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Die Erfindung betrifft ein Restaunerungs- und Konservlerungsmatenal für Oberflächen von steinartigen Gegenständen, insbesondere Natursteinen oder technischen Bauteilen, insbesondere Betonbauteilen, bestehend aus einem Gemisch aus Zement, Wasser und gegebenenfalls Sand, sowie ein Verfahren zur Restaurierung und Konservierung von Natursteinoberflächen.
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setzt ist. Weiters ist diesem Trockenmörtelgemisch ein körniger, die Alkalität erhöhender Zusatzstoff mit einer wesentlich geringeren Reaktionsgeschwindigkeit als der Abbindegeschwindigkeit des anorganischen Bindemittels entspncht, zugesetzt. Dieses anorganische Bindemittel in der Beschichtung soll Portlandzement sein, der durch seine Grobkörnigkeit die Reaktionsgeschwindigkeit des Aushärtevorgangs der Beschichtung verlangsamt.
Es soll zwar durch eine derartige Ausbildung ein langsameres Aushärten und ein Spannungsausgleich Im Inneren der Beschichtung und damit insgesamt eine bessere Eigenschaft der Beschichtung erzielt werden, eine Verbesserung bzw. eine längere Haltbarkeit des Trockenmörtetgemh sches über eine längere Einsatzdauer, insbesondere in klimatisch schwierigen Bedingungen mit starkem Temperaturwechsel, konnte jedoch nicht erreicht werden.
Weiters ist aus der Literatur, insbesondere der DE-Z "2. Internationales Kolloquium 1986, Werkstoffwissenschaften und Bausanierung, Wissenschaftlich-Technischer Arbeitskreis für Denkmalpflege und Bausanierung EV, Technische Akademie Esslingen 1986"herausgegeben von F. H. Wittmann, sowie der US-Z "Studies and Documents on the cultural hentage" Bd. 16, The Detenoration and Conservation of Stone/Unesco 1988 - bekannt, dass die Oberflächen von Natursteinen wie Kalkstenen, Sandsteinen, etc. korrodieren auf Grund chemischer Einflüsse aus der Atmosphäre (S02, SO3, NOx und Luftfeuchtigkeit) immer stärker und schneller. Zur Sanierung derartiger Oberflächen werden Kunstharze In Form von Kunstharzdispersionen bzw. mineralisch gefüllte Kunstharzdispersionen bzw.
Kunstharzdispersionen zur Modifizierung hydraulisch gebundener Mörtel oder ausschliesslich hydraulisch gebundene Mörtel wie Kalkoder Zementmörtel verwendet. Alle diese Sanierungsmassnahmen führen langzeitig nur teilweise zu einem ausreichenden Erfolg. Offen bleibt dabei meist die Frage, warum derartige Sanierungsmassnahmen nicht ztetführend waren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Restaurierungs- und Konservierungsmaterial zu schaffen, welches eine bessere Anpassung an die Eigenschaften des auszubessernden Materials erreicht und gute Diffusionseigenschaften aufweist, um eine gute Verankerung in den Poren der auszubessernden Natursteine bzw. technischen Oberflächen zu erzielen. Darüberhinaus soll auch ein Verfahren zur raschen und dauerhaften Sanierung von Natursteinoberflächen bzw. technischen Flächen, wie beispielsweise Betonoberflächen, geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das Gemisch aus 1 Gew. Teil Silikatzement PZ 375, zwischen 0, 1 und 0, 5 Gew. Teilen Elastifizierungsmittel und gegebenenfalls bis zu 2 Gew. Teilen Sand mit einer Korngrösse zwischen 0 und 1 mm besteht und ein Alkalidepot, insbesondere mit einem Ca-lonen-Überschuss, aufweist, dessen Grösse von der vorermittelten Menge an Sulfaten in der Oberfläche des zu restaurierenden steinartigen Gegenstandes bestimmt ist.
Vorteilhaft ist bei dieser Lösung, dass das Verwitterungsprodukt, Insbesondere die amorphe Kieselsäure und das, bel der Hydratation des Silikatzements ausgeschiedene Ca (OH) 2 chemisch miteinander reagieren und dadurch In das Restaurierungsmaterial, im wesentlichen
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der Oberfläche des zu sanierenden Gegenstandes, Insbesondere Natursteines bzw. des technischen Bauteils, Spannungsschäden vermieden und die Lebensdauer der derart sanierten Gegenstände bzw.
Bauteile erheblich erhöht, da Spannungsrisse aufgrund des gezielten verschiedenen physikalischen Verhaltens des Restaurierungs- und Konservierungsmaterials und des zu sanierenden Gegenstandes, insbesonde- re des Natursteins bzw. des technischen Bauteils, vermieden werden. Der überraschende Vorteil dieser Lösung liegt vor allem aber auch darin, dass eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber weiteren atmosphärischen Einflüssen erreicht wird, da die im Restaunerungsmatenal, während der Hydratation abgespaltenen Ca-Ionen durch die amorphe Kieselsäure chemisch gebunden werden.
