DE2363794A1

DE2363794A1 - Verfahren und vorrichtung zur verfestigung von morbidem und statisch gefaehrdetem sandstein

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Publication number: DE2363794A1
Application number: DE2363794A
Authority: DE
Inventors: Fred Uhl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2255272A1

Description

.ii-en - .η.!,!.,.,,».-., ι GuJdo Engelhardt

° _: _! ' J 1 . ^Pa*entanwalt

D-7990 Friedrichshafen

Ehlersstraße 17 Tel.(07541)92667

Verfahren und Verrichtung zur Verfestigung von nioruidem und statisch gefährdetem Sandstein

Die i^nindung beziehL sich aui" ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfestigung von morbidem und statisch gefährdetem Sandstein.

An Bauten aus Sandatein, insbesondere an denkmalgeschützten kunst- und kulturhistorisch wertvollen Bauwerken werden in den letzten 30 Jahren in zunehmendem Masse Schäden festgestellt, die auf chemische und "physikalische Umwelteinflüsse zurückzuführen sind. Der Sandstein,' vor allem der kalziumkarbonatgebundene Sandstein, wird weich und brüchig und verliert seine statische Festigkeit.

Seit vielen Jahren sind Mittel und Verfahren zur Verfestigung von morbidem und statisch gefährdetem Sandstein bekannt, die Jedoch alle den Nachteil haben, dass der durch chemischen An-. griff geschädigte Sandstein nur oberflächlich gehärtet bzw. verfestigt wird. Diese bekannten Mittel bestehen vorwiegend aus in Kali- oder Natronlauge gelöster kristallisierter Kie«? : seisäure bi0_o, der in letzter Zuit auch Kuii3tharzdispersiontn oder Emulgatoren als Stabilisatoren oder Puffer in Konzentrationen bis zu 'j '/· zug&aeLzl alncuNuuerdinga werden zur Verfestigung auch Kunstharze über Lösungsmittel mit und ohne was-

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s.erabweisende Zusätze (Silicone) verwendet,, deren Eindringtiefe zwar grosser ist, daiür aber andere, ebenfalls schwerwiegende Machte.ile zur Folge haben.

Die Hauptursache für die geringe Eindringtiefe in den Sandstein sind im ersteren Falle:

Die in'den Emissionen von Verbrerinungsanlagen enthaltenen aggressiven Medien, wie Schwefeldioxyd, das zu Schwefelsäure.aufoxidiert, Kohlensäure u.a. haben das in vielen Sansteinarten als Bindemittel dienenden Kalziurnkarbonat (CaCO-,) gelöst und den' chemisch resistenten Komponenten den Halt genommen, die dann von der Qberflache her infolge des ständigen Angriffes mehr und mehr "absanden". Darüber hinaus lösen sie langsam von ausgÖn nach innen weiteres Kalziumkarbonat, wodurch der Stein in der gleichen Richtung eine bestimmte Porosität.aufweist, die das weitere Eindringen von HpSO^, CO₂ und anderer Schadstoffe (Blei, Vanadine u.a.) erleichtert und zur Bildung von Gips durch Umwandlung von Kalziumkarbonat in Kalziumsulfat unter Abspaltung von Kohlensäure führt, ' . '

Kommt nun das stark alkalisch reagierende Kieselsäuremedium mit der Schwefelsäure oder abgespaltener Kohlensäure in Verbindung, wird augenblicklich eine beidseitige Neutralisation eintreten, die eingebrachte Kieselsäurelösung geliert aus und führt zum sofortigen Porenverschluss. Was u.U. noch weiter eindringen kann, ist das in der Lösung überschüssige H₂O. Die m»x. 1 bis 2 nun tief eingedrungene Kieselsäure kristallisiert au·, verdiohtfl aioh in den Kapillaren so stark, dass nach ihrejn Austrocknen der Ausdehnungskoeffizient von dem des gewachsenen Steines erheblich abweicht, was in den meisten Fällen aohdn. bei normalen Temparaturschwankungen zu Absprengungen

B§i den mit Kunatharzdispersionen oder Emulsionen versetzten Kieselsäuralb'sungen britt innerhalb kurzer Zeit in ebenfalls geringen Eindringtiefen (1-2 mm) ein Porenverschluss ein_s weil die Kolloidtöilchen d^r Dispersion bzw. Emulsion (im

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Durchschnitt 0,5 l'likron und darüber) gröasei' als die meiston

