CHEMIE - Institut für Hochbau und Technologie

CHEMIE
für Bauingenieure
o. Univ. Prof. Dr. techn. Dr. h.c. Ulrich
SCHNEIDER
Institut für Hochbau und Technologie
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Das Buch zur
Vorlesung….
6. Auflage
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4. Vorlesung
Teil 2
4.2 Korrosion und Korrosionsschutz der
übrigen nichtmetallischen und
anorganischen Baustoffe
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.1 Einleitung
Natursteine werden verwendet zur Verkleidung von
Hausfassaden, zum Pflastern von Straßen und Plätzen, zur
dekorativen Gestaltung von Innenräumen, z.B. als Treppen
und Bodenbelag, und in zunehmendem Maße als gebrochener
Betonzuschlag.
Für die Verwendung von Natursteinen als Außenbauteile ist
in erster Linie ihr Verhalten in der Atmosphäre, d.h. die
Witterungsbeständigkeit (Diaphtherese) maßgebend.
Diese ergibt sich aus ihrer chemischen und biologischen
Beständigkeit.
Beide hängen ab von der stofflichen Zusammensetzung und
dem Steingefüge.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bei der stofflichen Zusammensetzung lässt sich im
Wesentlichen unterschieden zwischen:
• kieselsäuregebundenem Gestein mit einer guten
Beständigkeit und
• kalkgebundenem Gestein mit geringer Beständigkeit.
Das Steingefüge ergibt sich aus der Schichtung bzw.
Porosität und der damit verbundenen Wasseraufnahme.
Je dichter das Steingefüge, desto geringer ist die
Wasseraufnahme und desto höher ist die Steinfestigkeit
bzw. Witterungsbeständigkeit.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Eine gute Beständigkeit besitzen im
Allgemeinen von den:
• Eruptivgesteinen:
Basalt, Diabas, Porphyrarten, Andesit, Trachyt,
Granit, Syenit, Gabbro und Dorit;
• Sedimentgesteinen:
dichter Kalkstein und quarzgebundener Sandstein,
Grauwacke;
• metamorphen Gesteinen:
Dachschiefer, Marmor, Quarzit, Gneis.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Dagegen besitzen weniger gute bis geringe
Beständigkeit von den:
• Eruptivgesteinen:
die Basalte, die als sogenannte „Sonnenbrenner“
vorliegen und bei längerer Lagerung an der Luft
zerfallen;
• Sedimentgesteinen:
die sonstigen Kalksteine und die nicht quarzgebundenen
Sandsteine;
• metamorphen Gesteinen:
verwitterte Gneise und Glimmerschiefer.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.2 Korrosion bzw. Verwitterung von Natursteinen
Die Korrosion (Diaphtherese) der Natursteine erfolgt wie
bereits erwähnt durch Witterungseinflüsse. Eine Gefährdung
ergibt sich aufgrund der Gefügestruktur (Porosität) und
chemischen Zusammensetzung.
Die Porosität bedingt eine unterschiedliche Wassersaugfähigkeit.
Dabei sind Steine mit einem feinporigen
Kapillarnetz stärker gefährdet als grobporige Steingefüge
(z.B.: Travertin).
Eine Schichtung (häufig bei Sandsteinen) bedeutet
bevorzugte Verwitterung eingelagerter Ton-, Mergel- und
Glimmerbestandteile in den Feinschichten. Wichtig ist deshalb
eine lagerhafte Verarbeitung der Steine.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Im Hinblick auf die chemische Zusammensetzung
(Bindemittelgehalt) sind besonders gefährdet tonige,
mergelige und kalkhaltige Sandsteine, ebenso wie solche mit
einem hohen Anteil an amorphen Kieselgel.
Höhere Gehalte an Glimmer und Chlorit, wie bei manchen
Graniten, führen zu Aufspaltungen und Abblätterungen.
Die Verwitterung der Natursteine erfolgt fast ausschließlich
unter Beteiligung des Wassers, allein schon durch:
Auswaschen und Erweichen sowie Schwinden,
Quellen und Frost.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Frostschäden treten auf bei vollständiger Durchfeuchtung des
Bauteils, wenn das gefrierende Eis um etwa 9% größeres Volumen
gegen die umschließenden Porenwände bilden muss. Der Eisdruck
kann unter diesen Umständen theoretisch zwischen 200 und 300
N/mm² erreichen.
Natursteine unterliegen weiterhin der Zerstörung durch die im
Folgenden genannten Angriffsarten:
• lösender Angriff, hauptsächlich von H 2 CO 3 und HNO 3
verursacht,
• treibender Angriff und sprengender Angriff von H 2 SO 4 und
kristallisierten Salzen hervorgerufen,
• biologischer Angriff, durch Ammoniak- oder Nitritoxidanten
verursacht.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Die auffälligsten aller Schadensformen sind die
feuchtigkeitsbedingten Salzausblühungen.
Wasserlösliche Salze aus Stein und Fuge gelangen an die
Oberfläche, das Wasser verdunstet, die Salze kristallisieren
aus.
Zwar handelt es sich zunächst nur um optische Schäden;
die Salze im Mauerwerk sind jedoch als hydrophile Zentren
Ursache von Feuchtezonen.
Die teilweise reversible Aufnahme und Abgabe von
Kristallwasser erfolgt unter erheblicher Volumensveränderung.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Dies führt nicht nur an der Oberfläche zu Salzschäden.
Im Inneren entstehen Kristallisationsdrücke, die
Gefügesprengungen verursachen.
Verstärktes Eindringen von Wasser ist die Folge.
Die Feuchtezonen werden immer größer und bieten einen
idealen Nährboden für Mikroorganismen.
Ergebnisse eines solchen Schadensverlaufs sind: Zerstörung
der schützenden Anstriche, Risse im Gestein, Verrottung der
Gesteine.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Weiterhin treten auf: Mauerwerksschäden mit Putzabplatzungen durch
Frost- Tau- Belastungen, verbunden mit Absandungen, Abmehlungen und
Absprengungen von Fugen- und Steinoberflächen (Abb. 4.2-1).
Schließlich tritt sogar ein Festigkeitsverlust ein.
Der wesentliche Schadensverursacher ist somit die Feuchtigkeit bzw. das
Wasser, ohne das sowohl die natürlichen als auch die
immissionsbedingten Zerstörungen mineralischer Baustoffe erheblich
langsamer verlaufen.
Die gravierendsten Bauschäden , die durch Wasser indirekt verursacht
werden, sind eine Folge der Zerstörung mineralischer Bindemittel im Stein
oder in den Fugen. Kalk, Ton, Mergel und silikatische Bindemittel der
Natursteine werden durch Wasser ausgelaugt. Der Stein sandet ab.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Abb.4.2-1: Beispiel: Mauerwerksschäden durch „abgesandeten“ Stein
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Hierbei spielen Umwandlungen der Bindemittel durch natürliche
und künstliche Umwelteinflüsse eine erhebliche Rolle.
Im Folgenden sind einige wichtige Reaktionen wiedergegeben:
• 1) CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3 ) 2
Kalkgebundene Natursteine werden unter dem Einfluss von
kohlensauren Wässern und CO 2 durch Bildung löslicher
Hydrogenkarbonate ausgelaugt.
• 2) Ca(HCO 3 ) 2 + Na 2 SO 4 → 2NaHCO 3 + CaSO 4
In Gegenwart leicht löslicher Alkalisulfate, die heute in weit größeren
Mengen in Ziegeln vorhanden sind als früher, kommt es bereits ohne
Luftverunreinigungen zu Gipsbildung.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• 3) CaSO 4 + 2H 2 O → CaSO4 . 2H 2 O
Durch Aufnahme von Kristallwasser kommt es zu hohen Sprengdrücken.
• 4) 2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Durch Abgabe von CO 2 und Wasser entsteht weniger lösliches
Natriumcarbonat, das ausblüht.
• 5) Na 2 CO 3 + SO 2 + ½O 2 → Na 2 SO 4 + CO 2
Als Folge der Umweltbelastung wird möglicherweise in einer mehrstufigen
Reaktion durch Einwirkung von SO 2 unter dem katalytischen
Einfluss von Stickoxiden Natriumsulfat gebildet.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• 6) Na 2 SO 4 + 10H 2 O Na 2 SO .
