Projekt 21955/01

Substanzschonende Betoninstandsetzung denkmalgeschützter Bauwerke am Beispiel des Modellobjekts Fatimakirche in Kassel (inklusive Monitoring)

Projektdurchführung

Institut für Steinkonservierung e. V.
Große Langgasse 29
55116 Mainz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ausgehend von dieser Diskrepanz zwischen der heute üblichen Instandsetzungspraxis und der Forderung nach einem möglichst sensiblen Umgang mit denkmalgeschützten Sichtbetonoberflächen ergeben sich eine Reihe von Fragestellungen:
Ist der heutige Stand der Technik der Betonsanierung für denkmalgeschützte Sichtbetonoberflächen geeignet? Sind die auf dem Markt befindlichen Reparaturmörtel für historische Betonqualitäten geeignet? Ist der Einsatz von Monitoring - Systemen zur frühzeitigen Erkennung und Erhaltung der Sichtbetonflächen möglich und sinnvoll?
Aufbauend auf den Stand der Technik sollen mögliche Sanierungsalternativen für die am häufigsten auftretenden Schäden an Sichtbetonoberflächen entwickelt, im Labormaßstab erprobt und an Musterflächen getestet werden. Die Applikation und die Evaluation der vorgenannten Reparaturmaterialien wie Repara-turtechniken sollen an Hand von exemplarischen Projekten erfolgen. Es sollen geeignete Monitoring - Systeme zur Aufzeichnung des weiteren Schadensverlaufs getestet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGrundlagenermittlung (2 Monate): Vorab ist die vorhandene Literatur zum Thema des Projektantrags zu sichten, zu werten und zusammenzustellen. Referenzprojekte mit bereits durchgeführter Betoninstandsetzung sind auszuwählen, zu erfassen und zu bewerten. Zustandserfassung (6 Monate): Die aufgetretenen Schäden werden nach Lage, Schadensart, Schadensgrad, Schadensursache und bereits durchgeführten Instandsetzungsmaßnahmen in Form einer Schadenskartierung aufgenommen. Das Betonmaterial wird im Labor untersucht. Forschung und Entwicklung (9 Monate): Die aus der Literaturrecherche sowie den Referenzprojekten gewonnenen Erkenntnisse werden an das Modellobjekt angepasst und im Labormaßstab getestet. Erprobung (4 - 6 Monate): Aufgrund der Schadenskartierung und der Laborergebnisse wird ein Musterflächenplan ausgearbeitet. Die Musterflächen werden ca. 4 - 6 Monate der Witterung ausgesetzt und bewertet. Parallel dazu sollen geeignete Monitoring - Systeme zur Aufzeichnung der weiteren Schadensverläufe an reparierten und nicht reparierten Stellen getestet werden. Resümee: Sämtliche Untersuchungen und Erkenntnisse werden in einem Schlussbericht zusammengefasst und gewertet sowie auf einer Tagung vorgestellt


Ergebnisse und Diskussion

Neben der Schadenserfassung und Ermittlung der Schadensursachen am Bauwerk wurden die mechanischen, physikalischen und chemischen Kennwerte des Originalmaterials untersucht. Dadurch konnten im Labor gut übereinstimmende Reparaturmaterialien mit modernen Materialien für den originalen Ziegelsplittbeton hergestellt werden. Auch bei den Spritzversuchen am Bauwerk wurde eine gute Übereinstimmung mit dem Originalbeton erreicht. Um eine weitere Optimierung des Instandsetzungsmaterials zu er-reichen, wurden im Frühjahr 2007 weitere gespritzte und Hand aufgetragene Musterflächen hergestellt. Diese wurden mit verschieden Techniken auf der Oberfläche bearbeitet. Neben den Sand- und Flammstrahlen wurde die Oberfläche mit dem Meisel bearbeitet. Risse am Bauwerk wurden mit eingefärbten Mikrozementen verschlossen.
Neben den instand gesetzten Konchen des Kirchenschiffs wurden Monitoring - Systeme im Altbeton, als auch an den neu hergestellten Bereichen angebracht, welche folgende Parameter des Betons kontrollieren: Messung des pH - Wertes, Messung des Korrosionszustands, Messung der Bauteiltemperatur und Messung des Feuchtegehalts. Dies erfolgte durch gering dimensionierte Sensortechnik welche einen minimalen Eingriff in die historische Bausubstanz erlaubt. Die Ergebnisse der Sensormessungen haben gezeigt, dass ein Bauwerksmonitoring prinzipiell möglich ist. Um längerfristige materialtechnische Verände-rungen zu erfassen sind weitere Messungen notwendig.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