-4 -6 Kapillaren sind, deren Weite zwischen 5.10 bis 5.10 cm beträgt. Die kleineren Kolloidteilchen setzen sich an den Kapillarwandungen an und bauen sich von aussen nach innen auf bis zum völligen Porenverschluss. Die eigentlich zur Verfestigung gedachte Kieselsäurelösung hat im vorliegenden Falle kaum die Möglichkeit, in den Sandstein einzudringen, weil durch den geschilderten Vorgang die eingedrungene Dispersion das verhindert. Ausserdem würde die im Stein vorhandene, noch nicht neutralisierte Schwefel- bzw. Kohlensäure die alkalisch reagierende Lösung sofort zum Gelieren bringen und somit die beabsichtigte Wirkung unmöglich machen.

Aber selbst wenn die vorstehend geschilderte Gelierung im , Stein nicht stattfinden würde .(langjährige diesbezügliche Versuche wurden u.a. im Tränkverfahren durchgeführt), wäre eine Verfestigung von porösem bzw. morbidem Gestein auch im Sprüh- und Streichverfahren nicht sehr erfolgreich. Bei beiden Verfahren genügt selbst der relativ geringe Anteil von CO« und SO₂ in der Luft und die höhere CO₂- und HgSO^-Konzentratiort auf der Steinoberfläche und der darunter bereits angegriffenen Schicht, dass die Kieselsäurelösung durch Neutralisation und

daraus resultierender Gelierung tiefer in die Sandateinoberflache eindringt. ' . ,·:

Eingehende Versuche haben nunmehr gezeigt, dass scheinbar vqf» \- der Umsetzung des kohlensauren Kalkes in Gips, also schwefel-k. , sauren Kalk, noch ein latenter Zustand innerhalb der neutral!·* eierenden Zone besteht. Dieser Zustand ist auf die Abspaltung ^v von CO₂ zurückzuführen, nach der die Bildung von Gips > (CaSO^ . 2H₂O) erat möglich ist. Infolge seines hohen spexi- ' fischen Gewiphtes verdunstet CO₂ nach seiner Abspaltung !■ Stein nur sehr langsau. Das ist auch mit die Ursache» weshalb die oben angefühlte, stark alkalisch wirkende Kieselstture- ·/. lösung nicht tiefer in den morbiden Sandstein eindringt. • Das fiQCh im Stein υc;i iudliche COp bringt die Kiäeele£ure« • '^cifori z\xa A--iirJnt.sMi bzw.Ceii.eren»v/as die ursprüngliche♦·

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kolloidale Struktur der Lösung wesentlich verändert und zwangsweise den Kapillarenverschluss herbeiführt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfestigung von morbiden und statisch" gefährdeten Sandsteinen sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens zu schaffen, das es ermöglicht, verfallenen Sandstein vor der endgültigen Zerstörung zu retten, d.h. den Zerfall_#zu stoppen, und darüber hinaus dem morbiden und dadurch gefährdeten Stein wieder zu verfestigen und ihm die ausreichend statische Tragfähigkeit wieder zu geben.

Ausserdem soll dabei dem morbiden und statisch gefährdeten Sandstein eine weitgehende chemische Resistenz und zusätzliche Festigkeit gegeben werden. Dies soll primär unter Zuhilfenahme des natürlichen Temperaturgefälles zwischen Tag und Nacht geschehen, wobei sekundär auch künstlich mit anderen. Wärmequellen periodisch ein Temperaturgefälle erzeugt werden kann.

Dazu ist es unbedingt notwendig, das im Sandstein noch vorhandene HpSCh und COp weitgehendet zu entfernen, zumindest zu neutralisieren, um die Kieselsäurelösung überhaupt soweit in den morbiden Sandstein einzubringen, dass nach der Auskristallisierung von SiOp eine ausreichende statische Festigkeit wie- , der erreicht werden kann. '

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der zu verfestigende Sandstein zunächst bei periodisch wechselnden Aussentemperaturen mit einer ständig Über diesen fliessenden Waschflüssigkeit ausgewaschen wird und dass nach dem Reinigen ' der Kapillaren dem Sandstein bei ebenfalls periodisch wechselnden Aussentemperaturen kontinuierlich so lange eine Verfestigungslösung zugeführt, z.B. aufgesprüht, wird, bis Waschflüssigkeit und VerfestigungslöBung eine vorbestimmte Konzentration aufweisen.

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Zv/eckmässig ist es hierbei, die Waschflüssigkeit und/oder die VerftiStigungsflLissigkeit unter direktem Luftabschluss ununterbrochen über den zu verfestigenden Sandstein fliessen zu lassen, wobei es zur Verhinderung des Luftzutrittes und/oder zur. Erhöhung des Temperaturgefälles angebracht ist, den zu verfestigenden Sandstein z.B. mittels einer oder mehrerer Folien abzudecken.

Zur Erzeugung von periodisch wechselnden Temperaturen kann der Sandstein zeitweise mit Heissluft, mittels Heizstrahler oder anderen Wärmequellen beheizt werden. Selbstverständlich ist aber in erster Linie das Temperaturgefälle zwischen Tag und Nacht zu nutzen.

Sehr vorteilhaft ist es, zur Bestimmung der in die Kapillaren

• · '."^r des Sandsteines eingedrungenen Schadstoffe (HpSO^,CO« u,a.) den¹

pH-Wert der Waschflüssigkeit und/oder der VerfestigungflltJaung zu verwenden, wobei der Waschvorgang bei Erreichen eines pH- , Wertes von 7 beendet, die Waschflüssigkeit zu Beginn des Waeclv , Vorganges auf einen pH-Wert von 7,0 bis 8,0 eingestellt und dieser gegebenenfalls ein Netzmittel zugesetzt werden soll« .-.;■"

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Es hat sich ferner gezeigt, dass es angebracht ist, den festjgungsVorgang bei einem pH-Wert von 9 bis 13. zu beendeni% was von Fall zu Fall durch die jeweilige Kapillarweite be- 1-.,· dingt ist. - ._; .;.·■:■■?;..·

Die Verfestigungslösung kann aus einer Mischung von g·MHtIf-' ter Kieselsäurelösungf und gesättigtem Kalkwasstr zumii setzt sein, wobei zur Verdünnung der Kieaelsäurelöeuni deJllnefili» siertes Wasser dienen kann, das in einem Mischbehälter züge·'¹-;⁷·'' ^ geben wird. ^fc ' ...

AIa Lösungsmittel für die ausgefällte Kieselsäure kann KmIi* lauge verwendet v/erden und der Verfeatigungslösung kann ein Netzmittel zugesetzt werden.

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Die Waschflüssigkeit und/oaer die Verfestigungslösüng sind zweckmässigerweise in einem geschlossenen, mit Umwälzpumpen vereehenen Kreislauf ständig dem Sandstein zuzuführen, wotei Waschflüssigkeit und/oder Verfestigungslösung mittels eines pH-Wert-Messgerätes auf ihre ursprüngliche Konzentration zu prüfen und erforderlichenfalls diese mittels eines an den Kreislauf angeschlossenen Dpsiergerätes auf die Jeweilige Konzentration zurückzuführen sind. .

Die Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zur luftdichten Abdeckung des zu verfestigenden Sandsteines ein diesen an der Aussenseite ganz oder teilweise umgebender, vorzugsweise rechteckiger, aus vertikal und horizontal gerichteten Leisten gebildeter Rahmen vorgesehen ist, in den mit Abstand zu der Oberfläche des Sandsteines eine Abdeckfolie eingespannt ist, und dass im oberen Bereich des Rahmens in diesen ein sich ganz oder teilweise Über dessen Breite erstreckendes Sprührohr, eine oder mehrere Sprühdüsen od.dgl. vorgesehen sind. » ■

Sehr zweckmässig ist es hierbei, im unteren Bereich des Rahmens in diesen eine Auffan^rinne einzusetzen und in den horizontal verlaufenden oberen und/oder unteren Leisten und/oder den vertikal gerichteten Leisten des Rahmens jeweils eine oder mehrere .ZpB. mittels verstellbarer Schieber verschliessbare Öffnungen einzuarbeiten, wobei es des weiteren angebracht ist, die Leisten dee Rahmens in ihrem Querschnitt Z-förmlg auszubilden.

Um auf einfache V/eiso eine Anpassung an die Form eines Sandsteines vornehmen zu können, ist es ferner sehr vorteilhaft, die Leisten z.B. durch7an Sem Mauerwerk anliegenden Schenkeln eingearbeitete Schlitze verformbar auszubilden oder als Abdichtleisten einen am_ Mauerwerk zu befestigenden Schlauch od.dijl. vorzusehen./Zur Befestigung der Folie an dem Rahmen und/oder dessen Leisten an dem Mauerwerk können Spannleisten vorgesehen werden, ^v/ischen denen und den Leisten die Folie rundum eingespannt wird.

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Die ε η dem-Mauerwerk anliegenden Schenkel, der Leisten sollen ferner mit einer Dichtung, z.B. in Form einer Schaumstoffauflage od.dgl., versehen werden.

Die künstliche Erwärmung des Sandsteines ist zweckmässigerveise, um Luftbewegungen an der Sandsteinoberfläche zu vermeiden, in einem weiteren·geschlossenen Raum vorzunehmen. Dazu kann über der Abdeckfolie mit Abstand zu dieser eine zweite Folie in den Rahmen eingespannt werden.

Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist es möglichj den kranken bzw. angeschlagenen Stein in seiner morbiden Oberflächenstruktur bis tief hinein so zu sanieren, dass er statisch nicht mehr gefährdet ist. Auch ist die Anwendung des Verfahrens sehr wirtschaftlich, weil dadurch . das bisherige Auswechseln von .Sandsteinen auf ein Minimum redur ziert werden kann. Des weiteren tritt kein Kapillarenverechluss ein, da die zugeführten Feststoffe volumensmässig.gering sind und das in die Kapillaren eingedrungene Wasser verdunstet. , .

Weitere Einzelheiten des Verfahrens zur Verfestigung von morbiden und statisch gefährdeten Sandsteinen sowie der Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens sind anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausi'Uhrungsbeispiel der Vorrichtung nachfolgend, s !,erläutert. Hierbei zeigt: .-sK:.*''

Fig. 1 die zum Auswaschen und Verfestigen vor einen '.:',· Sandstein angebrachten Vorrichtung, * yVA ^;

Fig. 2 die Draufsicht auf den oberen Teil der Vor- " *'ji ^t richtung, . . ·■ !·ν3,

Fig. 3 die Draufsicht auf den unteren Teil der Vor« ''·'· richtung und

Flg. 4 einen Schnitt durch eine vertikal verlaufende

Ha1teleiste üer Vorrichtung.

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Die in der Zeichnung dargestellte und mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Auswaschen und Verfestigen eines morbiden Sandsteines 3 besteht aus einem an dem Mauerwerk 2 befestigten Rahmen 11, in den eine den Sandstein 3 abdeckende Folie 15 mit Abstand zu der Oberfläche 6 des Sandsteines 3 eingespannt ist. Der Rahmen 11 ist aus horizontal gerichteten Halteleisten 12 und 13, die Z-förmigen Querschnitt aufweisen, und vertikal angeordneten Halteleisten 14 (die ebenfalls Z-förmigen Querschnitt aufweisen können) zusammengesetzt, und die Folie 15 ist.an diesen mittels Spannleisten 18 festgeklemmt. Damit die Leisten 12, 13 oder 14 auf einfache Weise an die äussere Form eines Steines anzupassen sind, können in die an dem Mauerwerk 2 anliegenden Schenkel 12' achssenkrecht verlaufend z.B. doppelkeilförmig gestaltete Schlitze 30 -eingearbeitet werden. Somit ist es möglich, die Leisten 12, 13, 14 in einer Ebene zu verformen.

Die Befestigung des Rahmens 11 ati dem Mauerwerk 2 erfolgt mittels in die Mauerfugen 4 eingesetzten Dübel 19, in die-die Leisten 12, 13 und lh durch-greifende Schrauben 20 einge*· . " schraubt sind.

Um eine gute Anlage des Rahmens"11 an dem Mauerwerk 2 sicker¹-zustellejn, sind die an diesem anliegenden Schenkel 12' und 13* der Leisten 12 und 13 und auch die Leisten 14 mit Dichtungen ν in Form einer Schaumstoffauflage 21 o.a. versehen. Auseerdem, > weisen die Spannleisten 16 Langlöcher 22 auf, um die. ^ gung an jeder Steile der Fu^e 4 vornehmen zu können,-

Die den zu verfestigenden Sandstein 3 zuzuführende flüssigkeit bzw. die Verfestigungslösung wird mittels eines SprUhrohres 16 auf diesen aufgebracht, das im oberen Bereich des Rahmens 11 in diesen eingesetzt ist. Die Flüssigkeit tritt in Form des Strahles 7 aus dem Sprührohr 16 aus.

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Zum huifangen der über* dem Sandstein 3 geflossenen Flüssigkeit ist im unteren Bereich des Rahmens 11 in diesen eine Auffangrinne 17 eingesetzt, von der die Flüssigkeit über eine nicht dargestellte Umwälzpumpe wieder dem Sprührohr 16 zugeführt wird.

Zur Entlüftung des zwischen dem Mauerwerk 2 und 'der Folie 15 geschaffenen Raumes 5 sind in die Leisten 12 und 13 Öffnungen 23 bzw. 27 eingearbeitet, die mittels Schieber 24 bzw. 28 wahlweise verschlossen oder geöffnet werden können. Sobald die Öffnungen 25 bzw. 29 der Schieber 24 und 28, die mittels in Langlöcher eingreifender Schrauben 26 verschiebbar gehalten sind, die öffnungen 23 bzw. 27 der Leisten 12 und 13 ganz 'oder teilweise überdecken, kann gesteuert von aussen Luft zugeführt werden bzv/. der Raum 5 kann entlüftet werden.¹ , " ,

Mittels der Vorrichtung 1 fliesst eine Waschflüssigkeit mit einem pH-Wert zwischen 7,0 und 8,0, der zusätzlich ein Netzmittel zugesetzt ist, unter direktem Luftabschluss ununterbrochen über den Sandstein 3. Der eigentliche Waschvorgang richtet sich nach der Stärke der durch H₂SO^ angegriffenen V. Sandsteinschicht und kann u.U. mehrere Wochen dauern. Die/ ·';., Waschflüssigkeit wird vor ihrem Umwälzen auf ihren pH-Wert ,,;/-'» gemessen und entsprechend aufdosiert. Sobald die Waa/Jh£lU$si,g«*:i keit den konstanten Wert von pH 7 erreicht hat, befindet'':§Xct^£; praktisch kein CO₅ und HoSO/, mehr im Stein und die' durch *. V: chemischen Angriff erweiterten Kapillaren sind weitestgehend \.i gereinigt. Mit der eigentlichen Verfestigung kann begonntn«:■*,^-. werden. .' . ./...;·' _:.,%

Die Flüssigkeit fliesst beim Waschvorgang über die ganze ^- '* deckte Fläche des Sandsteines 3, wobei die wesentliche FtU&Jfc-λ tion der mittels der Folie 15 vorgenommenen Abdeckung dt· . Sandsteines 3 wirksam wird, nämlich in den wärmeren Jahreszeiten die Ausnutzung des natürlichen TeaperaturgefKlle*.'"■· ^r

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"zwischen Tag und iJaclit. Dieses Temperaturgeiälle kann in den kälteren Jahreszeiten entsprechend künstlich durch Heissluftgebläse, Elektrostrahler ooer andere Wärmequellen erzeugt werden. Diese künstliche Erwärmung ist zweckmässigerweise innerhalb einer zweiten nicht dargestellten Folienbespannung über der ersten Folie durchzuführen, um Luftbewegungen mit den darin enthaltenen Schadstoffen, wie SOp, COp, u.a. an der Steinoberfläche möglichst zu vermeiden.

Das über längere Zeit ermittelte Temperaturgefälle· in den wärmeren Jahreszeiten (April bis September) liegt bei 17,5° C. In der kälteren Jahreszeit (Oktober bis März) beträgt das Temperaturgefälle in der freien Luft durchschnittlich zwischen 3° und 5° C, unter der Folie zwischen 4° und 7,5°. Das in der wärmeren Jahreszeit ermittelte Temperaturgefälle von 17»5 C lässt sich in der kälteren Jahreszeit durch künstliche Wärmequellen wirtschaftlich tragbar leicLt erreichen. ■

Jeder Körper, ob fast, flüssig oder gasförmig, dehnt sich bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Zunächst erwärmt sich die zwiacheri der Folie 15 und Oberfläche 6 des Steines 3 in dem Raum 5 befindliche Luft, sie dehnt sich aus und steigt gleichzeitig nach oben. Diese erwärmte Luft wird durch die an der oberen Abdeckleiste 12 angebrachten Entlüftungsöffnungen 23 abgelassen, die dann wieder geschlossen werden. Es entsteht zwischen der Folie 15 und der Oberfläche 6 des Steines 3 ein Unterdruck. ·

Da sich bei zunehmender Erwärmung der Aussenluft infolge Sonneneinwirkung auch der von der Folie 15 abgedeckte Stein 3 erwärmt, dehnen sich die Komponenten des Sandsteines, wie Quarz, Feldspat, Glimmer usw., ebenfalls aus. Dies hat zur Folge, dass die Kapillaren zusammengedrückt werden. Nach -Überschreiten des Sonnenhöchststandes sinkt auch die Tagestemperatur wieder ab. Die Komponenten des· Sandsteines (Quarz,

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Feldnpat, dimmer "usw.) ziehen sich wieder zusammen und die Kapillaren öffnen sich im gleichen Verhältnis wie die Komponenten sich zusammenziehen. Die Waschflüssigkeit dringt in d.:.e Kapillaren ein.

Das gleiche Teinperaturgefälle bestimmt auch die Kapillar- ·· veränderung von der Steinoberfläche 6 nach dem Steininnern.· Die zunehmende Abkühlung des Steines 3 von aussen nach innen führt zur Kapillarerweiterung in derselben Richtung, die eine Sogwirkung erzeugt, wodurch die in den davorliegenden, bereits erweiterten Kapillaren stehende Waschflüssigkeit weiter in das Steininnere gesaugt wird. Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis der jeweilige Tiefpunkt des jahreszeitlich bedingten ' Temperaturgefälles zwischen Tag und Nacht erreicht ist.

nun nach Sonnenaufgang die Lufttemperatur wieder an, erwärmt sich auch die zwischen der Oberfläche 6 und der Folie 15 wieder angesammelte Luft, deren Temperatur jedoch konstanter ist, weil durch die Abdeckung mit der Folie 15 Luftbewegungen, wie sie im Freien ständig im Gange sind, weitgehend unterbunden werden. Die sich" unter der Folie 15 befindliche, sich schnell erwärmende Luft steigt nach oben und vird an der oberen Abdeckleiste 12 abgelassen, die dann wieder geschlossen wird. Es entsteht wieder Unterdruck.

Infolge der nun ebenfalls eingesetzten Sandsteinerwärmung tritt die Iereits oben geschilderte Kapillarverengung ein. Die Waschflüssigkeit kann nicht mehr in die Kapillaröffnungen eindringen. Da mit zunehmender Erwärmung des Steines 3 sich die Kapillcren von aussen nach innen immer weiter verengen, wird die in den Kapillaren befixulliche Flüssigkeit in die gleiche Richtung gedrückt, v/ob ei sie mehr und mehr das sich im Steininnern befindliche, von H₀SO/ abgespaltene, COp aufnimmt.

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Durch die Wechselwirkung der ständigen Kapillarenerweiterung- und Verengung und der damit verbundenen wechselseitigen Pumpwirkung gelangt das an die Waschflüssigkeit gebundene COp wieder an die Steinoberfläche. Das in der Waschflüssigkeit enthaltene Wasser verdampft bzw. verdunstet und steigt innerhalb des durch die Folie 15 abgedeckten Raumes 3 wieder nach oben, das schwerere COp sinkt dagegen als Gas nach unten und kann an der unteren Abdeckleiste 13 durch die Entlüftungsöffnungen 27 abgelassen werden.

Die Löslichkeit von COp in Wasser ist relativ hoch, sie ist jedoch stark von der jeweiligen Temperatur abhängig. Wenn man 4 bis 5 cm unter der Steinoberfläche eine mittlere Temperatur von 10 C annimmt, so werden von 100 TL.Hp₀ immerhin 119 RT. COp gelöst. Die Löslichkeit steigt bei absinkenden Temperaturen und sinkt im umgekehrten Sinne.

Eine Kontrolle, inwieweit das im Sandstein vorhandene COp herausgewaschen bzw. neutralisiert ist, wird dadurch erreicht, dass die Waschflüssigkeit, die mit einem pH-Wert zwischen 7 bis 8 auf den Stein aufgesprüht wird und über die Steinfläche fliesst nach zeitweisem Absinken auf Werte unter pH 6 den _ikonstanten Wert von pH 7 erreicht. Wenn das der Fall ist, kann mit der eigentlichen Verfestigung des durch den Wasch *- prozess gleichzeitig gereinigten Steines 3 begonnen werden. Der sorgfältige Waschvorgang ist eine Voraussetzung für eine einwandfreie Verfestigung.

An Stelle der Waschflüssigkeit wird.auf demselben Weg eine Verfestigungslösung versprüht. Die Verfestigungslösung besteht zweckmässigerweise aus einer Mischung von gesättigter Kieselsäurelösung und gesättigtem Kalkwasser und einem Netzmittel.

Die Lieselsäurelösun^ enthüLt gei'älllfc reine Kieselsäure , die sich mi L etwa 1,7 % Ca (Kalk) zu Calciumssilikat

CaSiO-, auskristallisiert und deshalb chemisch wesentlich resistenter als CaCO-, (Calciumcarbonat) ist.

Als Lösungsmittel ±ür die ausgefällte Kieselsäure dient Kalilauge (KOH), sie blüht weniger aus.

Wie beim Waschgang fliesst die Verfestigungslösung ebenfalls kontinuierlich über die Sandsteinoberfläche, zweckmässigerweise unmittelbar nach dem V/aschvorgang, was bedeutet, dass der Stein 3 nicht vorher abtrocknen darf.

Die durch das jeweilige Temperaturgefälle entstehende Pumpwirkung transportiert die· Verfestigungslösung zunächst zusammen mit der neutralen Waschflüssigkeit (pH 7) in die Kapillaren, wo sie sich nach einiger Zeit (die Dauer ist vom Temperaturgefälle abhängig) immer mehr konzentriert, nachdem die Waschflüssigkeit im gleichen Masse von der Verfestigungslösung aufgenommen wird. Hierbei kommt der Diffussion und dem osmo^ischen Druck eine wesentliche Rolle zu. - ■

'Die Kontrolle über die erreichte iEindringtiefe erfolgt eben- ! falls über eine pH-Messanlage. Die Verfestigungslösung hat beim Aufsprühen den pH-Wert zwischen 9 und IJ, Die genaue Einstellung des pH-Wertes hängt von der nach dem Wasphvorg*n|f.:;·. feststellbaren Poren ab, die wiederum von der Dichte bzw. \ , ^f Feinkörnigkeit des Steines 3 abhängig sind, d,h. je kleiner . «.'." die Poren bzw. Kapillaren, desto niedriger der pH-Wert und je* grosser die Kapillaren, desto höher der pH-Wert, also dit ", ' Kieselsäurekonzentration.

Die konstante Einstellung dos für das jeweilige Objekt notwendigen Verfestigungslösung geht von der Höchstkonzentration und dem daraus resultierenden pH-Wert 15 aus. DjLe Herabsetzung dieses Wertes erfolgt durch Verdünnung mittels demineralisierte»

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Wasser, das in einem Mischbehälter vor der säure- bzw. laugenbeständigen Umwälzpumpe aufbereitet wird. Wenn die aufgrund der ermittelten Kapillarweite notwendige Konzentration der Verfestigungslüsurig ihren konstanten pH-Wert am unteren Auslauf der oben geschilderten Abdichtleiste 13 erreicht hat und über eine'bestimmte Zeitdauer hält, ist die noch vom Wasch.organg in den Kapillaren vorhandene Waschflüssigkeit von der Verfestigungslösung aufgenommen, die Kapillaren sind vollständig mit der Verfesbigungslösung gefüllt, die Behandlung des Steines 3 ist abgeschlossen.

Bevor die Folie 15 endgültig entfernt wird, werden zunächst • die in der oberen Abdichtleiste 12 vorgesehene Entlüftungsöffnungen 23 geöffnet. Die im Stein 3 befindliche Verfestigungslösung kann langsam austrocknen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die gleichen Schadstoffe, die den morbiden Zustand verursachten, an die Steinoberfläche 6 herankommen. Erst wenn die Steinoberfläche 6 nahezu trocken ist, werden die Entlüftungsöffnungen 21 der unteren Abdichtleiste 13 ebenfalls geöffnet, so dass, infolge der immer höheren Temperatur unter der Folie 15 gegenüber der Aussentemperatur die wärmere Luft über die obere Entlüftung entweicht.

Die durch die untere Entlüftungsöffnung 27 angesaugte Aussenluft mit den darin enthaltenen Schadrückständen (H^SO^, COp, Vanadinen, Blei usw.Neutralisieren sich an der in der Verfestigungslösung überschüssigen Kalilauge ab, die ebenfalls neutralisiert wird. Die eigentliche Verfestigung, das auskristallisierende Calciumsilikat CaSiCU als neues Bindemittel ist gegenüber den genannten Schadstoffen weitestgehend resistent und gibt dem vorher gefährdeten Sandstein 3 wieder eine ausreichend statische Festigkeit.

