Projekt 13981/01

Modellvorhaben: Entsalzung von Mauerwerk und Wandmalereien des umweltgeschädigten Schlosses Altdöbern durch konvektiven Transport und Elektromigration (Brandenburg)

Projektdurchführung

Brandenburgische Schlösser GmbHGemeinnützige Betriebsgesellschaft
14403 Potsdam

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Für den speziellen Fall, dass versalzenes Ziegelmauerwerk vorliegt, das an einer Seite eine bereits stark geschädigte Wandmalerei trägt und auf der anderen Seite frei zugänglich ist, sollte eine elektrochemische Methode entwickelt und an zwei Pfeilern des Schlosses Altdöbern erprobt werden, mit der die Salze bei möglichst geringem Wassergehalt des Mauerwerkes bis auf einen unschädlichen Restgehalt entfernt werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des Verfahrens gliedert sich in Laborversuche, die an definiert versalzenen Ziegeln durchgeführt wurden, Versuche an realem Mauerwerk unterhalb einer Wandmalerei und die elektroche-mische Entsalzung von zwei Mauerwerkabschnitten mit Wandmalereien. Die Migration der Einzelionen in einem elektrischen Feld zu den entsprechenden Elektroden und deren Anreicherung im Elektrodenraum wurde als Grundmechanismus für die Entsalzung genutzt. Dazu wurden spezielle Elektrodensysteme entwickelt, mit denen das Salz aus dem Mauerwerk ausgetragen werden kann. Die Wirksamkeit wurde unter verschiedenen Bedingungen sowohl im Labor als auch unter realen Bedingungen getestet. In allen Fällen wurde versucht, eine Bilanz zwischen ausgetragener und im porösen Medium verbleibender Salz-menge und der bei der Entsalzung aufgewendeten elektrischen Ladung aufzustellen. Für die Salzanalysen wurde die Ionenchromatographie genutzt


Ergebnisse und Diskussion

Wandmalereien werden häufig durch die Anwesenheit löslicher Salze im Mauerwerk geschädigt. Liegt stark versalzenes Ziegelmauerwerk vor, das nur auf einer Seite eine bereits geschädigte Wandmalerei trägt, so kann das im Rahmen dieses Projektes entwickelte elektrochemische Entsalzungsverfahren angewendet werden. Dabei werden an der der Wandmalerei gegenüber liegenden Mauerwerksfläche Elektrodensysteme eingesetzt, die über den ganzen Mauerwerksquerschnitt bis zu einem Abstand von etwa 10 - 15 cm von der Wandmalerei eingebaut werden und Gleichspannungen bis 80V angelegt. Zur Entsalzung wird die Migration der An- und Kationen im elektrischen Feld zu den entsprechenden Elektroden genutzt. Nitrat-, Chlorid- und Sulfationen werden im Verlauf der Entsalzung durch Hydroxylionen und die Alkali- und Magnesiumionen durch Calciumionen ersetzt. Nach Abschluss der Entsalzung ist das Mauerwerk durch das verbleibende Calciumhydroxid leicht alkalisch, wird aber durch CO2-Aufnahme aus der Luft langsam wieder neutralisiert.
Es konnte an einer Wandmalerei auf stark versalzenem Mauerwerk (Mauerwerksquerschnitt 70 cm) im Schloss Altdöbern gezeigt werden, dass eine nahezu vollständige elektrochemische Entsalzung in Zeiträumen von ca. 6 Monaten möglich ist. Anoden- und Kathodensysteme müssen dazu rasterförmig und alternierend eingesetzt werden, um über den gesamten Mauerwerksquerschnitt ein möglichst homogenes, elektrisches Feld aufrecht erhalten zu können. Der Elektrodenabstand sollte 20 cm nicht übersteigen. Die wiederverwendbaren Kathoden bestanden aus perforierten Eisenrohren (10 mm Außendurchmesser), die vor dem Einsetzen mit Aluminiumfolie ummantelt wurden. Als Material für die winkelförmigen Anoden wurden Aluminium gewählt, weil es bei der anodischen Auflösung keine färbenden Verbindungen bildet. Anoden und Kathoden wurden in spezielle Verfüllmassen, die aus Mischungen von Bentonit, Kalkstein, Weißkalk und Sand bestanden, eingesetzt. Die Verfüllmassen wurden mit Hilfe von kleinen Mörtelpressen in die vorbereiteten Bohrlöcher (Durchmesser: 28 mm, Bohrlochtiefe ca. 60 cm) eingebracht und nachfolgend die Elektrodensysteme eingedrückt. Die Geschwindigkeit der Entsalzung ist maßgeblich abhängig vom Wassergehalt im Mauerwerk. Wenn eine Entsalzung innerhalb von 6 Monaten angestrebt wird, so muss der Wassergehalt bei etwa 3 Masse % gehalten werden. Der Salzaustrag aus dem Mauerwerk erfolgt über anodisch gebildete, flüssige Chlorid- und Nitrathydrate, die während der Entsalzung über die Aluminiumwinkel aus dem Mauerwerk herauslaufen und über ein Ausbohren der in den Verfüllungen angereicherten Salze. Der Fortschritt bei der Entsalzung kann über die kumulierte elektrische Ladung mit dem 2. Faraday´schen Gesetzt recht gut abgeschätzt werden, wenn eine Stromausbeute von 50 - 60 % angesetzt wird.
Für die Entsalzung der direkt an die Wandmalerei angrenzenden Schichten ist es von großem Vorteil, wenn während der elektrochemischen Entsalzung in regelmäßigen Zeitabständen Wasser auf die Malerei aufgesprüht wird, dass von dem Putz aufgesaugt und durch Kapillarkräfte in tiefere Schichten des Mauerwerkes transportiert werden kann. Mit diesem Wassertransport ist auch ein Salztransport in die tiefer liegenden Schichten verbunden. Einer breiteren Anwendung des entwickelten Entsalzungsverfahrens in der restauratorischen Praxis dürfte der noch recht große Arbeitsaufwand beim Einbau und Betrieb der Entsalzungsanlage entgegen stehen. Dies betrifft vor allem die wöchentlich notwendige Wartung. Hier sind sicher deutliche Verbesserungen möglich. Denkbar ist z.B., dass beim Anodensystem auf den Aluminiumwinkel verzichtet wird und statt dessen eine korrosionsfeste (und wiederverwendbare) Kunststoffrinne im Mauerwerk eingesetzt wird. Die eigentliche Anode könnte dann aus einem stabilen, spiralförmigen Stab bestehen, der in die Verfüllmasse eingeschraubt und bei der Wartung leicht wieder herausgeschraubt werden könnte. Es ist anzunehmen, dass sich dadurch die Wartungszyklen auf mehr als 3 Wochen ausdehnen lassen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse des Projektes in einer oder mehreren Publikationen und Vorträgen vorzustellen.


Fazit

Es wurde ein Verfahren zur elektrochemischen Entsalzung von Ziegelmauerwerk entwickelt, das auch dann angewendet werden kann, wenn sich auf einer Seite des Mauerwerkes eine wertvolle Wandmalerei befindet. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens ist, dass eine nahezu vollständige Entsalzung über den gesamten Mauerwerksquerschnitt bei Mauerwerksfeuchten um 3 Masse % möglich ist, und die Wandmalerei nicht durch das Auflegen von Kompressen belastet wird.