4 10H 2 O
THENARDIT
GLAUBERSALZ
Es kommt zu Kristallisationsdrücken durch reversible
Kristallwasseraufnahme und -abgabe (hygroskopisches
Verhalten) unter Bildung von Glaubersalz bzw. Thenardit.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Natriumsulfat ist deshalb besonders gefährlich und damit
eines der bauschädlichsten Salze, weil die reversible
Aufnahme von Kristallwasser in der wärmeren Jahreszeit zu
ständigen Kristallisationswechseln führt. Oberhalb 32°C gibt
Natriumsulfat das gesamte Kristallwasser ab, während unter
32°C bis zu 10 Mol Kristallwasser aufgenommen werden.
Diese Kristallisationswechsel sind weitaus gefährlicher als die
Frost- Tau- Beanspruchungen im Winter. Deshalb wird auch
zur Prüfung der Witterungsbeständigkeit seit einiger Zeit der
Kristallisationstest den früher üblichen Frost- Tau-
Wechselbeanspruchungen vorgezogen, oder beide
Belastungsarten werden kombiniert.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-1: Die wichtigsten bauschädlichen Salze und ihr
häufigstes Vorkommen
Zusammensetzung Name Vorkommen
MgSO 4
.
7H 2
O Bittersalz, Magnesiumsulfat Naturstein
CaSO .
4
2H 2
O Gips, Calciumsulfat Beton, Putz, Ziegel- und
Natursteinmauerwerk
Na 2
SO 4
.
10H 2
O Glaubersalz, Natriumsulfat Ziegel- und Natursteinmauerwerk
3CaO . Al 2
O 3.
3CaSO 4.
32H 2
O Ettringit, Trisulfat Beton
Mg(NO 3
) 2
.
6H 2
O
Ca(NO 3
) 2
.
4H 2
O
5Ca(NO 3
) 2.
4NH 4
NO 3.
10H 2
O
CaCl 2
.
6H 2
O
NaCl
Na 2
CO 3
.
10H 2
O
K 2
CO 3
Magnesiumnitrat
Calciumnitrat
Kalksalpeter
Calciumchlorid
Kochsalz, Natriumchlorid
Soda, Natriumkarbonat
Pottasche, Kaliumkarbonat
Toilettenanlagen und Stallungen
Tausalze
Natursteinflächen, die mit
Wasserglas behandelt wurden
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Im Prinzip lässt sich Natursteinzerstörung durch
Salzbildung wie folgt beschreiben:
a) Salz kristallisiert aus einer übersättigten Lösung in einer
Pore aus. In diesem Sinne ist die Wirkung von NaCl oder
K 2 CO 3 aufzufassen.
Beispiele für die Größe des Kristallisationsdruckes geben
die nachfolgenden Übersichten in Tabelle 4.2-2 und
Tabelle 4.2-4.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-2: Kristallisationsdruck einiger bauschädlicher Salze
+) c/cS = Wert für die Übersättigung der Lösung, z.B. bedeutet c/c S
= 10 eine 10fache
Übersättigung der Lösung in den Kapillaren
Chem. Zusammen- Mol- Kristallisationsdruck (N/mm²) bei
setzung des Salzes volu- c/c s
+)
= 2 c/c s
= 10
men 0 °C 50°C 0°C 50°C
CaSO .
4
½H 2
O 46 33,5 39,8 112 132,5
CaSO 4
.
2H 2
O 55 28,2 33,4 93,8 111
MgSO 4
.
7H 2
O 147 10,5 12,5 35 41,5
MgSO 4
.
6H 2
O 130 11,8 14,1 39,5 49,5
MgSO 4
.
1H 2
O 57 27,2 32,4 91 107,9
Na 2
SO 4
.
10H 2
O 220 7,2 8,3 23,4 27,7
Na 2
SO 4
53 29,2 34,5 97 115
NaCl 28 55,4 65,4 184,5 219
Na 2
CO 3
.
10H 2
O 199 7,8 9,2 25,9 30,8
Na 2
CO 3
.
7H 2
O 154 10 11,9 33,4 36,5
Na 2
CO 3
.
1H 2
O 55 28 33,3 93,5 110,9
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-3: Kristallisationsdrücke einiger Hydratbildungsreaktionen in N/mm²
Rel.
Luftfeuchte
CaSO 4
.
0,5H 2
O zu
CaSO 4
.
2H 2
O
[%] 0°C 20°C 60°C 10°
C
Umwandlung von
MgSO 4
.
6H 2
O zu
MgSO 4
.
7H 2
O
20°C 30°C 10°
C
Na 2
CO 3
.
H 2
O zu
Na 2
CO 3
.
7H 2
O
20°C 30°C
100 219 175,5 92,6 14,6 11,7 9,2 93,8 61,1 43
80 - - - - - - 63,7 28,4 9,4
70 160 114,5 25,4 9,7 6,8 4,0 - - -
60 - - - - - - 24,3 - -
50 107,2 57,5 0 5,0 1,9 0 - - -
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-4: Möglichkeiten der Hydratbildung einiger bauschädlicher Salze
+)
In Gegenwart von MgSO 4 , CaCl 2 usw. ist der Übergang bereits ab 10° C und ab
60-80% rel. Luftfeuchte möglich
MgSO 4
.
7H 2
O MgSO 4
.
6H 2
O MgSO 4
.
1H 2
O
CaSO 4
.
2H 2
O
CaSO 4
.
½H 2
O
Na 2
SO 4
.
10H 2
O Na 2
SO 4
Mg(NO 3
) 2
.
6H 2
O
Mg(NO 3
) 2
.
2H 2
O
Ca(NO 3
) 2
.
4H 2
O Ca(NO 3
) 2
.
3H 2
O Ca(NO 3
) 2
CaCl 2
.
6H 2
O CaCl 2
.
2H 2
O CaCl 2
Na 2
CO 3
.
10H 2
O Na 2
CO 3
.
7H 2
O Na 2
CO 3
.
1H 2
O
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

) Ähnlich wirkt das Kristallwachstum, das von einer
porösen Oberflächenschicht ausgeht. Darauf haftende
dichtere Schichten werden abgesprengt, z.B. bei
Putzmörtel, Sandsteinen und Beton, Ziegelmauerwerk
usw. werden Krusten und filmartige Anstriche von den
nadeligen Kristallen abgehoben:
• Disspersionsanstriche auf Putzen,
• Mineral-Silikatfarbenanstriche auf Ziegel,
• Terrakoten und Sandsteinen
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

c) Eine Reihe löslicher Salze vermag mit oder ohne
Hydratwasser zu kristallisieren:
Dabei werden Wassermoleküle in das Kristallgitter unter
starker Zunahme des Kristallvolumens eingebaut
(siehe Hydratation).
Schäden treten dann auf, wenn der Wechsel zwischen der
kristallfreien Form und einer oder mehrerer Hydratstufen
bei normalen Temperaturbedingungen abläuft.
Derartige Schäden sind an Natursteinen besonders häufig,
wobei die jeweiligen Übergangstemperaturen für das
chemische Gleichgewicht zu beachten sind.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Zerstörungsmechanismen
nicht so einfach sind, wie es die genannten
Reaktionsfolgen erscheinen lassen mögen. Es wäre sicher
falsch anzunehmen, ohne Mauerfeuchtigkeit fände keine
Zerstörung statt.
Die „trockene“ Steinoberfläche enthält stets mehrere
Moleküllagen Wasser und kann erhebliche Mengen SO 2 aus
der Luft adsorbieren, das in Gegenwart von Wasser zu
schwefeliger Säure führt, die an der Steinoberfläche teilweise
zu Sulfiden neutralisiert sowie teilweise zu Schwefelsäure und
ihre Salzen oxidiert wird.
Letztlich kommt somit dem Wasser eine Schlüsselrolle bei der
Zerstörung mineralischer Baustoffe zu.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.3 Korrosion durch biologischen Angriff
In jüngster Zeit wird dem Problem des biologischen Angriffs auf
Natursteine erhebliche Bedeutung zugemessen.
Eine große Zahl verschiedener Bauwerke, die aus zementgebundenen
Baustoffen, Kalk- oder Sandstein bestehen, sind durch bakterielle
Steinschäden mittlerweile in ihrer Bausubstanz so stark geschädigt, dass
Renovierungen dringend erforderlich sind.
