Substanzschonende Instandsetzung hydrophobierter, verwitterter Natursteine mit Einsatz einer zerstörungsfreien, tiefengestaffelten Charakterisierung des Porengefüges

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Jeanette Orlowsky
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496342862

In einem DFG Vorhaben wurde an bis zu 30 Jahre freibewitterten, hydrophobierten Sandsteinen die Leistungsfähigkeit siliziumorganischer Hydrophobierungen umfassend untersucht. Dabei lag neben der kapillaren Wasseraufnahme der Fokus auf Umfang und Zunahme oberflächlicher Steinschädigungen infolge Langzeitbewitterung, die mit tiefenabhängigen NMR-Messungen in 200 µm Schritten erfasst wurden.Die Untersuchungsmatrix bestand aus 5 Sandsteinsorten mit unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung, welche mit 11 Hydrophobierungen behandelt, an 7 Standorten ausgelagert und nach 2, 17 und 24 bzw. 30 Jahren Freibewitterung untersucht wurden. Aus über 7600 Labormessungen kann geschlussfolgert werden, dass die hydrophobe Wirkung der Mittel über 30 Jahre innerhalb des Steins nicht abnimmt. Bei allen analysierten Steinsorten können die Hydrophobierungen oberflächennahe Verwitterungsprozesse nicht unterbinden. Dementsprechend nehmen nach 2 Jahren detektierte Schädigungstiefen über 30 Jahre um ein vielfaches zu. Diese oberflächennahe Schädigung, d.h. das oberflächennahe Eindringen von Wasser, bedingt Abplatzungen, Oberflächenaufrauhung, Absanden, Gipsausblühungen, Krusten- und Schalenbildung, Verschmutzungen sowie biogenen Bewuchs. Einige Hydrophobierungsmittel zeigen insbesondere beim Baumberger, Schleeriether und Eichenbühler Sandstein bereits im unbewitterten Zustand eine unzureichende wasserabweisende Wirkung. In diesem Fall sind die Schädigungstiefen ausgeprägter. Im Folgeprojekt soll das wertvolle Ausgangsmaterial (450 freibewitterte Prismen) weiterführend untersucht werden. Neben den bisher analysierten Stirnflächen der Prismen sollen die Dachflächen, welche i.A. stärker verwittert sind, untersucht werden, um bestehende Kenntnisse zu ergänzen bzw. zu vertiefen. Der Schwerpunkt des Folgeprojektes liegt in der Reinigung der verwitterten Gesteine und einer daran schließenden Nachhydrophobierung. Bei der Reinigung werden 4 unterschiedliche Methoden eingesetzt und deren Effekt auf die Steineigenschaften untersucht. Die Veränderung des Porengefüges infolge Reinigung soll mittels einseitiger NMR und zu entwickelnden Auswerteroutinen charakterisiert werden. Die Nachhydrophobierung erfolgt sowohl mit vergleichbaren Mitteln als auch mit einem wasserbasierten System und einem System, welches ein Biozid enthält. Die verwendeten Mittel sind eindeutig anhand ihrer CAS-Nummern beschrieben und reproduzierbar. Abschließend erfolgt die erneute Freibewitterung der Probekörper. Dieses Projekt ermöglicht damit unter definierten Randbedingungen geeignete substanzschonende Vorgehensweisen zur Instandsetzung langzeitbewitterter Natursteinfassaden/-Objekte experimentell zu entwickeln ohne vorhandene Bausubstanzen zu zerstören. Darüber hinaus steht am Ende eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode zur Verfügung mit der tiefenabhängige Veränderungen im Sandsteinporengefüge mit hoher Auflösung quantifizierbar sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen