Keramische Baustoffe – von den Anfängen bis zur Industrialisierung.
Die erste zielgerichtete Ziegelherstellung und deren Verwendung für Bauwerke ist seit ca. 4000 Jahren v. Chr. aus Mesopotamien bekannt. Während in der Antike dieses Baumaterial weniger eingesetzt wurde, erlangte Ziegel zu römischer Zeit wieder größere Bedeutung, wenn auch vorwiegend für militärische Bauten.
Bis zum Ende des Mittelalters sind schließlich wieder nur wenige bedeutende Ziegelbauwerke bekannt. Danach ist die Backsteingotik für die Ziegelbaukunst in Nord- und Mitteleuropa ein prägnanter Begriff.
Viele Sakralbauten, aber auch Rathäuser, vor allem in den Hansestädten, wurden in Ziegelbauweise errichtet.
Die Ziegeloberflächen wurden für die Fassadengestaltung durch Engoben oder Glasuren veredelt. Durch Formteile wurden Ornamente geschaffen. Mit Beginn der Industrialisierung fanden Ziegel auch für den Bau von Fabriken, technischen Betriebsgebäuden und Brücken Verwendung, was wiederum aus dem Technologiefortschritt in der Ziegelproduktion resultierte.
Im Unterschied zu Naturwerksteinen hat die Produktionstechnik entscheidenden Einfluss auf die Ziegelbeständigkeit. Aufgrund der vergleichsweise kleinformatigen Steine und dem damit viel größeren Fugenanteil kommt auch dem Mauerwerksverbund eine wesentlich stärkere Bedeutung zu als bei typischen Natursteinfassaden.
Zusammensetzung und Gefüge grobkeramischer Baumaterialien
Ziegel bestehen aus dem Feinanteil in Form von Ton bzw. Lehm, der bei höher gebrannter, versinterter und verglaster Keramik auch als Matrix bezeichnet wird, und der Magerung, unter der im keramischen Sprachgebrauch die gröberen Kornanteile wie Quarz, Feldspäte und Glimmer zusammengefasst werden.
Diese Bestandteile nehmen an den chemischen Reaktionen während des Brennprozesses nicht oder nur in begrenztem Maß teil. Einfluss auf das Gefüge, welches Maßstab für die Verwitterungsbeständigkeit ist, haben:
Unter dem Begriff Brandführung ist die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit, oxidierende und/oder reduzierende Ofenatmosphäre zu verstehen. Damit kann z. B. verbunden sein, ob der orange Ziegel, dessen Farbe aus der Oxidation der Eisenbestandteile zu Hämatit resultiert, einen schwarzen Kern besitzt, in welchem das Eisen aufgrund der reduzierenden Bedingungen als Magnetit vorliegt.
Forschungsergebnisse belegen, dass die Brenntemperaturen in den Anfängen der Ziegelherstellung nur bei 550–600°C lagen, während heute sogenannte Klinker oder Hartbranntziegel bis zur Sinterung gebrannt werden und die Matrix vollständig verglast ist – mit einem nur geringen Gesamtporenvolumen sowie wenigen durchgängigen Poren.
Demgegenüber zeigen bei niedrigen Temperaturen gebrannte Ziegel eine hohe Porosität. Ist der Tonmineralanteil durch den Brennprozess nur wenig verändert, kann im Extremfall sogar noch eine Hygrische Quellfähigkeit gegeben sein.
Erst seit der industriellen Ziegelproduktion ist es möglich, einheitliche Ofentemperaturen zu erzielen. In den mittelalterlichen Feldbrandöfen war die Ofentemperaturverteilung sehr ungleichmäßig.
Die Temperatur nahm mit zunehmender Entfernung von der Befeuerung ab, woraus sich eine große Variationsbreite des Ziegelgefüges ergab. Dies hat entscheidenden Einfluss auf die Verwitterungsbeständigkeit.
Historische Verwendung von Fugenmörtel an Ziegelbauwerken
Die Art des Fugenmörtels ist historisch stark durch lokale Rohstoffvorkommen geprägt. Für mittelalterliche Ziegelbauwerke in Mitteleuropa wurde in erster Linie Kalkmörtel eingesetzt, wobei der Branntkalk vorwiegend trocken gelöscht wurde.
