Praxisorientierte Methodenentwicklung zur frühzeitigen Detektion von Wiederversalzungsprozessen am Beispiel des Heiligen Grabes der Stiftskirche St. Cyriakus in Gernrode
Projektdurchführung
Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt e. V.Domplatz 3
06108 Halle
Zielsetzung
Das Hauptziel des Projektes ist die frühzeitige Erkennung von Wiederversalzungsprozessen am Heiligen Grab in der Stiftskirche St. Cyriakus in Gernrode mit Hilfe kostengünstiger innovativer Methoden. Hiermit soll die Notwendigkeit von Pflegemaßnahmen zeitlich genauer eingegrenzt und so ein weiterer Informationsverlust der Oberflächen verhindert werden. Ein weiteres Projektziel ist die Entwicklung eines, auch auf andere Objekte übertragbaren Baukastensystems für Restauratoren und Denkmalpfleger mit praxistauglichen `Werkzeugen´ und Methoden zur frühzeitigen Erkennung von Versalzungsprozessen. Durch die Erarbeitung kostengünstiger Monitoring-Konzepte sollen Anreize geschaffen werden, in der Folge von Restaurierungsmaßnahmen ein regelmäßiges Monitoring durchzuführen.
Arbeitsschritte
Dazu erfolgten zunächst zahlreiche Laboruntersuchungen an verschiedenen Probekörpern. Es wurde eine Methodik erprobt, die verschiedenen Probekörper mit einer möglichst definierten Salzbelastung auszustatten. An diesen, mit verschiedenen schadensrelevanten Salzen belasteten Probekörpern wurden dann die verschiedenen Untersuchungsverfahren erprobt.
Leitfähigkeitsmessungen erfolgten bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten und Lufttemperaturen. Es wurde eine Darstellungsmethode entwickelt, die die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessungen in Abhängigkeit beeinflussender Parameter besser vergleichbar macht. Bei bestimmten Materialien in Kombination mit bestimmten Schadsalzen konnte ein deutlicher Nachweis erfolgen.
Weiterhin wurden die salzbelasteten Oberflächen der Probekörper mit kurzwelligem UV-Licht zur Lumineszenz angeregt und gleichzeitig mit Hilfe von Langzeitaufnahmen fotografisch erfasst. Ein Vergleich der Aufnahmen kann visuell aber auch mit Hilfe einer Bildbearbeitungssoftware erfolgen. Unter bestimmten Bedingungen konnte auch hier ein einfacher Nachweis zunehmender Salzbelastung an Oberflächen gezeigt werden.
Die Modifikation eines Ultraschallmesssystems zur Erfassung steigender Schadsalzkonzentrationen an Oberflächen konnte in ersten Schritten ebenfalls erfolgreich erprobt werden. Eine Zunahme des höherfrequenten Anteils des Ultraschallsignals mit steigender Salzbelastung konnte nachgewiesen werden.
Weiterhin erfolgte die Entwicklung eines innovativen mineralischen Kompressensystems als indirekte Untersuchungsmethode zum Salznachweis in der oberflächennahen Zone des Objektes. Dieses auch farblich anpassbare Kompressensystem konnte auf einer definierten Oberfläche in festgelegten Zeiträumen auf dem Objekt, im Sinne einer Opferschicht, verbleiben und die mögliche Wiederversalzung aufnehmen.
Ebenfalls wurde die Anwendung von Schwammkompressen als Schnelltest zur Detektion einer Salzbelastung an Probekörpern getestet. Dadurch konnte aus mehreren Materialien das geeignete Schwammmaterial ermittelt werden.
Anschließend erfolgte die Anwendung der Untersuchungsmethoden am Heiligen Grab in der Stiftskirche St. Cyriakus in Gernrode und später auch noch zusätzlich in der Krypta der Konradsburg bei Ermsleben.
Ergebnisse
Bei allen mit Kaliumnitrat belasteten Probekörpern aus Kalksandstein und Cottaer Sandstein lässt sich ein sehr deutlicher Anstieg der Leitfähigkeit mit zunehmender Luftfeuchte und steigender Salzkonzentration feststellen. Alle mit Magnesiumsulfathydrat belasteten Probekörper hingegen weisen keinen proportionalen Zusammenhang zwischen Luftfeuchte und Salzkonzentration und Leitfähigkeit auf. Bei diesem Salz ist das Messverfahren für die Detektion von Wiederversalzungsprozessen nicht geeignet.
Die mit beiden Schadsalzen belasteten Probekörper aus Freyburger Kalkstein zeigten ebenfalls keinen proportionalen Zusammenhang zwischen Salzlast und Leitfähigkeit. Möglicherweise kann die unregelmäßige Textur der untersuchten Kalksteine mit größeren Holräumen und sehr dichten Bereichen die elektrische Leitfähigkeit behindern.