Neben Tiefbauten, wie großen unterirdischen Abwasserkanälen, sind in
jüngster Zeit vor allem Hochbauten betroffen.
Zu ihnen zählen neben historischen Baudenkmälern, wie z.B. der
Kölner Dom und der Stephans Dom, Brücken, Straßen, Hochhäuser und
Konstruktionen unserer Zeit.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Ursächliche Faktoren des Steinzerfalls sind in diesem Fall
biologische und vor allem mikrobiologische Prozesse.
Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, sind
morphologisch wenig differenziert, zeigen aber im Gegensatz
zu höhere Organismen eine geradezu enorme
stoffwechselphysiologische Varianz.
So kennt man eine Gruppe weit verbreitet vorkommender
Bakterien, die chemolithoautotrop, d.h. das diese Organismen
die Fähigkeit haben, mit reduzierten anorganischen
Verbindungen oder Ionen als Wasserstoff- bzw.
Elektonendonatoren (-spender) zu wachsen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Hierzu gehören u.a.:
• Ammoniakoxidanten, die Ammonium zu Nitrit oxidieren,
• Nitritoxidanten, die Nitrit zu Nitrat umwandeln.
Ammoniak- und Nitritoxidanten werden zur Gruppe der Nitrifikanten
zusammengefasst.
Neben diesen Bakterien sind schwefeloxidierende Bakterien der Gattung
Thiobacillus weit verbreitet. Diese ebenfalls lithoautotrop wachsenden
Organismen sind in der Lage, reduzierte Schwefelverbindungen, wie
Sulfide, molekularen Schwefel oder Thiosulfat, zu Schwefelsäure zu
oxidieren. Beiden Bakteriengruppen, den
• Nitrifikanten und
• Thiobacillen,
ist gemeinsam, dass das Endprodukt ihres lithotropen Stoffwechsels eine
starke Mineralsäure ist.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Die Biochemie des Stoffwechsels der zwei genannten
Gattungen unterscheidet sich hinsichtlich der zur
Energiegewinnung verwendeten anorganischen Substrate.
Die Oxidation des Ammoniaks bei den Nitrifikanten läuft in
drei Reaktionsschritten ab,
• wobei zunächst Ammoniak zu Hydroxylamin (NH 2 OH)
oxidiert wird.
• Anschließend erfolgt durch Oxidation des Hydroxylamins
über Nitroxyl zu Nitrit der eigentliche Energiegewinn für die
Zelle.
• Schlüsselenzym dieser Reaktion ist die
Hydroxylaminoxidreduktase (Reduktase des Hydroxylamins).
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Der qualitative Ablauf der oben genannten Reaktion, die Nitritbildung, ist
in der folgenden Gleichung stark vereinfacht dargestellt, insbesondere
wird auf die daran beteiligten Enzyme (hier durch X symbolisiert) nicht
eingegangen:
NH 3 + X + O 2 → NO 2- + XH 2 + H +
Die bakterielle Nitritoxidation bzw. Nitratbildung lässt sich summarisch
durch die Gleichung:
NO 2- + 0,5O 2 → NO 3
-
ausdrücken. Allerdings stammt das bei der Oxidation vom Nitrit
aufgenommene Sauerstoffatom nicht aus dem Sauerstoff der Luft,
sondern aus dem Wasser.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Thiobacillen gewinnen demgegenüber ihre Energie durch
Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen. Als Stoffwechselprodukt
entsteht Sulfat.
Da auf Teilreaktionen hier nicht näher eingegangen werden
soll, sind die folgende Gleichungen nur als eine summarische
Aufzeichnung möglicher Reaktionen zu verstehen:
S 2- + 2 O 2 → SO 4
2-
S + H 2 O + 1,5 O 2 → SO 4 2- + 2 H +
S 2 O 3
2-
+ H 2 O +2 O 2 → 2SO 4
2-
+ 2 H +
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bei den genannten lithotrop wachsenden Bakterien ist der
Energiegewinn aus der Substratoxidation gering.
Folglich wachsen alle lithotropen Organismen sehr langsam
und wenig effizient, wobei der Substratumsatz und somit
die Säureproduktion sehr hoch sind.
Allerdings sind sowohl Nitrifikanten als auch Thiobacillen
ubiquitär, d.h. sie sind in der Natur praktisch überall
anzutreffen, und ihr Auftreten ist immer mit einer
Säureproduktion verbunden.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Mikrobiologische Untersuchungen haben ergeben, dass säurebildende
Bakterien (Thiobacillen) an den Innenwänden von Abwasserrohren und
auch im Abwasser selbst vorkommen.
Insbesondere lassen sich an Stellen starker Korrosion Zellzahlen bis zu
10 8 Zellen/mg Protein nachweisen, wobei neben der Arten:
• T. neapolitanus,
• T. intermedius und
• T. novellus vor allem
• T. thiooxidans zahlenmäßig dominiert.
T. thiooxidans ist als acidophiles Bakterikum bekannt, das in einem pH-
Bereich zwischen 1,0 und 2,0 optimal wächst.
Wie die Untersuchungen in Hamburger Abwassersammlern gezeigt
haben, ist es als Indikatorbakterium für starke Korrosion anzusehen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Abbildung 4.2-1 zeigt den Schwefelkreislauf, wie er sich in
Abwassertransportleitungen einstellt.
Während im Abwasser und in den Schlammablagerungen reduktive
Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen für die Bildung von flüchtigen
Schwefelverbindungen sorgen, werden diese Verbindungen oberhalb des
Abwasserspiegels durch chemische Reaktion in molekularen Schwefel
umgewandelt, der sich auf den Innenwänden der Rohre niederschlägt.
Thiobacillen oxidieren den molekularen Schwefel zu Schwefelsäure, der
die Korrosion auslöst.
Reduktive Stoffwechselprozesse von Bakterien sorgen vornehmlich in
langsam fließenden Abwässern für die Bildung von flüchtigen
Schwefelverbindungen (H 2 S).
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Abb. 4.2-1: Schematische Darstellung eines Querschnittes durch eine
großformatige teilgefüllte Abwassertransportleitung
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Auch die heterogen wachsende, im Abwasser ständig
vorkommenden Pseromonaden und Enterobakterien tragen zur
Entstehung gasförmiger Schwefelverbindungen bei, indem sie
beim Proteinabbau Schwefelwasserstoff freisetzen.
In Gegenwart von Luftsauerstoff sind gasförmige
Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff nicht beständig,
so dass durch chemische Oxidation molekularer Schwefel
entstehen kann, der wiederum nach Ablagerung auf den
Innenwänden der Abwasserrohre von Thiobacillen zu
Schwefelsäure oxidiert wird.
Schwefelsäure greift die Bindemittel des Betons an.
Es entsteht schwer lösliches Calciumsulfat, das an stark
korrodierten Stellen als weiße Masse deutlich sichtbar aus der
Wand herausquillt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

An bestimmten Hochbauten sind ebenfalls entsprechende
mikrobiologische Untersuchungen durchgeführt worden.
Untersuchungen an korrodierten Innenwänden von
Kühltürmen haben ergeben, dass säurebildende Bakterien
auch hier vorkommen.
Allerdings unterscheidet sich die Bakterienflora in ihrer
Zusammensetzung deutlich von derjenigen, die an
Korrosionsstellen in Abwasseranlagen anzutreffen ist.
An Hochbauten treten schwefelsäurebildende Bakterien nur
selten und in geringer Anzahl auf.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Demgegenüber konnten nitrifizierende Bakterien stellenweise
in hoher Zahl nachgewiesen werden.
An den Innenwänden von Kühltürmen wurden Zellzahlen
nitroxidierender Bakterien bestimmt, die mit 10 4 Zellen/mg
Protein etwa einhundertfach höher lagen als z.B. im
Erdboden, dem natürlichen Biotop dieser Organismen.
Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Nitrifikanten auf
Hochbauten wie Kühltürmen gute Lebensbedingungen finden.
Welche Ursachen hierfür verantwortlich sind, ist gegenwärtig
noch nicht bekannt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Nitrifikanten kommen auch auf Baudenkmälern aus Sandstein
wie dem Kölner Dom vor, wo sie stellenweise im Vergleich zu
heterophoben Bakterien, Pilzen, Algen und anderen
Mikroorganismen in großer Zahl vertreten sind.
