Johannes Weber, Wolfram Köhler

ZERSTÖRUNGSFREIE UNTERSUCHUNGSMETHODEN AN STEINDENKMÄLERN

The article gives a short survey of non-destructive methods of measurement and testing in the field of stone and similar materials. It is focussed not only on high-technology methods and their potentials, but also on very basic means of investigation. The advantages of non- or low-destructive measurements in general are critically discussed, as well as the aspect of their acceptance by those who actually perform restoration and conservation.


Inhaltsverzeichnis:

Infrarotthermographie/Infrarotreflektographie
Mikroskopische Infrarotthermographie (pulsed video thermography)
UV-Fotografie, UV-Fluoreszenzphotographie, UV-Beobachtung
Farbmessung
Glanzmessung
Beaufschlagung mit flüssigen und gasförmigen Medien und Beobachtung der Wechselwirkungen
Flüssigkeitsaufnahme nach Karsten
Messung der Gleichgewichtsfeuchte
Mikromonitoring in Verbindung mit Klimazyklen in-situ
Elektrische Untersuchungsverfahren
Feuchtemessung durch elektrischen Widerstand
Dielektrische Feuchtemessung
Chemische Analysenverfahren
Salztest an Oberflächen
Salzanalyse an Proben
Analyse leicht extrahierbarer Substanzen
Feuchtebestimmung mittels Calciumcarbid (CM-Methode)
sonstige physikalische und mechanische Verfahren
optische Rauhigkeitsmessung
Oberflächentemperaturmessung
Taupunktmessung
Oberflächenultraschall
Messung der Bohrhärte
Tiefenstrukturverfahren (Verfahren, deren Aussage sich vorwiegend auf die Klärung der inneren Objektstrukturen und deren Zustand bezieht) oder Tiefenverfahren (Verfahren, deren Aussage sich vorwiegend auf den Objektzustand in größeren Tiefen bezieht)
akustische Verfahren
Ultraschallungsverfahren-Durchschallung
Schallemissionsverfahren
Reflexionsverfahren-Impact Echo
Reflexionsseismik in der Bodenerkundung
Radarverfahren
Georadar
Mikroradar
weitere magnetische und elektromagnetische Verfahren
sonstige physikalische Verfahren
Schlußbemerkung

1. Einleitung

Wenn man von zerstörungsfreien bzw. zerstörungsarmen Untersuchungen an Stein und steinartiger Substanz in der Denkmalpflege spricht, ist es sinnvoll, zwischen kleinen und transportablen Objekten, die als ganzes im Labor untersucht werden können, und unbeweglichen Großskulpturen bzw. Bauteilen zu unterscheiden. Untersuchungen an der letzteren Objektkategorie erfordern mobile Methoden und Geräte, wodurch eine Reihe gängiger Labormethoden nicht zum Einsatz kommen kann.

Der Vorteil zerstörungsfreier Meß- und Prüfverfahren liegt auf der Hand: sie ermöglichen die Untersuchung größerer Objektbereiche bzw. einer größeren Anzahl von Meßpunkten als dies bei Beprobung möglich wäre. Dadurch erhöht sich die Chance der Repräsentativität der Ergebnisse, d.h. daß der Einsatz von zerstörungsfreien Methoden in der Regel eine höhere Wahrscheinlichkeit, den tatsächlichen Zustand des Gegenstandes erfassen zu können, mit sich bringt. Dabei erzeugen die Messungen vor allem eine Abbildung der allgemeinen Struktur eines Objektes, das von konstruktiven Elementen und Schadenszuständen im Inneren geprägt ist.

Gerade die tägliche Untersuchungspraxis von Stein- und Architekturdenkmalen zeigt, wie kritisch der Faktor der Repräsentativität bei der Beprobung ist. Während zerstörungsfreie Verfahren also im allgemeinen signifikantere Aussagen treffen können bzw. können sollten, sind sie bezüglich der erzielbaren Meßgenauigkeit in vielen Fallen den klassischen Analysemethoden unterlegen. Die meisten zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden, vor allem die bildgebenden Verfahren, liefern keine absoluten Meßwerte, sondern vielmehr relative Zustandsbilder und müssen mit den klassischen Analysenmethoden geeicht werden. Die Echung kann jedoch häufig im Labor an Proben erfolgen, die keinem Denkmal entnommen werden müssen oder ohnedies als Ausbaumaterial aus dem Objekt entfernt worden sind.

Mit dem oben gesagten ist bereits angedeutet, daß zerstörungsfreie Untersuchungen und solche, die auf Probenahme basieren, einander ergänzen können und sollen. Für den erfolgreichen Einsatz aller Methoden ist dabei die Beachtung aller kunsthistorischer und technologischer Kenntnisse sowie eine möglichst genaue und fachkundige visuelle Vorbegutachtung ausschlaggebend.

Zerstörungsfrei ist nicht unbedingt gleichbedeutend mit hochtechnologisch: so kann die Anlage von richtig ausgewählten Testflächen durch den Restaurator in vielen Fällen bereits alle relevanten Fragen zum Materialaufbau und zur Konservierbarkeit ausreichend gut und "zerstörungsfrei" beantworten. Aber auch bei der messenden Betätigung am Objekt ist neben Fachwissen Phantasie gefragt: Mikroklimamessungen in dicht auf die Objektoberfläche aufgebrachten Kapseln können auf einfache Weise Aussagen über deren Hygroskopizität liefern, und die Messung der Wasseraufnahme mittels Prüfröhrchen ist bekannt und erprobt, ebenso wie die - zerstörungsarme - Ermittlung von Festigkeitsgradienten mittels Bohrwiderstandsmessungen.

Ein Teil der zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden basiert jedoch auf technologisch komplizierten und aufwendigen Verfahren, die zu einem guten Teil einem wirtschaftlich bedeutenderem Fachgebiet zu verdanken sind, nämlich der medizinischen Diagnostik. So sind inzwischen dreidimensionale Einblicke in den Menschen mittels Computertomographie eine Routinemethode, die auch die Wünsche des Restaurators nach Einblicken in das Denkmal wecken und zum Maßstab machen. Tatsächlich gibt es auch in der Denkmalpflegeforschung schon Verfahren, die dies leisten, aber aus Mittelknappheit nur sehr langsam so weiterentwickelt werden können, daß sie eines Tages zur bezahlbaren Routinemethode in der täglichen restauratorischen Praxis werden.

Das Feld der Möglichkeiten sowohl zum verbesserten Einsatz bestehender als auch zur Adaptierung weiterer Prüf- und Analyseverfahren ist groß. Doch auch schon heute gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher zerstörungsfreier Untersuchungsmethoden, die richtig eingesetzt und kombiniert einen wertvollen Beitrag zur materialschonenden Untersuchung von Denkmalen leisten können. Vielfach sind die Möglichkeiten und Grenzen dieser Untersuchungsmethoden nur in spezialisierten wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht und daher nicht allen Restauratoren zugänglich.

Der vorliegende Artikel will versuchen, die wichtigsten der derzeit verfügbaren Methoden kritisch zu werten und mögliche Neuentwicklungen aufzuzeigen, ohne dabei jedoch den Anspruch auf Vollständigkeit erheben zu können.

2. Interessierende Parameter

Im Prinzip kann jede materialbezogene Kenngröße, die den mechanischen, physikalischen oder chemischen Zustand eines Objekts bzw. seiner unmittelbaren Umgebung beschreibt, für die Konservierung von Interesse sein. Dies gilt ebenso für Informationen, die sich auf die Herstellung und Fertigung sowie spätere Veränderungen beziehen. Letzterer Fragenkomplex bezieht sich bei Steinskulpturen in der Regel auf die Herkunft und das Alter, auf Farbfassungen und frühere Konservierbehandlungen, sowie auf Ausbesserungen und Armierungen. Bei Architekturdenkmalen ergeben sich hingegen meist konstruktionsbezogene Fragen nach der Fundamentierung und dem Aufbau von Mauern und Gewölben, sowie nach der Fertigung und allfälligen Ausschmückung der Oberflächen.

Die im Zusammenhang mit der Konservierung und Restaurierung wichtigsten naturwissenschaftlich-technischen Materialparameter sind die folgenden:

  • mechanische Festigkeit; da der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Kennwerten (Druck-, Biegezug-, Abriebfestigkeit usw.) und der Haltbarkeit bzw. Konservierbarkeit von Stein für viele Materialien noch nicht ausreichend bekannt ist, um Zahlenwerte sinnvoll interpretieren zu können, kann und muß man sich in den meisten Fallen mit Verfahren begnügen, die mechanische Zustände ohne eindeutige Zuordnung zu obigen Festigkeitsparametern erfassen. Von besonderer Bedeutung ist hingegen die Möglichkeit, Tiefengradienten messen und Inhomogenitäten wie Hohlräume und Risse aufspüren zu können.

  • physikalische Zustande, d.h. im einzelnen folgende Kenngrößen: Porosität, kapillare Aufnahmefähigkeit für Wasser und Lösungen, aktueller Feuchtigkeitsgehalt, Salzgehalt und Materialtemperatur; diese Parameter können, so wie auch die mechanische Festigkeit, signifikante Tiefengradienten aufweisen. Hingegen sind Rauhigkeit, Farbe und Politur bzw. Glanz allgemein physikalische Merkmale, die sich auf die Oberfläche beschränken, auch wenn sie z.T. ursächlich nicht vom Zustand tieferer Schichten zu trennen sind. Besonders der Makro- und Mikromorphologie der Oberfläche, die mit optischen Methoden erfaßt und gegebenenfalls numerisch ausgewertet werden kann, kommt in diesem Zusammenhang Bedeutung zu. Ebenso ist das Auftreten von Oberflächenbenetzung zu den physikalischen Zuständen zu zählen.

  • chemisch und mineralogische Parameter werden bei mineralischen Stoffen üblicherweise an Proben bestimmt. Lösliche Anteile, die in der Regel auf Verwitterung oder Konservierbehandlung zurückgehen, können jedoch vom Objekt selbst extrahiert und auf diese Weise bestimmt werden. Das betrifft Salze, aber auch organische Substanzen, sofern sie mit entsprechenden Lösemitteln extrahierbar sind. Ein gewisser Nachteil solcher Methoden liegt darin, daß sie die Stoffe selektiv nach ihrer Löslichkeit erfassen und daß zudem die stets vorhandenen Konzentrationsgradienten nicht bewertet werden können.

3. Untersuchungsmethoden

3.1. Traditionelle Untersuchungsmethoden

Sinneswahrnehmungen

Die traditionellen Untersuchungsmethoden, die sich an den Wahrnehmungsmöglichkeiten der Sinnesorgane, ergänzt durch einfache technische Hilfsmittel, orientieren, sollten die Grundlage jeder Material- und Zustandsbefundung bilden. Mit ausreichender Disziplin in der Detailwahrnehmung und mit genügender Erfahrung werden sie in vielen Fallen ausreichende Informationen über das Objekt liefern. Dabei erweist sich eine maßgenaue Befunddokumentation, also eine "Kartierung" von zu definierenden Wahrnehmungskategorien, als hilfreicher Zwang zur genauen Zustandsprüfung. Selbstverständlich ist der Charakter einer solchen Befundung stets ein subjektiver, interpretierend wertender. Es ist hier jedoch anzumerken, daß auch die Ergebnisauswertung der meisten modernen instrumentellen Prüfverfahren nicht vollständig objektivierbar ist. Wie bei den Methoden der Sinneswahrnehmung ist auch bei diesen ein Interpretationsspielraum gegeben, der durch die objekt- und methodenbezogenen Unsicherheiten, die Erfahrung des Bearbeiters und die Verfügbarkeit von Zusatzinformationen zum Objekt definiert ist.

Der Einsatz der Sinnesorgane beginnt gewöhnlich mit der

  • Inaugenscheinnahme (Erfassung sämtlicher sichtbarer Oberflachenphänomene, eventuell bei verschiedenen Beleuchtungswinkeln und unter Zuhilfenahme von Lupen oder in-situ Mikroskopen) und führt oft zum

  • Betasten der Oberfläche (möglichst zerstörungsarme Methode zur Bewertung der Festigkeit, Rauhigkeit oder Feuchtigkeit, eventuell unter Zuhilfenahme von Pinseln zur Kohäsionsprüfung), weiters zur

  • Klangprobe mittels Abklopfen (Lokalisierung von Hohlstellen), und manchmal zum

  • Kosten mit der Zunge (Bewertung des Tongehaltes oder von Salzausblühungen; letzteres kann durch Aufdrücken eines vorgenäßten Salzteststreifens präzisiert werden).

Die Summe der derart gewonnenen Informationen bezieht sich zu einem Großteil auf die unmittelbare Oberfläche des Objekts, wobei Rückschlüsse auf Zustande in tieferen Zonen in unterschiedlichem Ausmaß möglich sind.

3.2. Instrumentelle Prüf- und Untersuchungsmethoden

Instrumentelle Untersuchungsverfahren sollten somit weitgehend den vier folgenden Anforderungen genügen:

  • Zerstörungsfreiheit
  • Erfassung von Oberflachenphanomenen, die mit den Sinnesorganen nicht wahrnehmbar sind, oder
  • Erfassung von Material- oder Zustandsparametern im Objektinneren;
  • objektivier- und reproduzierbare Ergebnisdarstellung in Form von Meßwerten oder Bildern.

Im folgenden werden die wichtigsten zerstörungsfreien oder -armen Methoden, die z.Z. zur Untersuchung von Steinobjekten oder Architekturoberflächen in mehr oder weniger bewährter Weise eingesetzt werden, in schematischer Form dargestellt. Die Reihenfolge richtet sich nach untersuchungstechnischen Prinzipien, nicht nach den zu erfassenden Kenngrößen. Es muß darauf hingewiesen werden, daß bei der Vielzahl der möglichen Methoden die Auflistung nicht vollständig sein kann.

Die Forderung der Zerstörungsfreiheit wird von Verfahren, die das Spektrum der elektromagnetischen Wellen (sichtbares Licht, infrarotes und ultraviolettes Licht, Radar, Röntgen usw.) zu Meßzwecken verwendet, am ehesten erfüllt.

Weitere Verfahren verwenden mikromechanische Wellen (Ultraschall), die das Denkmal selbst nicht schädigen oder "probeweise" Belastungen weit unter der Schädigungsgrenze mit Medien (Wasser oder Gas), um das Verhalten des Objektes gegenüber diesen Medien zu beobachten.

3.2.1 Oberflächenverfahren (Verfahren, deren Aussage sich vorwiegend auf den Zustand der Oberfläche bzw. oberflächennaher Schichten bezieht)

3.2.1.1 optische Verfahren zur Beobachtung im sichtbaren und unsichtbaren Wellenlängenbereich

Photographie, Makrophotographie, In-situ Mikroskopie, Videomikroskopie, Endoskopie, "Mikromonitoring"


Meßprinzip: Abbildung von Objektoberflächen bzw. deren Details in verschiedenen Vergrößerungen, mit unterschiedlichen Lichtquellen und Beleuchtungswinkeln
Verfahren: direktes Meßverfahren, berührungsfrei
Meßgröße: Reflexionsvermögen und Farbwert von Oberflächen im sichtbaren Wellenlängenbereich
Auswertung: Archivierung; qualitative und halbquantitative Beurteilung von Phänomenen; ev. numerische Quantifizierung durch Bilddigitalisierung und Bildanalyse
Material: alle Materialien, jedoch bevorzugt unpolierte Oberflächen
Voraussetzungen: Zugänglichkeit und ausreichend starre Befestigungsmöglichkeit für Stative o.a.; bei Wiederholungsaufnahmen von Details Reproduzierbarkeit der Aufnahmebedingungen
Aussagemöglichkeiten: aktuelle Erfassung des sichtbaren Zustandes, räumliche oder zeitliche Veränderung der erfaßbaren Phänomene; Oberflachenkorrosion und -deposition, Salzausblühungen
Aufwand: sehr abhängig von der gewählten Methode, v.a. bei starker vergrößernden Abbildungen aufwendig
Wertung: bei geeigneter Wahl der Aufnahmebedingungen und der Objektdetails sehr gute Eignung zur Erfassung relevanter Oberflachenphänomene sowie deren Verbreitung und zeitliche Entwicklung
Potentiale: die Verbesserung der Möglichkeiten der elektronischen Aufzeichnung von Bildern wird bald eine ähnliche Bedeutung wie die klassische Filmphotographie erlangen und die Auswertungs- und Archivierungsmöglichkeiten erweitern


