1 Materialeigenschaften - CSC | Conservation

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Conservation Science Consulting Sàrl
Materialeigenschaften
Steine und Mörtel / Materialeigenschaften /1
Christine Bläuer
Chemische und physikalische Eigenschaften der Materialien
Chemische Eigenschaften
Zusammensetzung
- organisch – Verbindungen, die Kohlenstoff mit sich selbst und
anderen Elementen eingeht (z.B. Holz, Plastik, Ölfarbe, etc.)
- anorganisch – kohlenstofffreie Verbindungen sowie einiger
Ausnahmen (z.B. Naturstein, Zement, Kalk, Wasserglas etc.)
Löslichkeit in Wasser
- Kalkstein besser löslich als Granit – Lösungsverwitterung
resp. Karstbildung beim Kalkstein
- nur einzelne Bestandteile löslich – Herauslösen einzelner
Bestandteile (z.B. Ca(OH)2 aus Beton, Zementmörtel
oder Kunststein)
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- gut löslich – grosse Mobilität der Stoffe (z.B. Salze)
Salze - löslich
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http://www.rotary-zuerichbellerive.ch/portrait_seefeld.asp
ZH, Zürich, Villa Patumbah
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Kalkstein Rosso di Verona
mit Gipskrusten
Gips löslicher als Kalk
Granit - unlöslich
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Zement-Kunststein – wasserlösliche Anteile (Ca(OH)2)
Physikalische Eigenschaften der Materialien (1)
Aggregatszustand: Fest – flüssig – gasförmig
Festkörper
Isotropie/Anisotropie – z.B. thermische Längenänderung im
Marmor
Homogenität – abhängig vom Massstab (Kalkstein – Marmor)
Optische – Reflexionsvermögen, Farbe
Schmelzpunkt – v.a. bei Metallen wichtig
Verhalten gegenüber Flüssigkeiten und Gasen - Porosität,
Benetzbarkeit, Löslichkeit, etc.
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Mechanische – Spaltbarkeit (Gneis/Granit), Sprödigkeit,
Härte, Elastizität, Druckfestigkeit, etc.
Carrara-Marmor im Dünnschliff:
• Besteht aus Kalzitkristallen (Kalzit
= CaCO3)
• Einheitliche Korngrösse
• Ähnliche Ausrichtung der Kristalle
• Wenig, sehr feine Poren (= dünne
Linien entlang der Korngrenzen)
0.5 mm
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Fotos Per Storemyr
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Abb aus: J. M. Rüdrich 2003 Gefügekontrollierte Verwitterung natürlicher und
konservierter Marmore. Diss. Uni Göttingen.
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• Anisotrope thermische Dehnung
des Kalzit → Gefügelockerung
durch Temperaturschwankungen
• Kalzit ist teilweise wasser- und gut
säurelöslich
• Carrara-Marmaor hat viele Poren <
1 µm → Kapillarkondensa�on
• Wassersättigungswerte bis 0.9
möglich → Gefügelockerung durch
Frost
Bild:
commons.wikimedia.org
ZH, Zürich, Villa Patumbah
Carrara-Marmor
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Rosso di Verona
Zuckerkörniger Zerfall an Reliefs der Nordseite
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Anisotropie
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Vatikan, Petersdom, Fussboden
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Porosität
Gesamtporosität (= totale verbundene Porosität)
= Anteil des Porenvolumens (effektiv oder
nicht) am Gesamtvolumen einer
repräsentativen Probe
Vv
Vt
= 100 x
Vv
Vv + Vs
Pt = Gesamtporosität
Vt = Geamtvolumen
Vv = Volumen Leerräume Vs = Vol. Festbest.
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Pt (%) = 100 x
Porosität
Gesamtporositäten für verschiedene Natursteine
Gesteinstyp
Porosität (%)
Sandsteine
Kalksteine
5 – 50
5 - 55
0 – (10)
0 – (90)
metamorphe Gesteine
0 – (50)
Quellen: Freeze and Cherry (1979); McWorter and Sunada (1977).
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Kristallingesteine
vulkanische Gesteine
0.5 mm
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0.3mm
Carrara Marmor (Foto P. Storemyr)
Berner Sandstein
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Kalkmörtel
Luzern, Museggmauer,
Lueginslandturm
Zuschlag
Bindemittel
Grobpore/Kugelpore
Schwindrisse
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Bb 2.4mm
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