o Allessandra Keil: Projektarbeit III: Aufnahme und Dokumentation des Bauwerkzustands der Fatimakirche in Kassel - Bad Wilhelshöhe, 2004 -2005
o Allessandra Keil (2005): Diplomarbeit: Instandsetzung denkmalgeschützter Sichtbetonbauwerke - Durchführung von Untersuchungen und Erarbeitung eines Sanierungskonzeptes am Beispiel Fatimakirche in Kassel, Januar - April 2005
o Sabine Heise (2006): Diplomarbeit: Instandsetzung denkmalgeschützter Sichtbetonbauwerke - Durchführung zur Bestimmung der Farbigkeit von Zementen. Abgabe 22.03.2006
o Egloffstein, P & Gerdes A. (2007): Innovative Instandsetzungs- und Monitoring - Konzepte für denkmalgeschützte Betonbauwerke am Beispiel der Pfarrkirche St. Marien (Fatimakirche) in Kassel. Internationales WTA - Kolloqium -Bauinstandsetzen und Bauphysik IV- am 09.03.2007 TU WIEN
o Egloffstein, P., Schäufele, I. & Gerdes, A. (2007): Innovative Instandsetzungs- und Monitoring - Konzepte für denkmalgeschützte Betonbauwerke am Beispiel der Pfarrkirche St. Marien (Fatimakirche) in Kassel. - Berichtsband zum Workshop 2007 - Innovative Feuchtemessung in Forschung und Praxis, Aedificatio Verlag 2007, S. 157-169
o Egloffstein, P. (2008): Innovative Instandsetzungskonzepte für denkmalgeschützte Sichtbeton - Betonbauwerke am Beispiel der Fatima Kirche in Kassel - Bad Wilhelmshöhe. - Erhalten und Instandsetzen, 31. Darmstädter Massivbauseminar, TU Darmstadt am 26.02.20008
o Tagung über das DBU - Projekt am 27. Februar 2008 in Kassel
o DBU - Abschlussbericht in IFS Bericht 30/2008: Substanzschonende Betoninstandsetzung denkmalgeschützter Bauwerke


Fazit

Schlussfolgerung Betoninstandsetzung:
o Sichtbetonoberflächen können denkmalgerecht und in ästhetisch ansprechender Weise instand gesetzt werden
o Baukastensystem für Reparaturmaterialien zur Instandsetzung von Sichtbetonoberflächen ist möglich. (Spritzbeton und mit der Hand aufgetragene Massen)
o Zahlreiche Bindemittel (Zemente) und Gesteinskörnungen (Sande, Ziegel, Gesteinssplitte) wurden untersucht und sind in einer Datenbank archiviert.
o Verträglichkeit und Dauerhaftigkeit der Materialien sind von der AMPA Kassel überprüft.

Schlussfolgerung Monitoring:
o Messvorrichtung hat großen Einfluss auf die Ergebnisse
o Messdaten lassen eine Interpretation der Zustände in den Wänden zu
o pH - Sensoren brauchen ein gewisses Maß an Feuchtigkeit, vorhandene Korrelation zwischen angezeigter Feuchte und Aktivierung der pH - Sensoren zeigen die Funktionalität
o Minimal - invasiver Eingriff ist gegeben, d. h. Monitoring - Systeme eignen sich für den Einsatz in der Denkmalpflege