Infrarotthermographie/Infrarotreflektographie

Meßprinzip: bildgebende Messung der Infrarot-Strahlungsverteilung einer Oberfläche als Funktion ihrer Temperatur; Infrarotreflektographie: Bestrahlung der Oberfläche mit ausgewählten Frequenzbereichen und Messung der Reflexion wie oben
Verfahren: direktes Meßverfahren, berührungsfrei
Meßgröße: Wellenlänge der Infrarotstrahlung in Funktion von Raum und/oder Zeit
Auswertung: bildhafte Darstellung
Material: vorwiegend Mauerwerk, auch Skulptur denkbar
Voraussetzungen: Abschirmung von Witterungseinflüssen bzw. gezieltes Ausnutzen von Sonneneinstrahlung
Aussagemöglichkeiten: Lokalisierung von oberflachennahen Materialinhomogenitäten (Einbauten im Mauerwerk u.a.) und Feuchtequellen
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: bei Vorliegen zusätzlicher Informationen über die untersuchte Struktur gute Eignung für Überblicksuntersuchungen zur Erfassung der Makrostruktur eines Objekts
Potentiale: bei Kenntnis bestimmter Materialkennwerte als Bestimmungsmethode des absoluten Feuchtegehalts sowie u.U. zum Nachweis von oberflächlichen Salzanreicherungen ausbaufähig


Mikroskopische Infrarotthermographie (pulsed video thermography)

Meßprinzip: Sonderform der Infrarotreflektographie: kurzzeitige Erwärmung der Oberfläche durch Lichtimpuls und hochauflösende Registrierung der Infrarotstrahlung als Funktion der Strahlungsreflexion/-absorption der Meßfläche
Verfahren: direktes Meßverfahren, berührungsfrei
Meßgröße: Intensität der lang- bzw. kurzwelligen Infrarotstrahlung in Funktion von Raum und Zeit
Auswertung: bildhafte Darstellung
Material: praktisch alle ausreichend homogenen Baustoffe
Voraussetzungen: Rahmenbedingungen nicht genau bekannt
Aussagemöglichkeiten: Detektion von oberflachennahen Materialdefekten wie Hohlstellen o.a.
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: prinzipiell sehr gute Eignung für die flächenhafte Untersuchung im Hinblick auf kleindimensionierte verdeckte Schadenszonen; der Einsatz in-situ befindet sich im Entwicklungsstadium
Potentiale: bei entsprechendem Entwicklungseinsatz gute Möglichkeit zur Detektion verschiedenster Zerstorungsphänomene an Stein- und Putzflachen


UV-Fotografie, UV-Fluoreszenzphotographie, UV-Beobachtung

Meßprinzip: Beleuchtung mit ultraviolettem Licht und Beobachtung bzw. Abbildung von Objektoberflächen bzw. deren Details in verschiedenen Vergrößerungen mit Hilfe von UV-Filtern oder UV-empfindlichen Photomaterialien
Verfahren: direktes Meßverfahren
Meßgröße: Reflexionsvermögen von Oberflächen im ultravioletten Wellenlängenbereich des Lichtes
Auswertung: Archivierung; qualitative und halbquantitative Beurteilung von Phänomenen; ev. numerische Quantifizierung durch Bilddigitalisierung und Bildanalyse
Material: alle Materialien, jedoch bevorzugt unpolierte Oberflächen
Voraussetzungen: Zugänglichkeit und ausreichend starre Befestigungsmöglichkeit für Stative o.a.; bei Wiederholungsaufnahmen von Details Reproduzierbarkeit der Aufnahmebedingungen
Aussagemöglichkeiten: Lokalisierung von Mikroorganismen, organischen Zusätzen oder Korrosionsprodukten, großflächige Verteilung fluoreszierender Malmaterialien (Firnis u.a.)
Aufwand: sehr abhängig von der gewählten Methode, v.a. bei starker vergrößernden Abbildungen aufwendig
Wertung: bei geeigneter Wahl der Aufnahmebedingungen und der Objektdetails Eignung zur Erfassung relevanter Oberflachenphänomene sowie deren Verbreitung
Potentiale: die UV-Methoden sind in der Praxis häufig unterbewertet und können im Zusammenhang mit der elektronischen Bildbearbeitung vor allem zur sinnvollen Ergänzung mit IR- und normalen photographischen Methoden zu einer maßgeblichen Erweiterung der Aussagefähigkeit großflächigen optischen Untersuchungen beitragen


Farbmessung

Meßprinzip: Messung der nach Farbkomponenten aufgetrennten diffusen Reflexion einer mit Normlichtart bestrahlten Meßfläche im Größenbereich von cm2 (gewöhnlich nach dem "Dreibereichsverfahren")
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Oberflächenberührung
Meßgröße: Objektfarbe in Form numerischer Farbwerte
Auswertung: rechnerisch (automatisiert) bezogen auf Weißstandard, gemäß Farbnormen der Industrie
Material: alle kompakten oder pulverförmigen Materialien
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßfläche; ebene Meßfläche mit möglichst einheitlicher Farbe; bei Wiederholungsmessungen: reproduzierbare Meßpositionierung
Aussagemöglichkeiten: Objektivierung von Farben; insbesondere von Veränderungen durch restauratorische Maßnahmen, Umwelteinflüsse oder Ausblühungen
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: i.F. vergleichender Wiederholungsmessungen bewahrte Methode zur Beurteilung von Farbvertiefungen durch Konservierbehandlung, von Bleichungs- oder Verschmutzungsvorgängen, etc.; von Bedeutung ist die richtige Auswahl von Meßpunkten und deren exakte Markierung
Potentiale: kein besonderes Entwicklungspotential


