Strukturelle Festigung von historischen Putzen

Abstract

Die Konservierung von Putzen stellt einen sehr wichtigen Punkt dar, da diese nicht nur als gestalterisches Element, sondern auch als Schutzhülle für das Bauwerk und die Tragstruktur dienen. In der vergangenen Zeit wurden zur Restaurierung von Putzen oftmals synthetische Mittel, wie beispielsweise Kunstharze oder Kieselsäureester eingesetzt. Der Einsatz dieser synthetischen Konservierungsmittel ist jedoch problematisch, da oftmals nach Jahren verheerende Spätfolgen, beispielsweise die Zerstörung des Gefüges infolge verhinderten Gasaustausches, auftreten. Weiters ist zu beachten, dass der Einsatz dieser Konservierungsmittel in vielen Fällen irreversibel ist und nicht dem Originalmaterial entspricht. Neben synthetischen Festigungsmitteln wird auch die Methode der Kalkwasserfestigung angewendet. Hierbei wird der Kalkputz durch den Eintrag von Calciumhydroxid gefestigt. Eine relativ neue Festigungsmethode ist die Konsolidierung von Kalkputzen mithilfe von biomineralisierenden Bakterien. Die Biomineralisierung ist ein in der Natur weit verbreiteter Prozess und beschreibt beispielsweise die Calcitneubildung von Muscheln, Algen, Hühnereierschalen oder von Knochen. Eine Gruppe von Forschern in Frankreich (CAÑAVERAS J.C., GONZALEZ, I., et. al.) haben nachgewiesen, dass verschiedene stoffwechselbedingte Aktivitäten von aeroben, heterotrophen Bakterien zur Ausfällung von Calciumcarbonat führen. In Österreich wurde die Konsoliderung von Kalkputzen mittels Bacillus cereus (ein aerobes, heterotrophes Bodenbakterium) erstmals in der Diplomarbeit von C. Kerner (2005) erforscht.<br />Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die strukturelle Festigung von historischen Putzen mittels Kalkwasser und/oder Bacillus cereus untersucht. Hierfür wurde an den Putzflächen an der Kartause Mauerbach die oben genannten Festigungsmittel appliziert und anschließend einigen Untersuchungen unterzogen. Ergänzend zu den Putzflächen vor Ort wurden von den Mitarbeitern der Restaurierwerkstatt Baudenkmale in der Kartause Mauerbach (Bundesdenkmalamt) Laborputzproben hergestellt, an denen ebenfalls die beiden Konsolidierungsmethoden getestet wurden. Die Putzflächen an der Kartause Mauerbach wurden nach der Festigung einigen zerstörungsfreien Untersuchungen unterzogen. So wurde die Stabilisierung des Kornverbandes mit Hilfe von Ultraschallmessungen ermittelt.<br />Ergänzend dazu wurden Leitfähigkeitsmessungen zur Feuchtigkeitsbestimmung, Peelingtests und Wasseraufnahmefähigkeitsversuche durchgeführt. Abschließend wurden anhand entnommener Proben im Labor die Eindringtiefe der Bakterien mittels PAS - Färbung und die Reisolierung der Einzelkulturen vorgenommen. Zusätzlich wurden Dünnschliffe angefertigt, welche zur Charakterisierung des Gefüges herangezogen wurden. An den Laborproben wurde neben diesen Versuchen zusätzlich die fortschreitende Karbonatisierung der frischen Kalkputzproben untersucht. Weiters wurde die Spaltzugfestigkeit zur Überprüfung der Festigkeitsentwicklung der Proben ermittelt. Man versuchte an den Laborproben den Einfluss verschiedener Luftfeuchtigkeiten während der Aushärtung zu dokumentieren, indem man einen Teil der Proben zur Aushärtung im Keller der Kartause und den anderen Teil der Proben im Labor lagerte.<br />Die Ergebnisse der Kalkwasserfestigung zeigten bei allen Versuchen eine gute Stabilisierung des Korngefüges. Zusätzlich konnte festgestellt werden, dass noch nicht karbonatisierte Proben ein höheres Festigungspotential im Zuge der Kalkwasserfestigung aufwiesen, als vollständig karbonatisierte Kalkputze. Die Festigung mittels Bacillus cereus erwies sich als weit komplexer als erwartet. Dies lag einerseits am problematischen Einsatz der Nährlösung, gemäß der CALCITE - Methode und andererseits daran, dass es infolge der Festigung mittels Bacillus cereus zur Bildung eines hydrophobierenden Oberflächenfilms kommt, welcher den Gasaustausch zwischen den Poren und der Umgebung behindern kann. Im Großen und Ganzen stellte sich auch hier eine Stabilisierung des Korngefüges ein.<br />

The restoration of architectural objects is very important, because these objects are documents of our history. As an integral part of architecture, plaster is not only a creative/ornamental element, but also a structuring element, forming a protective coating for the building, as well as for the supporting structure. In the past, synthetic media have been used frequently for the conservation treatments of plaster. But the use of synthetic media, like synthetic resins or silicic acetates, is problematic, because of their long-term destructive consequences, such as the plugging of pores that - due to the obstruction of exchange of gases - damages the structure. The use of synthetic media is in many cases irreversible and does not correspond to the original material. Another conservation treatment is the strengthening of plaster with limewater. Calcium hydroxide is applied to the plaster; thus the strengthening product identical to the raw material (calcium carbonate). A new conservation treatment is the bacterially induced carbonate Mineralisation. The bio-mineralisation process is very common in nature and accounts for the creation of shells, algae, chicken eggshells or bones for example. A group of French researchers (CAÑAVERAS J.C., GONZALEZ, Ith, et. al.) proved that through a variety of metabolism-dependent activities, aerobe, heterotrophe bacteria, such as bacillus cereus, can precipitate calcium carbonate.<br />This method was investigated on plaster for the first time by Kerner, C.<br />(2005) in austria.<br />In his thesis, structural strengthening of historical plaster was examined by means of limewater and/or bacillus cereus. The application of limewater and/or bacillus cereus was investigated on in situ plaster samples at the Katause Mauerbach as well as on laboratory samples. The results of the conservation treatments of the in situ plaster were determined by ultrasound measurements. In addition, measurements to determine humidity levels, peeling- and water absorption capacity tests were done. Finally, the penetration depth of the bacteria, and the re-isolating of the single cultures were checked. Furthermore, some thinly sliced sections were taken. Additionally, laboratory samples were examined by means of tensile splitting strength with respect to the progressing carbonization of fresh lime plaster, and with respect to their plasticity and the influence of humidity on the hardening of the samples.<br />The limewater consolidation showed a good stabilization of the grain structure with all experiments. Strengthening by means of bacillus cereus proved far more complex than expected. This was due, on the one hand because of the problematic employment of the nutritive solution, in accordance with the CALCITE - method, and on the other hand because of the plugging of the pores, resulting in the formation of a superficial film. Generally, the bacterially strengthened samples also showed stabilization of the grain structure.<br />