Dies ermöglicht eine höhere Wasserdichtheit der mit dem Restaurierungs- und Konservierungsmaterial behandelten Oberflächen, die Verringerung der Spannungsrisse, eine höhere chemische Widerstandsfestigkeit und die Vermeidung von Ausblühungen. Überraschend Ist aber vor allem, dass der dynamische E-Modul eines derartigen Gemisches Im chemisch ausreagierten Zustand in einem Temperaturbereich zwischen -20. und + 80.
C weniger als t 10 % schwankt und damit die durch die Anpassung des E-Moduls an den Naturstein erzielten Vorteile über diesen äusserst breiten Temperaturbereich in etwa gleichbleiben, und somit Spannungen durch dynamische Belastungen, die durch häufigen und schnellen Temperaturwechsel entstehen, überhaupt vermieden oder so gering gehalten werden können, dass ein Abplatzen des Restaunerungs- und
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Konservierungsmaterials von den zu sanierenden Oberflächen zuverlässig ausgeschaltet ist. Weiters wird durch das Alkalidepot eine lange Zeit wirksame Korrosionsschicht für in den Bauteilen bzw.
Natursteinen oder technischen Bauteilen angeordnete Eisenteile und Eisenlegierungen gebildet und hat dies den Vorteil, dass sie im wesentlichen mineralischer Natur wie der Naturstein bzw. der Bauteil ist und somit eine
Doppelfunktion erfüllen kann, die mit beispielsweise auf Kunststoffen basierenden Korrosionsschutzmateria- liennicht erreichbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen dargelegt.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 2, da durch den richtig gewählten
Silikatmodul des Restaurierungsmaterials, in Kombination mit dem Abwitterungsprodukt, im besonderen der amorphen Kieselsäure, ein chemisch einheitliches, das heisst stöchiometrisch richtiges Endprodukt entsteht, welches aufgrund seiner Homogenität und Spannungsfreiheit hohe Lebensdauer besitzt.
Die Ausbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht in überraschend einfacher Weise eine hohe At- mungsaktivität und einen natürlichen Wasserdampfhaushalt, sowohl im Restaurierungs- und Konservie- rungsmaterial, als auch in dem sanierten Naturstein bzw. dem technischen Produkt, beispielsweise einer
Betonwand. Dadurch, dass das Eindringen von Flüssigkeit jedoch unterbunden wird, wird auch eine hohe
Frostsicherheit erreicht und werden Sprengschäden durch das Auffrieren von beispielsweise in den
Restaurierungsbereichen enthaltenen Flüssigkeiten ausgeschaltet, wodurch das Restaurierungs- und Kon- servierungsmaterial auch in jenen Bereichen der Welt einsetzbar ist. in welchen häufig Temperaturen unter
Null Grad vorkommen.
Durch die Ausbildung nach Patentanspruch 4 wird ein überwiegender schädlicher Teil an der Oberfläche der zu behandelnden Gegenstände chemisch gebunden und damit neutralisiert, wodurch eine weitere
Zerstörung der Oberfläche des Gegenstandes verhindert ist.
Durch die weitere Ausgestaltung nach Patentanspruch 5 wird der E-Modul des Restaurierungs- und Konservierungsmaterials gegenüber dem zu sanierenden Stein bzw. der Natursteinoberfläche oder gegen- über der technischen Oberfläche, wie beispielsweise einer Betonoberfläche, so viel erniedrigt, dass die bei Temperaturschwankungen zwischen dem Restaurierungsmaterial und der zu sanierenden Oberfläche auftretenden Spannungen, hervorgerufen durch verschiedene Ausdehnungskoeffizienten, in der äusseren Schicht abgebaut werden können.
Die Erniedrigung des E-Moduls des Restaurierungsmaterials wird durch Zusatz eines organischen, polymeren Elastifizierungsmittels erreicht, weiches hydraulisch reaktiv in der Hydratationsphase des Restaurierungsmaterials wirkt. Als organisches Elastifizierungsmittel wird erfindungsgemäss ein solches verwendet, weiches gleichzeitig mit der hydraulischen Aushärtung des Zements in den Reaktionsprozess chemisch miteingebunden wird und welches den Aushärteprozess des Zements nicht verändert. Bisher bekannte Kunstharzdispersionen, wie beispielsweise Acrylat- oder Polyvinyldispersionen, härten im Gegensatz zum Zement, der nur mit genügend Wasser aushärtet, erst nach vollständiger Trocknung aus. Diese grundverschiedenen, nebeneinander ablaufenden Aushärtungsmechanismen führen zwangsläuig zu Störungen der Endbeschichtung.
Weiters lagern sich diese Kunststoffteilchen ganz gezielt in den Poren des Zementsteins ab und verringern wesentlich die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit des Beschichtungsmaterials. Bei der Verwendung des erfindungsgemässen Eiastifizierungsmittels wird dieses chemisch in den Hydratationsprozess des Zements mit einbezogen und wird nicht in den Poren des Zementsteins abgelagert.
Eine andere Weiterbildung beschreibt Patentanspruch 6, wodurch eine Farbangleichung der mit dem Restaurierungs- und Konservierungsmaterial hergestellten Fugen an die Farbe des Grundkörpers einfach möglich ist.