Glanzmessung

Meßprinzip: Messung der Intensität der gerichteten Lichtreflexion unter einem definierten Beleuchtungswinkel
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Oberflächenberührung
Meßgröße: Oberflächenglanz in Form numerischer Werte
Auswertung: rechnerisch (automatisiert) bezogen auf Glanzstandard gemäß Industrienormen
Material: alle Materialien mit ebener und mehr oder weniger glatter Oberfläche
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßfläche; ebene Meßfläche; bei Wiederholungsmessungen: reproduzierbare Meßpositionierung und -orientierung
Aussagemöglichkeiten: bei Wiederholungsmessungen unter standardisierten Bedingungen Quantifizierung des Politurverlustes von Oberflächen bzw. der Zunahme des Glanzes durch restauratorische Maßnahmen; u.U. Detektion von Pinselauftragsrichtungen durch gerichteten Glanz;
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: s. Farbmessung
Potentiale: s. Farbmessung


3.2.1.2 Beaufschlagung mit flüssigen und gasförmigen Medien und Beobachtung der Wechselwirkungen



Flüssigkeitsaufnahme nach Karsten

Meßprinzip: Messung der Eindringrate von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit über eine definierte Meßfläche der Stein- bzw. Bauwerksoberfläche
Verfahren: direktes Meßverfahren mit Oberflächenberührung und -benetzung
Meßgröße: eindringendes Flüssigkeitsvolumen pro Zeit- und Flächeneinheit
Auswertung: Direktablesung; Berechnung des W-Wertes
Material: poröse, wasserunempfindliche Materialien mit annähernd vertikaler oder horizontaler, ebener Oberfläche
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßfläche; ebene Meßfläche frei von lose anhaftenden Belägen; annähernd konstante Temperaturbedingungen über den Meßverlauf
Aussagemöglichkeiten: Abschätzung des Saugverhaltens für Wasser oder Imprägnierlösungen; Bewertung der Wirksamkeit von Hydrophobierungen oder deren Abbau durch Alterung
Aufwand: geringer Aufwand
Wertung: bewährte und einfache Methode zur Beurteilung der Saugfähigkeit von Materialoberflachen; Ergebnisse sollten durch Messung an mehreren ausgewählten Punkten statistisch abgesichert werden; infolge der Durchfeuchtung bzw. durch die Dichtmasse können lokal kleinere Schaden entstehen
Potentiale: kein besonderes Entwicklungspotential


Messung der Gleichgewichtsfeuchte

Meßprinzip: Messung der Luftfeuchtigkeit, die sich in einem geschlossenen Luftvolumen über der Meßfläche bzw. im Bohrloch einstellt
Verfahren: direktes Meßverfahren mit Oberflächenberührung
Meßgröße: relative Luftfeuchte, ev. auch Lufttemperatur
Auswertung: Ablesung vor Ort oder aus elektronischem Datenspeicher
Material: salz- bzw. feuchtigkeitsbelastete Materialien, v.a. Mauerwerk
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßfläche; ebene Meßfläche mit Möglichkeit der Fixierung einer dichten Kapsel aus Acrylglas o.a., bzw. Herstellung eines Bohrlochs
Aussagemöglichkeiten: Rückschlüsse auf den hygroskopischen Bereich von Salzmischungen auf oder an der Oberfläche bzw. in der jeweiligen Bohrtiefe; bei Vorliegen von nichthygroskopischen Salzen: Abschätzng von jahreszeitlichen Schwankungen der Feuchtefront in Mauern
Aufwand: geringer Aufwand, außer bei Kapselbefestigung auf sensiblen Oberflächen
Wertung: einfaches Meßprinzip mit hoher Relevanz für Fragen der Raumklimatisierung als stabilisierende Maßnahme für Handflächen; Randbedingungen und Grenzen der Aussagefähigkeit sind noch nicht ausreichend untersucht
Potentiale: bei weiterem Entwicklungsaufwand gute Chancen für Routinebetrieb


Mikromonitoring in Verbindung mit Klimazyklen in-situ

Meßprinzip:

Registrierung aller zerstörungsrelevanter mikromorphologischer Veränderungen der Testfläche unter veränderten bzw. schwankenden Klimabedingungen, die durch Beaufschlagung eines kontrollierten Mikroklimas in einem geschlossenen Luftvolumen über der Oberfläche herbeigeführt werden

Verfahren: direktes bzw. indirektes Meßverfahren mit oder ohne Oberflächenberührung
Meßgröße: abhängig vom gewählten Verfahren: alle erfaßbaren Vorgange oder Zustandsveränderungen
Auswertung: abhängig vom gewählten Verfahren (i.a. Bildsequenzen)
Material: Stein- oder Bauwerksoberflächen, vorwiegend Handflächen
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßfläche für die Untersuchungsanordnung, deren Größe und Ausstattung im Prinzip frei gewählt werden kann
Aussagemöglichkeiten: stark abhängig von den Randbedingungen wie Art und Zustand des Mauerwerks und der Handflächen, vom Klimazyklus und von den Monitoring-Methoden; im Prinzip können Art und Kinetik von Zerstörungsprozessen, die durch nachhaltige Veränderungen des Raumklimas zu erwarten waren, im Initialstadium studiert werden
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: infolge Kombination verschiedener Methoden derzeit technisch kompliziertes System im Versuchsstadium
Potentiale: hohes Potential für die Erforschung von Materialzerstörung; Routineeinsatz noch nicht absehbar



