Bei der Kompressenentsalzung handelt es sich um die am weitesten verbreitete Methode zur Salzreduzierung von porösen Körpern. Insbesondere Restauratoren wenden dieses Verfahren schon seit Jahrzehnten an. Vor allem in den letzten 10 Jahren wurde verstärkt versucht, die theoretischen Grundlagen zu erfassen und das Verhalten der eingesetzten Materialien zu optimieren. 

Bei der Entsalzung mit einseitige aufgebrachten Kompressen kommt es zur Überlagerung der Transportvorgänge Diffusion und Konvektion.

Die Diffusion ist vergleichsweise langsam und abhängig von der vorhandenen Wassermenge. Als sicher funktionierender Anwendungsfall kann die Entsalzung von beweglichen Objekten im Wasserbad bezeichnet werden. Bei gegen Wasser unempfindlichen Objekten und regelmäßigem Wasserwechsel ist eine vollständige Entsalzung durchaus möglich.

So konnten in unserem Labor der Salzgehalt von historischen Fußbodenziegeln in einem Zeitraum von 4 Wochen bei einem 3 fachen Wasserwechsel um 90 % reduziert werden. Bei größeren Objekten erhöhen sich die Zeiten für den Konzentrationsausgleich aber erheblich. 

Sehr oft gibt es nur unklare Vorstellungen von den jeweils vorhandenen Mengen an bauschädlichen Salzen. Hier ist es unbedingt erforderlich, die Verteilung der Salze- wenn notwendig und möglich- über den Querschnitt des gesamten Objektes zu ermitteln. Schnell wird dann deutlich, dass das Aufbringen von dünnen Kompressen mit einer Stärke von 5- 10 mm nur einen sehr begrenzten Erfolg haben kann. Das Porenvolumen des jeweiligen Materials (Bentonit, Zellulose oder Mischungen) ist in jedem Fall zu klein, um eine größere Salzmenge aufzunehmen. 

Die Abbildung zeigt die Salzmenge, die im Labor aus einem Ziegel im Klosterformat entfernt wurde. Zur Entsalzung wurde der Ziegel über 60 Tage von Wasser durchströmt und das Salz in einer Kompresse aus Schwamm aufgefangen und extrahiert. 

Bei der einfachen Kompressenentsalzung ohne gezielte Wasserzugabe überlagern sich die beiden Prozesse Diffusion und Konvektion. Diffusionsvorgänge sind die Haupttriebkraft beim Einsatz von dauernassen Kompressen. Umfangreiche Untersuchungen von Terheiden und Kaps [1] ergaben eine Verringerung des Salzgehaltes um 6 % mit dauernassen Kompressen auf unterschiedlichen Sandsteinen, d.h. 96% der Salze wurden nicht entfernt. Für eine praktische Anwendung ist diese Salzminderung aber viel zu gering. 

In der Realität ist die Diffusion praktisch immer von Konvektionsvorgängen begleitet. Die zentrale Frage ist, in welche Richtung der konvektive Wasser- und damit verbundene Salztransport geht.

Wird das Kompressenmaterial auf das zu entsalzende Objekt aufgetragen, tritt sofort eine Wassertransport in das Volumen auf. Die Salze werden mit dem Wasser ins Innere transportiert und zwar so lange, bis der Wassergehalt von Paste und Objekt gleich groß ist. Gleichzeitig beginnt die Verdunstung an der Oberfläche und die Paste beginnt abzutrocknen.

Ein Teil des Wassers wandert kapillar ins Innere und ein Teil verdunstet an der Pastenoberfläche. Da die Geschwindigkeit des kapillaren Saugens wesentlich höher (größer Faktor 10) als die Verdunstungsgeschwindigkeit ist, wird auch eine viel größere Wasser- und damit Salzmenge nach Innen als nach Außen transportiert. Eine Entsalzung findet also in dieser Phase nicht statt.

Bei einer Kompressenentsalzung muss diese Tatsache unbedingt berücksichtigt werden. Ohne gerichtete Wasserströmung werden die Salze überwiegend ins Innere verschoben und wandern bei der folgenden Austrocknung eben nicht wieder nach vorn in die Kompresse. Sie bleiben im Inneren des Objektes, weil die Trocknung nur noch über die Gasphase läuft. Dieser Effekt konnte bisher an einer Reihe von Kompressenentsalzungen, die von unterschiedlichen Restauratoren durchgeführt wurden, in unserem Labor eindeutig nachgewiesen werden.