Vorteilhaft ist aber auch die Ausbildung nach Patentanspruch 7, da dadurch auch helle Farbtöne für das Restaurierungs- und Konservierungsmaterial erreichbar sind.
Weiters ist auch eine Ausbildung nach Patentanspruch 8 möglich, da dadurch sowohl die Oberflächenstruktur als auch die farbliche Gestaltung des Restaurierungs- und Konservierungsmatenals am ehesten an die Oberfläche des zu behandelnden Natursteins anpassbar ist.
Vorteilhaft ist weiters auch ein Verfahren zur Restaurierung und Konservierung von Oberflächen von steinartigen Gegenständen, insbesondere Natursteinen oder technischen Bauteilen wie Beton oder dgl., bei dem ein Gemisch aus Zement und gegebenenfalls Sand mit Wasser zu einer fliessfähigen oder pastenförml- gen Masse vermischt und auf die zu restaurierenden Oberflächen aufgebracht wird.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zement ein Silikatzement PZ 375 ist und diesem eine Menge zwischen 10 bis 50 % von insbesondere organischem Elastifizierungsmittel je Gewichtsteil Silikatzement zugesetzt wird, insbesondere ein Restaurierungs- und Konservierungsmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 8, um den E-Modul des chemisch ausreagierten, insbesondere sandhaltigen Restaurierungs-und Konservierungsmittels kleiner als den E-Modul des steinartigen Gegenstandes bzw. des Bauteiles einzustellen, und dass dem mit dem Restaunerungs- und Konservierungsmaterial bearbeiteten
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Bereich der Oberfläche zumindest über einen Zeitraum von zwölf Stunden nach Aufbnngung desselben so viel Wasser zugeführt wird, dass dieser ausreichend feucht gehalten wird.
Durch diese Massnahmen wird in überraschend einfacher Weise eine hohe Haftzug- und Scherfestigkeit zwischen dem Restaurierungs- und Konservierungsmaterial sowie der zu restaurierenden Oberfläche und natürlich auch in den Spalten und Klüften bzw. den offenen Poren des zu sanierenden steinartigen Gegenstandes erreicht. Gleichzeitig wird in überraschender Weise eine entsprechend ausreichende Wasserdichtheit bei gleichzeitiger ausreichender Wasserdampfdurchlässigkeit auch bei dickeren Schichten von einem oder mehreren Zentimetern aus Restaurierungs- und Konservierungsmaterial erreicht. Dabei wird mit zunehmender Schichtstärke der Masseanteil an Sand gegenüber dem Zement bis zum Fünffachen erhöht und die Siebkurve der Korndurchmesser zu grössten Durchmessern verschoben.
Damit ist auch ein Aufbringen derartiger Restaurierungsund Konservierungsmaterialien an Baustellen, an weichen üblicherweise die Schichtstärken bzw. Schichtdikken starken Schwankungen unterliegen können, möglich, ohne dass dabei die Wasserdampfdiffusion erschwert wird. Dadurch kann auch das Abplatzen des Restaunerungs- und Konservierungsmaterials auf Grund von unterschiedlichen Dampfdrücken zwischen dem zu sanierenden steinartigen Gegenstand und dem Restaurierungs- und Konservierungsmaterial vermieden werden.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeh spiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen steinartigen Gegenstand, beispielsweise den Teil einer Steinbüste, mit in der Oberfläche vorgesehenen Schadstellen und Einrissen, In Seitenansicht geschnitten ;
Fig. 2 einen Teil der durch die Umwelteinflüsse zerstörten Oberfläche des steinartigen Gegenstandes nach Fig. 1, in Seitenansicht geschnitten und in vereinfachter, schematischer Darstellung, mit in den Restaunerungs- und Konservierungsmaterial enthaltenen, schematisch dargestellten
Elementen ;
Fig. 3 Ein Diagramm über die zeitliche Ausbildung der einzelnen silikatischen Endprodukt-Kompo- nenten des Restaurierungs- und Konservierungsmaterials.
In Fig. 1 ist ein steinartiger Gegenstand 1 dargestellt. dessen Oberfläche 2 durch Witterungseinflüsse, beispielsweise Regen, Schnee, Frost und atmosphärische, im besonderen saure Schadstoffe und dergleichen beschädigt ist und entsprechende Vertiefungen 3 bzw. Einnsse 4 aufweist.
Die natürliche hydrolytische Verwitterung von Gegenständen 1, z. B. von Natursteinen, läuft im alkalischen Milieu als allitische Verwitterung bzw. im eher sauren Milieu als siallitische Verwitterung ab. Da durch die starken atmosphärischen Belastungen, insbesondere durch die Luftverschmutzung, Säuren von aussen auf die Natursteinoberflächen gelangen, läuft die Grosszahl der Verwitterungsprozesse derzeit in einer slallitischen Verwitterung ab.
Gegenstand 1, wie Natursteine oder Betonteile, sind keine reinen chemischen Verbindungen, sondern beinhalten mehr oder weniger viele silikatische Verbindungen. Diese silikatischen Moleküle sind in Wasser weniger löslich und bleiben daher an der Oberfläche angereichert zurück.
