Physiko-mechanische Kennwerte – Wasseraufnahme-Koeffizient (w-Wert) (ElE) 

Wasseraufnahmekoeffizient w und Wassereindringkoeffizient B sollen sind wichtige Kenngröße des Feuchtetransports und gehört zu den Basisdaten für jedes Gestein. Die Messungen können nach DIN 52 617 oder mit dem Karsten’schen Prüfröhrchen ausgeführt werden (Snethlage, Leitfaden Steinkonservierung: Planung von Untersuchungen und Maßnahmen zur Erhaltung von Denkmälern aus Naturstein. Stuttgart: Fraunhofer-IRB-Verl., 2005). Die kapillare Wasseraufnahme durch porösen Baustoffe ist auf innere Kräfte zurückzuführen, die sich in folge der Oberflächenspannung der in den Öffnungen des Materials haftenden Flüssigkeit einstellen. Die Größe einer solchen Kraft hängt im wesentlichen vom Durchmesser der Poren und dem Material der Kapillarwandungen ab (Vgl. Niesel und Schimmelwitz: Forschungsbericht 86 zur quantitativen Kennzeichnung des Verwitterungsverhaltens von Naturwerksteinen anhand ihrer Gefügemerkmale. Berlin: BAM, 1982). Der zeitliche Verlauf der kapillaren Wasseraufnahme eines trockenen Materials, das sich in unmittelbarem Kontakt mit der Feuchtigkeit befindet, lässt dich mit dem Wasseraufnahme-Koeffizienten w beschreiben, der ein Quotient aus der pro Flächeneinheit  absorbierte Menge m und der Quadratwurzel der Versuchszeit ist und demzufolge die Einheit kg/m.h0,5 hat. Der Wassereindringkoeffizient B gibt Aufschluss über die ablaufenden Transportvorgänge im Porenraum (Vgl. Niesel und Schimmelwitz: Forschungsbericht 86 zur quantitativen Kennzeichnung des Verwitterungsverhaltens von Naturwerksteinen anhand ihrer Gefügemerkmale. Berlin: BAM, 1982).

Änderungsvorschlag (ElE):   Der Wasseraufnahmekoeffizient w und der Wassereindringkoeffizient B sind wichtige Kenngröße des Feuchtetransportes und gehören zu den Basisdaten jedes Gesteines. Die Messungen werden an Prüfkörper nach DIN EN 15801 (April 2010) durchgeführt (siehe Anzahl und Maße der Probekörper). Die Messung kann ebenfalls in situ mit Karsten’schen Prüfröhrchen ausgeführt werden.

Die Bestimmung der Wasserabsorption durch Kapillarität erfolgt durch Auftrag der absorbierten Menge an Wasser pro Flächeneinheit des Probekörpers (kg/m²) als Funktion der Quadratwurzel der Zeit (t1/2). Der Wasseraufnahmekoeffizient w ist der Anstieg des linearen Abschnitts der Kurve und trägt demzufolge die Einheit (kg.m-2)/ t11/2. Der Eindringkoeffizient des Kapillarwassers B wird durch den Anstieg der Kurve, welche die Höhe der Frontlinie der Wasserdiffusion in Abhängigkeit von der Quadratwurzel der Zeit darstellt, ermittelt.

Anzahl und Maße der Probekörper:
Mindestens drei Probekörper mit einer regelmäßigen Form, wie z. B. Würfel oder Zylinder. Sie müssen Maße (Seiten oder Durchmesser) von mindestens 10 mm und eine Höhe von mindestens 10 mm haben.



Das Foto zeigt einen versuch zr Bestimmung des µ-Wertes von Carrara Marmor (Marmo cotto).

Physiko-mechanische Kennwerte – Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (µ-Wert) (ElE)

Der Wasserdampfdiffusionswiderstand (µ-Wert) ist eine dimensionslose Größe, welche nach der Norm DIN EN ISO 12572 (September 1997) bestimmt wird. Der µ-Wert gibt an, wie vielmal größer der Dampfdiffusionswiderstand eines Stoffes ist als der entsprechende Kennwert einer gleich dicken Luftschicht bei gleicher Temperatur (m = 1 für eine Luftschicht).   Anzahl und Maße der Probekörper: Mindestens drei Probekörper mit 5 cm Durchmesser und 0,5 cm Höhe.


Das Foto zeigt ein Gerät zur Bestimmung des Schwindens und Quellens an kleinen Probekörpern.

