Projekt 22269/01

Entwicklung und modellhafte Erprobung einer innovativen Sanierungstechnologie für gegenüber Schadstoffeintrag empfindlichem Lettenkohlensandstein von Schloss Friedenstein (Thüringen)

Projektdurchführung

Stiftung Thüringer Schlösser und Gärten
Schloss Heidecksburg
07407 Rudolstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Schloss Friedenstein in Gotha gilt als die größte frühbarocke Schlossanlage Deutschlands. An den in den Arkaden des Schlosses verbauten Lettenkohlensandsteinen (Unterer Keuper) sind starke Verwitterungen vorhanden. In der Restaurierung erweisen sich diese Steine bisher als problematisch und häufig treten nach der Durchführung von Sanierungen erneut Schäden auf.
Im Rahmen des Projektes sollen die Schadensphänomene in Abhängigkeit von Steineigenschaften und der Exposition am Beispiel der Schlossarkaden erfasst und bewertet werden. Auf der Basis dieser Bewertung wird eine Sanierungstechnologie erarbeitet und erprobt. Die Erprobung der Reinigungs- und Konservierungstechniken erfolgt im Labormaßstab und an Musterachsen am Objekt. Neben der Konser-vierung von vorhandenen Steinoberflächen werden Steinergänzungsmaterialien und geeignete Mörtel für die Verfugung auf den Lettenkohlensandstein abgestimmt. In die Objektarbeit werden Studenten der Fachhochschule Erfurt, Fachbereiche Restaurierung und Bauingenieurwesen einbezogen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Literaturrecherche zu Eigenschaften und zum Verwitterungsverhalten von Lettenkohlensandstein sowie Auswertung von bekannten Sanierungsmöglichkeiten
2. Erfassung und Bewertung von Schädigungen an den Arkaden sowie Untersuchung der Schäden an den Sandsteinen, den vorhandenen Mörteln an und in den Pfeilern
3. Recherche zu Ersatzgesteinen für den Austausch stark geschädigter Lettenkohlensandsteine sowie Untersuchungen zur Eignung dieser Alternativgesteine
4. Untersuchungen zur Reinigung und Konservierung unter Berücksichtigung spezifischer Schadbilder sowie Durchführung von Untersuchungen im Labor und an Testflächen
5. Entwicklung eines Mörtelsystems zur Ergänzung von Fehlstellen am Lettenkohlendsandstein, deren stoffliche Anpassung sowie Erprobung des Steinergänzungssystems an Testflächen am Objekt
6. Erarbeitung von Randbedingungen für Mörtelrezepturen zur Ausbesserung von Mauererbereichen, Erarbeitung und Erprobung speziell angepasster Rezepturen an Testflächen
7. Erprobung der entwickelten Sanierungstechnologie auf einer Musterachse an den Arkaden
8. Bewertung der Testflächen und der Musterachse
9. Dokumentation der Ergebnisse in Berichtsform, Vorbereitung und Durchführung eines Kolloquiums zur Verbreitung der Ergebnisse


