Deformation von Fassadenplatten aus Marmor: Schadenskartierungen und gesteinstechnische Untersuchungen zur Verwitterungsdynamik von Marmorfassaden

Abstract

Die seit etwa vier Jahrzehnten dauernde Verwendung von Marmor als dünnplattige Fassadenverkleidung hat weltweit an zahlreichen Gebäuden zu Problemen mit der Langzeitstabilität solcher Fassaden geführt. Das dabei oft auftretende Phänomen des Verbiegens von Marmorplatten geht mit einer Materialentfestigung einher, was langfristig die Sanierung der betroffenen Fassaden zur Folge hat und mittlerweile ein Imageproblem für den Werkstoff Marmor darstellt. Die bislang vorhandenen Kenntnisse zu den Ursachen dieser speziellen Form der Marmorverwitterung beschränken sich meist auf Untersuchungen an Carrara Marmor und auf die Wirkung einzelner Faktoren. In der vorliegenden Arbeit wurde der kombinierte Einfluss von umweltbedingten (extrinsischen) und materialspezifischen (intrinsischen) Parametern untersucht. Ihr Wirkungsgrad wird am Beispiel von vier Schadenskartierungen an Marmorfassaden aufgezeigt. Der Schwerpunkt liegt auf dem Einfluss des Mikrogefüges auf die Schadensdynamik von Fassadenmarmor unter besonderer Berücksichtigung der Feuchtigkeit als essentieller Klimafaktor. Basis für die Charakterisierung und Interpretation des Verwitterungsprozesses ist die Erfassung von petrographischen, gefügekundlichen und petrophysikalischen Eigenschaften an bruchfrischen und künstlich verwitterten Marmorproben sowie an demontierten Fassadenplatten unterschiedlicher Vorschädigung von den untersuchten Marmorfassaden. Dazu wurden insgesamt 13 verschiedene Marmore mit sehr verschiedenen Gefügeeigenschaften aus Portugal, der Schweiz, Schweden und Italien untersucht.Der Verwitterungsprozess wird durch eine thermohygrisch gesteuerte Mikrorissbildung vorangetrieben. Die anisotropen Dehnungseigenschaften der Hauptminerale Calcit und/oder Dolomit führen bei Temperaturänderungen wie Tag-Nacht-Wechseln zu Spannungen im Kornverband und letztlich zur Mikrorissbildung entlang von Gefügediskontinuitäten wie Korngrenzen, Spaltflächen oder präexistierenden Rissen. Die irreversible Restdehnung als Maß für die akkumulierte Mikrorissweitung schreitet bei kontinuierlichen Temperaturwechseln nur unter feuchten Bedingungen weiter fort. Die Verbiegung von Marmorplatten resultiert aus der Restdehnungsdifferenz zwischen Plattenvorder- und Rückseite. Diese Differenz wird mit progressiver Restdehnung größer, so dass die Verbiegung mit der Restdehnung korreliert. Die Anisotropie dieser beiden Deformationsparameter wird maßgeblich von der Textur (kristallographische Vorzugsorientierung) und von der Kornformregelung bestimmt, welche die Mikrorissregelung kontrollieren. In ähnlicher Weise trägt die Mikrorissregelung zur Anisotropie der Biegefestigkeit und der Kompressionswellengeschwindigkeit (Vp) als verwitterungssensible Kenngrößen bei. Die Verbiegung variiert ebenso wie die Biegefestigkeit in Abhängigkeit von der Schnittlage um bis zu Faktor 3. Die richtungsbedingten Unterschiede von Vp betragen bei verwitterten Marmoren bis zu 30 % und sind bei der Bewertung des Erhaltungszustandes zu berücksichtigen.Die Plattenverbiegung als Indikator für den Grad der Verwitterung geht mit einem Anstieg der Häufigkeit von Rissen sowie einer Veränderung der Porositätskennwerte und einer Reduzierung der mechanischen und elastischen Parameter einher. Sie hängt neben dem Mikrogefüge von äußeren Einflüssen wie der Exposition (Himmelsrichtung, Höhe) und bauphysikalischen Besonderheiten ab, welche sich auf den Feuchtegradienten in den Platten als eigentlichen Einflussparameter auswirken.Beispielhaft durchgeführte Vergleichsmessungen an der Fassade der Universitätsbibliothek in Göttingen über einen Zeitraum von drei Jahren sowie Verwitterungssimulationstests am dortigen Fassadenmarmor lassen ein ungebrochenes Fortschreiten der Plattenverbiegung erkennen. Das Wissen um den zeitlichen Verlauf der Verbiegung und deren Korrelation mit der Entfestigung kann als Basis für Prognosen zur Standsicherheitsbewertung von geschädigten Marmorfassaden herangezogen werden.