Nitrifizierende Bakterien leben aber nicht nur auf der
Gesteinsoberfläche, sondern sie gehören zu einer
endolithischen Flora von Mikroorganismen, die auch in Tiefen
von mehreren Zentimetern auzutreffen ist.
Zwar lassen sich diese Bakterien mit verschiedenen Methoden
indirekt nachweisen, doch können Aussagen über tatsächliche
Zellzahlen nur auf der Basis aufwendiger Untersuchungen,
d.h. allgemeine Angaben sind nicht möglich.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Eine direkte Methode zum Nachweis von Zellzahlen ist die
Elektronenmikroskopie.
Nach entsprechender Fixierung und Einbettung werden
Ultradünnschnitte von dem zu untersuchenden
Gesteinsmaterial angefertigt und elektronenmikroskopisch
untersucht.
Es hat sich gezeigt, dass die Zellen nicht frei im Gestein,
sondern eingebettet in einer Schleimkapsel vorliegen.
Derartige Schleimkapseln, die auch Glycocalyx genannt
werden, bieten den Organismen Schutz, z.B. vor
Austrocknung und der Einwirkung von Giften.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Gleichzeitig begünstigen sie die Adhäsion an dem
Gesteinsmaterial.
Durch den Angriff der mikrobiell gebildeten Salpetersäure
erfolgt ein Abfall des pH-Wertes unter 5.
Gebundenes Calcium im Bindemittel des Gesteins wird in
lösliches Calciumnitrat überführt und ggf. ausgewaschen.
Dadurch kommt es zu einem hohen Substanzverlust.
Wertvolle Bausubstanz ist ggf. zu konservieren. Dazu sind die
in Frage kommenden Flächen zu reinigen und entsprechend
vorzubehandeln. Im Folgenden werden chemische Aspekte
dieser Maßnahmen betrachtet.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.4 Reinigen von Natursteinen und anderen Baustoffen
Die Fassadenreinigung von Staub, Ruß und dergleichen sollte stets
an kleinen Musterflächen ausprobiert werden, um die wirksamste
Methode bestimmen zu können. Folgende Möglichkeiten sind
bekannt:
• Reinigung mit Wasser
a) Kaltwasserreinigung (drucklos)
b) Heißwasserreinigung bzw. Dampfstrahlbehandlung (Druckverfahren)
Wichtig ist dabei die Festlegung der Einwirkungszeit. Sie ist abhängig
vom Baustoff und dauert einige Stunden. Die Wasserreinigung ist eine
vergleichsweise schonende Methode und deshalb anderen Verfahren
vorzuziehen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Reinigung mit Kohlensäureschnee:
Die Fassaden werden mit CO 2 -Partikeln
(gefrorene Kohlensäure) von ca. 1 bis 3 mm Durchmesser
abgestrahlt. Die Reinigung ist viel schonender als das
Sandstrahlen, aber schärfer als die Kaltwasserreinigung.
• Chemische Reinigung:
Sie sollte erst dann probiert werden, wenn die vielfach
erfolgreiche Wasserreinigung versagt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Reinigung mit Säuren
Bei Naturstein und Beton werden verwendet: Salzsäure,
Flußsäure und organische Säuren, wie Ameisensäure,
Amidosulfonsäure usw..
Folgendes Reinigungsschema gilt dabei stets:
Vornässen, wichtig zur Tränkung des
Kapillarporensystems,
Absäuern mit der verdünnten Säure,
Nachwaschen, notwendig zum Abwaschen des angelösten
Schmutzes und zur Entfernung des
Säurebildungsüberschusses.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Der Nachteil einer Säurebehandlung liegt in der Gefahr der Salzbildung
(besonders durch Chloride) sowie in der oberflächlichen Steinzerstörung
durch Bindemittelverlust. Vor einer Flußsäurebehandlung von
Natursteinoberflächen ist dringend zu warnen.
Folgende Reaktionen können sich dabei abspielen:
CaCO 3
+ 2HF → CaF 2
+ H 2
O + CO 2
SiO 2
+ 4HF → SiF 4
+ 2H 2
O
Bindemittelzerstörung. CaF 2
nur als
feinkristallines Pulver zwischen den
Sandkörnern. Im Höchstfall
Verdichtung der Oberfläche,
Krustenbildung
Anlösen der silikatischen
Bestandteile.
Die Reaktion der Flußsäure kann deshalb auch als „chemisches
Sandstrahlen“ aufgefasst werden.
1kg reine HF kann etwa 750g SiO 2 zerstören und 2500g CaCO 3 .
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Zusätzlich können mit Flußsäure bei eisenhaltigen Steinen
tiefbraune Oberflächen entstehen durch Zersetzung der
nachfolgend genannten Eisenflouride zu Fe 2 O 3 .aq:
FeF 3 (grün)
FeF 3
.
4,5H 2 O (farblos bis weiß)
FeF 3
.
3H 2 O (anfänglich fast weiß)
Aus den genannten Gründen ist eine Oberflächenreinigung
von Beton nur mit 3%iger Ameisensäure zu empfehlen, alle
anderen Säurereinigungsverfahren sind auf Grund der
hohen Aggressivität bzw. Materialauflösung bedenklich.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Reinigung mit stark alkalisch wirkenden Laugen
Das Verfahren wird besonders bei kalkhaltigen Untergründen
empfohlen; dabei ist nach folgendem Schema vorzugehen:
Vornässen
Reinigungsauftrag
Nachwaschen
Neutralisieren
Nachwaschen
Das Verfahren besitzt folgende Nachteile:
Es ist viel komplizierter als die Säurereinigung.
Die Gefahr des Säureüberschusses oder -unterschusses bei der
Neutralisation auf der Steinoberfläche ist immer gegeben.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Damit verbleiben aber immer bauschädliche Salze auf der
Steinoberfläche, denn ein Laugenrückstand reagiert mit
Luft-CO 2 gemäß:
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
während ein Säureüberschuss zu Bindemittelverlusten führt.
Die alkalische Reinigung ist deshalb abzulehnen, da sie
gegenüber der sauren Reinigung keine Vorteile bietet.
Die Reinigung von Natursteinen und anderen Baustoffen mit
speziellen Chemikalien ist in Tabelle 4.2-5 zusammenfassend
dargestellt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-5: Reinigung von Baustoffen mit speziellen Chemikalien
Art des
Reingungsmittels
Handelsform
Wirksame Bestandteile
Fettlösend Emulsion Netzmittel, entsprechend
denen herkömmlicher
Reinigungsmittel
Wirkungsweise
Emulgieren Schmutzteilchen im
Waschwasser
Wirksam bei
harzartigen
und fettartigen
Stoffen
Metallsalz
(krustenlösend)
Pasten
komplexbildende
Chemikalien z.B. EDTE
(s. Abschnitt analytische
Chemie)
Auftragen wie Fleckenpaste.
Verunreinigungen werden
herausgelöst,
Flecken von
Metallsalzen
Teerlösend
Lösung
bzw.
Paste
Organische Lösungsmittel,
in in hochdisperser
Kieselsäure angeteigt
wandern mit dem Lösungsmittel
in die Paste. Getrocknete
Reinigungspaste als Haut nach
einigen Tagen abziehen
Teerflecken
Rostlösend
(zur
Säurereinigung
zu zählen)
Lösung
Oxalsäure und
Phosphorsäure bzw. deren
Salze
lösend und komplex-bildend
Rostflecken
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Mechanische Reinigung
Nur bei Versagen jeder anderen Reinigungsart in Betracht zu ziehen.
Am gebräuchlichsten sind das
• Sandstrahlen und das
• Abflämmen.
Mechanische Verfahren bedingen stets einen erheblichen Substanzverlust
and der Oberfläche und sind nur bei glatten Steinflächen zu verantworten.
Sein einziger Vorteil: es werden keine Chemikalienrückstände im Stein
hinterlassen.
Eine steinmetzmäßige Bearbeitung gestalteter Oberflächen birgt in sich
die Gefahr einer völligen Verfälschung des Kunstwerkes.
