Mazeration historischer Dachkonstruktionen

In einer Serie mit dem BMUB präsentieren wir Projekte aus der Bauforschung. In Teil 17 geht es um die Entwicklung und Erprobung von Verfahren zur Schadensminderung und -bekämpfung der anthropogen induzierten Holzmazeration an alten Dachstühlen

Fast alle Dachwerke der großen mittelalterlichen Kirchen und anderer Baudenkmäler im ehemaligen Deutschen Reich wurden zwischen 1942 und 1945 mit Flammschutzmitteln behandelt. Dadurch sind viele historische Holzkonstruktionen in Deutschland, Tschechien, Österreich, der Slowakei, Luxemburg, Belgien und Polen von Mazerationsschäden betroffen. Im Projekt werden bestehende Sanierungsansätze bewertet und neue Verfahren entwickelt und erprobt.

Unter Mazeration oder Holzkorrosion oder versteht man die Auflösung des Zellgefüges des Holzes, wobei sich je nach Grad der Schädigung Teile, die eine faserige bis wollige Struktur aufweisen, ablösen.

Auslöser der Mazeration sind Feuerschutz-Salze, die bis in eine Tiefe von etwa 10 mm in das Holz eingedrungen sind. Häufig wurden später die Feuerschutzbehandlungen in kurzen Abständen fortgesetzt und zudem Biozide wie DDT und Lindan aufgebracht, so dass sich durch die Mazeration kontaminierte Stäube bilden. Der Schadensprozess verläuft über Jahrzehnte und in Abhängigkeit von klimatischen Einflüssen. Bisher wird angenommen, dass die im Holz befindlichen Salze Wasser aus der Luft aufnehmen, was zur Bildung von Säure und/oder zur Zunahme des Volumens führt. In trockenen Perioden kristallisieren die Salze wieder aus, was die Holzstruktur ebenfalls beansprucht. Das Ausmaß der Mazeration variiert, je nachdem, ob Fluorid-, Phosphat- oder Sulfatverbindungen angewandt wurden.

Seit etwa 1990 werden unterschiedliche Sanierungsansätze teilweise experimentell eingesetzt, deren Wirksamkeit zu überprüfen ist, Aufwand und Nutzen sind zu bewerten.

An 17 „sanierten“ Objekten wurden verfügbare Ausgangswerte mit den aktuellen Salzgehalten verglichen, die Optik der Holzoberflächen beschrieben und flankierende bauliche Änderungen wie Verbesserungen an der Belüftung des Dachraumes dokumentiert.

Allein eine Reinigung der Hölzer reicht im allgemeinen nicht aus, da mittelfristig Salze aus tieferen Bereichen an die Oberfläche wandern und neue Schäden auslösen. Die Abnahme der gesamten belasteten Holzanteile verbietet sich, da dies mit erheblichen Querschnittsminderungen einherginge und den Totalverlust historischer Arbeitsspuren bedeutete. Allerdings ist dies oft auch die Folge einer „gründlichen“ Reinigung.

Die verhältnismäßig häufig angewandte „Mas­­­kierung“, der mehr oder weniger vollständige Abschluss der Holzoberflächen gegenüber der Umgebungsluft durch eine Beschichtung, unterbindet die Wasseraufnahme aus der Luft durch die Salze im Holz und scheint den Korrosionsprozess zumindest über längere Zeit zu stoppen. Allerdings wurden unerwünschte optische Effekte beobachtet, und die Salze verbleiben im Holz.

Chemische Puffer, die die Holzfeuchte im oberflächennahen Bereich stabilisieren sollten, haben sich nach zehn bis 15 Jahren erschöpft, so dass es erneut zu Mazerationserscheinungen kommt.

IIm Frühjahr 2013 wurden am Dachwerk des Naumburger Domes Probeflächen angelegt, die zunächst über ein Jahr beobachtet wurden. Alle Flächen wurden unter Einsatz verschiedener rotierender Bürsten mechanisch gereinigt. Außerdem wurden Waschverfahren erprobt. Eine Fläche wurde mit einem neu entwickelten Mittel maskiert, das die Holzoberfläche weder vollständig gegenüber der Luft abschließt noch zu optischen Veränderungen führt. Erprobt wurden außerdem Substanzen, die die im Holz befindlichen Salze in stabile chemische Verbindungen überführen sollen, sowie Kompressen, wie sie in der Natursteinsanierung zur Entsalzung Verwendung finden. Die Wirksamkeit der kurativen Verfahren wurde überprüft, indem die Sulfat- und Phosphatgehalte nach der Behandlung den Ausgangswerten gegenüber gestellt werden.

Zudem wurden Laborversuche zur Modellierung des Schadensprozesses durchgeführt. Unbehandelte und mit Feuerschutzsalzen behandelte Probekörper wurden in einem Exsikkatorschrank einer hygrischen Wechsellagerung unterzogen und jeweils 12 Tage bei 92 % bzw. 35 % rel. Luftfeuchte gelagert.

Weitere Laborversuche dienten der Verifizierung der neu entwickelten Sanierungsverfahren. Die Inaktivierung von Sulfat- und Phosphat-Ionen ist in mazerationsgefährdeten Hölzern stöchiometrisch schwer dokumentierbar, da die Inhomogenität des Substrates Holz und der ungleichmäßige Auftrag von Feuerschutzmitteln der exakten mathematischen Erfassung entgegenstehen. Neben dem experimentellen und empirischen Vorgehen vor Ort wurden deshalb die reaktionskinetischen Abläufe an definiert dotierten Probekörpern ermittelt. Obgleich es sich bei der angestrebten Überführung in inerte, wasserunlösliche Erdalkali-Verbindungen um elementare, nicht umkehrbare Reaktionsmechanismen handelt, ist die praktische Umsetzung mit zahlreichen Unwägbarkeiten und Problemen behaftet, so dass eine schrittweise Optimierung der Methoden unerlässlich ist.

Fazit

Die Simulation des Mazerationsprozesses könnte erstmals gelingen. Nach 88 Wechseln/ 44 Zyklen zeigen sich erste Lockerungen des Holz­­­gefüges.

Die Wirksamkeit der Kompressenentsalzung konnte im Labor und in der Praxis nachgewiesen werden. Dieses Verfahren könnte z.B. für wertvolle Holzverbindungen oder Oberflächen mit Abbundzeichen etc. eingesetzt werden. Auch die bisher erreichten Ergebnisse beim Versuch der Umwandlung der Salze in inerte Verbindungen stimmen hoffnungsfroh.

Zum Projektabschluss wurde ein Manual vorgelegt werden, das die Einsatzmöglichkeiten und Kombinationen verschiedener Verfahren vorstellt und auch die wirtschaftlichen Aspekte bei der Mazerationsbekämpfung berücksichtigt.

Insa Christiane Hennen,
Bauforschung – Denkmalpflege, Wittenberg

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