Projekt 18727/01

Entwicklung einer Technologie zur Restaurierung umweltbedingter Schäden durch Alveolarverwitterungen an Sandsteinen am Beispiel der Dorfkirche Leuba (Sachsen)

Projektdurchführung

Ev.-Luth. Kirchgemeinde Ostritz-LeubaPfarramt Ostritz
Julius-Rolle-Str. 16
02899 Ostritz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Projektes war die stark umweltgeschädigte Fassade der Dorfkirche Leuba in Ostritz - St. Marienthal. Die in Zittauer Sandstein gefertigten Fassadenelemente wiesen eine fortgeschrittene Al-veolarverwitterung auf. Diese von einer tiefen, das Gefüge nachbildenden Rückverwitterung geprägte Schadensform hatte weite Teile der Sandsteinoberflächen überzogen. Hinsichtlich eines geeigneten Restaurierungskonzeptes war es notwendig, die Verwitterungsprozesse zu erforschen und deren Ursachen zu klären. Von besonderem Interesse war dabei, inwiefern die über Jahrzehnte erhöhten Schadstoffemissionen des benachbarten Braunkohlenkraftwerks die Natursteinverwitterung beeinflusst haben. Möglicherweise könnte dieses Projekt für vergleichbare Fälle Modellcharakter erlangen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenSowohl aus ästhetischen als auch konservatorischen Gründen bestand die Notwendigkeit, die abgewitterten Sandsteinoberflächen zu ergänzen. Dafür musste allerdings ein Ergänzungsmaterial gefunden werden, das möglichst gut auf die speziellen Bedingungen in diesen Bereichen abgestimmt ist. Mit dieser Zielstellung sollten die Schadensfaktoren mit naturwissenschaftlichen Untersuchungsmethoden (Salzanalyse, Gefügeuntersuchungen, Bohrwiderstandsmessungen, Mikroskopie u.a.) identifiziert werden. In Hinblick auf die notwendigen Forschungskapazitäten war hier eine Zusammenarbeit mit dem Institut f. Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt e.V. sowie dem Institut für Geotechnik der TU Dresden vorgesehen. Auf der Grundlage der so gewonnenen Erkenntnisse sollte dann ein geeignetes Ergänzungsmörtelsystem entwickelt werden. Dabei wurde mit der Zentralen Objektabteilung der Firma Remmers kooperiert. Die bereitgestellten Mörtel wurden im Herbst 2001 an Probestellen appliziert. Im Sommer 2002 erfolgte dann eine Beurteilung dieser Proben. Da keine erkennbare Schädigung festgestellt wurde, konnte im Sommer 2002 mit der Restaurierung der Akveolarverwitterungsschäden begonnen werden, welche im Oktober des gleichen Jahres abgeschlossen wurde. Die ebenfalls im Rahmen der Turmsanierung stattfindenden statischen Sicherungsmaßnahmen erfolgten kontinuierlich ab August 2001.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen der Voruntersuchungen bestätigte sich die Annahme, dass es sich bei der an der Dorfkirche Leuba dominierenden Alveolarverwitterung um eine sehr komplexe Verwitterungsform handelt. Neben einer erhöhten Salzbelastung konnten ausgeprägte Gefügeinhomogenitäten im Naturstein nachgewiesen werden. Insbesondere die Salzkontamination konnte mit der vor 1990 sehr schlechten Umweltsituation in Verbindung gebracht werden. Das vorrangig an den Zerfallsprozessen beteiligte Magnesiumsulfat verdankt seinen Sulfatgehalt einer über Jahre erhöhten Schwefeldioxidemission des nur ca. 2 km entfernt gelegenen Braunkohlenkraftwerks Hagenwerder. Die Herkunft des Kations Magnesium konnte anhand der Analyse der Fugenmörtel zweifelsfrei geklärt werden. Der verwendete Dolomitkalk wies einen entsprechend hohen Magnesiumgehalt auf. Durch chemische Umwandlungsprozesse bildete sich Magnesiumsulfat, das unter Mitwirkung von Feuchtigkeit durch den Stein an die Oberflächen gelangte, wo es seine schädigende Wirkung entfaltete. Die war allerdings nur deshalb so stark, weil der verwendete Zittauer Sandstein Besonderheiten in seinem Gefüge aufwies. Die mit bloßem Auge erkennbaren Farbunterschiede innerhalb eines Quaders spiegeln tatsächlich auffällige Inhomogenitäten wider. So zeigten alle Proben aus