Materialkundlich-denkmalpflegerische Untersuchungen eines barocken Grabmals in Dresden

Die Stadt Dresden mit ihren zahlreichen historischen Friedhöfen und Grabdenkmälern aus Elbsandstein war bis 1989/90 einer hohen Schwefelbelastung von Luft und Regenwasser ausgesetzt, was oft zur intensiven Verwitterung oder Zerstörung historischer Sandsteinobjekte führte. Für die große Zahl der Grabdenkmäler fehlen nachhaltige Konservierungstechniken, da herkömmliche Oberflächentränkungen zur Festigung der zerstörten Oberflächen oft nicht die erforderlichen Eindringtiefen des Wirkstoffs erreichen.

Volltränkungsverfahren wie die Acrylharz-Volltränkung erforderten dagegen bisher einen aufwendigen Abbau, die Stabilisierung und den Transport der Objekte über weite Strecken, was neben höheren Kosten auch mit Risiken für die Substanz verbunden ist. Daher wurde die Möglichkeit der in-situ-Tiefenimprägnierung im „Vakuum-Kreislauf-Verfahren“ (VKV) nach Vujasin an einem barocken Grabdenkmal aus Cottaer Sandstein untersucht. Die in-situ-Tiefenimprägnierung wie auch die vorhergehende Entsalzung mittels VKV wurde von der Firma „Atelier Pummer“ aus Rossatz (Österreich) durchgeführt, die das Patent für dieses Verfahren besitzt.

Das ausgewählte Objekt ist vom Material und Schadensbild her typisch für zahlreiche ähnliche historische Grabmale auf Friedhöfen in ganz Sachsen. Darüber hinaus steht das Gestein für einen schwer konservierbaren Sandsteintyp mit breiter Porengrößenverteilung und Tonmineralgehalten. In Abstimmung mit dem Landesdenkmalamt führten die TU Bergakademie Freiberg und die TU Dresden gesteinstechnische und andere naturwissenschaftliche Untersuchungen zur Bewertung des Verfahrens durch. Dabei wurden die Projektpartner fallweise von anderen Einrichtungen unterstützt: Ultraschallmessungen und Bohrungen mit Bohrwiderstandsmessungen am Objekt wurden durch Prof. Dr.-Ing. S. Pfefferkorn (HTW Dresden) durchgeführt. Das Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt e.V. führte im Rahmen des Projektes Salzanalysen am Grabdenkmal Richter zur Charakterisierung des Vorzustandes durch und stellte darüber hinaus die Ergebnisse zur Kontrolle des Entsalzungseffektes zur Verfügung.

Nach einer Festigungen von Steinfiguren kann es trotz gesteinstechnischer Vor- und Begleituntersuchungen mitunter zu teilweise gravierenden Rissbildungen oder zu schaligen Ablösungen der Oberfläche kommen. Das Phänomen der Rissbildung betrifft sowohl früher verwendete also auch neu entwickelte Festigungsverfahren. Die Ursachen und Mechanismen von verwitterungs- oder konservierungsbedingten Rissbildungen können noch nicht im Detail erklärt werden, weil zwar Einflussgrößen wie z.B. hygrisch und/oder thermisch induzierte Spannungen grundsätzlich bekannt sind, eine Quantifizierung aber noch nicht möglich ist. Dies führt einerseits zu Unsicherheiten bei der detaillierten Interpretation der Schadensursachen. Andererseits lassen aus gesteinstechnischen Daten abgeleitete, erfahrungsbasierte qualitative Interpretationen und Prognosen keine in jedem Fall verlässlichen Voraussagen zu möglichen Rissentwicklungen oder Schalenbildungen nach einer Festigung zu.

Daher wurden neben den üblichen Materialkennwertuntersuchungen am Objekt und an Laborprüfkörpern gesteinsmechanische Simulationen durchgeführt, um Prognosen zum Materialverhalten, d.h. möglichen Rissentstehungen aufgrund der Festigung erstellen zu können.Numerische Simulationen zielen auf Aussagen ab, ob und unter welchen Umständen Risse z.B. aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Gestein und Festiger auftreten können. Mit den exemplarischen Simulationen sollen das grundsätzliche Anwendungspotenzial dieser Methode für die Denkmalpflege festgestellt und weitere Anwendungsszenarien definiert werden, zumal die Simulation auf andere Festigungsmethoden und -mittel sowie Gesteinsarten übertragbar ist.

Während der Durchführung des Projekts ergaben sich zusätzliche Fragen zur Höhe und der Verteilung des Unterdrucks im Grabmal während der Festigung sowie dessen Einfluss auf das Migrationsverhalten des Festigers. Deshalb wurden auch zu strömungsmechanischen Prozessen im Sandstein mit einer stark vereinfachten Geometrie des Grabmals einige numerische Testsimulationen durchgeführt. Mit diesen in Ansätzen vorgenommenen Simulationen sollte deren Potenzial als eine weitere Methode in der Denkmalpflege bzw. im Bauwesen abgeschätzt werden.

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