Stiftung Institut für Werkstofftechnik

Amtliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Bremen

MPA Bremen

Verarbeitungs- und Eigenschaftsanalyse der verwendeten Mörtel-Materialien bei der jüngsten Restaurierung des Bremer Rathauses

Förderung durch die Bremer Innovations-Agentur (BIA) (2005-2006)

Projektpartner: Seefried Restaurierungen

Ansprechpartner: Dr. Herbert Juling

   Analysis of processing and properties of mortars used during the recent restoration of the town hall of Bremen

Lime mortars were applied during the most recent restoration of the Renaissance facade of the town hall of Bremen. These mortars and other binders commonly used in preservation of historic buildings were studied in regard to the processing properties and strength. Aim of this study is to find criteria for the processing and evaluation of highly durable lime mortars by investigating the influence of binders and manufacturing technique.

   Im Frühjahr 2003 wurden die Restaurierungsmaßnahmen an der Renaissance-Fassade des mittlerweile unter dem Schutz der UNESCO als Weltkulturerbe gestellten Bremer Rathauses abgeschlossen. Im Vordergrund stand dabei nicht die Erneuerung akut gefährdeter Bereiche, sondern eine prophylaktische Schließung von Fehlstellen zur Vermeidung fortschreitender Verwitterung. Hierzu wurden ausschließlich Kalk gebundene Materialsysteme verwendet. Dieses Material stellt hohe Ansprüche an die Verarbeitung, weist aber bauhistorische und baustoffkundliche Vorteile gegenüber zementgebundenen oder hochhydraulischen Mörtelmaterialien auf. Der Projektpartner Fa. Seefried Restaurierungen war an der Restaurierungsmaßnahme als ausführende Firma beteiligt.

Gefüge eines Kalkmörtels mit hydraulischen Bindemittelanteilen nach Lagerung im Klimaraum (20°C, 65% r.F.) Zu erkennen ist ein für diese Materialgruppe typisches vernetztes Bindemittelgefüge aus feinkristallinen bis faserigen Strukturen und Kapillarporen [REM-RE-Aufnahme am Dünnschliff]

Gefüge des gleichen Materials wie in obiger Abb., jedoch erhärtet unter anderen Lagerungsbedingungen (zunächst 7 Tage bei hoher Luftfeuchtigkeit. 20°C, 95% r.F., anschließend Klimaraum, 20°C, 65% r.F.) ) Die Feuchtlagerung hat zu einem poröseren, weniger vernetzten Bindemittelgefüge geführt [REM-RE-Aufnahme am Dünnschliff]

Um Daten über das Langzeitverhalten der eingebrachten Materialien zu gewinnen und eine Bewertung von Vor- und Nachteilen der durchgeführten Restaurierung auf sachlicher Basis zu gewährleisten, ist eine über das normale Maß eines rein makroskopischen Beobachtung hinausgehende systematische Untersuchung geplant.

In diesem Projekt sollen Daten über das Langzeitverhalten der verwendeten Kalk gebundenen Materialsysteme gewonnen werden. Ausgehend von der Erfassung des Ausgangszustandes der verwendeten Materialien werden zerstörungsfreie/-arme Messungen durchgeführt und bei makroskopisch sichtbaren Veränderungen Kleinproben für die mikroskopische Analyse entnommen.
Das Objektmonitoring wird durch die Ermittlung technologischer Kennwerte an Prüfkörpern im Labor abgerundet.

Neben den Luftkalkmörteln, deren Eigenschaften in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Verarbeitungsparametern schwerpunktmäßig im ersten Abschnitt des Projektes untersucht wurden, erfolgte im weiteren Projektverlauf eine Ausweitung des Untersuchungsprogramms auf Kalkmörtel mit hydraulischen Anteilen. Diese Materialgruppe spielt für die Bauwerkserhaltung eine ebenso große Rolle wie die „reinen“ Kalkmörtel. Historische Hydraulefaktoren, die dem Kalkhydrat zugegeben wurden, waren Puzzolane (z.B. Trass), gebrannte Mergel und Ziegelmehl. Moderne Materialien mit vergleichbaren Wirkungen sind Portlandzement, Metakaolinit, Mikrosilika und Hüttensand. Bei den Untersuchungen an Prüfkörpern aus diesen Materialien wurde ein signifikanter Einfluss der Lagerungsbedingungen in der frühen Erhärtungsphase auf die Festmörteleigenschaften festgestellt. Eine einwöchige Feuchtlagerung (20°C, 95% r.F.) führt zu einer nahezu vollständige Reduzierung des Schwindens, verglichen mit dem gleichen Mörtel unter anderen Lagerungsbedingungen (20°C, 65% r.F.). Diesem positiven Effekt stehen aber verschiedene, durchweg negative Auswirkungen gegenüber, z.B. die Erhöhung der Wasseraufnahme um 10-15% und die Reduzierung der Biegezug- und Druckfestigkeiten um 30-50%. Durch mikroskopische Untersuchungen konnten die Ursachen aufgezeigt werden: Bei der Feuchtlagerung erhärten bereits nach kurzer Zeit die hydraulischen Anteile des Bindemittels und bilden ein stabiles Stützgerüst. Dieses „Korsett“ verhindert, dass bei der Wasserabgabe, die nach der Entnahme aus dem Feuchtkasten stattfindet, eine Gefügekontraktion (Ursache des Schwindens von Luftkalkmörteln) erfolgen kann. Dadurch wird zwar das Schwinden praktisch unterbunden, jedoch auf Kosten schlechterer Festmörteleigenschaften. Die Ursachen hierfür liegen in den unterschiedlichen Gefügen. Die Feuchtlagerung führt zu inselartigen Bindemittelstrukturen, die nur eine geringe gegenseitige Vernetzung bei hoher Kapillarporosität aufweisen. Diese Erkenntnisse haben praktische Relevanz bei der Sanierung stark durchfeuchteter Mauerwerkspartien, weil der Mörtel unter solchen Bauwerksbedingungen die erforderliche Festigkeit nicht erreicht.

Die Projektpartner versprechen sich von den Ergebnissen dieses Projektes einen erheblichen Zuwachs an Erfahrung bei der Verarbeitung kalk gebundener Mörtelsysteme. Durch die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Verarbeitung und Eigenschaftsentwicklung dieses historischen Materials ist ein technologischer Fortschritt insbesondere auch für die Erhaltung anderer historischer Denkmäler Bremens zu erwarten.
Daher ist es für die Lenkung und Durchführung des Vorhabens unerlässlich, dass das Projekt von der Denkmalpflege begleitet und unterstützt wird. Dies geschieht durch das Bremische Landesamt für Denkmalpflege, das in die Projektlenkung, die Planung der Vor-Ort-Aktivitäten und die Ergebnisdiskussionen mit einbezogen wird.