Die nachfolgende chemische Analyse der Verwitterungsprodukte eines für natürliche Verhältnisse reinen Kalksteins zeigt dies deutlich.
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Chemische Analyse eines Kalksteins :
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<tb>
<tb> verwitterte <SEP> Natursteinoberfläche <SEP> von <SEP> der <SEP> Oberfläche <SEP> abgewitterte <SEP> und <SEP> losgelöste <SEP> Korrosionsprodukte <SEP> aus
<tb> nördlicher <SEP> und <SEP> südlicher <SEP> Himmelsrichtung
<tb> CaO <SEP> 47.21 <SEP> 48,87 <SEP> 48,62
<tb> Si02 <SEP> 2,42 <SEP> 5,45 <SEP> 5,34
<tb> MgO <SEP> 4,50 <SEP> 1,28 <SEP> 1,53
<tb> Al2O3 <SEP> 0,80 <SEP> 0,44 <SEP> 0,17
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 0,94 <SEP> 0,59 <SEP> 0,72
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 0,17 <SEP> 0,23
<tb> C02 <SEP> 39,06 <SEP> 36,91 <SEP> 34,86
<tb> SO42- <SEP> 3,45 <SEP> 1,63 <SEP> 1,99
<tb>
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<tb>
<tb> wasserlöslich <SEP> :
<SEP>
<tb> SO42- <SEP> 0,24 <SEP> 0,69 <SEP> 0,37
<tb> C''0. <SEP> 99 <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP> 1, <SEP> 05 <SEP>
<tb>
Alle Angaben sind Masse-%.
Für eine siallitische Verwitterung spricht der relativ hohe Si02-Gehalt In den abgewitterten und losgelösten Korrosionsprodukten und im Auffinden amorpher Kieselsäure. Die Untersuchungen wurden dabei mit einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt.
Liegt der SiOs-Gehait im Mutterfelsen des untersuchten Kalksteins häufig unter 1, 5 Masse-%, steigt er bei der verwitterten Oberfläche auf 2. 5 Masse-%. bei den am stärksten verwitterten und abgelösten Teilchen, auf über 5 Masse-% an.
Im Interaktionsfeld von Lithosphäre - Atmosphäre - Hydrosphäre werden Minerale und Gesteine zerteilt und Zersetzt. Die chemische Verwitterung bewirkt eine partielle bis völlige Auflösung von Gesteinen und ist an die Anwesenheit von Wasser gebunden. Die Reaktionsgeschwindigkeit dieser Vorgänge wird durch höhere Temperaturen beschleunigt, wodurch die Eindringtiefe der Verwitterung in feuchtheissen Klimaten besonders gross ist.
Nachfolgend wird der chemische Verwitterungsprozess anhand des analysierten Kalksteins 5 in Fig. 1 näher beschrieben : Kalksteine 5 sind nur wenig wasserlöslich (15 mg CaC03/pro Liter bel 200 C). Die Verkarstung des Kalksteanes 5 Ist ein Löseprozess von Carbonaten mit Wasser und C02 (Kohlensäure), der an den Schichtfugen, Rissen und Klüften des Kalksteins 5 ansetzt und sich nach folgender chemischer Reaktionsgleichung erweitert :
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In Gleichung (2) wird das chemische Gleichgewicht durch ein Ansteigen von Hydroniumionen H3O+ nach rechts zu den gut wasserlöslichen Hydrogencarbonationen HCO'verschoben. Die saure Atmosphäre liefert genügend Hydroniumlonen, um den chemischen Löseprozess des Kalksteins 5 zu beschleunigen.
Es ist bekannt, dass bei der attittschen Verwitterung Kieselsäure in Lösung geht, dagegen beispielsweise Aluminium-Verbindungen als Verwitterungsprodukt ungelöst zurückbleiben.
Bei der siallitischen Verwitterung tntt der gegenteilige Effekt auf : eine Kieselsäure 6, schematisch durch kleine Kreise angedeutet, bleibt als SiO2 zurück, die Aluminium-Verbindungen gehen in Lösung.
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:regehalt steigt, der Aluminium- wie auch der Magnesiumgehalt sinken. Aus der Reihe schlägt dabei das Eisenoxid, welches Im Stein natürlichen Schwankungen unterliegt und auf Grund seiner geringen Konzentra- tion Im Streubereich der Messgenauigkeit liegen dürfte.
Das in der Verwitterungsschicht nachgewiesene Si02 entsteht durch die Einwirkung von Hydroniumionen (saure Atmosphäre) auf die verschiedenen Silikate (Alkali-, Erdkali-, Aluminumsilikate etc. ) des Natursteins. Dabei bilden sich aus den SiOt"', Si2076-, etc.-Gruppen durch Protonenaufnahme H+ (H3O+ = H+ +H20) Säuremoleküle, die untereinander durch Wasserabspaltung zur Polykieselsäure kondensieren. wie dies nachstehend gezeigt ist. (Abb. 1).
