Fassadenschäden durch Gipsbildung

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Thematik

Manche Fassadenschäden im erdnahen Bereich werden für die aufsteigende Feuchtigkeit oder auch bauschädliche Salze verantwortlich gemacht. Wie durch Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, wurden diese auf eine Gipsbildung an der Putzoberfläche zurückgeführt. Dabei werden Schmutzteilchen in die Gipsschichten aufgenommen und färben diese dunkel. Es ist bekannt, daß Gipskrusten, die durch sauren Regen gebildet werden, in starkem Maße Ruß, Staub und andere Partikel "binden". So weisen etwa lange der Witterung ausgesetzte Marmorstatuen schwarze Krusten auf, deren Hauptbestandteil Calciumsulfat ist. Die Gipskrusten auf calcitischen Oberflächen werden durch Reaktion des Calciumcarbonates mit dem Schwefeldioxid der Luft gebildet. Den größten Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit bei vorgegebener SO2- Konzentration in der Luft hat dabei der Wassergehalt in unmittelbarer Umgebung des calcitischen Materials. So findet man an Mauerwerksbereichen, die über längere Zeit feucht sind, eine verstärkte Gipsbildung an der Oberfläche. Nicht erklären läßt sich das "Wachsen" dieser Flecken bis in Höhen von mehreren Metern, ein Phänomen, das in Gegenden mit starker Luftbelastung durch Abgase gehäuft auftritt.


Erste Erkenntnisse

Das "Wachsen" der dunklen Flecken geht wahrscheinlich mit einem erhöhten Wassergehalt an der Putzoberfläche einher. Nachgewiesen wurde, daß der Wassergehalt in oberflächennahen Schichten der geschädigten Bereiche deutlich größer war als im Innern des Mauerwerks. Es lag nahe, die Ursachen in erhöhten Konzentrationen hygroskopischer Salze im Mauerwerk zu suchen. In allen untersuchten Fällen wurden dabei in den oberflächennahen Schichten der verfärbten Bereiche höhere Anteile löslicher Salze gefunden als in den nicht geschädigten Bereichen. Im Rahmen der Untersuchungen kamen die Ionenchromatographie, die thermogravimetrische Analyse und die Infrarotspektroskopie zum Einsatz. Während sich die Putzzusammensetzung in den tieferen Schichten nahezu unabhängig von der Höhe über Terrain zeigt, nimmt der Gipsgehalt an der Oberfläche von unten nach oben ab - im unteren Bereich ist das Calcit an der Oberfläche fast vollständig in Gips umgewandelt worden. Die Korrelation zwischen der Intensität der Gipsbildung und dem Gehalt an hygroskopischen Salzen scheint die Hypothese zu bestätigen, daß die Gipsbildung durch das Kristallwasser der Salze stark beschleunigt wird. Neben dem Schwefeldioxid enthält die Luft Anteile von nitrosen Gasen, die mit dem Calcit zu dem stark hygroskopischen Calciumnitrat reagieren können. Im Durchschnitt sind die NOx-Anteile der Luft etwa eine Größenordnung niedriger als die SO2-Anteile, die Bildung von Calciumnitrat verläuft aber analog zur Gipsbildung. Analysen zeigten, daß die Konzentration von Alkaliionen an den dunklen Stellen des Putzes nur unwesentlich größer ist als an den hellen Stellen. Der Unterschied der Nitratkonzentration beträgt dagegen fast eine Größenordnung. Dies bedeutet, daß die Nitratgehalte nicht über Abwässer oder aufsteigende Feuchtigkeit in das Mauerwerk gelangt sind, sondern über eine Reaktion des Calcites mit den Stickoxiden der Luft.


Mögliche Ursachen

Damit ist jedoch noch keine Erklärung für die wolkenförmige Ausbreitung der Gipsbildung gefunden. In der chemischen Kinetik sind autokatalytische Reaktionen bekannt, die, wenn sie erst einmal in Gang gesetzt sind, von selbst weiterlaufen und ihre Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Auch das "Wachsen" der Gipskrusten kann als eine solche Reaktion aufgefaßt werden: Hat sich erst einmal Gips gebildet, wird das Gefüge an der Oberfläche des Putzes verändert, wie die mit Hilfe der Quecksilberhochdruckporosimetrie gemessenen Porenradienverteilungen zeigen. Für den witterungsbedingten Wechsel zwischen Durchfeuchtung und Abtrocknung bedeutet dies, daß in der Phase der Abtrocknung das Wasser über kapillaren Feuchtigkeitstransport an die Oberfläche zunächst aus den größeren Poren der Putzschicht entfernt wird. Die kleineren Poren verlieren das Wasser dagegen erst in der letzten Phase der Abtrocknung. Das hat zur Folge, daß Salze, die durch Schlagregen oder Kondensation von Wasser in die äußeren Putzschichten verteilt werden, bei der Abtrocknung wieder bevorzugt in der Gipskruste angereichert werden. Die bei relativen Luftfeuchten über 50 % als konzentrierte Lösungen vorliegenden Salze beschleunigen die Gipsbildung und die Bildung von neuem Calciumnitrat. Erst wenn das Calcit weitgehend zu Gips umgesetzt ist, verlangsamt sich die Reaktion wieder und kommt schließlich zum Stillstand. Lediglich an der Grenze der schon gebildeten Gipskruste kann weiter Gips und Calciumnitrat mit zunehmender Geschwindigkeit gebildet werden, da hier noch ausreichende Mengen an Calcit vorhanden sind.

Konsequenzen

Der sicherste Weg, die beschriebenen Schäden zu zu vermeiden, wäre, die Schadstoffbelastung der Luft zu reduzieren, was jedoch nur langfristig möglich ist. Nach den bisherigen Erkenntnissen könnte das Auftreten und die nachfolgende flächenmäßige Ausbreitung der Gipskrusten auf Putzoberflächen dadurch eingedämmt werden, daß bereits die Ausbildung kleiner Flächen mit Gipsanreicherungen vermieden wird. Da die Krustenbildung meist im erdnahen Bereich beginnt, wäre schon der Einsatz von Sanierputz als Sockelputz erfolgversprechend.

Quelle: Bautenschutz + Bausanierung : B + B ; Bauen im Bestand / Hrsg. Wissenschaftlich-Technischer Arbeitskreis für Denkmalpflege und Bauwerksanierung (WTA) Fassadenschäden durch Gipsbildung Friese, P.; Hermoneit, B.; Protz, A.; ISSN: 0170-9267; 1994