Projekt 13597/01

Modellhafte Beseitigung von Umweltschäden an der Außenfassade der Martinikirche in Halberstadt unter Einsatz eines beispielhaften Verfahrens zur Fugenräumung (Sachsen-Anhalt)

Projektdurchführung

Ev. Stadt- und Domgemeinde Halberstadt
Domplatz 18
38820 Halberstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Außenmauerwerk des Kirchengebäudes ist in den überwiegenden Bereichen mittels Zementmörtel verfugt worden. Angesichts des verwendeten, für Halberstadt üblichen weichen Sandsteins hat diese Verfugungsart in Kombination mit Umweltbelastungen zu Schäden im Sandstein geführt. Deshalb sollen die Zementfugen durch ein geeignetes Fugenmaterial ersetzt werden.
Der aus der Bauzeit der Kirche stammende Mauermörtel wird analysiert, so daß der neue Fugenmörtel dem historischen Material angepaßt werden kann. Die Materialkennwerte des Sandsteins werden ebenfalls ermittelt.
Ein schonendes Verfahren zur Ausräumung der Zementfugen soll erarbeitet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVerfahren zur Ausräumung der Zementfugen:
Variante I :
Die Fugen werden mittels eines Winkelschleifers mittig bis zu einer Tiefe von ca. 3 cm aufgeschnitten. Nach Anlegen dieses Schnitts wird der verbliebene Zementmörtel von Hand von der Steinflanke her zum Schnitt hin vorsichtig ausgestemmt.

Variante II :
Die Zementfugen werden mittels eins Hochdruckwasserstrahl ausgeräumt. Hierbei soll der verträgliche wie der wirksame Wasserdruck erprobt werden. Einerseit soll keine Schädigung der Werksteine auftreten, andererseits müssen die Zementfugen vollständig enfernt werden.
Schließlich ist die Verträglichkeit der eingetragenen Wassermengen in Bezug auf das Gesamtmauerwerk zu prüfen.

Beide Varianten werden zunächst an Probeachsen ausgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Vorbemerkung: Die Wände des Kirchengebäudes bestehen aus relativ weichem Sandstein, der in Steinbrüchen aus der Nähe Halberstadts gebrochen wurde. Die vorhandene Verfugung des Werk-steinmauerwerks wurde vermutlich im 19. Jh. in Zementmörtel ausgeführt. Umwelteinflüsse (Frost-Tau-Wechsel, saurer Regen) haben angesichts der Unverträglichkeit des harten Zementsteins in den Fugen mit dem erheblich weicheren Sandstein zur Zerstörung großer Teile der Werksteinoberfläche insbesondere der Steinflanke geführt.
In einem ersten Schritt sollten die Fugen ausgeräumt werden. Anschließend erfolgt die Neuverfugung mit einem angepaßten Fugenmörtel.
Einige Bereiche der Werksteinfassade sind soweit zerstört, daß neues Sandsteinmaterial als Vierung eingesetzt werden mußte.
Voruntersuchungen: Zur Vorbereitung der Arbeiten wurden Untersuchungen des historischen Mörtels des Werksteins und der Mauerwerksstruktur durchgeführt mit dem Ziel geeignete Ersatzmateriale für Fugen und Stein zu finden.
Die Analysen des Instituts für Bau- und Werkstoffchemie (BCS), Prof. Dr. D. Knöfel, Universität Gesamthochschule Siegen, haben zu einer Empfehlung für den Fugenmörtel aus Weißkalkhydrat (75 %), Hochofenzement (25 %) und einem Zuschlag aus Quarzsand geführt.
Die Untersuchungen der Mauerwerksstruktur wurden von Dr. Friese, FEAD GmbH, Forschungs- und Entwicklungslabor für Altbausanierung und Denkmalpflege, Berlin durchgeführt.
Dabei wurde festgestellt, daß ein zweischaliges Mauerwerk mit Schalenfuge vorliegt. Zum Teil waren in der Ebene der Schalenfuge Hohlräume anzutreffen.
Aus Untersuchungen an anderen Bauwerken (z. B. Petershof Halberstadt) kann auf die Steinkennwerte geschlossen werden. Dabei liegt die Steinrohdichte zwischen 1747 kg/m³ und 1947 kg/m³. Der E-Modul liegt in einem Bereich von 5059 N/mm² und 8759 N/mm². Die Steindruckfestigkeit variiert zwischen 2,6 N/mm² und 9,7 N/mm². Auf dieser Basis wurde als Ersatzmaterial für neue Werksteine ein Ummendorfer Sandstein oder ein gleichwertiger Stein festgelegt.
Ausräumen der Zementfugen:
Hierfür waren zwei Varienten vorgesehen:
- Aufschneiden mittels Hochdruckwasserstrahl
- Aufschneiden mittels Winkelschleifers
Selbstverständliches Ziel mußte es sein, die Zementfugen bei möglichst geringer Schädigung der Steinflanken zu entfernen. Die Variante Hochdruckwasserstrahl wurde an der Süd-Ost-Ecke des südlichen Seitenschiffs ausprobiert (Bilder 1-4). Dabei wurden zwischen Drücke von 50 bar und 100 bar angesetzt. Dabei hat sich herausgestellt, daß zwar die Zementfuge freigelegt werden konnte, das Fugenmaterial selbst aber in der Fuge verblieb. Die Steinflanken zeigten erhebliche Schäden.
Eine Konsultation mit Herrn Kalisch vom IDK, Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt e.V., Halle, hat hinsichtlich einer vielleicht möglichen Verbesserung dieses Verfahrens keine Ergebnisse erbracht. Seitens des IDK wurden weitere Versuche mit diesem Verfahren für nicht zweckdienlich erachtet. Die Anwendung eines Winkelschleifers zur Fugen-beräumung (Bilder 5 und 6) ergaben bessere Ergebnisse. Allerdings zeigen sich auch hier bereichsweise Schäden an den Steinflanken. Im Zuge der fortschreitenden Bearbeitung hat sich gezeigt, daß zunehmend bessere Ergebnisse erzielt wurden. Dieser Umstand muß auf den Erfahrungszuwachs des mit dieser Aufgabe betrauten Steinmetzes zurückgeführt werden.
Verfugungsarbeiten, Einsatz von Vierungen: Die Neuverfugung der ausgeräumten Fugen mit dem Mörtel nach der o. g. Rezeptur gestaltete sich problemlos. Die Steinflanken wurden wie üblich vorgenäßt, um das Saugvermögen der Sandsteinflanken zu verringern. Das Wasserrückhaltevermögen des Mörtels sowie sein geringes Schwinden führte zu befriedigenden Ergebnissen.


Fazit

Als Ergebnis des Versuchs, Zementfugen mittels zweier verschiedener Methoden auszuräumen kann festgehalten werden:
- Die Wasserstrahlmethode führt zu großen nicht akzeptablen Schäden an den Steinen. Der Wassereintrag wird außerdem für schädlich gehalten.
- Die Variante, Fugen mittels eines Winkelschleifers zu beräumen, führte nach einiger Erfahrung zu einem befriedigen Ergebnis.
Die letztgenannte Variante sollte deshalb bei einem Mauerwerk aus weichem zementverfugten Sandstein angewendet werden.