Seit geraumer Zeit werden an der TU Weimar systematische Untersuchungen zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten und zur Effizienz der Kompressenentsalzung durchgeführt. Auf die dabei gemessene Ineffizienz einer Entsalzung über Diffusion wurde weiter oben schon hingewiesen [1]. In einem weiteren Versuch wurde ein versalzener Probekörper vollständig mit Wasser gesättigt, bis auf eine Seite abgedichtet und eine handelsübliche Kompresse aufgetragen. Die Abtrocknung erfolgte dann ausschließlich über die Kompresse, die regelmäßig gewechselt und untersucht wurde. Bei diesem Versuchsaufbau wurde ein signifikanter Salzeintrag in die Kompresse gemessen. Aber auch hier begann nach einiger Zeit der kapillare Wasser- und Salztransport langsamer zu werden und von der Trocknung über die Gasphase überlagert und schließlich abgelöst zu werden. Die Versuchsbedingungen stellen einen Idealfall dar. In der Praxis ist es nicht möglich einen porösen Körper mit Wasser zu sättigen, ohne die Salze dabei ins Innere zu verschieben. Der Versuch zeigt aber, das selbst unter Idealbedingungen, bei einer Abtrocknung über eine einseitige Kompresse nur eine begrenzte Salzmenge entfernt werden kann. Ab dem Zeitpunkt, bei dem die Trocknung über die Gasphase verläuft, stoppt die Entsalzung. Dieses grundsätzliche Problem kann nur mit einer gerichteten Wasserströmung, die über einen definierten Zeitraum aufrechterhalten wird, gelöst werden.

Diese Probleme und Überlegungen sind weitgehend unabhängig vom Objekt und der Zusammensetzung der Kompresse. Von vielen Restauratoren werden Kompressen aus Bentonit, Zellulose, Sand und deren Mischungen verwendet. Diese besitzen aber eine einige prinzipielle Nachteile. Zellulose hat aufgrund der Struktur der Fasern relativ große Poren und damit auch nur eine schwache Saugkraft auf feinporösen Materialien, wie Sandstein und dichten Ziegeln. Außerdem ist die Haftung im trocknen Zustand und die Aufnahmekapazität für Salze gering. Eine deutliche höhere Saugkraft und bessere Haftung auf unterschiedlichen Untergründen besitzt Bentonit. Die gute Haftung führt aber oft dazu, dass sich die Kompresse nur schwer vom Untergrund lösen lässt und auf der Oberfläche Rückstände bleiben, die dann aufwendig entfernt werden müssen. Alle diese Nachteile waren Anlass zur Entwicklung von neuen Pasten, die sich gut verarbeiten, anbringen und wieder entfernen lassen. Diese neuen Pasten sind ein komplexes gemisch von Perliten, gemischt mit weiteren Substanzen.

Test unterschiedlicher Kompressenmaterialien beim Abtrocknen

Die Pasten besitzt eine große Anzahl feiner Poren und damit eine sehr hohe Wasser- und Salzspeicherkapazität. Die Kompressen trocknen deutlich langsamer als Zellulose und lassen sich ohne größeren Aufwand wieder entfernen. Aufgrund des geringen Schwindens beim Abtrocknen bilden sich kaum Trockenrisse und die Paste haftet gut am Untergrund. Die Kompressen können auch in größerer Stärke aufgebracht werden, wobei durch den Einsatz einer modifizierten Putzmaschine eine sehr hohe Effektivität erreicht wird. Anhand von Versuchen an realen Objekten konnten die Mischung und die anderen Verfahrensbedingungen (Wasserzugabe, Trocknungsverlauf) entsprechend modifiziert werden, so dass abhängig von den vorgegeben Bedingungen optimale technologische Parameter gewählt werden können. Dies gestattet eine Entsalzung unterschiedlicher Objekte mit einem minimalen Eingriff in die Substanz bei einer hohen Effektivität hinsichtlich der Applikation und Entfernung der Paste.