Vorlesung 5 Salze, Linke - Denkmalpflege TU-Wien

SALZE UND FEUCHTIGKEIT
IN STEIN UND MAUERWERK
DI Dr. Robert Linke
robert.linke@bda.at
Schönau a.d. Triesting:
„Grotte Tempel der Nacht“
Zustand 2006
1

Wien 3, Arsenal, Objekt 15:
Salzausblühungen aus Ziegelmauerwerk und Beton,
Sommer 2006
Zementmörtelfuge
Kalkmörtelfuge
2

Hernalser Friedhof, Wien 17, März 2008
3

Schloß Lednice, Tschechien,
Zustand 2007
4

Ölanstrich auf Kalkstein
Alkalische Salze aus Zement, evtl. auch CaSO 4
5

Festigende Wirkung von Salzen ?
Mariazell, Zementkittungen
6

Kunstdünger (Nitrate, Phosphate) und organische Salze
„Chromatographieeffekt“
biogene Salze (Nitrate, Phosphate, Chloride etc.)
Aus „Phänomenologie von Salzsystemen“, Ch. Bläuer Böhm u. K. Zehnder, http://www.zenobi.ethz.ch/Analytik5/salzsysteme.pdf
Foto: Hans Nimmrichter
7

Wien 1, Naturhistorisches Museum,
Kalksandstein mit Taubenkot angeätzt
8

Harn:
Harnstoff, Harnsäure, Kreatinin, Hippursäure,
Phosphate, Sulfate, Nitrate, Chloride, Carbonate,
Oxalate,…
pH: 4-8
Organische Salze (Humussäuren und deren Salze)
und Baustoffsalze (Zement)
Salzcocktail aus:
Streusalz (NaCl)
Nitrate, Phosphate (Exkremente)
alkalische Salze aus dem Zement
Bern, Nidegg Brücke
Aus „Phänomenologie von Salzsystemen“, Ch. Bläuer Böhm u. K. Zehnder, http://www.zenobi.ethz.ch/Analytik5/salzsysteme.pdf
9

Arsenal, Wien 3
Burg Kreuzenstein, NÖ
10

Wichtigste Vertreter:
Name
Gips
Portlandit
Nesquehonit
chem. Formel
CaSO 4·2H 2 O
Ca(OH) 2
MgCO 3·3H 2 O
Vorkommen
Zement
Zement
Dolomitischer
Kalk
Zürich, Parkring:
Sandsteinquadermauerwerk mit Zementfuge
Aus „Phänomenologie von Salzsystemen“, Ch. Bläuer Böhm u. K. Zehnder, http://www.zenobi.ethz.ch/Analytik5/salzsysteme.pdf
12

Sonderfälle (I)
Linz, Atelierhaus Salzamt
Pökelsalz: Kochsalz, Natriumnitrat, Natriumnitrit oder Kaliumnitrat
Sonderfälle (II)
Schwarzpulver: Kaliumnitrat, , Schwefel, Holzkohle
Linzertor in Freistadt
13

Wie kommen Salze in das Objekt bzw. den Baustoff ?
IMMER IN ZUSAMMENHANG MIT FEUCHTIGKEIT und FEUCHTETRANSPORT !!
• aus dem Boden
• aus Baustoffbestandteilen
• aus Sanitäranlagen
• aus modernen alkalischen Baustoffen oder Restauriermitteln
• aus Luftschadstoffen
• aus speziellen anderen Quellen
Eigenschaften von Salzen
Salze können nur im gelösten Zustand transportiert werden (Ausnahme Kriecheffekte)
Salze kristallisieren aus einer Lösung aus, wenn die Lösung übersättigt ist.
Das passiert, wenn ...
• Wasser verdunstet
• die Temperatur absinkt
• die Luftfeuchtigkeit sinkt
• durch die Zufuhr oder den Entzug neuer Salzionen die Löslichkeit unter Umständen
herabgesetzt wird
• durch die Zufuhr neuer Salzionen Reaktionen einsetzen, die zur Bildung neuer Salze
führen und die eine geringere Löslichkeit haben.
Kristallisationsdrücke bis rechnerisch 200 N/mm² (vgl. Kalkmörtel um 2 N/mm²)
(Da allerdings die Löslichkeit mit steigendem Druck zunimmt, ist nicht klar, inwieweit die berechneten
Drücke mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen.)
14

