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Franzen, Christoph; Zötzl, Matthias; Löther, Thomas:

Modellhafte Instandsetzung hochwassergeschädigter, historischer Gipsstuckelemente Kloster St. Marienthal, Michaeliskapelle

13.04.2011 to 13.07.2012

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Das Mauerwerk der Michaeliskapelle im Kloster St. Marienthal wurde durch ein Flutereignis im August 2010 stark durchfeuchtet. Im Rahmen des DBU-Förderprojektes "Modellhafte Instandsetzung hochwassergeschädigter, historischer Gipsstuckelemente Kloster St. Marienthal, Michaeliskapelle" sollte untersucht werden, wie sich durch eine Behandlung des Mauerwerks mit Mikrowellentechnik die Bautrocknung beschleunigt werden kann ohne Gefährdung für den historischen Bestand der Gipsstuckfassung. Die experimentelle Untersuchung erfolgte mehrstufig vor Ort und an Probekörpermaterial im Labor. Der Einsatz des Nachstellungsmaterials ermöglichte ungehinderte Probenahme unter weitestgehender Schonung der Originalsubstanz. Die Mikrowellenbehandlungen wurden durch eine erfahrene Fachfirma durchgeführt.
Beim experimentellen Einsatz von Mikrowellentrocknungsgeräten an Probekörpern und in bzw. an der Michaeliskapelle konnten mehrere Ergebnisse festgestellt werden:
Durch eine Antenne einseitig in ein Mauerwerk eingebrachte Mikrowellen führen zu einer Erwärmung der Oberfläche und des oberflächennahen Bereichs. Die Wärmeleistung nimmt in die Tiefe im Dezimeterbereich ab. Die Verteilung der induzierten Temperatur an der Oberfläche ist ungleichmäßig über den Antennenquerschnitt. Es wird dringend empfohlen, für Mikrowellenantennen in der Bautrocknung die Effekte der Antennen zu berechnen und zu simulieren.
Durch die Mikrowellenbehandlung können an der Oberfläche teilweise Temperaturen erreicht werden, die weit über den Stabilitätstemperaturen der Phasen liegen, die an historischen Oberflächen vorliegen können (hier beispielsweise Gips). Das Aufbringen von weniger Leistung korreliert mit einem Einbringen von weniger möglicher Trocknungsleistung in das Mauerwerk. Die Auflage der Antennen an profilierte, gestaltete Oberflächen ist nicht immer ohne weiteres möglich. Auch bei Erwärmung eines Mauerwerksabschnittes bleibt der Abtransport der Feuchte aus dem Mauerwerk hinaus ein Engpass zur effektiven Trocknung. Unter Berücksichtigung der großen Mauerwerksstärke und dem Ergebnis an den nachgestellten Stuckflächen Schäden induziert zu haben, kann eine Trocknung der historischen Mauern der Michaeliskapelle mittels Mikrowelle als effiziente und ungefährliche Methode mit dem Ziel viel Originalsubstanz nachhaltig zu schützen, nicht empfohlen werden. Es wurden zusammen mit den Projektbeteiligten andere Vorgehensweisen erarbeitet, nach unterstützter natürlicher Abtrocknung möglichst viel historische Originaloberfläche aus Stuck halten und aufarbeiten zu können.
Der Einsatz von Mikrowellentrocknung an historischem Baubestand ist problematisch. Zum einen liegt meist ein heterogenes Mauerwerk vor, das die Voraussage zum Eindringen der Mikrowellen in das Mauerwerk sowie Abschätzung der Schadensfreiheit der Wechselwirkung der Strahlung mit dem Baumaterial erschwert. Zum anderen ist mit relativ großen Mauerwerksstärken und empfindlichen historischen Oberflächen umzugehen.
Daher kann der Einsatz der Mikrowellentrocknung am Denkmal nicht uneingeschränkt empfohlen werden. Vor dem Einsatz sind die Randbedingungen intensiv zu prüfen, um Schäden zu vermeiden. Auch sollte geprüft werden, ob durch konservative Verfahren wie gezielter und op-timierter Trocknung durch natürliche oder unterstützte Lüftung nicht ebenso, und unter geringerem Einsatz von Energie, eine Abtrocknung feuchter Bauteile gewährleistet werden kann.
Unter Berücksichtigung der Randbedingungen, die für den Einsatz von Mikrowellen gelten, sollten in einem kommenden Schritt Radiowellen für ihren Einsatz zur schonenden Trocknungsbehandlung am Denkmal untersucht werden. Mobile Einsatzgeräte für diese Technik sind aktuell im Entwicklungsstadium.





