Untersuchung zum Kristallisationsverhalten und Schadenspotential inkongruent löslicher Salze

• Applicant: Professor Dr. Michael Steiger
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2008 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 77411482

Die Salzverwitterung poröser Materialien ist von grundlegender Bedeutung in der Bauschadensforschung und der Konservierung von Kulturdenkmälern. Am häufigsten wird die Kristallisation aus übersättigter Lösung als Schadensmechanismus diskutiert. Es ist allgemein akzeptiert, dass ein Salzkristall nur dann gegen den äußeren Druck eines porösen Gefüges wachsen kann, wenn die Kristallisation aus einer übersättigten Lösung erfolgt. Es gibt eine große Zahl von Publikationen, die sich mit der Schadensrelevanz von Einzelsalzen in Simulationsversuchen beschäftigen. Die Schadensrelevanz inkongruent löslicher Doppelsalze ist bislang noch völlig ungeklärt. Bei diesen Salzen treten nicht nur bei sinkender sondern auch bei steigender Luftfeuchte Kristallisationsprozesse auf. Im Rahmen des beantragten Projektes wird das Kristallisationsverhalten der inkongruent löslichen Doppelsalze Darapskit (Na3NO3(SO4)·H2O), Schönit (K2Mg(SO4)2·6H2O) und Glaserit (K3Na(SO4)2), die typischerweise an Bauwerken auftreten, untersucht. Weiterhin sollen das Tripelsalz Thecotrichit (Ca3(CH3COO)3Cl(NO3)2·7H2O) und das Doppelsalz Calclacit (Ca(CH3COO)Cl·5H2O) untersucht werden, die typischerweise auf kalkhaltigen Museumsobjekten auskristallisieren. Dafür werden als geeignete in situ-Untersuchungsmethoden die feuchtekontrollierte Röntgendiffraktometrie (RH-XRD), die Feuchtesorptionsgravimetrie und die feuchtekontrollierte Lichtmikroskopie (RH-LM) eingesetzt. Der Grad der Übersättigung von Porenlösungen im Verlauf von Phasenumawndlungen soll durch Vergleich mit dem thermodynamischen Gleichgewichtsverhalten bestimmt werden. Das Gleichgewichtsverhalten der Doppelsalze wird im Rahmen dieses Vorhabens mit Hilfe eines Gleichgewichtsmodells, basierend auf den Pitzergleichungen und einem numerischen Verfahren berechnet. Untersuchungen zur Schadenswirkung inkongruent löslicher Doppelsalze gibt es kaum. Die Durchführung von optimierten Salzkristallisationstests soll diese Lücke füllen und eine Abschätzung des Schadenspotenzials der genannten inkongruent löslichen Doppelsalze ermöglichen. Der Verlauf der Schädigung wird über die üblichen Massenänderungskurven und makroskopischen Beobachtungen hinaus zusätzlich durch die Beobachtung der Veränderungen im Porengefüge, mittels Quecksilberporosimetrie und Rasterelektronenmikroskopie, begleitet.

• DFG Programme: Research Grants