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Entwicklung von Gesteinschutzstoffen der neuen Generation

gefördert durch das BMBF, abgeschlossen: 1998, Ansprechpartner: Dr. Herbert Juling

   Development of sandstone protection treatment substances of a new generation
During a research project some microscopical investigations concerning the hardening behaviour of new sandstone protection treatment substances were made. In simple experiments several mineralic surfaces were treated with these substances and after hardening investigated by scanning electron microscopy.

Auf der Spaltfläche eines Natriumchloridkristalls verteilt sich der Schutzstoffilm sehr gut und härtet ungehindert aus (dunkle Flächen). Das Netzwerk an Rissen ist deutlich geringer ausgebildet als beim Kalzit, und der gesamte Film zeigt nur geringe Ablösungen. Deutlich wird, daß eine Beeinflussung der Polymerisation durch das Salz nicht gegeben ist. Die Haftung ist entsprechend gut.

   Im Rahmen dieses Projektes des BMBF erhielt die MPA Bremen einen Forschungsauftrag zur mikroskopischen Untersuchung zum Verhalten, insbesondere der Aushärtung neu entwickelter Gesteinsschutzstoffe auf verschiedenen mineralischen Untergründen.
Im ersten Schritt wurden auf sterilen Kristallflächen eines Bergkristalls (SiO2), sowie Spaltflächen von Kalzit und Natriumchlorid aus einer Kapillare feine Tropfen des Schutzstoffs aufgebracht. Die Substanz verteilte sich in dünnen Filmen auf den Oberflächen. Die Proben wurden in einem geschlossenen Schrank in der Nähe einer Wasserverdampferoberfläche ausgelagert und härteten dort aus. Anschließend wurden mikroskopische Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop durchgeführt.
In einem weiteren Schritt wurden Materialien in Pulverform in ein Reagenzglas gegeben und mit Schutzstoffmittel beträufelt. Es entsteht eine mehrere mm dicke Benetzungszone, die das Schutzmittel sofort aufnimmt und während der Aushärtung des Polymers verfestigt wird. Auf diese Weise wurden ein Glaskugelpulver mit definierter Korngröße von 62 µm und Pulver aus Natriumsulfatdecahydrat (NaSO4 x 10 H2O) sowie verschiedene Gesteinsgriese behandelt.

Nach den mikroskopischen Beurteilungen dieser Schutzstoffsysteme können folgende Schlußfolgerungen gezogen werden: Frei nach der allgemeinen Erfahrung "weniger ist mehr" ist die Schutzmittelbehandlung zu empfehlen. Dünne Filme unter 1 µm zeigen eine gute Haftfestigkeit auf fast allen Materialien. Die einzige Ausnahme stellt Kalzit dar, was eine Behandlung von Kalk oder Kalksandsteinen problematisch erscheinen läßt. Eventuell ist eine mehrstufige Behandlung mit Schutzstoff zur Erzielung von dünnen Filmen vorzuziehen. Die Gewinnung der Erkenntnisse des Verhaltens der Schutzstoffilme auf verschiedenen Mineralflächen durch einfache mikroskopische Versuche und Untersuchungen ist entscheidend für Beurteilung der Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von Schutzfilmen. Eine vorgeschaltete mikroskopische Analyse der Kristallflächen und des Porenraumes bei nicht bekannten Sandsteinen ist bei der Applikation von Schutzstoffen unerläßlich.
Das gute Verhalten der neu entwickelten Schutzstoffe auf den reinen Salzoberflächen stimmt zunächst euphorisch, jedoch sollte erst noch das Verhalten von behandelten Gesteinsproben mit höheren Salzgehalten mikroskopisch (dynamisch) untersucht werden und dabei in Zukunft vermehrt die Kathodolumineszenz nach Anfärbung der Schutzstoffe eingesetzt werden.