Betonoberflächen sind diesbezüglich weniger empfindlich, weil die
Abtragung durch Auftorkretierung ersetzt werden kann.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.5 Steinkonservierung
Maßnahmen gegen Natursteinverwitterung sind:
Auswahl und Einsatz widerstandsfähiger Natursteine,
Beschränkung des Feuchtigkeitszutritts,
schonende Behandlung bei der Gewinnung und
Bearbeitung,
Fugen dort anordnen, wo sich kein Wasser ansammeln
kann,
Anker und Klammern nur aus nichtrostendem oder
rostgeschütztem Stahl.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Stark verwitterte Steinoberflächen müssen konserviert
werden, um den fortschreitenden Zerfall nachhaltig zu
Stillstand zu bringen. Eine Steinkonservierung, besser
Steinkonsolidierung, bedeutet im wesentlichen die Zufuhr
neuen Bindemittels in ausreichender Steintiefe.
Zum besseren Verständnis für diese Aufgabe soll das Schema
einer weit fortgeschrittenen Natursteinzerstörung im
Querschnitt betrachtet werden.
In Abbildung 4.2-2 ist die Festigkeitsaufnahme der einzelnen
Schichten gegen den Steinquerschnitt aufgetragen, vor und
nach erfolgter Steinkonservierung.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Abb. 4.2-2: Querschnitt einer verwitterten Natursteinrandzone mit
Festigkeitsprofil vor und nach erfolgter Konservierung
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bei der Steinkohlekonservierung ist eine nahezu gleich hohe
Festigkeit über den gesamten Steinquerschnitt anzustreben,
daher ist eine ausreichende Eindringtiefe des neuen
Bindemittels unabdingbar.
Falsch ist dagegen lediglich eine Festigkeitserhöhung in der
äußeren Randschicht gleichbedeutend mit einer
Krustenbildung und einem starken Porenverschluss dieser
Schicht.
Die sich in der dahinter befindlichen mürben Schicht
sammelnde Feuchte macht den Schaden durch Frost- Tau-
Wechsel und der damit verbundenen Absprengung der
äusseren Schale nur noch schlimmer.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Das nachfolgende Ablaufschema der Steinkonservierung ist
unbedingt einzuhalten, da jeder Naturstein seine
besonderen Eigenschaften besitzt.
a.) Schadensanalyse:
• Feststellung des Schadenumfangs
• Bestimmung der betroffenen Bauteile
• Ermittlung der verwendeten Gesteinsart
• Entnahme von Proben (soweit erforderlich)
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

.) Steinanalyse:
• Bestimmung der Wasseraufnahme
• Salzgehalt
• Verwitterungstiefe
• Bindemittelart
• Konservierungsmittelaufnahme
• Eindringtiefe des Konservierungsmittels
• Reduzierte Wasseraufnahme
• Salzsprengtest nach DIN 52111
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

c.) Festlegung der Gegenmaßnahmen:
Reinigung
1. Konservierung = Steinergänzung
2. Konservierung = Farbangleichung
3. Steinschutz = Hydrophobierung
d) Überprüfung durch bauchemische und
bauphysikalische Messungen
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-6 fasst die bisher bekannten
Konservierungsverfahren und deren Eignungen
zusammen.
Dabei sind auch einige praktisch untaugliche Methoden
aufgeführt, die von angeblich fachkundigen
Steinsanierern immer wieder ins Gespräch gebracht
werden.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-6: Übersicht über bekannte Steinkonservierungsverfahren
Nr. Verfahren Ablaufende Reaktionen Beurteilung des Verfahrens
1 Leim und
Gelantine
2 Wasserglasanstrich
oder
Tränkung
(Physikalische) Verklebungen
der Sandkörner
K 2
SiO 3
.aq+CO 2
→SiO 2.
aq+K 2
CO 3
Wirkung nur kurzfristig, da
Verklebung leicht wasserlöslich,
abzulehnen!
Lösung wenig viskos (dickflüssig)
nur geringe Eindringtiefe,
schädliche Krustenbildung. Kein
nennenswerter Umsatz mit CaCO 3
möglich, Reaktion durch das
eingeschlossene K 2
CO 3
bei
Wasserzutritt leicht umkehrbar.
Starke Oberflächenverunreinigung
(Krusten), Verfärbungen durch
Eisenverbindungen - abzulehnen!
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Fortsetzung Tabelle 4.2-6: Übersicht über bekannte Steinkonservierungsverfahren
3 Flußsäure
und Fluate
4 Leinöl und
Mohnöl
5 Barytwasser+
Harnstoff
(Lewin-
Methode)
2Ca(OH) 2
+MgSiF 4
→2CaF 2
+MgF 2
+SiO 2
+2H 2
O
Ca(OH) 2
+2HF →CaF 2
+H 2
O
SiO2+4HF →SiF 4
+2H 2
O
Verharzungsprodukte verkleben
den verwitterten Stein -
Kunststeinbildung
Ba(OH) 2
+CO 2
→BaCO 3
+H 2
O
(CO 2
aus der
Harnstoffzersetzung)
Anwendung auf Betonflächen
denkbar, auf Natursteinoberflächen
Zerstörung von Bindemittel und
Quarzkorn - abzulehnen!
Wirkung nur auf die Steinoberfläche
beschränkt, lediglich Krustenbildung.
Behinderung weiterer Oberflächenbehandlungen
- abzulehnen!
Harnstoff zersetzt sich zumindest im
normalen Temperaturbereich nicht
mit Barytwasser, auch nicht nach
Monaten. Das sich nur theoretisch
bildende Bariumkarbonat ist leicht
säuerlich - völlig untaugliche
Methode
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Fortsetzung Tabelle 4.2-6: Übersicht über bekannte Steinkonservierungsverfahren
6 MOS-Verfahren
(Anwendung von
Metalsalzlösungen)
7 Organische Harze
(Acryl-Epoxidharz)
CaCl 2
+H 2
O+CO 2
→CaCO 3
+2HCl
←
Verwitterter Stein + organisches
Harz = Kunststein
Theoretisch und praktisch
möglich ist allein der
Reaktionsablauf von rechts
nach links. CaCl 2
als
Endprodukt zersetzt sich
niemals unter der Einwirkung
der schwächeren
Kohlensäure.- Völlig
untaugliche Methode!
Grundsätzlich geeignet.
Voraussetzung: genügend tief
im Stein injizierbar - nicht
immer gegeben.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Fortsetzung Tabelle 4.2-6: Übersicht über bekannte Steinkonservierungsverfahren
8 Kieselsäureester Si(OR) 4
+4H 2
O → SiO 2
.aq+4ROH
ROH = Alkohol
Ergänzung des Bindemittels
durch anorganisches Material.
Hohe Bindemittelabscheidung.
Es entstehen keine
schädlichen Nebenprodukte!
Eindringungsvermögen in den
Stein sehr gut. Wichtig ist die
Zufuhr in ausreichender
Menge und genügender Tiefe,
da aus 1 Mol Ester nur 1 Mol
SiO 2
entstehen kann.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Ein Steinkonservierungsmittel muss eine Reihe
von Eigenschaften besitzen, die sich wie folgt
zusammenfassen lassen:
• Abscheidung von neuem, möglichst
witterungsbeständigem Bindemittel, wobei mineralische
Bindemittel bevorzugt sind
• gute Eindringtiefe in den Naturstein, mindestens bis zum
unverwitterten Kern des Steins
• keine Krustenbildung, sondern Aufbau eines
gleichmässigen Festigkeitsprofils über den Querschnitt
des Natursteins
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• keine Bildung farblicher Veränderung der
Natursteinoberfläche
• keine Veränderungen oder negative Beeinträchtigungen
wichtiger bauphysikalischer Daten des Steins; dies gilt
insbesondere für die Wasserdampfdurchlässigkeit, das
thermische und hygroskopische Verhalten
• Reduktion der Wasser- und Schadstoffaufnahme.
Diese Anforderungen werden nach dem heutigen
Wissensstand am besten von Steinfestigungspräparaten
auf der Basis von organischen Harzen und
Kieselsäureestern erfüllt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bei der Herstellung hochfester Oberflächen werden als
organische Harze im Wesentlichem Epoxiharze mit
Füllstoffen gemagert und mit Injektionsgeräten in die
Natursteine eingepresst.
