Einfluss von Steinkonservierungen auf die langfristige Natursteinverwitterung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem DFG Vorhaben wurde an bis zu 30 Jahre freibewitterten, hydrophobierten Natursteinen die Leistungsfähigkeit siliziumorganischer Hydrophobierungen umfassend untersucht. Dabei lag neben der kapillaren Wasseraufnahme der Fokus auf Umfang und Zunahme oberflächennaher Steinschädigungen infolge Langzeitbewitterung, die mit tiefenabhängigen NMR (Nuclear Magnetic Resonance)-Messungen erfasst wurden. Die in diesem Vorhaben eingesetzte, zerstörungsfreie, einseitige NMR-Messmethodik erlaubt es, anhand der Detektion von Wasserstoffatomen, erstmals Schlussfolgerungen zu Schädigungstiefen innerhalb der ersten 4 mm von Natursteinoberflächen mit einer Auflösung von 200 µm zu treffen. Die Versuchsmatrix bestand aus 5 Sandsteinsorten mit unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung, welche mit 11 Hydrophobierungsmitteln (4 Mittel bestehend aus Silanen, 5 Mittel aus Siloxanen und 2 Mittel aus Silikonharzen; teilweise zusätzlich mit Kieselsäureester zur Steinverfestigung) 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 Expositionsdauer funktionstüchtig bleibt, sofern nach der Applikation eine durchgängige Wirkzone vorhanden war. Unterschiede hinsichtlich der Verwitterung sowie der Langzeiteffektivität der Hydrophobierungen zwischen den betrachteten Expositionsstandorten sind nicht signifikant. Hinsichtlich der Wirksamkeit der Hydrophobierungsmittel ist keine klare Differenzierung zwischen den drei Arten Silan, Siloxan und Silikonharz möglich. Mittel 2 (Silan), Mittel 5 (Siloxan) und Mittel 11 (Silikonharz) zeigten häufig gegenüber den anderen eine etwas bessere Leistungsfähigkeit über 30 Jahre. Bei allen analysierten Steinsorten können die Hydrophobierungen oberflächennahe Verwitterungsprozesse jedoch nicht unterbinden. Dementsprechend nehmen die an den 2-jährig ausgelagerten Proben detektierten Schädigungstiefen über eine Langzeit-Freibewitterung von 30 Jahren 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 zeigten bereits in unbewittertem Zustand eine unzureichende wasserabweisende Wirkung aufgrund geringer Eindringtiefen sowie einer ungleichmäßig ausgebildeten, nicht durchgängigen, wasserabweisenden Schicht. In diesem Fall sind die Schädigungstiefen ausgeprägter.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2019): Non-destructive detection of the efficiency of long-term weathered hydrophobic natural stones using single-sided NMR. Journal of Cultural Heritage
Braun, F.; Orlowsky, J.
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(2020): Analyzing near-surface regions of hydrophobic and long-term weathered natural stones at microscopic scale. MDPI Journal Heritage
Braun, F.; Orlowsky, J.; Brüggerhoff, S.
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(2020): Comparison of different evaluation methods concerning water absorption. Monument Future – Decay and Conservation of Stone, Proceedings of the 14th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, University of Göttingen and University of Kassel, pp. 507-512, ISBN-Nr. 978-3-96311-172-3
Orlowsky, J.; Braun, F.
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(2020): Contact angle measurements on hydrophobic natural stones. Monument Future – Decay and Conservation of Stone, Proceedings of the 14th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, University of Göttingen and University of Kassel, pp. 675-680, ISBN-Nr. 978-3-96311-172-3
Groh, M.; Braun, F.; Orlowsky, J.
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(2020): Single-sided NMR Experiments on hydrophobic and long-term weathered natural stones. Monument Future – Decay and Conservation of Stone, Proceedings of the 14th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, University of Göttingen and University of Kassel, pp. 633-638, ISBN-Nr. 978-3-96311-172-3
Braun, F.; Orlowsky, J.
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(2020): The influence of 30 years outdoor weathering on the durability of hydrophobic agents applied on Obernkirchener Sandstones. MDPI Journal Buildings
Orlowsky, J.; Braun, F.; Groh, M.
