im nm-Bereich aufweisen. Kennzeichnend für die geschädigten Proben ist eine Rissbildung innerhalb des Bindemittels. Die Hauptschäden vom Bröckeln über Schollen- und Schuppenbildung bis zur Bildung hohlliegender Schalen und die vereinzelt auftretende flächige Rückwitterung wurden klassifiziert und ihre einheitliche Ursache in der Mikrorissbildung, die schon bei der Bildung des Raseneisensteines entsteht, erkannt. Von den stark schwankenden physikalischen Eigenschaften ausgehend, nach optischen Gesichtspunkten und in Anlehnung an die Sandsteinpetrogafie wurde eine einheitliche Terminologie und Material- und Schadenskartierung der Raseneisensteine erarbeitet.
In Laborversuchen wurden nach einer ersten Vorauswahl 10 Steinfestiger und Hydrophobierungsmittel näher auf ihre Eignung zur Konsolidierung von Raseneisensteinen untersucht. Von diesen Mitteln kamen drei Favoriten bei einem ersten vor-Ort-Versuch zum Einsatz. Da aber der Restaurierungserfolg kaum nachweisbar war, wurde im Rahmen der zweiten Untersuchungskampagne die Technologie des Festi-gungsmitteleintrages vom einfachen Fluten zum Mehrfachfluten bzw. zur Infusionstränkung erfolgreich verändert. Der Restaurierungserfolg wurde durch Messungen des Ultraschalls, des Bohrwiderstandes, der Wasseraufnahme, des Quellmaßes, der Porenraumverteilung und durch mikroskopische Untersuchungen überprüft. Mittels Ultraschall- und Bohrwiderstandsmessungen konnte ein befriedigender Festigungserfolg ermittelt werden. Mikroskopisch war der Festiger nicht nachweisbar. Bei der Porenraumverteilung war der Anteil an Mikroporen geringer als vor der Festigung. Einen Einfluss auf die Wasseraufnahme hatte dies allerdings offenbar nicht.
Parallel zu der Entwicklung geeigneter Steinfestiger, wurde versucht, Ersatzmaterialien aufzufinden. Nach den Recherchen befindet sich das einzig relevante Vorkommen von Raseneisensteinen in einer Kiesgrube im Wolfsdickicht in der Nähe von Babben, Ldk. Elbe- Elster. Um diesen Raseneisenstein als Ersatzstein einbauen zu können, muss er vorher gefestigt werden. Nach Tränkungsversuchen mit einem elastifizierten Kieselester konnte eine Festigkeitssteigerung von ca. 50 % werden. Mikroskopisch konnte eine gleichmäßige Verteilung des Festigers nachgewiesen werden. Kleinere Mengen von Ersatzsteinen können von diesem Vorkommen bezogen werden und nach vorausgehender Festigung als Austauschsteine verbaut werden. Ebenfalls können kleinere Mengen des Raseneisensteines der Varietät Konkretion von mehren größeren Lesesteinhaufen im Wald bei Babben als Austauschmaterial ohne vorhergehende Festigung benutzt werden.
Zusätzlich wurde eine Steinergänzungsmasse auf der Basis hydraulischer Bindemittel entwickelt. Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, E-Modul, Wasserdampfdiffusionswiderstand) der Steinergänzungsmasse liegen im Bereich des Raseneisensteins. Die Steinergänzungsmasse wurde mit der Fa. Rajasil entwickelt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Frühjahr 2004 werden die Ergebnisse des Modellprojektes im Rahmen eines Arbeitsheftes des Brandenburgischen Landesamtes für Denkmalpflege veröffentlicht. Parallel dazu werden die Ergebnisse im Rahmen eines Potsdamer Kolloquiums zur Denkmalpflege in Zusammenarbeit mit der FH Potsdam, Bereich Restaurierung vorgestellt.


Fazit

Eine Festigung des Raseneisensteines der Varietät Ortstein ist gut und der Varietät Konkretion bisher nur mit erheblichen Aufwand und mit mäßigem Erfolg möglich. Als Austauschmaterial stehen Raseneisensteine sowohl der Ortsteinvarietät (nach einer prophylaktischen Festigung) als auch der Varietät Konkretionen in geringen Mengen zur Verfügung. Eine Steinergänzungsmasse, die in ihren physikalischen Kennwerten und optischen Eigenschaften auf den Raseneisenstein eingestellt wurde, wurde entwickelt und ist im Handel über die Fa. Rajasil erhältlich.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt zum Schutz des abbröckelnden Raseneisensteines wäre das Überputzen mit Kalkmörteln. Dazu sollen in Zusammenarbeit mit den Landesämtern für Denkmalpflege Sachsen und Sachsen-Anhalt an der Dorfkirche Bataune Probeflächen angelegt werden

Übersicht

Fördersumme

91.944,60 €

Förderzeitraum

01.07.1998 - 30.06.2000

Internet

www.bldam.brandenburg.de

Bundesland

Berlin

Schlagwörter

Umwelttechnik