Physikalische Eigenschaften von Sandsteinen und ihren verwitterten Oberflächen

Sandsteine können allein durch normale, natürliche Bewitterung erheblich verwittern und schließlich zerfallen. Bei der Bewitterung einer Steinoberfläche bauen sich zwischen der Oberflächenschicht, die allen umweltbedingten Formveränderungen unterliegt, und dem Steinkern, der nur sehr verlangsamt auf die sich ändernden Bedingungen reagiert, Spannungen auf. Diese Spannungen sind niemals in der Lage, bei einmaligem Auftreten den Stein zu schädigen. Häufige Temperatur- und Feuchtewechsel an der Bausteinoberfläche können jedoch langfristig zu einer Gefügezerstörung führen. Die Verschmutzung der Umwelt, die in den letzten Jahrzehnten verstärkt auf die Oberfläche der Steine einwirkt, beschleunigt und verstärkt die natürlichen Verwitterungsprozesse.

Die Untersuchungen sind an sechs für die bayerische Kunstgeschichte bedeutsamen Sandsteinen durchgeführt worden, die sich makroskopisch und in ihrem Phasenbestand unterscheiden.

An unverwitterten Sandsteinen sollte die Variationsbreite sowohl der porenraumbezogenen Meßwerte als auch der Festigkeits- und Verformungswerte erfaßt werden und untereinander in Beziehung gesetzt werden.

Die porenraumbezogenen Meßwerte sind für die Beurteilung des Verwitterungsverhaltens eines Sandsteines von großer Wichtigkeit. Die im Rahmen dieser Arbeit bestimmten Parameter lassen bei allen untersuchter Sandsteinsorten eine Abhängigkeit von der Porosität erkennen. Zusammen mit den Wasseraufnahmekoeffizienten, der stark vom Porensystem beeinflußt wird, kann man über den Wasserhaushalt eines Sandsteines weitreichende Aussagen treffen.

Die Variationsbreite der Festigkeitswerte und des Spannungs-Verformungsverhalten innerhalb einer Sandsteinart ist mit wenigen Ausnahmen ebenso groß wie die Bandbreite der Sandsteine untereinander. Bei der Zugfestigkeit macht sich der Einfluß des Bindemittels stark bemerkbar, während die Druckfestigkeit sehr von der Porosität abhängt.

Am deutlichsten trennen sich die Sandsteine in hygrisch quellfähige und feuchtigkeitsunempfindliche Varietäten. Dieser Meßwert besitzt für die Beurteilung der Verwitterungsresistenz eine große Bedeutung.

Die Bewitterung einer Sandsteinoberfläche wirkt sich in erster Linie auf die Korn-Korn-Bindung aus und verändert nicht, wie häufig angenommen wird, die Porenraumverhältnisse. Mineralauflösungen und Auslaugungsprozesse sind allenfalls bei karbonatisch gebundenen Sandsteinen in geringem Umfang an der Verwitterung mitbeteiligt. Salze wirken sich über Änderungen der Kornabstände auf die Bewegungsvorgänge und damit auf die Verwitterung aus.

Für die Festlegung des Verwitterungszustandes ist ein neues Meßverfahren erfolgreich angewendet worden, das über die Haftzugfestigkeit den Festigkeitsverlust der verwitterten Oberfläche mißt.

Mit genau abgestimmten Festigermengen und Verdünnungsgraden ist es nach gründlichen Voruntersuchungen möglich, bei Sanierungsmaßnahmenein homogenes Festigkeitsprofil von der verwitterten Oberfläche bis zum Steinkern zu schaffen.