Dieses Projekt wurde gefördert durch
die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
AZ 29378/01

 
Table of contents

0 Projektkennblatt 2
1 Einleitung 6
2 Beschreibung der Michaeliskapelle 6
2.1 Lokalisierung 6
2.2 Baukörper 7
2.3 Gliederung des Innenraums 7
2.4 Gestaltung und Dekor des Innenraums 8
2.5 Bau- und Restaurierungsgeschichte 9
2.6 Neißeflut am 7./8. August 2010, Folgen für die Klosteranlage 9
3 Einführung in die Mikrowellentrocknung 11
4 Versuche und Untersuchungen in der Michaeliskapelle 14
4.1 MW-Versuche am 5.5.2011 14
4.2 Versuchsbeschreibung 15
4.3 Voruntersuchungen an Ausblühsalzen (XRD-Analysen) 16
4.4 Voruntersuchungen zur Feuchte- und Salzbelastung 18
4.5 MW-Behandlung, Messung der Temperaturverteilung im Mauerwerk 21
4.6 Feuchteuntersuchungen begleitend zur MW-Behandlung 25
4.7 Untersuchungen an MW-behandeltem Gipsstuck 28
4.8 XRD-Untersuchungen an Gipsstuckproben 33
4.9 TG-Untersuchungen an Gipsstuckproben 33
4.10 Wasseraufnahme nach Karsten 34
4.11 Auswertung Vor-Ort-Untersuchungen 36
5 Auswertung von Klimadaten 36
5.1 Vorgehensweise und Messkonzept 37
5.2 Ergebnisse der Raumklimamessungen 39
5.3 Fazit zum Klima, Empfehlungen 40
6 Laboruntersuchungen, Probekörpermessungen 42
6.1 Probekörperbeschreibung 42
6.1.1 Probekörpermauerwerk mit Temperaturmesssonden 42
6.1.2 Stuckmarmor 44
6.1.3 Probeplatte mit Gipsstuck 47
6.2 Versuchsdurchführung Probeköper 48
6.3 Ergebnisse Probekörperuntersuchungen 49
6.3.1 Messung der Temperaturverteilung im Mauerwerk 49
6.3.2 Infrarotthermographiemessungen 52
6.3.3 Feuchteuntersuchungen vor und nach der MW-Behandlung 53
6.4 Ergebnisse der Untersuchungen am Gipsstuck 57
6.4.1 ESEM-Untersuchungen 58
6.4.2 Feststellungen an der Probeplatte 60
6.5 Diskussion der Probekörperergebnisse 62
6.6 Trocknungsversuch mit Radiowellen 62
7 Mikrowellenversuch an der Außenwand der Kapelle 65
7.1 Einleitung Außenwandversuch 65
7.2 Versuchsdurchführung 65
7.3 Ergebnisse der Temperaturmessungen 68
7.4 Feuchteuntersuchungen 72
7.5 Zusammenfassung und Diskussion Außenwandversuch 76
8 Zusammenfassung und Fazit 77
9 Quellen- und Literaturangaben 78
Anlagen:
Bericht Schramm bhd, 5.5.2011 9 Seiten
Röntgendiffraktogramme 4 Seiten
DTA/TG – Kurven 2 Seiten
Karstenmessungen 5 Seiten
Klimadiagramme 9 Seiten
Bericht Schramm bhd, 19.7.2012 16 Seiten
Arbeitsbericht Glauche 3 Seiten

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DOI (Digital Object Identifier)

10.5165/hawk-hhg/74