Da Epoxiharze durch allmähliche Vergilbung eine farbliche
Veränderung der Steinoberfläche bedingen, wird meist in
einem zweiten Konservierungsschritt mit Acrylharzmonomeren
die der Steinoberfläche benachbarte Schicht
getränkt. Das aushärtende PMMA (Polymethylmetacrylat)
zeigt unter Witterungseinfluss keine Verfärbung.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Transportierbare Natursteinbauteile, die weder an der Statik
noch am Wasserhaushalt des Bauwerkes beteiligt sind, werden
einer Vakuumbehandlung unterzogen.
Das gereinigte und getrocknete Bauteil wird in einem
Tränkbehälter evakuuiert, anschließend vollständig mit
monomeren niedrigviskosem PMMA durch Untertauchen
getränkt.
Nachdem der Stein sich vollgesogen hat, wird der
Monomerenüberschuss aus dem Behälter bei gleichbleibendem
Überdruck abgelassen, so dass der im Stein verbleibende
Monomerenüberschuss nur mehr polymerisieren kann. Der
abgelassene Monomerenüberschuss ist wiederverwendbar.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Die bei der Polymerisation auftretende Volumensschwindung lässt
im Harz geschlossene Schwindblasen entstehen, da ein vorher der
Monomerenflüssigkeit zugesetzter Haftvermittler die Ablösung vom
Stein verhindert. Nach einer notfalls erforderlichen leichten
Oberflächennachbehandlung kann das konservierte Bauteil wieder
eingebaut werden.
Die Anwendung von Kieselsäureester als Steinersatz und
Steinfestigungspräparat hat sich ebenfalls bewährt.
Verwendet wird der weniger toxische Ethylester, seine niedrige
Viskosität gestattet das Eindringen in sehr feine Kapillaren.
Voraussetzung dazu sind ein trockener und saugfähiger Stein und
Temperaturen von 8°C bis 20°C.
Ausreichende Materialzufuhr (lange Kontaktzeit) ermöglicht
Eindringtiefen bis zu 10 cm.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Transportable Steinfiguren gestatten das Anlegen von
Kompressen. Im Stein zersetzt sich der Ester unter dem
Einfluss des zugegebenen neutralen Katalysators in Kieselgel
SiO 2 .aq und flüchtigen Ethylalkohol. Schädliche Nebenprodukte
entstehen nicht.
Die Produkte reagieren nach folgender Gleichung:
Si(OR) 4 + 4H 2 O
Kat.
SiO 2 .aq + 4ROH + 2H 2 O
H 2 O
ROH = Alkohol
SiO .
2 aq = Kieselgel
Si(OR) 4 = Kieselsäureester
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Sie scheiden dabei als neues Bindemittel rein mineralisches
Kieselgel im Porensystem des Steins ab.
Die bei der Verwitterung herausgelösten Bindemittelanteile
werden durch dieses Kieselgel ersetzt. Je nach Wirkstoffgehalt
können unterschiedliche Mengen an Kieselgel
ausgeschieden werden.
Für viele Steinarten hat sich ein Wirkstoffgehalt von 75% als
besonders geeignet erwiesen. Dabei werden ca. 350g
Kieselgel pro Kilogramm Fertigungsmittel abgeschieden.
Aufgrund der niedrigen Viskosität und Molekularität werden
hervorragende Eindringtiefen erreicht, die bei extrem porösen
Steinen bis zu 10 und 20 cm betragen können.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Es gelingt deshalb mit Steinkonservierungsmitteln auf der
Basis von Kieselsäureestern das neue Bindemittel Kieselgel
genau dort abzuscheiden, wo der verwitterte Stein ein neues
Bindemittel benötigt.
Da bei diesem Verfahren eine Gesamtporenfüllung nicht
möglich ist, weil immer nur eine dem Wirkstoffgehalt
entsprechende Menge Bindemittel abgeschieden wird,
verbleibt nach der Verfestigung ein poröses System, das
wasserdampf- und gasdurchlässig ist.
Der einzige Nachteil, den Konservierungsmittel auf
Kieselsäureesterbasis besitzen ist der, dass die Wasser- und
Schadstoffaufnahme nicht wesentlich reduziert werden.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Es müssen deshalb zusätzliche Maßnahmen durch
hydrophobierende Ausrüstung getroffen werden, d.h. den
endgültigen Steinschutz erreicht man durch eine
nachträgliche Hydrophobierung der Steinoberfläche.
Vor allem sind dies Bauteile und Fassaden, die mit
Regenwassser beaufschlagt werden. Am besten bewährt
haben sich höher alkylierte Silane (Propyl- und Butylsilane).
Wegen deren Giftigkeit und Flüchtigkeit werden daraus die
niedermolekularen Siloxane und hochmolekulare
Silikonharze hergestellt.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Diese Stoffe besitzen eine ausreichend gute
Alkalibeständigkeit.
Sie werden als Lösung (5%ig bei Silikonharz, etwa 40%ig bei
Silan) in Alkohol, Benzin usw. auf den trockenen Stein
aufgebracht. Wichtig ist auch hier eine ausreichende
Materialmenge, um eine Randschicht von einigen Millimetern
Tiefe hydrophobieren zu können.
Am besten katalysieren alkalisch reagierende Oberflächen die
Vernetzung. Haupteinsatzgebiet ist deshalb auch die
Hydrophobierung von Beton- und Zementoberflächen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Die Hydrophobierung der vorgenannten Stoffe verliert nach
einigen Jahren an Wirksamkeit.
Zur Vorbereitung der Natursteinkonservierung wird häufig
empfohlen, das in Frage stehende Bauwerk zu entsalzen.
Vorab muss dann geklärt werden, welche physikalischen oder
bauchemischen Gründe dafür sprechen, das Bauwerk zu
entsalzen.
Der mögliche Nachschub an Salzlösung des Mauerwerks ist
soweit zu unterbinden, als eine sichere horizontale und
vertikale Feuchtisolierungen gegeben sein müssen. Wird nicht
isoliert, so ist eine Entsalzung wegen des dann
weitergehenden Wassertransportes längerfristig gesehen
ohnehin sinnlos, da ständig neues Salz nachgeliefert wird.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Übliche Reaktionsmittel für die Entsalzung sind z.B. Salze der
Flourkieselsäure, wie PbSiF 6 oder K 2 SiF 6 , die z.B. mit
Ca-Ionen zu unlöslichen CaF 2 oder CaSiF 6 regieren, oder
Wasserglas, welches unlösliche, voluminöse Verbindungen
undefinierter Art ergibt.
Dabei besteht jedoch das Problem darin, die in Lösung
vorliegenden Reaktionsmittel überhaupt in entsprechenden
Mengen und Tiefen in das Bauwerk einzubringen, d.h. die
Wirksamkeit der Maßnahme ist ggf. begrenzt und fast nicht
kontrollierbar.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Entsalzung von
Bauwerken möglich ist, wobei die Sulfate und Chloride im
Mauerwerk als unlösliche Verbindungen nach folgendem
Schema ausgefällt werden:
SO 4
2-
+ PbSiF 6
→ PbSO 4
+ SiF 4
+ 2F -
2Cl - + PbSiF 6
→ PbCl 2
+ SiF 4
+ 2F -
SiF 4
+ 2H 2
O → SiO 2
+ 4HF
Ca 2+ + 2F - → CaF 2
2Ca(OH) 2
+ 4HF → 2CaF 2
+ 4H 2
O
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Es ist insbesondere zu beachten, dass die Behandlung mit
Bleihexafluorosilicat einen bestimmten Anteil an
Calciumhydroxid voraussetzt. Wobei die Wirkung der
Entsalzung, genauer gesagt Salzumwandlung, ausschließlich
von der Eindringtiefe der Tränkung abhängt.
Bei der „Entsalzung“ werden somit lösliche Salze in unlösliche
Salze überführt, d.h. die Stoffe werden lediglich immobilisiert
und einem weiteren Transport entzogen.
Sie verbleiben aber im Mauerwerk. Insoweit ist auch die
Begriffsbildung „Entsalzung“ irreführend.
