Stiftung Institut für Werkstofftechnik

Amtliche Materialprüfungsanstalt (MPA)
der Freien Hansestadt Bremen

MPA Bremen

Beseitigung umweltbedingter Schadstoffanreicherungen auf wertvollen Architekturteilen und Bauzierelementen aus Terrakotta an der Neuen Orangerie im Park Potsdam-Sanssouci

Durch amorphe Kieselsäure verfestigte Schmutzschicht auf Terrakotta. Aufgrund typischer Schmutzpartikel (z.B. Flugaschekugeln), die in der Schicht eingeschlossen sind, kann die Auflagerung als umweltinduzierte Sekundärbildung identifiziert werden. [REM-RE-Aufnahme am Dünnschliff]

Stark gesintertes Gefüge einer Steinzeug-Amphore aus dem Park Sanssouci. Es sind weder Tonminerale noch Feinporosität vorhanden. Die rundlichen Strukturen sind Anschnitte überwiegend geschlossener, nicht permeabler Poren [REM-RE-Aufnahme am Dünnschliff]

Gefüge einer niedrig gebrannten Bauterrakotta aus dem Park Sanssouci. Die zahlreichen tonmineralähnlichen Strukturen und die Feinporosität sind Merkmale eines geringen Sintergrades. Derartige Gefüge sind typisch für nicht frostbeständige keramische Baustoffe [REM-RE-Aufnahme am Dünnschliff]

gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) 2005-2006
Ansprechpartner: Dr. rer.nat. Frank Schlütter

   Removal of environmental pollutants from terracotta of historical buildings at Potsdam-Sanssouci park

Aim of the project is the development of a cleaning treatment for removing crusts of environmental pollutants from historical terracotta surfaces without affecting the underlying material.

   Vasen und Schalen aus gelber Terrakotta sind wesentliche Bauzierelemente der Neuen Orangerie im Park Potsdam-Sanssouci. Durch die jahrhundertlange Exposition im Freien weisen die Oberflächen in regengeschützten Bereichen Vergrauungen und Schwärzungen auf, die als ästhetisch störend empfunden werden.

Im ersten Teil des Projektes wurden die Krusten, Auflagerungen und Gefügeveränderungen (Verdichtungen, Risse) hinsichtlich ihrer Ursachen, Entstehung und Auswirkungen untersucht. Außerdem wurden mögliche Reinigungsverfahren in ihren Auswirkungen auf die keramische Oberfläche (Brennhaut) mikroskopisch bewertet. Durch die Kombination licht- und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen konnten die Verschmutzungen als silikatisch gebundene sekundäre Verwitterungsprodukte identifiziert werden (Schichtdicke meist <5 µm, stellenweise 5-20 µm, in Vertiefungen bis 80 µm). In diesen Schichten sind verschiedene färbende und nicht färbende terrakottafremde Partikel eingeschlossen. Dabei handelt es sich neben kleinen, farblosen Mineralkörnern (Quarz, Feldspat, Schwerspat) um Partikel aus Oxiden/Hydroxiden oder Sulfiden der folgenden Elemente: Fe, Pb, Zn, Ti, Ti/Fe, V und Cu. Zahlreiche der aus diesem Elementbestand möglichen chemischen Verbindungen sind schwarz. Zusätzlich haben organische Schmutzpartikel, die in den Schichten eingeschlossenen sind, zur Schwärzung beigetragen. Der Grad der Vergrauung bis hin zur Schwärzung wird weniger durch die unterschiedlichen Schichtdicken als durch die Art und Menge der darin enthaltenen Partikel bestimmt. Die Bindung innerhalb der Schichten erfolgt durch amorphe Kieselsäure, die sehr wahrscheinlich aus dem keramischen Material im Laufe der Zeit freigesetzt wurde. So lässt sich erklären, warum die Versuche, die Verschmutzungen mit Lösungsmitteln zu entfernen, nicht zum Erfolg führten. Damit konnte die Notwendigkeit des Einsatzes abrassiver Reinigungsverfahren begründet werden.

Im zweiten Projektabschnitt bestand Gelegenheit, die Mikrogefüge der sehr unterschiedlichen keramischen Materialien in die Betrachtungen einzubeziehen und mit auftretenden Schäden zu korrelieren. Die hellbeigen Amphoren, die sich bereits augenscheinlich von Bauterrakotta unterscheiden, sind im eigentlichen Sinne keine Terrakotta, sondern eher der Gruppe der Steinzeuge zuzuordnen. Charakteristisch für diese aus einem feinkörnigen, kaolinitreichen Rohstoff bei hoher Brenntemperatur gefertigten Keramik ist ein stark gesintertes, dichtes Gefüge hoher Beständigkeit. Diese resultiert aus der geringen Wasseraufnahme und der hohen Festigkeit. Im Gegensatz zu den Steinzeugen sind in den Gefügen von Bauterrakotten häufig noch tonmineralähnliche Strukturen vorhanden, die als Merkmal vergleichsweise niedriger Brenntemperaturen und eines geringen Sintergrades anzusehen sind. Die vorhandene Feinstporosität ist die wesentliche Ursache für die Frostanfälligkeit niedrig gebrannter Terrakotten. Durch die mikroskopischen Untersuchungen konnte dieser messtechnisch bekannte Zusammenhang zwischen Porosität und Frostbeständigkeit auf die relevanten Gefügemerkmale zurückgeführt werden.

Abschlussbericht: [PDF] (17,8 MB)