Grundlagen
Herkunft der Salze und Schäden
Ob und in welchen Ausmaß ein Mauerwerk durch Salze geschädigt werden kann, ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Die Struktur und Festigkeit der Baumaterialien hat dabei natürlich einen entscheidenden Einfluss auf die Salzresistenz. Daneben spielt das klimatische Umfeld eine wichtige Rolle. Temperatur- und Luftleuchteschwankungen können zu Kristallisationszyklen der löslichen Salze führen, die das Gefüge der Baustoffe zerstören.
Die Salze können von außen in das Objekt eingetragen worden sein oder sie sind als unerwünschte Reaktion der verwendeten Baustoffe entstanden. Zu diesem Thema sind eine große Anzahl von Arbeiten veröffentlicht worden, so dass im folgenden nur einige typische Schadensmechanismen angeführt werden sollen [2,4,8,9,10].
Ein sehr oft anzutreffendes Beispiel für den ersten Fall, ist die Anreicherung von Nitraten und Chloriden in historischem Mauerwerk. Die Anwesenheit von Nitraten deutet auf Zersetzungsprodukte tierischer und menschlicher Exkremente hin, die seinerzeit oft bedenkenlos in der Nähe von Gebäuden „entsorgt“ wurden.
Die schädigende Wirkung einzelner Salze ist unterschiedlich. Dies wird im Wesentlichen durch die verschiedenen Sättigungsfeuchten bedingt. Stark hygroskopische Salze wie Calciumchlorid und Calciumnitrat, die bei rel. Luftfeuchten > 40% immer als flüssige Hydrate vorliegen, erhöhen die hygroskopische Wasseraufnahme des Mauerwerkes. Sind sie in höheren Konzentrationen an der Oberfläche angereichert, so können an diesen Stellen bei feuchter Witterung Flecken gebildet werden, die den Eindruck erwecken, als wäre das ganze Mauerwerk vollständig durchfeuchtet. Farbanstriche halten an derartigen Stellen nicht lange und die Ansiedlung von Mikroorganismen wird begünstigt. Dazu wird durch die hygroskopische Feuchtigkeit die Aufnahme von Schadstoffen aus der Luft (SO2, NOx) beschleunigt. Eine rein mechanische Zerstörung des Gefüges ist dagegen bei Anwesenheit der genannten hygroskopischen Salze kaum möglich, da die Bedingungen für das Auskristallisieren dieser Salze äußerst selten gegeben sind.
Starke Schäden, wie sie in der Abbildung gezeigt sind, können durch Versalzung mit Natriumsulfat verursacht werden. Die Ursache dafür ist, dass Natriumsulfat im Bereich der praktisch vorkommenden Temperaturen und relativen Luftfeuchtigkeiten verschiedene Hydrate bilden kann. Durch Aufnahme und Abgabe von Kristallwasser bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen verändert sich das Volumen. Bei einer Volumenvergrößerung kann es dann zu einer Sprengwirkung ähnlich der von gefrierendem Wasser kommen. So können bereits bei Konzentrationen von etwa 0,5 Masse% Natriumsulfat fortschreitende Schäden an Putz und Ziegeln beobachtet werden, die sich in einem Abmehlen oder Absanden, z.T. aber auch in Form von abplatzenden Schalen bemerkbar machen.
Ähnliche Schäden werden auch durch Kalium- und Magnesiumsulfat verursacht, wobei die genannten Salze oft auch als Mischung vorliegen. Diese Mischungen verhalten sich aber wieder anders als die Summe der einzelnen Salze [10], so dass eine exakte Beurteilung des Schadenspotentials schwierig ist.
Die Herkunft von Natrium, Kalium und Magnesium liegt oft im Baustoff selbst. So finden sich in einigen Bindemitteln (Zement oder Trasskalk) oder auch selbst in neuen Ziegeln erhöhte Konzentrationen der genannten Elemente.
Schäden, die durch Salze verursacht werden, sind im Anfangsstadium meist auf die oberflächennahen Schichten des Mauerwerkes beschränkt und daher visuell oft erkennbar. Ergibt eine chemische Analyse von Oberflächenproben dann mehr als 0,5 Masse% Natrium- oder Kaliumsulfat oder mehr als 1 Masse% an Gesamtsalz, so ist mit einiger Sicherheit anzunehmen, dass es sich tatsächlich um Salzschäden handelt.
Prinzipiell ist es schwierig, einen Grenzwert festzulegen, ab dem die vorhandene Salzkonzentration zu Schäden führen wird. Das ist abhängig von dem betroffenen Material (Ziegel, Mörtel, Sandstein…), der Art der Salze und den klimatischen Randbedingungen (Bewitterung, Innen- oder Außenraum). Die teilweise recht komplexen Schadensmechanismen erfordern oft eine entsprechend fundierte Untersuchung, die nicht nur eine Oberflächenprobe beinhaltet, sondern die räumliche Verteilung der Salze unter Berücksichtigung der Randbedingungen ermittelt sollte. Die nicht seltene Praxis, eine Entsalzung nur anhand einer optischen Begutachtung auszuschreiben, muss prinzipiell abgelehnt werden. Dunkle Flecken oder weiße Ausblühungen an einer Wand sind noch keine ausreichende Begründung für eine hohe Salzbelastung des Mauerwerks. Es existiert leider noch kein Verfahren, um zerstörungsfrei Salze im Inneren von Objekten nachzuweisen. Man wird deshalb nicht umhin kommen, eine entsprechende Anzahl von Proben zu entnehmen und im Labor den Salzgehalt zu bestimmen.
Weiterführende Literatur
[1] K. Terheiden, Ch. Kaps Sandsteine im Sanierungsprozess der Kompressenentsalzung, 12. Hanseatische Sanierungstage, Warnemünde 2001
[2] G. Weiss, Die Eis- und Salzkristallisation im Porenraum von Sandsteinen Münchner Geowiss. Abh.(B), 9,Verlag Dr. Friedrich Pfeil, München, 1992
[3] H .Ettl, H. Schuh, Salzreduzierung am Ziegel- und Natursteinmauerwerk mit Kompressen, FAS Schriftenreihe, Heft 10, Berlin, 1998
[4] Salzschäden an Wandmalereien, Arbeitshefte des Bayrischen Landesamtes für Denkmalpflege, Band 78, München, 1996
[5] P. Friese und A. Protz, Entsalzung mit zweiseitiger Kompresse, Bautenschutz +Bausanierung 20(1997)Heft 8, S.10-13
[6] P. Friese und A. Protz, Desalination of Brickwork and other porous media, in: Conservation of historic brick structure (N. S. Bear u.a.), Donhead Publishing Ltd. 1998, S. 335-345
[7] A. Buchwald, Ionentransportprozesse zur Verminderung von Schadsalzgehalten in porösen, feuchten Mauerwerksbaustoffen, Dissertation Bauhausuniversität Weimar (2000), Aachen Shaker Verlag
[8] E. W. Nägele, Die Rolle von Salzen bei der Verwitterung von mineralischen Baustoffen, WTA- Schriftenreihe Heft 1, Baierbrunn, 1992
[9] L. Goretzki, Verfahren zum Entsalzen von Naturstein, Mauerwerk und Putz, WTA- Schriftenreihe Heft 8, Aedificatio Verlag, Freiburg, 1996
[10] M.Steiger, A.Zeunert, Crystallization Properties of Salt Mixtures, 8th congress on deterioration and conservation of stones, proceedings, Berlin, 1996