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Bei höheren Temperaturen und Wind schreitet diese Bildung der Polykieselsäure durch Wasserabspaltung, besonders In saurer Atmosphäre und unter der Einwirkung von Hydrogencarbonaten, sehr rasch fort. Über Zwischenstufen bildet sich schliesslich ein hochmolekularer, locker gebauter Stoff mit grosser Oberfläche, die röntgenamorphe Kieselsäure 6. Die chemische Schreibweise (Si02) trifft nur teilweise den wirklichen und komplexen Zustand, da In dieser Kieselsäure 6. je nach Kondensationszustand. noch Silanolgruppen
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vorhanden sind, die das Wasser reversibel absorbieren.
Eine von vielen Modifikationen des (Si02) n kommt in der Natur häufig als Quarz In kristalliner Form vor.
Sie ist chemisch beständig und somit wenig reaktionsfähig. Amorphe Kieselsäure 6, wie sie beispielsweise in der Natur vorkommt, ist dagegen infolge ihrer ungeordneten Gitterstruktur wesentlich reaktionsfähiger.
Da sich die amorphe Kieselsäure 6 als Verwitterungsprodukt nicht nur in der äussersten Schicht des Natursteins bildet, sondern häufig auch je nach der Anzahl der offenen Porenräume 7 millimetertief in der Natursteinoberfläche, kann dieses Verwitterungsprodukt nicht mechanisch durch Abtragen, z. B. durch
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werden.
Wie nun in Fig. 2 gezeigt, wird diese Kieselsäure 6, um sie unschädlich zu machen, erfindungsgemäss chemisch derart eingebunden, dass das damit entstehende neue Reaktionsprodukt, wie der steinartige Gegenstand 1, z. B. der Naturstein selbst oder Betonteile, ebenfalls mineralischer Natur ist und mechanisch vergleichbare Werte besitzt. Auf diese Weise werden vor allem die durch Temperatur - und Feuchteschwankungen zwischen Naturstein, z. B. Kalkstein 5, und einem Restaurierungs- und Konservierungsmate- nal 8 auftretenden und das Langzeitverhalten der Sanierung bestimmenden Spannungszustände ganz wesentlich minimiert bzw. ausgeschaltet.
Natürliche Puzzolane waren bereits den Römern als Baumaterial bekannt. Sie verwendeten Erden vulkanischen Ursprungs (erhärtete Lavaströme und vulkanische Auswurfmassen) aus dem im Golf von Neapel gelegenen Ort Pozzuoli.
Puzzolane sind Stoffe mit einem grossen Anteil an reaktionsfähiger Kieselsäure 6. Puzzolane haben kein eigenes Erhärtungsvermögen. Erst in der Mischung mit Kalkhydrat Ca (OH) 2 ergeben sie ein hydraulisches Bindemittel.
Als Reaktionsgleichung für die Erhärtung von Puzzolanekalken, ohne Berücksichtigung eines beigemischten Sandes, gilt vereinfacht :
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Unabhängig vom richtigen stöchiometrischen Verhältnis des Kalkhydrates zur amorphen Kieselsäure 6 entsteht immer das mechanisch hochfeste Reaktionsprodukt"C3S2H3".
Die grosse Beständigkeit dieser hydraulischen Mörtel und daraus gefertigter Bausteine hat sich über zwei Jahrtausende bewiesen. Noch heute gibt es gut erhaltene Aquädukte und Bauwerke mit diesem Material aus dem dritten Jahrhundert vor Christus.
Die erfindungsgemässe, langzeitig wirkende Problemlösung zur Restaurierung und Konservierung verwitterter Oberflächen 2 des Natursteins bzw. Kalksteins 5 ist unter Berücksichtigung vorher beschnebener chemischer Vorgänge die Verwendung von speziellen Silikatzementen 9. Durch Brennen von Kalkstein 5 und Tonerde entsteht ein Zementklinker, der sich von den hydraulisch erhärtenden Kalken vor allem durch seinen nledngen Kalkgehalt unterscheidet.
Der Zementklinker setzt sich im wesentlichen aus einer mit Wasser schneller (CS) und einer mit Wasser langsamer (C2S) aushärtenden Komponente zusammen, wobei das Reaktionsprodukt C3S2H3 - ("CalciumsIlikathydrat") stets das gleiche ist :
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Beide Reaktionen ergeben das gleiche Reaktionsprodukt, aber unterschiedliche Ca (OH) 2- Mengen 10, die bel der Zementaushärtung in den Porenräumen 7 des Zementsteins in bis zu 0, 2 mm langen Nadeln auskristallisieren und derart mechanisch verankert werden. Ein wesentlicher Teil des Ca (OH) 2 reagiert dabei mit dem Tricalciumaluminat des Silikatzementes 9 und bildet feste Tetracalciumaluminat-Hydrate.
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Letztere entsteht mit dem Beginn des Erhärtungsprozesses, d. h. im Augenblick der Wasserzugabe zum Silikatzement 9.
