Dem Verfall historischer Bauwerke entgegenwirken
Verwitterungsprozesse an Bauwerken lassen sich jetzt einfacher vorhersagen. Dafür haben Forscher das Phänomen der Salzsprengung an Gebäuden untersucht. Ihre Erkenntnisse wollen sie erstmals an den Fassaden der Altstadt in Havanna einsetzen. Diese sind trotz Restauration erneut rapide verwittert.
Salz macht den Gebäuden in der Altstadt von Havanna, die am Meer liegt, zu schaffen.
Foto: ETH Zürich/Julio Llopiz
Ob der Palazzo Vecchio, die Rialtobrücke, die Tempelanlagen in Luxor oder der Kölner Dom – alle Gebäude sind vom Verwitterungsprozess betroffen, an dem Salzkristalle maßgeblich beteiligt sind. Sie gelangen auf unterschiedliche Weise in die Bausubstanz hinein: Schon das Baumaterial Zement beinhaltet Gips (Calciumsulfat) und Alkalisulfate. Bei beidem handelt es sich um Salze. Aber auch mineralienhaltiges Grundwasser oder Schwefeldioxid, der mit dem Calcium in Kalkstein zu Gips reagieren kann, gelangen in die Baustoffe. Zuletzt sind aber auch Meerwasser und Streusalz eine Gefahr. „Werden diese Salze von Regen gelöst, kann die salzhaltige Flüssigkeit über Poren oder Risse ins Baumaterial eindringen“, so Dr. Francesco Caruso von der ETH Zürich.
Im Inneren der Baumaterialien kristallisieren die Salze – und bringen die Steine zum Bröckeln. Besonders betroffen sind Gebäude, wo Salz und Sonne oder Winde im Wechsel an ihnen nagen.
Salzsprengung untersucht
„Wir haben gezeigt, dass die Salzsprengung und die von ihr verursachten Schäden zumindest unter kontrollierten Bedingungen vorhersagbar sind“, erklärt Professor Robert Flatt von der ETH Zürich. Er und sein Team haben gemeinsam mit Kollegen der Princeton University an dem Projekt gearbeitet.
Dank ihrer Experimente können die Restaurations- und Konservierungswissenschaftler nun besser feststellen, wann ein Gebäude Schaden vom Salz nimmt und die Verwitterung einsetzt. Besser entscheiden können sie auch über die Salzmenge, die möglicherweise vom Bauwerk entfernt werden muss.
Wechselspiel von naß und trocken
Den Prozess der Verwitterung stellten sie kontrolliert in ihrem Labor nach. Dazu legten sie einen Kalkstein-Würfel von zwei Zentimetern Seitenlänge in ein Salzbad aus Natriumsulfat und ließen die Salzlösung in die Poren des Kalksteins eindringen. Danach wurden die Steine bei hoher Temperatur getrocknet bis sie erneut dem Salzbad ausgesetzt wurden. Diesen Vorgang wiederholten die Wissenschaftler mehrmals.
Dabei konnten die Forscher gut beobachten, wie sich das Salz in anhydrierter Form aus den Poren heraus kristallisierte. Sobald der Kalkstein erneut in das Salzbad gesetzt wurde, verwandelte sich das kristallisierte Salz zurück in eine Flüssigkeit.
Der Verfall der historischen Gebäude in Havanna schreitet schnell voran. Forscher aus der Schweiz und England wollen auf Basis neu gewonnerer Erkenntnisse gegensteuern.
Quelle: ETH Zürich/Julio Llopiz
Dieser zyklische Prozess verursachte eine starke Anreicherung von Salz im Inneren des Kalksteins. Dort entstand eine übersättigte Salzlösung in hydrierter Form. Dies bedeutet, dass sich mehr Salz aufgelöst hat, als unter normalen Umständen.
Diese Erkenntnisse sind insbesondere für Restauratoren von Wichtigkeit. Es zeigte sich, dass mit der Zunahme der Übersättigung auch das Zerstörungspotenzial durch das Salz an dem Bauwerk ansteigt.
Temperatur spielt wichtige Rolle
„Es braucht diese Zyklen von Feuchte und Trockenheit, doch letztlich geht es um die Übersättigung“, erklärt der Chemiker Caruso. Die Untersuchungsdurchläufe zeigten, dass die Temperatur eine wichtige Rolle spielt. Blieb die Temperatur bei wenigstens 25 Grad, kam es nach durchschnittlich vier Zyklen zu einem Schaden. Bei einer Absenkung auf drei Grad, kam es schon nach einem Zyklus zu Schäden.
In Havanna versuchen die Wissenschaftler jetzt einen Weg zu finden, die Salzsprengung zu reduzieren, beispielsweise durch eine Veränderung der Wände der Poren von Baumaterialen auf der Nanoskala.
Quelle: ETH Zürich/Julio Llopiz
„In diesem Fall braucht es keine großen Salzmengen, um große Schäden anzurichten“, erläutert Flatt. Vielmehr sind es die Umweltbedingungen, die ein Bauwerk verwittern lassen. Besonders betroffen sind Gebäude, wo die Umweltbedingungen das Zerstörungspotenzial ansteigen lassen: Salz und starke Sonne oder starke Winde im Wechsel.
Berühmte Fresken in Gefahr
Nicht nur Gebäude sind vom Salz bedroht, sondern auch Wandgemälde wie die berühmten Fresken Michelangelos in der Sixtinischen Kapelle im Vatikan. Dort kommt es zu Salzausblühungen im Mauerwerk und in der Malschicht.
Projekt Havanna
Ein besonders großes Problem mit der Verwitterung von Gebäuden hat Kubas Hauptstadt Havanna. Obwohl für die Restaurierung der wunderschönen Fassaden ein spezieller Putz verwendet wurde, begann die Fassade bereits nach wenigen Jahren zu bröckeln. Die Forscher hoffen nun, aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse, auch die Ursachen der verfrühten Verwitterung aufdecken zu können.
Auch die generelle Reduzierung der Salzsprengung können sich die Wissenschaftler vorstellen. Dafür ziehen sie eine Veränderung von Baumaterialien in Betracht.
Ein Beitrag von:
