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Stadlbauer, Erwin; Niemeyer, Rolf; Rösch, Heinrich; Stein, Volker: Zur mineralogisch-chemischen Zusammensetzung und zur chemischen Verwitterung des Baumberger Kalksandsteins - Fallbeispiel "Clemenswerth"
DOI Page / Citation link:https://doi.org/10.11588/diglit.51146#0096
Objektuntersuchungen
2 Variation der AI2O3- und SiO2-Gehalte der Gruppen 1-4 (Probenbezeichnung wie in Abb. 1).
Die schichtungsbedingte chemische Variation des Baum-
berger Kalksandsteins wird anhand der Profildarstellung
des Bohrkerns 1b in Abbildung 3 besonders deutlich. Auf
einer Gesamtlänge von 14 cm zeigen die negativ korrelier-
ten CaO- und SiO2-Gehalte stark gegenläufige Schwan-
kungen in der Größenordnung von rund 10 Ma.%. Die
Darstellung zeigt einen Querschnitt des Mittelteils der
Skulptur Nr. 4. Die oberflächennahen Bereiche der Vorder-
und Rückseite sind durch relativ niedrige CaO- bzw. hohe
SiO2-Gehalte gekennzeichnet, während im Kern relativ
hohe CaO- und niedrige SiO2-Gehalte ermittelt wurden.
Der Vergleich des chemischen Tiefenprofils mit der Fe-
stigkeit der Bohrkerne 1 und 2 (gemessen als Eindringhär-
te; genaue Erläuterung dieser Messungen im Beitrag von
Lotzmann und Meng6) zeigt, daß offensichtlich ein enger
Zusammenhang zwischen dem CaO-Gehalt und der Festig-
keit besteht. Die höchsten Festigkeitswerte beider Bohr-
kerne liegen im Bereich der erhöhten CaO-Gehalte. Dies
spricht für einen erhöhten Bindemittelanteil bzw. eine ver-
stärkte karbonatische Bindung im Zentralteil des Werk-
stücks.
Im Falle des Bohrkerns 2b liegt das Festigkeitsmaximum
im Oberflächenbereich der Vorderfront. Die Schichtung des
Werkstücks verläuft parallel zur Außenwand des Zentral-
baus, und das Oberflächenniveau am Bohrpunkt 2b liegt
im Vergleich zur ersten Bohrung ca. 6 cm tiefer.
Auf dieser Grundlage wird nun besser verständlich, war-
um die festgestellte Schadensintensität an diesem Werk-
stück vor allem im Bereich um den Bohrpunkt 1 besonders
hoch ist. Die relativ niedrige Festigkeit an der Oberfläche in
Verbindung mit der schichtungsbedingten Heterogenität
im Kern ist eine sehr ungünstige Voraussetzung für die
Langzeitbeständigkeit unter Freibewitterung. Thermische
und hygrische Belastungen und die damit verbundenen
mechanischen Beanspruchungen hatten in der Vergangen-
heit offensichtlich gefügezerstörende Wirkung. Die ent-
standene Schalenbildung und die partielle Ablösung der
historischen Oberfläche konnte in den vergangenen Jahren
allerdings durch mehrfache Festigungen mit Kieselsäure-
ester deutlich stabilisiert werden. Der zukünftige Scha-
densfortschritt an diesem geogen ungünstigen Steinma-
terial ist jedoch nur durch einen nachhaltig wirksamen
Witterungsschutz möglich.
• Aspekte der chemischen Verwitterung
Die Oberfläche der Steinskulpturen
Die Wirkung der chemischen Verwitterung an der Oberflä-
che der Steinskulpturen wurde detailliert untersucht. In der
Tabelle 3 ist eine Auswahl repräsentativer Untersuchungs-
ergebnisse zusammengestellt. Bei der Probenuntersuchung
wurde die Exposition der Entnahmestellen selbstverständ-
lich berücksichtigt und dokumentiert.
Das wichtigste Ergebnis der Mineralbestimmungen
mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) ist die wenig überra-
schende Feststellung von Gips-Neubildungen in regenge-
schützten Bereichen. Es handelt sich dabei sowohl um die
bekannten schwarzen Gipskrusten, als auch um weiße pu-
dernde Beläge sowie helle durchscheinende Sinterkrusten.
Zum Teil befinden sich auch in schwach beregneten Berei-
chen gerinfügige Gipsbildungen, während in den stark be-
regneten Partien keine Gipsanreicherung feststellbar ist.
Die Untersuchung der wasserlöslichen Bestandteile
dieser Proben ergab die Bestätigung des röntgenographi-
schen Befundes. Die festgestellte Salzbelastung der Stein-
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2 Variation der AI2O3- und SiO2-Gehalte der Gruppen 1-4 (Probenbezeichnung wie in Abb. 1).
Die schichtungsbedingte chemische Variation des Baum-
berger Kalksandsteins wird anhand der Profildarstellung
des Bohrkerns 1b in Abbildung 3 besonders deutlich. Auf
einer Gesamtlänge von 14 cm zeigen die negativ korrelier-
ten CaO- und SiO2-Gehalte stark gegenläufige Schwan-
kungen in der Größenordnung von rund 10 Ma.%. Die
Darstellung zeigt einen Querschnitt des Mittelteils der
Skulptur Nr. 4. Die oberflächennahen Bereiche der Vorder-
und Rückseite sind durch relativ niedrige CaO- bzw. hohe
SiO2-Gehalte gekennzeichnet, während im Kern relativ
hohe CaO- und niedrige SiO2-Gehalte ermittelt wurden.
Der Vergleich des chemischen Tiefenprofils mit der Fe-
stigkeit der Bohrkerne 1 und 2 (gemessen als Eindringhär-
te; genaue Erläuterung dieser Messungen im Beitrag von
Lotzmann und Meng6) zeigt, daß offensichtlich ein enger
Zusammenhang zwischen dem CaO-Gehalt und der Festig-
keit besteht. Die höchsten Festigkeitswerte beider Bohr-
kerne liegen im Bereich der erhöhten CaO-Gehalte. Dies
spricht für einen erhöhten Bindemittelanteil bzw. eine ver-
stärkte karbonatische Bindung im Zentralteil des Werk-
stücks.
Im Falle des Bohrkerns 2b liegt das Festigkeitsmaximum
im Oberflächenbereich der Vorderfront. Die Schichtung des
Werkstücks verläuft parallel zur Außenwand des Zentral-
baus, und das Oberflächenniveau am Bohrpunkt 2b liegt
im Vergleich zur ersten Bohrung ca. 6 cm tiefer.
Auf dieser Grundlage wird nun besser verständlich, war-
um die festgestellte Schadensintensität an diesem Werk-
stück vor allem im Bereich um den Bohrpunkt 1 besonders
hoch ist. Die relativ niedrige Festigkeit an der Oberfläche in
Verbindung mit der schichtungsbedingten Heterogenität
im Kern ist eine sehr ungünstige Voraussetzung für die
Langzeitbeständigkeit unter Freibewitterung. Thermische
und hygrische Belastungen und die damit verbundenen
mechanischen Beanspruchungen hatten in der Vergangen-
heit offensichtlich gefügezerstörende Wirkung. Die ent-
standene Schalenbildung und die partielle Ablösung der
historischen Oberfläche konnte in den vergangenen Jahren
allerdings durch mehrfache Festigungen mit Kieselsäure-
ester deutlich stabilisiert werden. Der zukünftige Scha-
densfortschritt an diesem geogen ungünstigen Steinma-
terial ist jedoch nur durch einen nachhaltig wirksamen
Witterungsschutz möglich.
• Aspekte der chemischen Verwitterung
Die Oberfläche der Steinskulpturen
Die Wirkung der chemischen Verwitterung an der Oberflä-
che der Steinskulpturen wurde detailliert untersucht. In der
Tabelle 3 ist eine Auswahl repräsentativer Untersuchungs-
ergebnisse zusammengestellt. Bei der Probenuntersuchung
wurde die Exposition der Entnahmestellen selbstverständ-
lich berücksichtigt und dokumentiert.
Das wichtigste Ergebnis der Mineralbestimmungen
mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) ist die wenig überra-
schende Feststellung von Gips-Neubildungen in regenge-
schützten Bereichen. Es handelt sich dabei sowohl um die
bekannten schwarzen Gipskrusten, als auch um weiße pu-
dernde Beläge sowie helle durchscheinende Sinterkrusten.
Zum Teil befinden sich auch in schwach beregneten Berei-
chen gerinfügige Gipsbildungen, während in den stark be-
regneten Partien keine Gipsanreicherung feststellbar ist.
Die Untersuchung der wasserlöslichen Bestandteile
dieser Proben ergab die Bestätigung des röntgenographi-
schen Befundes. Die festgestellte Salzbelastung der Stein-
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