In dieser noch sehr flüssigen Phase dringt das Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 leicht und tief in die offenen Porenräume 7 der Oberfläche 2 des Natursteins ein und gleichzeitig mit ihm auch das Ca (OH) 2 : Die Puzzolanbindung mit dem Abwitterungsprodukt (amorphe Kieselsäure 6) kann sofort beginnen, das dabei entstehende Reaktionsprodukt ist wieder C3S2H3.
Erst einige Zeit später steigt die Konsistenz des Restaurierungs- und Konservierungsmateriales 8 an.
Nun beginnt die Bildung des Hydratationsproduktes C3S2H3 aus den ursprünglichen ZementklinkerKomponenten C3S und C2S.
Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemässen Verfahrenstechnologie ist der, dass die chemische Einbindung des Verwitterungsproduktes (amorphe Kieselsäure 6 und das bei der Hydratation des Silikatementes ausgeschiedene Ca (OH) 2 Menge 10 einerseits, sowie das chemische Hydratationsprodukt des Silikatzements andererseits das gleiche Material, nämlich C3S2H3 ergeben. Die durch unterschiedliche Endprodukte bedingten verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, verschiedenen physikalischen Eigenschaften und damit bedingtes verschiedenes Verhalten, welches unweigerlich zu Spannungsschäden führt und die Lebensdauer eines Werkstoffes verkürzt, wird auf diese Weise ganz wesentlich minimiert bzw. ausgeschaltet.
Im Gegensatz zu den bisher häufig bei Restaunerungsarbeiten eingesetzten Luft-Kalkmörteln oder Kalk- Zementmörteln, bei denen das freie Ca (OH) 2 carbonatisiert wird und damit partiell wasserlöslich bleibt, wird das Ca(OH)2 beim erfindungsgemässen Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 im wesentlichen S ! ! ikat) sch und damit wasserunlöslich eingebunden, wie dies aus der zeitlichen Ausbildung der einzelnen
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silikatischen Endprodukt-Komponenten in Fig. 3 zu ersehen ist.
Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemässen Verfahrenstechnologie 1St. dass bis zu einem bestimmten Masse vorhandene Sulfationen chemisch ohne Schaden eingebunden werden können. Die dabei mit Silikatzement 9 entstehenden feinen und dünnen Kristalle 3CaO. AI203. 3CaS04. 32 O ("Trisulfat" oder Ettringit) wandeln sich nach einiger Zeit in das stabile 3CaO. AI2 03. CaS04. 12H2 0 ("Monosulfat") um.
Die Feuchtigkeit und die Temperatur haben einen wesentlichen Einfluss auf den Erhärtungsverlauf.
Optimale Aushärtungen - wie man aus den Gleichungen vorher entnehmen kann-werden nur bei einem genügenden Wasserangebot erreicht. Dies bedeutet in der Praxis ein ausreichendes Feuchthalte der restaunerten Oberflächen über einige Tage, besonders aber innerhalb der ersten zwölf Stunden. Wird das zur Hydratation notwendige Wasser z. B. durch Verdunsten entzogen, hört die Härtung auf.
Die erfindungsgemäss im Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 entstandene Puzzolanbildung hat eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber weiteren atmosphärischen Einflüssen, da die im Restaunerungs- und Konservierungsmaterial 8 während der Hydratation abgespaltenen Ca-Ionen durch die amorphe Kieselsäure 6 chemisch gebunden werden.
Es entsteht dabei das Caiciumsilikathydrat C3 S2 H3, dessen Löslichkeit äusserst gering ist und das die Poren des Restaurierungsmatenales verstopft. Beim Fehlen der amorphen Kieselsäure 6 entsteht aus dem Ca (OH) 2 mit dem Kohlendioxid der Luft zum grossen Teil Calciumcarbonat, mit seinen vorher schon näher beschriebenen. für saure atmosphärische Einflüsse ungeeigneten Eigenschaften.
Wie Versuche zeigen, löst sich durch Auslaugung aus dem erfindungsgemässen Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 weniger als ein Dnttel des Calciumhydroxids gegenüber normalen Silikatzementen 9 heraus, wodurch folgende Eigenschaften wesentlich verbessert werden :
Die Wasserdichtheit wird erhöht ; die Hydratationswärme, das Schwindmass und damit die Neigung zu Spannungsnssen wird verringert ; die chemische Widerstandsfähigkeit steigt an ; die Entstehung von Ausblühungen wird durch die chemische Bindung des Ca (OH) 2 wesentlich verbessert bzw. verhindert.
Die bei der erfindungsgemässen Restaurierung zur Verwendung gelangenden Silikatzemente 9, insbesondere Portlandzemente, haben bestimmte Kriterien zu erfüllen, vor allem in der Kombination mit den Abwitterungsprodukten. Dabei gibt nachfolgende Formel den Silikatmodul (SM) als einen zahlenmässigen
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chen 2 von Gegenständen 1, insbesondere Natursteinen bzw. Kalkstern 5 Ist das Kriterium, dass der EModul des Restaurierungsmatena ! s gegenüber dem Naturstein gennger sein muss. Dies wird durch ein Elastlfizlerungsmlttel 11 erreicht, das mit den silikatischen Hydratationsprodukten des Zementsteins reagiert.