A 6221 e-1

20. Dezemberf 1973

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Verfestigung von morbiden und statisch gefährdeten Sandsteinen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verfestigende Sandstein zunächst bei periodisch wechselnden Aussentemperaturen mit einer ständig über - diesen fliessenden Waschflüssigkeit ausgewaschen wird und dass nach dem Reinigen der Kapillaren dem Sandstein bei ebenfalls periodisch wechselnden Aussentemperaturen kontinuierlich so lange eine Verfestigungslösung zugeführt, z.B. aufgesprüht, wird, bis Waschflüssigkeit und Verfestigungslösung eine vorbestimmte Konzentration aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit und/oder die Verfestigungsflüssigkeit unter direktem Luftabschluss ununterbrochen über den zu verfestigenden Sandstein fliesst. " ·
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verfestigende Sandstein zur Verhinderung des Luftzutritts und/oder zur Erhöhung des Temperaturgefälles z.B. mittels einer oder mehreren Folien abgedeckt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung.von periodisch wechselnden Temperaturen der Sandstein zeitweise durch einen Heissluftstrom.mittels Heizstrahler od.anderer Wärmequellen beheizt wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der im Sandstein eingedrungenen Schadstoffe der pH-Wert der Waschflüssigkeit und/ oder der Verfestigungslösung dient.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Waschvorgang bei Erreichen eines pH-Wertes von 7 beendet wird.
7."Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit zu Beginn des Waschvorganges auf einen pH-Wert von 7,0 bis 8,0 eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Waschflüssigkeit ein Netzmittel zugesetzt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfestigungsvorgang bei einem pH-Wert von 9 bis 13 beendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigungslösung aus einer Mischung von gesättigter Kieselsäurelösung und gesättigtem Kalkwasser zusammengesetzt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdünnung der Kieselsäurelösung demineralisiertes Wasser dient, das in einem Mischbehälter zügegeben wird. '·
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel für die ausgefällte Kieselsäure Kalilauge dient.

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13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfestigungslösung ein Netzmittel zugesetzt ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass.die Waschflüssigkeit und/oder die Vejr-JTestigungslösung in einem geschlossenen, mit Umwälzpumpen ' versehenen Kreislauf ständig dem Sandstein zugeführt wird und dass diese mittels eines pH-Wert-Messgerätes auf ihre

- ursprüngliche Konzentration geprüft und erforderlichenfalls mittels eines an den Kreislauf angeschlossenen Dosiergerätes auf die vorbestimmte Konzentration zurückgeführt wird.
15. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ,gekennzeichnet, dass zur luftdichten Abdeckung des'zu verfestigenden Sandsteines (3) ein diesen an der Aussenseite ganz oder teilweise umgebender, vorzugsweise rechteckiger, aus vertikal und horizontal gerichteten Leisten (12, 13, 14) gebildeter Rahmen (1Γ) vorgesehen ist, in den mit Abstand zu der Oberfläche (G) des Sandsteines (3) eine Abdeckfolie (15) eingespannt j st, und dass im oberen Bereich des Rahmens (ll) in diesen , t;in sich ganz od. r teilweise über dessen Breite erstreckenües Sprührohr (lfc), eine oder mehrere Sprühdüsen od.dgl.' vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Rahmens (11) in diesen eine Auf fang¹-rinne (17) eingesetzt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den horizontal verlaufenden oberen u~d/oder unteren Leisten (12, 13) und/oder den vertikal gerichteten Leisten (14) ücs Kahmens (11) jeweils eine oder mehrere z.B. mittels verstellbarer Schieber (24, 28) verschliessbare öffnungen (23, ?-'() eingearbeitet sind.

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18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leisten (12, 13) des Rahmens (11) in ihrem Querschnitt Z-förmig ausgebildet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leisten (12, 13, 14) z.B. durch an den dem Mauerwerk (2) anliegenden Schenkel (12Meingearbeitete Schlitze (30) verformbar ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdichtleiste ein an dem Mauerwerk zu befestigender Schlauch od.dgl. vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Folie (15) an dem Rahmen (ll) und/oder dessen Leisten (12, 13, 14) an dem Mauerwerk (2) Spannleisten (18) vorgesehen sind, zwischen denen und den Leisten (12, 13, -14) die Folie (15) rundum eingespannt: ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Mauerwerk (2) anliegenden Schenkel (12·, 13') der Leisten (12, 13, 14) mit einer Dichtung, z.B. in Form einer Schaumstoffauflage (21) od.dgl.,versehen sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass über der Abdeckfolie (15) mit Abstand

• zu dieser eine zweite Folie in den Rahmen (11) eingespannt ist.

A 6zL· e-hb 509827/0363
18. Dezember 1973

BAD ORfGiNAL