Projekt 18636/01

Modellvorhaben: Wirkung von Schutzbauten (Vorsorgemaßnahmen) auf die umweltschadensbedingten Verwitterungen von Sandsteinen am Beispiel des Nordportals der Benediktinerabtei Tholey (Saarland)

Projektdurchführung

Katholische Kirchengemeinde Benediktinerabtei St. Mauritius
Im Kloster 11
66636 Tholey

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel ist einerseits, die Funktionalität des Schutzbaus am Portal in Tholey sicherzustellen, andererseits den Verwitterungsfortschritt des Sandsteins nachhaltig zu unterbinden.
Grundlage des Vorhabens bildet die langfristig angelegte Erfassung von klimatologischen und schadstoffrelevanten Daten. Aufgrund dieser Daten sollen Lösungen für die klimatechnische Ertüchtigung des Schutzbaus entwickelt.
Überdies soll ein konservatorisches Konzept erstellt und umgesetzt werden, dass unter den Konditionen des ertüchtigten Schutzbaus bzw. im Rahmen der erhobenen Daten eine langfristige Stabilisierung des Sandsteingefüges sicherstellt und den Verwitterungsprozess verlangsamt bzw. stoppt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUntersuchung des Zustandes des Portals: Das Portal muss eingehend auf seinen Erhaltungszustand hin untersucht werden. Die Schäden sollen in einer Schadenskartierung erfasst werden. Das Gefüge, die Gefügeschäden, die Verteilung der Mineralphasen der Sandsteine sowie bindemittelspezifische Aspekte sind detailliert aufzunehmen. Die Salzverteilung ist im Höhen- und Tiefenprofil zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen durch nasschemische, röntgendiffraktometrische und ionenspektrometrische Untersuchungsmethoden ermittelt werden. Ergänzend kommen rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen und Dünnschliffauswertungen zum Einsatz.
Handelsübliche als auch neu entwickelte Konservierungsstoffe sollen im Labor getestet und für die Erprobung an Musterflächen optimiert werden.
Klimamessung / Monitoring
Im Projekt soll die kontrollierte Klimamessung sowie die Langzeitkontrolle von konservatorischen Maßnahmen durch Monitoring gewährleistet werden
Laufende Klimamessungen und die Beobachtung der Schadensentwicklung im klimatisierten Raum sind die Voraussetzung für gezielte Eingriffe zur Korrektur des Klimas.


Ergebnisse und Diskussion

Das Portal wurde photographisch erfasst. Die Schäden wurden einzeln aufgenommen und kartiert. Eine graphische Darstellung liegt vor.
Es wurden Proben entnommen und auf die Salzverteilung im Höhen- und Tiefenprofil untersucht. Die Ergebnisse liegen im Zwischenbericht 1, IFS Mainz vor. Weitere Proben wurden auf ihre petrographischen, sowie hygrischen Parameter untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind im 2. Zwischenbereich aufgeführt.
Die Einrichtung der Klimamessung ist erfolgt und die Messungen sind gestartet. Im 1. Zwischenbericht wird die Messtechnik erläutert. Die ersten Ergebnisse liegen im 2. Zwischenbericht vor.
Im 3. Zwischenbericht erfolgt die Bewertung der angelegten Musterflächen. Hierbei wurde eine Festigung mit Calciumhydroxid-Sol versucht. Erste Untersuchungsergebnisse liegen vor. Labortechnisch, als auch am Portal wurden konventionelle Kieselsäureestertränkungen vorgenommen untersucht. Beide Verfahren zeigen noch keine befriedigenden Ergebnisse.
Weitere Musterflächen wurden angelegt. Die Ergebnisse sind dem Abschlussbericht zu entnehmen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge: 6th international Conference on Materials Science and Restoration MSR VI, University of Karlsruhe, Sept. 16-18, 2003H. Garrecht und J. Huber
Einsatz rechnergestützter Mess- und Regelsysteme zur Qualitätssteigerung von Bauwerksanalyse und denkmalgerechter Instandsetzung
H. Garrecht und J. Huber
Klimatische Auswirkungen eines Schutzbaus auf die Verwitterung von Sandsteinen
H. Garrecht und J. Huber
Nordportal der Benediktinerabtei Tholey - Untersuchungen zur Klimatischen Wirkung eines Schutzbaus auf die Verwitterung von Sandsteinen; - STEIN Zerfall und Konservierung, Edition Leipzig
K. Schönhofer
Stabilisierung schuppender Bereiche an Naturstein mit Calciumhydroxid-Sol; Chemie-Semesterarbeit SS 2005, Köln
Nach Abschuss des Projekts soll in der Abteikirche eine Tagung veranstaltet werden, welche die Ergebnisse der Untersuchungskampagnen darstellen. Diese ausführlichen Ergebnisse sollen in einem Tagungsband veröffentlicht werden. Weitere Veröffentlichungen in Fachjournalen, z. B. Restauro, Bautenschutz und Bausanierung, usw. sind vorgesehen.


Fazit

Der 1961 errichtete Schutzbau, welcher das Portal vor weiteren Schäden schützen sollte, hat seine Aufgabe nicht erfüllt. Der Schadensprozess ist trotz der Einhausung weiter fortschreitend. Ziel des DBU - Forschungsprojekts war es, zu klären, ob eine positive Wirkung von Schutzbauten auf die umweltbedingten Verwitterungen von Sandsteinen erreicht werden kann.
Entsprechend der Erkenntnisse des Modellvorhabens sollte auch künftig der kontrollierte Betrieb eines Lüfters im Schutzbau vorgenommen werden, da gerade während der Nachtstunden wie auch den weniger stark frequentierten Wochentagen im Winter eine nachhaltige Verbesserung der Raumluftverhältnisse erzielt werden kann. Im Vergleich zum Modellvorhaben muss aber das zur Bewertung der Klima bedingten Beanspruchung der Sandsteinoberflächen erforderliche Messnetz erheblich reduziert werden, um die Investitions- und Betriebskosten der erforderlichen Mess- und Regelkomponenten zu begrenzen.
Die Untersuchungen zur Materialentwicklung zur Festigung von schuppenden Sandsteinoberflächen haben gezeigt, dass es möglich ist, ein völlig neues Konservierungskonzept auf Basis von Kalk und Kieselsäureester zu entwickeln. Der Kalk, welcher als Calciumhydroxid-Sol auf die Gesteinsoberfläche aufgebracht wird, ermöglicht, durch die Anlagerung in den Hohlräumen des Gesteins die kapillare Überbrückung der schuppenden Bereiche. Die anschließende Kieselsäureesterfestigung bewirkt die strukturelle Festigung des neuen Gefüges. Es muss darauf geachtet werden, dass die behandelte Gesteinsoberfläche durch den Auftrag der Festigungsmittel nicht verdichtet wird. Aus diesem Grund ist es notwendig die Verbrauchsmengen der Mittel ständig zu kontrollieren. Bedingt durch das extrem aufgelockerte Gefüge des Sandsteins können die Kombination aus Kalk und Kieselsäureester nur mittels Spritztechnik aufgebracht werden. Kompressen oder andere Applikationstechniken sind für dieses Verwitterungsbild nicht geeignet