Dieses führt in der Praxis häufig zu Missverständnissen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.6 Gasbeton, Faserzement, Mörtel, Kalksandstein
Den vier genannten Baustoffen ist gemeinsam, dass ihr
erhärtetes Bindemittel entweder aus Zementstein gebildet
oder ihm chemisch sehr verwandt ist (Calciumsilikatstein).
Das Bindemittel in diesen Baustoffen reagiert mit Schadstoffen
in gleicher Weise wie Beton.
Unterschiede ergeben sich vor allem aus der unterschiedlichen
Dichte der Baustoffe.
Infolge seiner großen Porosität hat Gasbeton eine geringe
Beständigkeit gegen angreifende Wässer, Böden und Gase;
seine Stahlarmierungen müssen deshalb zusätzlich gegen
Korrosion geschützt werden.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Faserzement (früher: Asbest-Zement) ist infolge seiner
geringen Porosität gegenüber angreifenden Medien
beständiger, jedoch praktisch nur im Rahmen, der von der
DIN 4030 begrenzt wird.
Armierungen und Befestigungen bedürfen eines besonderen
Schutzes. Faserzementleitungen lassen sich durch Impfen mit
Phosphaten (Na 2 HPO 4 ) und die dadurch bewirkte Bildung von
schwerlöslichem Ca 3 (PO 4 ) 2 weitgehend gegen kalklösende
Kohlensäure schützen.
Bei den Mauermörteln unterscheidet man je nach Bindemittel
zwischen Luftkalkmörtel, hydraulischem Kalkmörtel,
hochhydraulischem Kalkmörtel, Kalkzementmörtel,
Zementmörtel.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Die Porosität der Mörtel ist unterschiedlich und damit auch
die Geschwindigkeit des Angriffs von Schadstoffen.
Während Mörtel mit Zement und hochhydraulischem Kalk in
ihrem erhärteten Bindemittel weitgehend dem Zementstein
entsprechen und die Reaktion angreifender Stoffe mit der
des Betons gleichgesetzt werden kann, bestehen
Luftkalkmörtel und hydraulische Kalkmörtel im wesentlichen
aus karbonatischem Bindemittel und sind nur bei geringen
Beanspruchungen für Außenbauteile anwendbar
(siehe DIN 18550, Außenputz).
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Kalksandstein ist wegen seiner hohen Dichte nur langsam
angreifbar und wird von Wässern mit üblicher Zusammensetzung
nicht angegriffen. Stark und sehr stark angreifende Medien führen
zu Absandungen an den Steinoberflächen und nach längerem
Einwirken zur Festigkeitsminderung.
Für Außenbauteile kommen Kalksandstein-Vormauerziegel zur
Anwendung, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit sehr beständig
sind.
Alle vorgenannten Baustoffe sind empfindlich gegen über der
zerstörerischen Wirkung von Tausalzen; sie lassen sich aber ebenso
wie Beton wirksam durch Schutzanstriche und Beschichtungen
schützen, z.B. gegen stark und sehr stark angreifende Medien in
Landwirtschaft und Industrie.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.7 Putz und Mauerwerk
Putz und Mauerwerk sind gefährdet durch eindringende
Feuchtigkeit aus dem Boden oder durch Schlagregen.
Aus dem Boden können gelöste Salze in das Mauerwerk
hinein diffundieren.
Schlagregen kann im Bauwerk vorhandene Salze lösen.
Bei Austrocknung der Mauer entstehen an der Oberfläche
Ausblühungen; weiße bis graue oder gelbe Belagschichten,
kristallin oder mehlfein, die besonders auf farbigem oder
dunkelgrauem Untergrund auffallen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Neben der optischen Beeinträchtigung sind sie oft erste Anzeichen einer
Bauwerkschädigung, entweder weil zusätzlich Bindemittel herausgelöst
wird, oder die Oberflächenschicht durch kristallisierende Salze
abgesprengt werden kann.
Eine Übersicht über Arten und Vorkommen der häufigsten Ausblühungen
gibt Tabelle 4.2-7.
Die meisten Ausblühungen lassen sich nur schwer vollständig beseitigen.
Grundsätzlich sollen sie nur trocken mit einer Drahtbürste usw.
abgebürstet werden, da beim Abwaschen die entstehende Salzlösung
erneut ins Mauerwerk gesaugt wird.
Mit Ausnahme des Mauersalpeters werden die meisten Ausblühungen im
Laufe der Zeit vom Regen abgewaschen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Tabelle 4.2-7: Übersicht über Ursachen, Arten u. Vorkommen der häufigsten Ausblühungen
Vorkommen Aussehen Entstehung Zusammensetzung
Ziegelmauerwerk
(Sicht- oder
Verblendmauerwerk)
Putz- und
Betonoberflächen
Oberfläche
gleichmäßig mit
weißem Belag
bedeckt
weiße Krusten, oft in
Zapfen- oder
Tropfenform „weiße
Bärte“-
Kalksinteauswitterungen
an
Arbeitsfugen, Rissen
oder nicht
abgedichteten
Bauteilen
(Brückenunterseiten)
Alkali des Tones reagieren
beim Brennen mit dem SO 2
der
Rauchgase:
Na 2
O+SO 2
+ 1 / 2
O 2
+10H 2
O=
Na 2
SO 4.
10H 2
O
diffundierendes
kohlensäurehaltiges Wasser
löst CaO aus dem Bindemittel:
CaCO 3
+H 2
O=Ca(HCO 3
) 2
An der Oberfläche:
Ca(HCO 3
) 2
=CaCO 3
+H 2
O+CO 2
Ca(OH) 2
u. CaCO 3
Auslaugung von
Calciumhydroxid mit
anschleißender
Karbonatisierung
Na 2
SO 4.
10H 2
O
Natriumsulfat
CaCO 3
Calciumkarbonat
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Fortsetzung Tabelle 4.2-7: Übersicht über Ursachen, Arten u. Vorkommen u.s.w.
Ziegelmauerwer
k, Putz,
Naturstein-,
Betonflächen
schmale Streifen in
Fugennähe auf dem
Stein; horizontalartige
Steifen in Bodennähe
mit Treibrissen; bei
Natursteinen
Abblättern in dünnen
Schichten
Reaktion des CaO und
MgO im Bindemittel mit
Sulfat des Ziegels;
aufsteigende
Bodenfeuchtigkeit
SO 2
aus Rauchgasen
CaSO 4.
2H 2
O
Calciumsulfatdihydrat=
Gips
MgSO 4.
7H 2
O
=Epsomit
Stallwände
ältere
Toilettanlagen
Oberflächen
gleichmäßig oder
streifenartig mit
weißem Belag
bedeckt,
oberflächliche
Abplatzungen
Eiweißabbauprodukte
werden an der Luft
oxidiert. Bildung von
Salpetersäure HNO 3
;
Säure reagiert mit dem
CaO des Bindemittels;
Bildung kristallwasser
haltiger Salze
Ca(NO) 3.
4H 2
O
Calciumnitrat =
Mauersalpeter
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Abb. 4.2-3: Auswirkung von Nitratbelastung (Calciumnitrat /Mauersalpeter)
an Stallgebäude
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Ausblühungen die aus der Umgebung ständig nachgeliefert
werden, z.B. Mauersalpeter, aufsteigende Salzlösungen aus
dem Boden usw. lassen sich nur dann einigermaßen mit
Erfolg bekämpfen, wenn zuerst das Mauerwerk vollständig
gegen die Feuchtigkeit abgesperrt wird. Horizontale
Sperrschichten von Teer- oder Bitumenpappe im
Mauerwerk, Bohrlochtränkungen, äußere Absperrung mit
Teer- oder Bitumenanstrichen usw..
Dazu gehören auch das Anwerfen bzw. Aufziehen eines
Sperrputzes.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Daneben kommen in neuer Zeit auch elektro-osmotische
Feuchtigkeitssperren zur Anwendung.
Man benutzt dabei den Effekt, dass innerhalb von porösen
Körpern vorhandenes Wasser unter der Wirkung eines
elektrischen Gleichspannungsfeldes zur Kathode wandert.
Die Aussagen über die Wirksamkeit dieses Verfahrens sind
derzeit noch widersprüchlich.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Eine nachträgliche Oberflächenbehandlung von Außenputzflächen
oder durchfeuchtetem Mauerwerk gegen Schlagregen ist wegen
der möglichen größeren Rissbreiten (>0,1mm) selten erfolgreich.