3.2.1.3 Elektrische Untersuchungsverfahren

Feuchtemessung durch elektrischen Widerstand

Meßprinzip: Abschätzung der Materialfeuchte durch Messung des elektrischen Widerstandes zwischen zwei Elektroden
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Oberflächenberührung
Meßgröße: elektrischer Widerstand
Auswertung: Direktablesung analog oder digital vor Ort
Material: mineralische Baustoffe, insbesondere Stein, Putz und Mauerwerk; Holz
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßstelle
Aussagemöglichkeiten: Abschätzung des Feuchtegehaltes in oberflachennahen Materialschichten; bei ausreichend dichtem Meßraster Lokalisierung von feuchten und/oder salzbelasteten Bereichen; der Meßwert wird durch gelöste Salze wesentlich beeinflußt
Aufwand: geringer Aufwand
Wertung: einfaches Verfahren für den Routinebetrieb mit wenig exakter, aber oft ausreichend signifikanter Aussage
Potentiale: vermutlich keine weiteren Entwicklungspotentiale


Dielektrische Feuchtemessung

Meßprinzip: Registrierung des Einflusses der hohen Dielektrizitätskonstante von Wasser auf die Sensorkapazität
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Oberflächenberührung
Meßgröße: Kapazitätsänderung zwischen 2 Kondensatorplatten im Vergleich zur trockenen Umgebung
Auswertung: geräteinterne Umrechnung in Feuchtegehalte, ev. nach vorheriger Eichung
Material: oberflächennahe Bereiche aller Baustoffe außer Metalle; Luft (Messungen der Luftfeuchte beruhen auf dem selben Prinzip)
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßstelle
Aussagemöglichkeiten: Abschätzung des Feuchtegehaltes in oberflachennahen Materialschichten; bei ausreichend dichtem Meßraster Lokalisierung von feuchten Bereichen
Aufwand: geringer Aufwand
Wertung: einfaches Verfahren für den Routinebetrieb mit wenig exakter, aber oft ausreichend signifikanter Aussage; bei hoher Materialfeuchte nimmt die Verläßlichkeit der Meßwerte ab
Potentiale: vermutlich keine weiteren Entwicklungspotentiale


3.2.1.4 Chemische Analysenverfahren

Salztest an Oberflächen

Meßprinzip: handelsübliche Teststreifen für die Sulfat- bzw. Nitratbestimmung in Wasser oder pH-Indikatorpapierstreifen werden leicht befeuchtet an die Objektoberfläche gedruckt. Die Ablesung erfolgt durch Beobachtung einer ev. Verfärbung
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Oberflächenberührung und -Befeuchtung
Meßgröße: Ionenkonzentration bzw. pH-Wert einer selektiv gelösten Oberflächenschicht
Auswertung: Ablesung analog vor Ort
Material: i.w. alle mineralischen Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Teststelle
Aussagemöglichkeiten: Nachweis des Auftretens von Sulfaten und Nitraten und Nitriten bzw. von alkalischen Bestandteilen (Alkalikarbonaten) an der Objektoberfläche; für Gips aufgrund dessen geringer Löslichkeit wenig signifikant
Aufwand: geringer Aufwand
Wertung: gute Eignung zur ersten Beurteilung, ob lösliche Salze an der Baustoffoberfläche vorhanden sind und welcher Art sie sind; Chloride können auf diese Weise nicht nachgewiesen werden; jedoch gibt es ähnliche Teststreifen für Calcium, Kalium und die Gesamthärte
Potentiale: u.U. Entwicklung entsprechender Chloridtests


Salzanalyse an Proben

Meßprinzip: die Probe (Kratzprobe oder Materialprobe, je nach Fragestellung und Beprobungsmöglichkeit) wird in dest. Wasser ausgelaugt. Für die Analyse von Anionen und beschrankt Kationen stehen verschiedene handelsübliche Schnelltests oder Laborverfahren zur Verfügung
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit geringer oder größerer Beprobungserfordernis
Meßgröße: Ionenkonzentration in der Salzlosung
Auswertung: rechnerische Bestimmung des Gehaltes von Salzionen in der Probe bei Kenntnis der Probeneinwaage und der zum Auslaugen verwendeten Wassermenge, u.U. vor Ort
Material: i.w. alle porösen mineralischen Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Teststelle, Beprobungsmöglichkeit
Aussagemöglichkeiten: quantitative oder halbquantitative Bestimmung des wasserlöslichen Anteils von: Sulfat, Nitrat, Chlorid, Calcium, Magnesium und Kalium. Bei der Interpretation ist zu beachten, daß Salzkonzentrationen meist starke Tiefengradienten aufweisen - die Probe sollte aus einer definierten Tiefe stammen; bei reinen Ausblühungssalzen ist eine qualitative Bestimmung (s. oben) meist zielführender
Aufwand: geringer bis erhöhter Aufwand
Wertung: bei geeigneter Wahl der Beprobungsstellen gute Eignung zur qualitativen und quantitativen Beurteilung des Salzsystems in Stein, Putz und Mauerwerk
Potentiale: div. technische Entwicklungsmoglichkeiten v.a. bezügl. schonender und definierter Beprobung