Ergebnisse und Diskussion

Oberflächenschäden:
Schäden sind vor allem an den Oberflächen der Lettenkohlensandsteine vorhanden. Es handelt sich um flächige Abschalungen, Absandungen und Abschuppungen. Häufungen von Schäden treten im Bereich von Fallrohren, über Sockeln und über Gesimsen auf.
Die Oberflächenschäden an den Sandsteinen sind teilweise überarbeitet. Ausbesserungen erfolgten mit vorgesetzten Natursteinplatten oder Mörtelschichten. Dabei wurden andere Sandsteine als die im Bestand vorhandenen verwendet. Der Versatz erfolgte mit sehr festen Mörteln.
Auch die Fugen wurden mehrfach überarbeitet. Häufig sind auch dafür sehr feste Mörtel verwendet wor-den.
Schäden im Inneren der Pfeiler:
In den untersuchten Pfeilern war immer ein massiv aufgebauter Kern vorhanden. Durch Setzungen, die in der Vergangenheit aufgetreten sind oder immer noch auftreten, werden Ablösungen von Steinschalen begünstigt. Auch Ablösungen der äußeren Quaderschichten vom Kern der Pfeiler sind möglich. Über sich öffnende Fugen kann Wasser eindringen und Schädigungsprozesse beschleunigen.
Belastung der Steinoberflächen mit Gips:
Als Quelle für Gips konnten gipshaltige Mörtel, die an den Außenflächen für Ausbesserungen von Fugen und auch von Fehlstellen am Stein sowie im Inneren der Pfeiler als Mörtel zum Versetzen von Quadern verwendet wurden, festgestellt werden. Auch in Verfüllmörteln sind partiell Gipsanteile nicht auszuschlie-ßen.
Eine weitere Quelle für Gips stellt die Umwelt dar. In allen Oberflächenbereichen von Sandsteinen sind erhöhte Gipsgehalte nachweisbar.
Belastung mit wasserlöslichen Salzen: Neben Gips konnten verschiedene Nitrate und Chloride als wasserlösliche Salze nachgewiesen werden. Als Quellen sind Fäkalien (Pferde auf dem Hof) und Streusalze anzunehmen. Prinzipiell deutet sich eine Zunahme der Gehalte in Richtung Pfeileroberflächen und mit der Höhe der Pfeiler an. Die zum Arkadengang gerichteten Pfeilerseiten sind höher belastet als die zur Hofseite exponierten Oberflächen.
Feuchtebelastung:
Bei den Untersuchungen konnten in den Kernbereichen der Pfeiler immer höhere Materialfeuchten nachgewiesen werden als in den äußeren Mauerschalen. Wasser wird im Bereich der Mörtelauffüllungen im Inneren der Pfeiler besser kapillar transportiert als im Sandstein.

Erprobung und Vorbereitung von Sanierungstechnologien:
Zur Vorbereitung der Sanierungstechnologie wurden Informationen zu den Eigenschaften der Lettenkohlensandsteine gesammelt und Kennwerte ermittelt. Versuche zur Festigung und Konservierung sind ebenfalls ausgeführt worden. Für die Ergänzung von Fehlstellen sind Recherchen zu Ersatzgesteinen für Vierungen durchgeführt worden, und die Entwicklung eines Ergänzungsmörtels sowie einer Schlämme für die Aufarbeitung kleiner Fehlstellen erfolgte.
Gegenwärtig läuft die Erprobung der Sanierungstechnologie an großflächigen Probeflächen an den Arkaden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Mai 2005, Natursteintag in Osnabrück, Vortrag zur Zielstellung des Projektes und 1. Ergebnissen,
- Veröffentlichung im Buch Stein-Zerfall und Konservierung, S. 256-260
- Dezember 2005, Vortrag im Rahmen eines Kolloquiums an der FH Hildesheim im Rahmen des DBU-Projektes Schilfsandstein Melle
- September 2006, Natursteintag an der FH Erfurt, Vortrag zum Stande der Kenntnisse / Veröffentlichung im Tagungsband
- März 2007, Natursteintag in Stuttgart, Vortrag zum Stand der Kenntnisse / Veröffentlichung im Tagungsband


Fazit

- Bei der Festigung zeigte sich, dass an vertikalen Oberflächen Eindringtiefen bis zu 4 cm erreicht werden können und die Schädingungszone somit bis zum ungeschädigten Kerngestein überbrückt werden kann. An gewölbten Untersichten hingegen konnten diese Eindringtiefen trotzt geänderter Applikation nicht erreicht werden.
- Die Steinergänzungsmörtel und Schlämmen sind farblich und strukturell sehr gut an den vorliegenden Lettenkeupersandstein angepasst.
- Geeignetes Austauschmaterial für den rotbraunen Lettenkeupersandstein wurde erst zum Ende des Projektes gefunden. Zwischenzeitlich musste auf andere Sandsteine zurückgegriffen werden. Mit den neuen, geeigneten Steinen wurde an 2 Musterpfeilern gearbeitet.
- Wegen unvorhergesehener statisch bedingter Zwischenstandzeiten (Gründung der Pfeiler) konnten die Antragungen erst im Spätsommer 2007 aufgebracht werden. Eine erste Zwischenkontrolle, die möglichst nach dem Winterhalbjahr erfolgen sollte, ist daher erst im Februar, kurz vor Ende des Projektesmachbar. Die Ergebnisse werden aber in den Abschlussbericht und in das Kolloquium mit einfließen.