Ähnlich verhält es sich mit der Einarbeitung von Dichtungsmitteln
bei der Putzherstellung. Einmal wird die Putzschicht gegen
flüssiges Wasser abgesperrt, so dass durch breite Risse im
Bereich von Fensterleibungen, Fugen usw. zwar Wasser
eindringen, aber nicht wieder in vertretbaren Zeiträumen aus der
Wand entweichen kann.
Zusätzlich wird durch hydrophobierende Oberflächenbehandlungen
der Wasserdiffusionswiderstand, wenn auch
geringfügig, erhöht, so dass die Wasserverdunstung aus dem
Bauteilinneren damit ebenfalls gebremst wird.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.8 Glas und Keramik
Die chemische Zusammensetzung dieser Stoffgruppen ist
ähnlich.
Sie bestehen vorwiegend aus Aluminiumsilikaten bzw.
entsprechend zusammengesetzten festen Lösungen.
Die chemische Widerstandsfähigkeit von Keramik gegen
Säuren (ausser Flußsäure) ist gut, gegen Laugen gering: Sie
entspricht damit annähernd derjenigen von Glas.
Die Widerstandsfähigkeit keramischer Produkte ist vor allem
abhängig von der Brenntemperatur: je höher, desto dichter
ist der Scherben.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Ein poröser Scherben bedeutet eine große innere Oberfläche
mit einem entsprechende stärkeren chemischen Angriff und
einer geringeren Festigkeit. Damit sinkt aber auch die
Widerstandsfähigkeit gegen Druck kristallisierender Salze.
Für keramische Produkte ergeben sich bei der Herstellung
besonderer Anforderungen: Die Rohstoffe sollen frei sein von
Kalkknollen und anderen, zum Abblättern oder Treiben
neigenden Bestandteilen (MgSO 4 ) sowie frei von löslichen,
ausblühfähigen Salzen.
Grenzwerte sind für hochfeste Ziegel:
0,06% MgSO 4 und 0,4% Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 .
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bei Keramikklinkern, Kanalklinkern und keramischen Spaltplatten und
Steinzeugrohren wird zusätzlich auf Säure- und Laugenbeständigkeit
geprüft.
Produkte mit porösem Scherben bzw. solche mit hoher Beständigkeit
gegen starken Angriff werden zusätzlich mit einer Glasur versehen wie
z.B. Wandinnenfliesen, Sanitärporzellan und emaillierte Badewannen.
Von den Oberflächen aller drei genannten Produkte wird eine
weitgehende Beständigkeit gegen Haus-Chemikalien gefordert.
Dennoch ist Vorsicht geboten bei zu langer Laugeneinwirkung höherer
Konzentrationen. „Selbsttätig reinigende“ Mittel führen dabei unter
Umständen nach kurzer Zeit zu einem Anlösen der Glasur.
Desgleichen ist vor einer Oberflächenzerstörung durch sehr harte und
stark abrassiv wirkende Scheuermittel zu warnen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Bauglas wird mit trockenen Papierzwischenlagen
angeliefert, um ein Mattwerden der Oberflächen bei einer
Feuchtigkeitseinwirkung und die dadurch bewirkte Bildung
angelöster Oberflächen bei Feuchtigkeitseinwirkung und
dadurch bewirkte Bildung löslicher Hydroxide zu verhindern.
Es ist gegen biologische Einflüsse weitgehend
unempfindlich, besondere Korrosionsschutzmaßnahmen
sind im Bauwesen für Glas nicht üblich.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.9 Baugipse und Anhydridbinder
In allen Räumen, die entweder trocken bleiben oder in denen nur
zeitweise eine hohe Luftfeuchtigkeit auftritt, d.h. also auch in
häuslichen Küchen und Bädern, lassen sich beide Bindemittel sicher
verbauen.
CaSO 4 . 2H 2 O ist wasserlöslich. Ständig durchfeuchtete Gipsbauteile
führen zum Auflösen der Gipskristalle, die Gipslösung sinkt im
Bauteil nach unten und kristallisiert beim Austrocknen unter
Volumensausdehnung.
Es kommt zum Abblättern von Gipsschichten (als „Faulen“ des
Gipses bekannt). Dies gilt für Gipsbauteile oder Gipsputz in
Duschräumen, Schwimmhallen oder auch im Spritzwasserbereich
von Küchen und Bädern.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Gerade an den letztgenannten Stellen ist eine absolut sichere
Imprägnierung von Gipsuntergründen in den seltensten
Fällen möglich.
Baugipse lassen Eisen rosten, deshalb sollten Metallputzträger
(Streckmetall) am besten verzinkt sein.
Eine Vermischung von Gips (Anhydritbinder) mit
Normenzement oder hydraulischen Kalken führt zu
Schnellbindern (siehe Zementerhärtung).
Die aus Gipsbauteilen herausgelösten Sulfationen können in
angrenzenden Betonbauteilen oder Zementmörteln zu
Sulfattreiben führen.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.10 Magnesiabinder
Estriche die mit diesem Bindemittel hergestellt sind, neigen
bei Austrocknung zu Schwindrissen und sind hygroskopisch.
Sie sollten deshalb mit wasserabweisend machenden
Bodenpflegemitteln behandelt werden.
Zur Vermeidung von Beton- und Stahlkorrosion infolge von
Chloriden sollte vorher auf den Beton ein
Bitumensperranstrich aufgebracht werden.
Magnesiabinder ist auf Spannbetonbauteilen grundsätzlich
nicht zulässig.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Magnesiabinder ist ein guter elektrischer Leiter, daraus
ergeben sich zusätzliche Sicherheitsprobleme beim Umgang
mit elektrischen Geräten in derartigen Räumen.
Erhärteter Magnesiabinder quillt bei
Feuchtigkeitseinwirkung. Beim Wiederaustrocknen
schwindet das Bindemittel wieder.
Durch Reibung am Untergrund kann das Zusammenziehen
behindert werden, so dass Risse entstehen.
Feuchtigkeit führt bei längerer Einwirkung zum Auflösen des
Magnesiabinders.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

4.2.11 Anstrichschäden
Farb- und Schutzanstriche müssen von Zeit zu Zeit erneuert
werden, da sie durch chemische (Luft, Wasser, Untergrund),
physikalische (Temperaturschwankungen, Licht) und
mechanische Einflüsse (Staub, Rissbildung) früher oder
später zerstört werden.
Neben diesen unvermeidlichen Schädigungen, gibt es eine
Reihe von Schäden die auf mangelhaftes Material,
unsachgemäße Verarbeitung oder falsche
Materialkombinationen zurückzuführen sind.
Solche Schäden lassen sich nicht ausschließen und sollen
daher an dieser Stelle besprochen werden.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Abkreiden ist auf eine zu geringe Bindemittelmenge oder
auf ein zu starkes Absaugen durch den Untergrund
zurückzuführen. Vor Aufbringen des Anstriches ist daher
der Untergrund zu prüfen und ggf. geeignet
vorzubehandeln.
• Schimmelbildung ist auf zu starke Feuchtigkeitseinwirkung
zurückzuführen, insbesondere wenn der Anstrich zu wenig
fungizide Zusätze enthält.
• Tritt die Feuchtigkeit fleckenartig auf (Stockflecken), so ist
das Kondenswasser die Ursache.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

• Blasenbildung kann durch Wasserdampfdruck aus dem
Untergrund oder auch durch Temperaturschwankungen
entstehen, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
Anstrich und Untergrund zu stark verschieden sind.
Auch Sonneneinstrahlung auf frisch aufgetragenen Anstrich kann
durch zu schnelle Verdunstung des Lösemittels des Anstrichs zu
Blasenbildung führen.
• Risse können durch schnelles Verdunsten des Lösungsmittels
sowie durch mangelnde Elastizität des Anstriches gegenüber
Bewegungen des Untergrundes entstehen.
• Abblätterungen entstehen entweder, nachdem zuerst Risse
aufgetreten sind, oder bei einer zu geringen Haftfestigkeit des
Anstriches auf dem Untergrund.
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE

Herzlichen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit!
INSTITUT für HOCHBAU & TECHNOLOGIE
Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie
und Brandsicherheit
CHEMIE