Analyse leicht extrahierbarer Substanzen

Meßprinzip: mit Kompressen vom Objekt extrahierte Substanzen werden nach Auslaugen des Kompressenmaterials qualitativ oder quantitativ analysiert; je nach Einsatz von wässerigen oder lösemittelhaltigen Kompressen können Salze oder organische Komponenten erfaßt werden, wobei die üblichen Analyseverfahren bzw. Schnelltests zur Anwendung kommen
Verfahren: direktes Meßverfahren mit Oberflächenberührung und -Benetzung
Meßgröße: Identifizierung und/oder Konzentration von Substanzen im Eluat; ev. pH.-Wert oder Leitfähigkeit des Eluats
Auswertung: abhängig vom Analyseverfahren; i.a. Berechnung der Salzionenkonzentration bezogen auf Baustoffoberfläche oder auf Kompressenmasse; tw. auch Ablesung vor Ort
Material: i.w. alle porösen mineralischen Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Teststelle; ausreichende Resistenz der Oberfläche gegen Benetzung mit der jeweiligen Flüssigkeit
Aussagemöglichkeiten: Nachweis von löslichen Substanzen in oberflachennahen Zonen des Baustoffs, wobei die Wahl des Lösemittels, die Dauer des Kompressenauftrages (bei leichtlöslichen Salzen genügt ein saugfähiges Papier mit wenigen Minuten Oberflächenkontakt) und der Grad der Löslichkeit eine große Rolle spielt. Eine Quantifizierung der gelösten Substanzen bezogen auf den Baustoff ist unmittelbar nicht möglich
Aufwand: geringer bis erhöhter Aufwand
Wertung: gute Eignung zur ersten Zustandsbeurteilung bzw. zur begleitenden Kontrolle von Entsalzungsmaßnahmen
Potentiale: durch geeignete Auftragsfolge unterschiedlicher Kompressen und gezielte Veränderung der Randbedingungen ist eine vollständigere Substanzerfassung möglich


Feuchtebestimmung mittels Calciumcarbid (CM-Methode)

Meßprinzip: Messung des Gasdrucks von Acetylen, das sich aus chemischer Reaktion zwischen freiem Wasser der Materialprobe und Calciumcarbid bildet
Verfahren: indirektes Meßverfahren mit Probenahme
Meßgröße: Gasdruck
Auswertung: Feuchteermittlung aus Tabelle nach Meßwertablesung vor Ort
Material: alle Baustoffe, insbesondere aber Mörtel, Putz und Ziegel
Voraussetzungen: Probenentnahme ohne nennenswerte Feuchtezufuhr oder -verlust
Aussagemöglichkeiten: Quantifizierung des Gehaltes an freiem (nicht chemisch gebundenem) Wasser
Aufwand: geringer Aufwand
Wertung: gute Eignung zur ausreichend genauen Bestimmung des Feuchtegehalts, vergleichbar der Trocknungsmethode nach Darr im Labor
Potentiale: keine weiteren Entwicklungspotentiale


3.2.1.5 sonstige physikalische und mechanische Verfahren

mechanische Rauhigkeitsmessungen

Meßprinzip: die Oberflachenrauhigkeit wird mechanisch, ähnlich einer Schallplattenwiedergabe, mit einem Meßkopf abgetastet; elektronisch aufgezeichnet und kann auf Papier ausgegeben und nach verschiedenen Prinzipien ausgewertet werden
Verfahren: direktes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Höhendifferenzen der Oberfläche in Millimeter
Auswertung: Rauhigkeit der Oberfläche
Material: i.w. alle Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Teststelle
Aussagemöglichkeiten: Oberflachenrauhigkeit als Maß für die eingetretene Erosion, besonders zum Vergleich unterschiedlich lang bewitterter Materialien einer Materialgruppe und unterschiedlicher Konservierungen, besonders als Monitoringverfahren für Oberflächenerosion, quantitative Aussagen möglich
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: bei geeigneter Wahl der Beprobungsstellen gute Eignung zur Beurteilung und zeitlichen Beobachtung von Oberflächenerosionsvorgängen und Auswirkungen von Konservierungen
Potentiale: relativ kostenintensives Verfahren, daher nur bei häufiger Anwendung vernünftig, Erhöhung der Aussagemöglichkeiten durch elektronische Signalspeicherung und Signalverarbeitung


optische Rauhigkeitsmessung

Meßprinzip: die Oberflächen werden mit Streiflicht, bevorzugt monochromatisches Laserlicht, beleuchtet, die Schattenbildungen an Oberflächenrauhigkeiten optisch vermessen und nach verschiedenen Prinzipien ausgewertet
Verfahren: direktes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Höhendifferenzen der Oberfläche in Millimeter
Auswertung: Rauhigkeit der Oberfläche
Material: i.w. alle Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Teststelle
Aussagemöglichkeiten: Oberflachenrauhigkeit als Maß für die eingetretene Erosion, besonders zum Vergleich unterschiedlich lang bewitterter Materialien einer Materialgruppe, unterschiedlicher Konservierungen und Reinigungsmethoden, besonders als Monitoringverfahren für Oberflächenerosion, quantitative Aussagen möglich
Aufwand: großer Aufwand
Wertung: bei geeigneter Wahl der Beprobungsstellen gute Eignung zur Beurteilung und zeitlichen Beobachtung von Oberflächenerosionsvorgängen und Auswirkungen von Konservierungen und Reinigungen
Potentiale: sehr kostenintensives Verfahren, daher nur bei häufiger Anwendung und für Forschungen vernünftig, Erhöhung der Aussagemöglichkeiten durch elektronische Signalspeicherung und Signalverarbeitung