Am Heiligen Grab zeigten sich die Leitfähigkeitsmessungen als gut geeignet, um beginnende Wiederversalzungsprozesse mit Kaliumnitrat zu detektieren. Auch in der Krypta der Konradsburg konnten stark salzbelastete und weniger belastete Bereiche mit Hilfe der Leitfähigkeitsmessungen unterschieden werden.
Das Verfahren der UV-Langzeitfotografie ist gut geeignet, um am Objekt auch schon geringe Veränderungen der Schadsalzkonzentration bestimmter Salze an den Oberflächen nachzuweisen. Während bei den mit Magnesiumsulfathydrat und Natriumsulfathydrat belasteten Probekörpern aus Cottaer Sandstein und Kalksandstein eine mit dem Salzgehalt zunehmende Lumineszenz gut zu erkennen war, zeigten die mit Kaliumnitrat belasteten Probekörper keine deutliche Lumineszenz.
Die Probekörper aus Freyburger Kalkstein lumineszieren sehr intensiv. Damit das Verfahren hier nicht geeignet. Auch am Heiligen Grab war, aufgrund des lumineszierenden Kalksteins, eine Untersuchung des Lumineszenzverhaltens der Salze nicht möglich. In der Krypta der Konradsburg hingegen, konnte der Gehalt an lumineszierenden Salzen auf Sandstein- und Putzoberflächen gut mit Hilfe von UV-Langzeitfotografie abgebildet werden.
Mit Hilfe von Ultraschalluntersuchungen konnte in Grundzügen ein Zusammenhang zwischen Salzgehalt und gemessenem Frequenzspektrum sowohl an den Probekörpern aus Cottaer Sandstein, als auch am Objekt, auf Putzoberflächen in der Krypta der Konradsburg ermittelt werden. Die Probekörper aus Freyburger Kalkstein zeigten strukturbedingt keine reproduzierbaren Ergebnisse. Für diese Untersuchungen wurde eine spezielle Montageschiene zur Fixierung der Ultraschallmessköpfe im festen Abstand konstruiert. Eine Quantifizierung des oberflächennahen Schadsalzgehaltes kann mit diesem Messverfahren mit dem derzeitigen Kenntnisstand noch nicht erfolgen.
Der Einsatz von „Dauerkompressen“ als Indikator wurde insbesondere am Heiligen Grab erprobt. Die Kompressen hatten auch auf schwierigen, stark absandenden Untergründen ausreichende Haftung, so dass nach einer Verweildauer von ca. 6 Monaten alle applizierten Kompressen noch hafteten. Sie konnten zur Analyse komplett oder in Teilen problemlos abgenommen werden. Zum Teil enthielten sie sehr hohe Salzlasten. Die Kompressen können mit Hilfe von Erdpigmenten farbig den Oberflächen angepasst werden. So kann die optische Beeinträchtigung des Denkmals minimiert werden.
Der Einsatz von Schwammkompressen als Schnelltest ist eine sehr einfach einsetzbare praxisnahe Methode, entstehende Salzbelastungen an Oberflächen zu detektieren. Besonders erfolgreich wurden diese Schwammkompressen am Heiligen Grab eingesetzt. Sie konnten in allen Fällen vorhandene Salzlasten aufnehmen. Zwischen den Messwerten der Leitfähigkeit am Objekt und den Gesamtsalzgehalten der Schwammkompressen ist eine relativ gute Korrelation zu erkennen.
Öffentlichkeitsarbeit
Die Ergebnisse des Projekts werden den Fachpublikum im Rahmen von Vorträgen präsentiert. Außerdem erfolgt die Veröffentlichung des Abschlussberichts über das Hornemann Institut.
Fazit
Mit den hier vorgestellten Untersuchungs- bzw. Überwachungsmethoden kann Restauratoren und Denkmalpflegern ein Paket von Werkzeugen in die Hand gegeben werden, das für eine frühzeitige Erkennung von Wiederversalzungsprozessen vielfältig einsetzbar ist. Die in diesem Projekt untersuchten Messmethoden zeichnen sich durch geringen apparativen Aufwand, einfache Anwendung und Praxisnähe aus.
Sie haben unter bestimmten Voraussetzungen ihre Stärken und können eine Zunahme der Schadsalzkonzentration an Oberflächen zeigen. Bei anderen Voraussetzungen sind die gleichen Methoden dann jedoch ungeeignet.
Unabdingbar ist in jedem Fall eine sorgfältige Dokumentation und Analyse des Vorzustandes, da dies die Bedingung für die korrekte Auswahl der jeweiligen Untersuchungs- und Überwachungsmethode darstellt.