zurückgewitterten Bereichen unter dem Mikroskop eine deutliche Verengung des Porenraumes auf Grund von Eisenablagerungen, während in scheinbar intakten Bereichen weitestgehend offene Poren dominieren. Dadurch ist insbesondere der Feuchteaustausch in den Alveolen mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Das hat wiederum Einfluss auf das Schadenspotential der Salze. Anhand der über einen längeren Zeitraum durchgeführten Klimamessungen konnte nachgewiesen werden, dass sich in den verwitterten Bereichen der Feuchtegehalt der Poren langsamer dem Außenklima anpasst. Folglich entwickeln die Schadsalze in diesen Bereichen eine deutlich stärkere Wirkung als dort, wo ein relativ offenes Porengefüge vorhanden ist. Da die einmal zurückgewitterten Bereiche keiner direkten Beregnung ausgesetzt sind, können sich die Salze an der Oberfläche der Alveolen anreichern. Die auffällig kleinteilige und schwer nachzuvollziehende Verteilung der Schäden sowie deren sehr unterschiedliche Formen lassen sich mit den auf engstem Raum vorherrschenden Gefügeunterschieden erklären. Bei der Entwicklung eines geeigneten Ergänzungsmörtelsystems ging es also in erster Linie darum, ein Material zu finden, das bei ausreichender Festigkeit in der Lage wäre, größere Mengen an Salzen aufzunehmen und zu speichern. Dabei war klar, dass eine vorhergehende Reduzierung der Salzbelastung nur an den Oberflächen der Alveolen durch das Abarbeiten der obersten Steinschicht möglich ist. Im Rahmen der Mörtelentwicklung konnte auf Erfahrungen mit bereits existierenden Grundiermörteln zurückgegriffen werden. Allerdings war eine Modifizierung unumgänglich, da der Mörtel in Bezug auf andere Randbedin-gungen des Natursteins wie z. B. die Festigkeit angepasst werden musste. Da dieses Material auf Grund seiner Eigenschaften keinesfalls als Deckmörtel geeignet war, wurde auf den Grundiermörtel eine ca. 1cm starke abschließende Restauriermörtelschicht aufgetragen, die zudem farblich an das umgebende Gestein angepasst werden konnte. Damit existierte ein schlüssiges Konzept, dass die Möglichkeit bot, der überwiegend umweltbedingten Alveolarverwitterung wirksam zu begegnen. Eine abschließende Beurteilung des Erfolgs der durchgeführten Maßnahmen wird allerdings erst nach langfristiger Beobachtung über mehrere Jahre möglich sein.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die am Beispiel der Sandsteinfassade -Dorfkirche Leuba- gewonnenen Erkenntnisse zur Analyse der umweltbedingten Alveolarverwitterung sowie die sich daraus ergebenden Rückschlüsse für eine dauerhafte und fachgerechte Sanierung sollen in Abstimmung mit dem Landesamt für Denkmalpflege Sachsen und dem Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen Anhalt in geeigneter Weise veröffentlicht werden.
Der entsprechende Abschlußbericht der Herbig Denkmalpflege und Restaurierung GmbH liegt vor.


Fazit

Anhand umfangreicher Voruntersuchungen konnten die Ursachen der an der Leubaer Dorfkirche stark ausgeprägten Alveolarverwitterung erforscht werden. Dabei handelt es sich um ein komplexes Zusammenspiel überwiegend umweltbedingter Faktoren. Dazu zählt insbesondere der Schadstoffeintrag aus Mörteln und schwefeldioxidbelasteter Luft, der zur Bildung des Schadsalzes Magnesiumsulfat führte. Deutliche Gefügeinhomogenitäten innerhalb der Sandsteinquader begünstigen die Verwitterung und ver-ursachen das typische Schadensbild. Um den weiteren Verwitterungsfortschritt spürbar zu bremsen, wurde ein Verschluss der Alveolen mit einem Steinergänzungsmörtel notwendig. In diesem Zusammenhang gelang es, ein in seinen physikalischen Eigenschaften geeignetes Material zu entwickeln, das vor-rangig in der Lage ist, Schadsalze aufzunehmen und zu speichern. Unter vergleichbaren Randbedingungen kann das hier entwickelte Restaurierungsverfahren durchaus als Modell dienen, wobei eine kritische Überprüfung immer erforderlich ist.