Wie wirken Salze ?
gefügezerstörend
• durch Kristallisation
• durch Hydratisierung (=Hydratation)
• durch Spannungen zwischen salzbelasteten und salzfreien Zonen
durchfeuchtend
• durch anhaltende hygroskopische Wasseraufnahme
festigend
• wenn stabil in Porenräumen
Kristallisation durch:
• Trocknung
Aus „Phänomenologie von Salzsystemen“, Ch. Bläuer Böhm u. K. Zehnder,
http://www.zenobi.ethz.ch/Analytik5/salzsysteme.pdf
15

Kristallisation durch:
• Erniedrigung der Temperatur (→ verminderte Löslichkeit)
Abkühlung
Kristallisation
Fotos: Johannes Weber
16

Fotos: Johannes Weber
Der genaue Ort der Kristallisation ist
für das Schadensbild von Bedeutung
Fotos: Johannes Weber
17

Schutzfunktion der Tünche
40 µm Tünche
orig. . OF
-
+
-
+
+
-
-
-
+
+
+
-
+
-
+
Salz
H 2
0 flüssig
H 2
0 gasförmig
Anion
Kation
REM-BE Aufnahme: WM mit Übertünchung
Salze sind Verbindungen, an deren Kristallgitter mindestens eine
Kationen-Art und mindestens eine Anionen-Art beteiligt sind
Metalle
Nichtmetalle
„kleines Periodensystem“
18

IONENBINDUNG
Kationen geben ihre negativ geladenen Elektronen an Anionen ab
-
-
-
-
-
-
-
Metallatom
Nichtmetallatom
-
+ -
Kation Anion
Kationen und Anionen ziehen
sich aufgrund ihrer entgegengesetzten
Ladung an
Salzkristall
(z.B. NaCl – Kochsalz)
Die wichtigsten
bauschädlichen Salze
Kationen
Ca 2+
Mg 2+
K +
Na +
Anionen
Chlorid Cl -
Nitrat NO 3
-
Sulfat SO 4
2-
Karbonat CO 3
2-
Kationen
Anionen
Karbonate
CO 3
2-
Na 2 CO 3
Natrium Thermonatrit,
Na + Heptahydrit,
Natrit (Soda)
Kalium K 2 CO 3
K + Pottasche
MgCO 3
Magnesium Magnesit,
Mg 2+ Hydromagnesit,
Nesquehonit
CaCO
Calcium
3
Ca 2+ Calcit, Aragonit,
Vaterit
Sulfate
SO 4
2-
Na 2 SO 4
Thenardit.
Mirabilit
(Glaubersalz)
K 2 SO 4
Arcanit
MgSO 4
Kieserit,
Hexahydrit,
Epsomit
CaSO 4
Anhydrit, Gips
Chloride
Cl -
NaCl
Halit
(Kochsalz)
KCl
Sylvin
MgCl 2
Bischofit
CaCl 2
Antarticit
Nitrate
NO 3
-
NaNO 3
Nitronatrit
KNO 3
Nitrokalit
Mg(NO 3 ) 2
Nitromagnesit
Ca(NO 3 ) 2
Nitrocalcit
19

CaCl 2·6H 2 O
MgCl 2 ·6H 2 O
Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O
Na 2 CO 3 ·H 2 O
NaCl
358
75,3 (25)
NaNO 3 880
75,4 (20)
Na 2 SO 4 162
81,7 (25)
Na 2 SO 4 ·10H 2 O
MgSO 4 ·7H 2 O
Na 2 CO 3 ·10H 2 O
215
92 (18,5)
KNO 3 315
94,6 (20)
K 2 Ca(SO 4 ) ·H 2 O
Löslichkeiten und Gleichgewichtsfeuchten einiger bauschädlicher Salze
Salz
L [g/l]@20°C
5360
1670
2660
330
900
710
2,5
Gleichgewichtsfeuchte
[%] rF (°C)
29,0 (25)
33 (25)
50 (25)
71 (35)
87 (25)
90,1 (20)
CaSO 4 ·2H 2 O
2
-
CaCO 3 0,013 (25°C)
-
BaSO 4 0,002
-
-
Gleichgewichtsfeuchte: rH bei der Salze weder in Lösung gehen noch
auskristallisieren, d.h. Variation der rH verursacht einen Wechsel von
Kristallisation und Lösung
Nach: H.J. Schwarz: Salzbildende Ionen – Salze – Salzschäden, nicht veröffentlicht (2000)
Selektive Anreicherung von Salzen – vertikale Gradienten („Chromatographieefekt
Chromatographieefekt“)
Aufkonzentration durch Verdunstung: schwerlösliches Salz kristallisiert, leichtlösliches Salz noch in Lösung
Mauerquerschnitt Tiefe
Wandhöhe
20