Gleichzeitig wird dadurch eine hohe Haftzug- und Scherfestigkeit zwischen Restaunerungs- und Konservierungsmaterial 8 sowie der Oberfläche 2 erreicht. Die Prüfungen eines solchen Restaurierungsmatenals wurden dabei In einem Temperaturbereich von-20 bis + 800 C durchgeführt und ergaben hinsichtlich des dynamischen E-Moduls In diesem Temperaturbereich Schwankungen um weniger als +/zehn Prozent.
Das erfindungsgemässe silikatische Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 muss auch eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen, da Gegenstände 1, insbesondere Kalkstein 5 vor allem mit porösen Oberflächen 2, je nach Luftfeuchtigkeit und Temperatur Wasser aufnehmen und wieder abgeben. Wird die Abgabemöglichkeit durch eine wasserdampfsperrende Schicht verhindert, treten zwischen der Oberfläche 2 des Natursteins und dem Restaunerungsmatenal Dampfdrücke auf, die das Restaunerungsmatenal abplatzen lassen.
Für die Wasserdampfdurchlässigkeit ist vor allem der Werkstoff selbst. aber auch die Dicke der aufgebrachten Schicht massgebend. Es wird deshalb die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke SO (H2 0) = u. s (u = Diffusionswiderstandszahl, s = Schichtdicke) als Richtwert für das erfindungsgemässe Restaunerungsmatenal angegeben. Bel der Verarbeitung an der Baustelle, insbesondere an nicht ebenen Naturstein-
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oberflächen, sind erfahrungsgemäss die Schichtstärken des Restaurierungsmaterials starken Schwankungen unterworfen. Der Diffusionswiderstand muss daher auch bei grösseren Schichtstärken genügend klein sein. Das entwickelte Restaurierungsmaterial weist eine SD {H2 0) = 0, 05 m bei 850 um Schichtstärke auf.
Dieser Wert garantiert auch noch bei einer Schichtstärke 12-Fig. 2-von mehreren Millimetern eine bisher unerreichte und ausreichende Wasserdampfdiffusion. Die hohe Wasserdampfdiffusionsfähigkeit muss jedoch bel gleichzeitig flüssiges Wasser sperrender Eigenschaft erreicht werden. Das erfindungsgemässe Restaune- rungs- und Konservierungsmaterial 8 hat eine um mehr als die Hälfte niedrigere Wasseraufnahme Im Vergleich zu üblichen Silikatzementen 9 ohne Zusatz eines hydrophobierenden Mittels.
Als Richtrezeptur des erfindungsgemässen Restaunerungs- und Konservierungsmatenals 8 für Schichtstärken 12 bis 1, 5 mm hat sich bewährt : 3, 3 Gew. T. Silikatzement 9 PZ 375
3, 3 Gew. T. Sand 13 (0 bis 0, 5 mm) 1, 0 GewT Elastifizierungsmlttel 11 ca. 1, 4 Gew. T. Wasser 14 Die Aufbnngung mehrerer dünner Schichten übereinander zeigte erfahrungsgemäss die höchste Sanierungsgüte.
Als Richtrezeptur des erfindungsgemässen Restaurierungs- und Konservierungsmatenals 8 für Schichtstärken 12 von 3 bis 4 mm In einem Arbeitsgang hat sich bewährt : 1. 0 Gew. T. Silikatzement 9 PZ 375
1, 5 Gew. T. Sand 13 (0 bis 1 mm) 0, 2 GewT Elastifizierungsmittel 11 ca. 0. 4 Gew. T. Wasser 14 Die Oberfläche 2 des Gegenstandes 1 z. B. des Natursteins muss vor Aufbringung des Restaurierungs- und Konservierungsmatenales 8 frei von losen Teilchen sowie von Staub sein und muss stark vorgenässt werden.
Das erfindungsgemässe Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 kann, wie in der Betontechnologie bekannt, verarbeitet werden : Bürsten, Sprühen, Spachteln und Giessen sind möglich. Die Herstellung von
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a.Als Richtrezeptur zum Giessen von Figuren hat sich bewährt :
10, 0 Gew. T. Silikatzement 9 PZ 375
10, 0 Gew. T. Sand 13 (0 bis 0, 5 mm) 1, 0 GewT Elastlfizlerungsmittel 11 und Wasser 14 je nach gewünschter Konsistenz.
Übliche Silikonformen werden dabei als Giessformen verwendet. Diese Giessmasse bzw. das Restaunerungs- und Konservlerungsmatenal 8 mit einer sehr niederen Viskosität eignet sich auch besonders zur Vorversiegelung von zerfressenen Oberflächen 2 von steinartigen Gegenständen, da auf Grund der niederen Viskosität diese Flüssigkeit auch In in der Oberfläche 2 bzw. im steinartigen Gegenstand angeordneten offenen Poren 15 bzw. In zwischen geschlossenen Poren 16 angeordnete Kapillaren emdnn- gen kann und auch die In diesen Bereichen befindliche Kieselsäure 6 durch das Restaunerungs- und Konservierungsmaterial 8 chemisch gebunden und damit unwirksam gemacht werden kann, wie dies rein schematisch m der Darstellung m Fig. 2 gezeigt ist.
