P.W. Mirwald & S. Brüggerhoff
Verwitterungsvorgänge an Kalkstein unter mitteleuropäischen Klima- und Immissionsbedingungen - Ergebnisse aus Freiland-Expositionsversuchen

GPM 20, p. 207-220

Zusammenfassung:
Es wurde das Verwitterungsverhalten von Kalkstein, einem vielfach für Bauten und Monumente verwendeten Werksteinmaterial, mittels Freiland-Expositionsversuchen untersucht. Die Versuche, die sich über einen Zeitraum von fünf Jahren erstreckten, wurden an sechs Stationen in West- und Süddeutschland durchgeführt, die das mitteleuropäische Klima- und Immissions-Spektrum umfassen. Als Probenmaterial diente pelmikrosparitischer Kalkstein von Kehlheim (KK)/Bayern, als Referenzmaterial wurde der Obernkirchener Sandstein (OKS)/Niedersachsen, ein sehr verwittterungsresistenter Quarzsandstein, ausgewählt. Die 50 x 50 x 5 mm messenden Plättchenproben wurden entweder regengeschützt aufgestellt (trockene Exposition) oder frei der Witterung ausgesetzt (nasse Exposition). Alle trocken exponierten Kalkproben zeigten im Versuchsverlauf erhebliche Zunahme an Masse. Die begleitenden Schadstoffanalysen ergaben S- bzw. Gips-Gehalte, die durchwegs größer waren als die jeweils bestimmte Massenzunahme! Auch beim chemisch inerten Obernkirchener Sandstein wurden erhebliche Gipsgehalte bestimmt, die auf exogenen Eintrag zurückgeführt werden. Die eingehende Analyse der Kalksteindaten ergab eine Reihe von Teilprozessen, wie exogenen Gipseintrag, authigene Gipsbildung, Kornverlust und nichtsulfatischer Staubeintrag, die sich auch grobquantitativ erfassen lassen. Bei den nassen Expositionsversuchen waren beim OKS nahezu keine Masseänderungen festzustellen, was dessen hohe Verwitterungsbeständigkeit aufzeigt. Sehr signifikant jedoch ist die Masseabnahme beim KK, die von verschiedenen Teilprozessen, wie Vergipsung + Löslichkeit, Karbonatlöslichkeit und mechanischen Kornverlusten, bewirkt wurde. Die Analysen der Schadstoffgehalte ergaben bei beiden Materialien, bedingt durch Regenauswaschung, geringe und inkonsistente Werte. Für KK ließen sich integrale Schadensfunktionen für trockene und nasse Expositionsbedingungen ermitteln. Darüber zeigen synoptische Übersichten über die Teilprozesse Korrelation mit den verschiedenen Parametern auf.

Abstract:
The weathering of limestone, frequently employed as stone for buildings and monuments, has been studied in a five years exposure program. The experiments were carried out at six sites in Western- and Southern Germany, covering the spectrum of the Middle European climate and immission situations. Pelmicrosparitic limestone from Kehlheim (KK)/Bavaria was used as sample material, sandstone from Obernkirchen (OKS)/Lower Saxonie served as a reference material of high weathering resistance. Stone slaps of 50 x 50 x 5 mm in size were exposed either sheltered against rain (dry exposure) or freely exposed to weather (wet exposure). The dry exposed limestone samples gained all considerably in mass during exposure. Chemical analyses yielded amounts of sulfur or gypsum respectively which persistently exceeded the mass gain! Analyses of the chemically inert OKS-samples also yielded considerable amounts of gypsum which are deposits from exogene sources. Detailed analysis of the limestone data revealed a number of partial processes, such as deposition of exogene gypsum, formation of authigene gypsum, grain loss and deposition of nonsulfatic dust, which has also been determined quantitatively. Wet exposed OKS showed almost no changes in mass due to its excellent weathering resistivity. In contrast, KK exhibited considerable mass losses to be attributed to various partial processes, such as formation and consequent solution of gypum, carbonate solubility and grain loss. Analysis of the damaging chemical components showed only low and scattering values due to rain eluation. Integral damage functions for dry and wet exposed KK have been derived. Synopsis of the different partial processes active at the different kinds of exposure revealed, in addition, correlations with various environmental parameters.


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