Dadurch sind in dem Fugenmörtel Kalkspatzen enthalten. Gelegentliche Verunreinigungen durch Tonminerale führen zusätzlich zur karbonatischen Erhärtung und zu geringen hydraulischen Bindungs anteilen. Durch die vielen an die Salzstöcke gebundenen Gipsvorkommen, wurde Gips auch lokal als Fugenmörtel verwendet.
Mit der Entwicklung von Zement änderte sich die Zusammensetzung der Fugenmörtel, wobei in der Anfangsphase häufig sehr bindemittelreiche Mörtel eingesetzt wurden.
Verbund Ziegel/Fugenmörtel
Bei der Schadensanalyse von Ziegelmauerwerk sind nicht nur die Ziegel selbst zu betrachten, sondern stets auch der Verbund zwischen Fugenmörtel und Ziegelstein.
Nur ein intakter Verbund gewährleistet langfristig die Erhaltung eines Baudenkmals. Dies setzt optimal aufeinander abgestimmte Materialien voraus. Da der Originalziegel erhalten werden soll, müssen die Eigenschaften des Fugenmörtels, unter Berücksichtigung der denkmalpflegerischen Zielstellung, auf den Ziegel eingestellt werden.
Schäden an Ziegelmauerwerk
- Schalenbildungen
- Abschuppungen
- Abmehlungen
- Blasenbildungen
- Rissbildungen
- Schwärzungen
- Krustenbildungen
- Salzausblühungen
- Algenbewuchs/Biofilme
Stets ist auch der Zustand des Fugenmörtels festzuhalten. Charakteristische Merkmale sind dabei:
- Risse im Fugenmörtel
- Fugenflankenabrisse
- Absanden
- Herausdrücken von Fugen
- Salzausblühungen
- Verschmutzungen
- Krustenbildungen
Die Schadensursachen können rohstoff- oder herstellungsbedingt sein. Die jeweiligen bauwerksspezifischen Gegebenheiten oder auch die anthropogen induzierte Schadstoffbelastung der Luft können zur Schädigung beitragen.
Dabei kommt Wasser selbst, durch Gefrieren im Porenraum und auch als Transportmedium für Salze, wie auch bei sämtlichen porösen Baustoffen, die zentrale Bedeutung zu. Durch Temperaturwechsel wird vor allem der Verbund zwischen Ziegel und Fugenmörtel beansprucht.
Bauzustandsanalyse/Instandsetzungskonzept
Um geschädigtes Ziegelmauerwerk zu konservieren/restaurieren, sind zunächst die Schadens ursachen zu klären. Auf Basis einer Inaugenscheinnahme des Objektes und einer ersten, darauf basierenden Bewertung des Schadensbildes wird festgelegt, welche Probenentnahme und Untersuchungen vor Ort und im Labor durchzuführen sind. Die Interpretation der Untersuchungsergebnisse führt zur Erstellung eines Instandsetzungskonzeptes.
In Abhängigkeit von den verwendeten Ziegeln treten die Schäden sowohl an den Ziegeln und den Fugenmörteln auf oder konzentrieren sich auf das Fugennetz. Bei Ziegeln kann die Konservierung/Restaurierung folgende Maßnahmen umfassen:
Festigung der rückgewitterten Oberfläche/Wiederherstellung der rückgewitterten Oberfläche
Liegen starke Salzausblühungen vor bzw. wurden hohe Salzgehalte im Tiefenprofil im Mauerwerk nachgewiesen:
Es kann aber auch die Situation gegeben sein, dass bereits zur Bauzeit der falsche Fugenmörtel verwendet wurde.
Als sich Zement gegenüber Luftkalk als Bindemittel für Fugenmörtel durchsetzte, wurde das Zuschlag-/Bindemittelverhältnis häufig nach den tradierten Erfahrungen gewählt und damit entstanden aus technischer Sicht deutlich zu harte Fugenmörtel, was sich bei den zu der Zeit in der Regel verwendeten weichen Mörteln negativ auswirkte.
Für weiche Ziegel sollten auch weiche Fugenmörtel verwendet werden. Dagegen ist für Mauerwerk aus Hartbranntklinkern die Fugenflankenhaftung ein äußerst wichtiges Kriterium. Aus den Beispielen wird die Notwendigkeit von differenzierten, auf die bauwerksspezifischen Erfordernisse abzustimmende Fugenmörtel erkennbar.