Um Insbesondere unsymmetrische und abgebrochene Teile Im Denkmalschutz händisch nachformen und ergänzen zu können hat sich als Richtrezeptur für eine derartige, plastisch verformbare Modelliermasse bewährt : 1, 0 GewT Silikatzement 9 PZ 375
2, 0 Gew. T. Sand 13 (0 bis 1 mm) 0, 2 Gew. T. Elastifizierungsmittel 11 und so wenig Wasser 14, dass die Masse plastisch verformbar ist.
Zur Befestigung von Bauteilen sind häufig Eisenstäbe oder Eisengitter etc. notwendig. Für den Korrosionsschutz solcher Eisen- oder Eisenlegierungen hat sich auf Grund seines hohen pH-Wertes von über 12 das Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 als Alkalidepot bestens bewahrt. Als Richtrezeptur für einen derartigen mineralischen Korrosionsschutz gilt :
2, 0 bis 3, 0 Gew. T. Silikatzement 9 PZ 375 1, 0 Gew. T. Elastifizierungsmittel 11 ca. 0, 2 Gew. T. Wasser 14 je nach gewünschter Streichfähigkeit.
Da nach dem erfindungsgemässen Verfahren der metallische Korrosionsschutz und das Restaunerungsund Konservierungsmatenal 8 die gleiche mineralische Basis haben und aneinander sehr gut haften, ist auch in diesem Fall das sonst auftretende Spannungsproblem zwischen verschiedenen Werkstoffen gelöst.
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Um eine restaurierte Oberfläche 2'auch optisch der originalen Oberfläche 2 nachzuempfinden, können alle Mischungen mit Erdfarben eingefärbt werden und/oder der zugesetzte Sand mit gemahlenem, originalem Naturstein entsprechender Siebkurve substituiert werden. Durch die in der Praxis geprüfte und bewährte Verwendung von Weisszement sind auch helle Farbtöne erreichbar.
In Fig. 3 ist nunmehr auf der Abszisse 17 die Hydratationszeit und auf der Ordinate 18 der Mengenanteil der jeweiligen Stoffverbindung angegeben. Während nunmehr die in strichlierten Linien gezeigte Diagrammlinie 19 den Mengenanteil an Porenraum darstellt, zeigt die Diagrammlinie 20 die während des Prozesses entstehende Menge an Calcium-Hydroxid.
Die Bildung des Calcium-Silikathydrates ist dagegen durch die Diagrammkurve 21 gezeigt. Diese Diagrammkurve 21 umfasst zwei unterschiedliche Abschnitte, und zwar wird in etwa bis zum zweiten Tag der Hydratationszeit des erfindungsgemässen Restaurierungs- und Konservierungsmaterials 8 langfasenges
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Die beiden unterschiedlichen Abschnitte sind zusätzlich durch unterschiedliche Schraffur voneinander unterschieden.
Des weiteren ist festzuhalten, dass in dem mit 22 gekennzeichneten Bereich die Hydratationszeit in Minuten, in dem mit der Bezugsziffer 23 gekennzeichneten Bereich die Hydratationszeit in Stunden und im Bereich 24 in Tagen angegeben ist.
Wesentlich ist in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung, dass unmittelbar mit dem Einsetzen der chemischen Reaktion im Restaurierungs- und Konservierungsmaterial 8 die Bildung von Kalkhydrat Ca (OH) 2 einsetzt, bevor die Anzahl der Porenräume reduziert wird, sodass das Calciumhydrat auch beispielsweise noch in die offenen Poren 16 eindringen bzw. dort gebildet werden kann und auch die in diesen offenen Poren 16 enthaltene Kieselsäure 6 dadurch chemisch gebunden werden kann bzw. mit dem Kalkhydrat chemisch reagiert, sodass auch nach der Fertigstellung der Restaurierung von diesen offenen Poren 16 eine weitere Zerstörung des Gegenstandes 1 bzw. Bauteils nicht möglich ist.
Damit wird erreicht, dass sofort nach der Aufbringung des Restaunerungs- und Konservierungsmaterials 8 auf die Oberfläche 2 des Gegenstandes 1, also noch bevor der Silikatzement 9 hart wird und der Porenraum kleiner wird, das Kalkhydrat in diese offenen Poren 16 und Porenräume, die in einem steinartigen Gegenstand, z. B.
Naturstein oder in einem technischen Bauteil wie Beton, immer vorhanden sind, einwandern bzw. eindringen kann.
Bezugszeichenaufstellung
1 Gegenstand
2 Oberfläche 2'Oberfläche
3 Vertiefung
4 Einnss
5 Kalkstein
6 Kieselsäure
7 Porenraum
8 Restaunerungs- und Konservlerungsmatenal
9 Silikatzement
10 Menge 11 Elastlfizierungsmittel
12 Schichtstärke
13 Sand
14 Wasser
15 Poren
16 Poren
17 Abszisse
18 Ordinate
19 Diagrammlinie
20 Diagrammlinie
21 Diagrammkurve
22 Bereich
23 Bezugsziffer
24 Bereich