Physiko-mechanische Kennwerte – Hygrische Dilatation

Die Hygrische-Dilatation ist eine wichtige Kenngröße des Feuchtetransports und gehört zu den Basisdaten für jedes Gestein (Snethlage, Leitfaden Steinkonservierung: Planung von Untersuchungen und Maßnahmen zur Erhaltung von Denkmälern aus Naturstein. Stuttgart: Fraunhofer-IRB-Verl., 2005). Eine Quantifizierung der Quellung kann auch durch die Messung der Volumenzunahme erfolgen. Die  Versuchanordnung ist nach DIN 52450 einzurichten. Da sich die hygrische Längenänderung, auftragen als Funktion der Zeit, asymptotisch an einen Maximalwert annährt, ist es notwendig, den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Versuch beendet und der Messwert abgelesen wird. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn die relative Veränderung einen Schwellwert unterschreitet. Die Probekörpern werden in einem Gefäß mit Wasser durch apillare Wasseraufnahme exponiert, bis der letze Werte der Längenänderung aufgenommen wird (mind. 48h).

Lf – Letzte Messung der Längenänderung am Gerät [µm]
Li – Erste Messung der Längenänderung am Gerät [µm]
l0 – Länge der Probekörper [m]


Sieblinie und Bindemittel/Zuschlag-Verhältnis (B/Z-Verhältnis)  

Um einen Putz zu charakterisieren, wird das Verhältnis von Bindemittel und Zuschlag ermittelt sowie im Anschluss  eine Sieblinie erstellt. Man wendet eine Zuschlagstrennung nach B.Middendorf und D.Knöfel (Vgl. B. Middendorf und D.Knöfel: Characterization of Historic Mortars from Building in Germany and the Netherlands) an.  

Bei Kalkmörteln wird zunächst die säurelösliche Fraktion  bestimmt: 10g des Mörtels werden im Mörser leicht zerstoßen, gewogen, über Nacht bei 40° getrocknet und wieder gewogen. Die Probe wird dann in 100 ml 10%-iger HCl 30 min gerührt, über Nacht stehen gelassen und am nächsten Tag durch einen zuvor gewogenen Faltenfilter abfiltriert. Der Filter wird wieder bei 40° getrocknet und dann gewogen. Der Rückstand wird dann in gesättigter NaCO3-Lsg. gekocht. Erst kalt, dann erwärmt, dann 10 min gekocht  und heiß durch einen zuvor gewogenen Filter gegossen. Der Rückstand wird mit einer dest.Wasser/HCL-Lösung (20:1) gewaschen, anschließend getrocknet und gewogen. Er enthält das unlösliche Silikat. Aus diesem Rückstand ermittelt man die Sieblinie, also die Korngrößenverteilung des Zuschlags der Probe.

Im Einzelnen erhält man folgende Werte:  

M = Masse der zerstossenen Probe
Mc = Masse der getrockneten zerstossenen Probe
Mf = Masse Filterpapier 1
Mfd = Masse getrockneter Rückstand + Filterpapier
M1 = Masse Rückstand M1
Mf2 = Masse Filterpapier 2
Mf2d = Masse getrockneter Rückstand 2 + Filterpapier 2
M2 = Masse des Rückstands nach der 2. Lösung

Gemessener Bindemittelgehalt Bg (%) = ((Mc-(Mfd-Mf))/Mc)*100  
Feuchtegehalt F (%) = (M-Mc/M) *100  
Gehalt an löslichen Silikaten (%) = (Mfd-Mf-M2)/Mc) *10

Aufgrund des Unterschiedes im Molekulargewicht zwischen CaCO3 und Ca(OH)2 kann aus dem gemessenene Bindemittelgehalt Bg (M%) der originale Bindemittelgehalt Bu (M%) entsprechend der Formel berechnet werden (Vgl. Wisser, S. and Knöfel: Untersuchungen an historischen Putz- und Mauermörteln, Teil1: Analysengang, Bautenschutz und Bausanierung, 10, p.124-126):

Bu= 74* Bg / (100-0,26 * Bg)

Das jeweilige B/Z – Verhältnis ergibt sich als:

B/Z = 1 : (100-B) / B

Dieses B/Z- Verhältnis ist in Massenteilen B/Z (M) angegeben und wird zur Erleichterung von Baustellenarbeiten in die entsprechenden Volumenanteile B/Z (V) umgerechnet. Hierzu ist die Kenntnis der Roh- und Schüttdichten der Rohmaterialien erforderlich. Nach Gödicke-Dettmering ( Gödicke-Dettmering; T. (1997): Mineralogische und technologische Eigenschaften von hydraulischem Kalk als Bindemittel von Restaurierungsmörteln für Baudenkmäler aus Naturstein. Dissertation Universität Giessen, veröffentlicht als Bericht 6/1997, Institut für Steinkonservierung, Wiesbaden, 322pp.) können sie mit 1,46 g/cm³ für den Zuschlag und 0,46-0,60 g/cm3 für reines Kalkbindemittel angenommen werden. Daraus ergibt sich das volumetrische B/Z – Verhältnis als:

B/Z (V%) = 1 : (100-Bu ) / 3*Bu

Um die Sieblinie, also die Korngrößenverteilung, zu ermitteln, stehen Siebe folgender Korngrößen zur Verfügung:  

50µm, 100µm, 160µm, 200µm, 250µm, 500µm, 1000µm, 2mm, 4mm    

Bei Gipsmörtel  werden 10 g des Mörtels in 160 ml 1:3 verdünnter Salzsäure 2 Minuten gekocht. Dann fügt man 400 ml dest, Wasser hinzu und kocht weitere 2 Minuten. Man lässt die Lösung abkühlen und filtert dann alles durch einen Faltenfilter bekannten Gewichts. Nach dem Trocknen wird der Filter + Rückstand gewogen und man kann jetzt wie oben bei den Kalkmörteln beschrieben das B/Z – Verhältnis ermitteln als auch die Sieblinie herstellen.


Das Foto zeigt die Kontrolle des Sauerstoffgehalts bei einer Anoxia-Behandlung von insektenbefallenen Objekten durch den Entomologen.

Methoden und Service-Leistungen zur Integrierte Schädlingsbekämpfung (IPM)

Seit den 1980er Jahren wird in Museen und Depots die integrierte Schädlingsbekämpfung (im englischen Integrated Pest Management, kurz IPM) durchgeführt. Eine Grundvoraussetzung in der integrierten Schädlingsbekämpfung ist die richtige Bestimmung der Schädlinge, um befallene Objekte zu lokalisieren, weitere Maßnahmen zu rechtfertigen und gezielt einzusetzen. Dabei werden oft Klebefallen eingesetzt, welche am Boden lebende Tiere in den Museumsräumen und in den Depots fangen.

Pheromonfallen mit spezifischem Lockstoff, zum Beispiel für Kleidermotten (Tineola bisselliella) fangen gezielt die Männchen bestimmter Schädlinge. Durch die Bestimmung der Tiere auf den Fallen lässt sich feststellen, ob es sich um zufällige Gäste im Gebäude oder um Schädlinge an Objekten aus Holz, Textil, Federn, Fellen oder anderen organischen Materialien handelt. Eine regelmäßige Kontrolle der Fallen ermöglicht so eine Früherkennung und Lokalisierung eines Befalls. In die integrierte Schädlingsbekämpfung soll zusätzlich miteinbezogen werden: die Gebäudehülle, das Klima im Gebäude, eine regelmäßige Reinigung, Quarantäne und die Vermeidung von Wasser und Futterquellen.

Ist ein Befall vorhanden, werden für die Bekämpfung umweltfreundliche Behandlungsmethoden wie z.B. Gefrieren, Erhitzen oder Stickstoffbegasung eingesetzt. Auf diese Weise kommt es zu keiner Schädigung der Objekte durch Chemikalien und zu keiner Gesundheitsbelastung für Museumsmitarbeiter oder Besucher. Das Konzept der integrierten Schädlingsbekämpfung ist nachhaltig und langfristig kostengünstig.

Durch einen Entomologen am Rathgen-Forschungslabor können Beratungsleistungen hinsichtlich Kontrolle und Vermeidung von Schädlingsbefall angeboten werden. Beratung kann auch für das Monitoring von Sammlungsschädlingen mit Klebefallen und artspezifische Pheromonköder angeboten werden. Ebenso kann eine Artbestimmung bei Schadinsekten durchgeführt werden.

Postanschrift:
Schloßstraße 1 a
14059 Berlin

Tel.: 030 / 266427100
Fax: 030 / 266427110
rf-info[at]smb.spk-berlin.de 

Direktorin: Dr. habil. Ina Reiche