Projektdokumentation

Grünzig, Hagen:

Modellhafte elektrochemische Salzminderung von Objekten aus Elbsandstein am Dresdner Zwinger; Elektrochemische Salzminderung von Kulturgut aus Sandstein dargestellt an Objektteilen aus dem Dresdner Zwinger

01.03.2006 bis 30.11.2008

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Beteiligte

Aufbau der Pilotsalzminderung im Dresdner Zwinger

Im Rahmen des Projektes wurde ein Verfahren zur elektrochemischen Salzminderung von Elbsandstein entwickelt, das als Referenzanwendung am Dresdner Zwinger zum Einsatz kam. Hierbei stand die schonende, tiefgreifende und gleichzeitig schnelle Entsalzung von kulturhistorisch wertvollen Sandsteinobjekten im Mittelpunkt der Arbeiten. Das Projekt wurde unter der Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (Az 23783-45) durchgeführt.

Im Rahmen des Projektes erfolgte die Entwicklung und Fertigung von Werkzeugen für die elektrochemischen Salzminderung an Sandstein. Dazu wurden verbesserte Elektroden geschaffen. Diese Elektroden lassen sich gut an Sandsteinoberflächen anpassen. Außerdem sind sie mit pH-Wert stabilisierenden Matten ausgerüstet.

Es wurde das Strom-Spannungsregime an einer Einstoffsalzbelastung (Natriumsulfat) optimiert. Hierbei traten massive pH-Wert-Veränderungen auf. Es kam ausgehend vom Anodenbereich zu starken Ansäuerungen. Diese verursachten Entfärbungen der Versuchskörper aus Sandstein. Zur Vermeidung solcher Ansäuerungen wurde die Spannungsversorgung um eine rechnergestützte Steuerung zur Stromaufzeichnung ergänzt.

Weitere Untersuchungen galten der Ermittlung eines Abbruchkriteriums zur Vermeidung von pH-Änderungen am Sandstein während einer elektrochemischen Salzminderung. Dazu wurden mit einer pH-Optode während einer elektrochemischen Behandlung Messungen direkt im elektrischen Feld durchgeführt. Es wurde ein Grenzwert der Ladungsmenge ermittelt. Beim Erreichen dieser Ladungsmenge schaltet die Rechnersteuerung die Betriebsspannung automatisch ab und die Elektroden müssen getauscht werden. Damit wird ein Angriff durch pH-Änderung am Stein vermieden.

Ziel der nachfolgenden Arbeiten war die Untersuchung von Mehrstoffbelastungen (Natrium, Calzium, Sulfat Chlorid). Hier wurde festgestellt, daß die Ionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus dem Stein entfernt werden. Eine Variation der Ionenaustauschermenge in den Verbundelektroden beeinflußt die Salzminderungsgeschwindigkeit.

Die Ortung metallischer Bauteile im Sandstein und deren Schutz während der Salzminderung wurde erprobt.

Durch eine Variation der Prozeßgestaltung wurde eine schnellere Trocknung der entsalzten Bauteile erreicht.

Es wurde die einseitige elektrochemische Salzminderung zur Überprüfung der Anwendbarkeit an Ausbaustücken aus dem Zwinger erprobt. Es ist auch mit einer einseitigen Montage der Elektroden möglich, Salzbelastungen von bis zu 10 g/kg in 4 Wochen zu extrahieren.

Zur Verifizierung der laborativen Ergebnisse wurde das Verfahren in optimierter Form an einer Fassadenfläche im Dresdner Zwinger eingesetzt. Dadurch konnten selbst Gesamtsalzgehalte von bis zu 23 g/kg in einer 4 wöchigen Behandlung stark vermindert werden. Aus den am stärksten belasteten Teilbereichen wurden rund 200 g/m2 Salz extrahiert.

Auf der Messe Denkmal 2008 wurden vom 20. bis 22.11.2008 in Leipzig die Ergebnisse präsentiert.

Mit dem Verfahren der elektrochemischen Salzminderung ist es möglich, die Salzbelastung von Sandsteinobjekte schnell und schonend zu verringern.

Vorteile sind:

- Es ist kein mechanischer Eingriff (Bohrungen etc.) in den Stein nötig.
- Die mechanischen Belastungen für die Steinoberfläche sind gering.
- Abfallvermeidende Technologie: Der einzige Abfall ist eine verdünnte Salzlösung, die frei von Schwermetallen und organischer Belastung ist.
- Geringer Energieverbrauch von 80-100 kWh/m2 pro Woche
- Die eingesetzten Elektroden sind regenerierbar und wiederverwendbar. Die voraussicht-liche Nutzungsdauer einer Elektrode beträgt mindestens 15 Zyklen.

Günstig ist eine möglichst genaue Kenntnis von Art, Menge und Verteilung der Salzbelastung. Da lassen sich schon erste Aussagen über die mögliche Dauer einer Salzminderung treffen. Gleich zeitig kann die Ionenaustauschermenge bei Belastungen von mehr als 10 g/kg vor Behandlungsbeginn variiert werden.

Bei Gesamtsalzgehalten von mehr als 10-15 g/kg ist je nach Verteilung der Belastung eine mehrstufige Behandlung sinnvoll.

Vor einer elektrochemischen Salzminderung sind alle metallischen Bauteile im Behandlungsbereich zu orten und elektrisch zu kontaktieren. Während der Salzminderung sind diese Bauteile katodisch zu schützen. Wenn die Kontaktierung und der katodische Schutz nicht möglich ist, dann sollte auf die Anwendung des elektrochemischen Verfahrens verzicht werden.

Das Verfahren ist an Elbsandstein erprobt. Es läßt sich auf andere Sandsteine übertragen. Die Anwendung an Mauerwerk und anderen porösen Baustoffen ist möglich. Wenn der Baustoff elektrisch leitend ist, muß auf die Verwendung der elektrochemischen Salzminderung verzichtet werden. Ein Einsatz an salzbelasteten Putzoberflächen ist denkbar. Hier ist jedoch noch die Fixierung bzw. eine vorherige Festigung der Oberfläche zu klären.

Das Verfahren kann auch mit anderen Salzminderungsverfahren kombiniert werden. So ist es vorstellbar, im Anschluß an eine Behandlung im Wasserbad eine zweiseitige elektrochemische Entsalzung anzuschließen. Auch eine Kombination mit dem Feuchtestromverfahren ist denkbar.

Mit der einseitigen Wandentsalzung ist die Behandlung von Flächen von 0,3 bis 150 m2 möglich. Auch Fensterbänke, Gesimse und ähnliche lassen sich mit der einseitigen Salzminderung behandeln.

Um die Durchfeuchtung tieferer Schichten in einem Bauwerk zu vermindern, ist es möglich, Betriebsphasen ohne Wasserzufuhr während der Salzminderung oder nach dem Ende der Salzminderung einzuplanen.

Die Durchführung der Salzminderung kann durch die CITec GmbH oder durch eingewiesene Fremdfirmen erfolgen. Es ist auch vorstellbar, daß CITec für diese Fremdfirmen die Regenerierung der Elektroden übernimmt.

Dieses Projekt wurde gefördert durch
die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
AZ 23783/01

Hagen Grünzig (Autor/in)
CITec GmbH