Oberflächentemperaturmessung

Meßprinzip: auf die Oberflächen werden Temperatursensoren angebracht, die die Oberflächentemperatur elektrisch nach verschiedenen Prinzipien messen
Verfahren: direktes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Temperatur
Auswertung: elektronische Meßwertspeicherung; absolute Temperatur und Temperaturänderungen über unterschiedliche Zeiträume
Material: i.w. alle Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßpunkte und Möglichkeiten der Signalspeicherung; Serienmessungen: Verlegen von Meßkabeln und Aufstellung einer zentralen Steuer- und Speichereinheit
Aussagemöglichkeiten: Oberflächentemperatur als Maß für die Bewertung des thermodynamischen Verhaltens eines Objektes unter dem Einfluß von Klimaveränderungen am Expositionsort, einmalige Handmessungen geben nur einen unvollständigen Eindruck vom Objektzustand, für eine vollständige Aussage ist die Messung über einen Jahreszyklus mit gleichzeitigen Messungen des Raum- und Außenklimas notwendig
Aufwand: Einmalmessung: geringer Aufwand´; Jahresmessung: großer Aufwand
Wertung: Einmalmessungen bringen nur eine Groborientierung; Jahresmessungen sind für Objekte mit akuten Klimaproblemen und bei Kenntnis der Materaleigenschaften und der bauklimatischen Wechselwirkungen sehr nützlich und oft unerläßlich
Potentiale: Verbesserung der Modellierung des thermodynamischen Verhaltens von Bauteilen und Objekten


Taupunktmessung

Meßprinzip: auf die Oberflächen werden flächige Taupunktsensoren angebracht, die die direkte Benetzung der Oberfläche elektrisch nach verschiedenen Prinzipien messen
Verfahren: direktes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Benetzung mit einem Wasserfilm
Auswertung: elektronische Signalspeicherung; Einsetzen und Dauer einer Taupunktbildung
Material: i.w. alle Baustoffe
Voraussetzungen: Zugänglichkeit der Meßpunkte und Möglichkeiten der Signalspeicherung; Serienmessungen: Verlegen von Meßkabeln und die Aufstellung einer zentralen Steuer- und Speichereinheit; ev. parallele Messung der Oberflächentemperatur und des Raumklimas
Aussagemöglichkeiten: Häufigkeit und Zeitpunkt der Taupunktbildung als Maß für die Bewertung des thermodynamischen Verhaltens eines Objektes unter dem Einfluß von Klimaveränderungen am Expositionsort; für eine vollständige Aussage ist die Messung über einen Jahreszyklus mit gleichzeitigen Messungen des Raum- und Außenklimas notwendig
Aufwand: Jahresmessung: großer Aufwand
Wertung: Jahresmessungen sind für Objekte mit akuten Klimaproblemen und bei Kenntnis der Materaleigenschaften und der bauklimatischen Wechselwirkungen sehr nützlich und oft unerläßlich; direkte Taupunktmessungen werden in der Praxis rel. selten durchgeführt, eine Taupunktabschätzung erfolgt in der Regel aus Temperatur und Feuchtemessungen.
Potentiale: Verbesserung der Modellierung des thermodynamischen Verhaltens von Bauteilen und Verbesserung der Sensortechnik


Oberflächenultraschall

Meßprinzip: auf die Oberflächen wird in konstantem Abstand die Schallgeschwindigkeit der oberflächennahen Schichten gemessen
Verfahren: indirektes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Schallaufzeit und Frequenzverteilung des Empfangssignales
Auswertung: Verteilung der Schallgeschwindigkeiten über eine Fläche
Material: alle mineralischen Baustoffe
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte
Aussagemöglichkeiten: mechanischer Zustand der oberflächennahen Materialschichten (Oberflächenerosion), Wirkung von Konservierungsmitteln in oberflächennahen Schichten, Vertikalrißbildungen (Rißtiefenmessungen)
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung vor zerstörenden Beprobungen zur Optimierung und Minimierung der Probenahme, Interpretation oft mit Eichmessungen an Ausbaumaterial oder beiderseitig zugänglichen Objektteilen erweiterbar
Potentiale: die Verbesserung der Sensortechnik und der Möglichkeiten der Signalverarbeitung erhöht die Aussagekraft der Messungen erheblich und reduziert den Meßaufwand gleichzeitig, die Sammlung von Vergleichsmessungen in Datenbanken reduziert den Aufwand der notwendigen Eichmessungen und erhöht die Sicherheit der Aussagen, Bildverarbeitungsprogramme ermöglichen die Darstellung der Ergebnisse in Form von zweidimensionalen Verteilungsgraphiken


Messung der Bohrhärte

Meßprinzip: Erfassung der zeitabhängigen Eindringtiefe eines Standardbohrers mit konstanter Drehzahl und Andruck zur Bestimmung der Materialfestigkeit bzw. deren Gradienten; ein ähnliches Verfahren mißt die Leistungsaufnahme des Bohrers als Funktion des Bohrwiderstandes
Verfahren: indirektes Verfahren mit beschränkt zerstörender Wirkung
Meßgröße: Eindringtiefe in Abhängigkeit von der Zeit, aufgenommen durch einen Schreiber bzw. einen Meßfühler
Auswertung: vor Ort; Bohrhärte als Steigung der Bohrtiefe/Zeit-Kurve
Material: mineralische Baustoffe
Voraussetzungen: hinreichende Festigkeit der Meßfläche zum Ansetzen des Gerätes
Aussagemöglichkeiten: Ortung oberflächenparalleler Lockerzonen und Verwitterungshorizonte im Material; Beurteilung von Festigungen
Aufwand: nach Beschaffung des Gerätes geringer Aufwand
Wertung: gutes, einfaches und bei fachgerechter Anwendung aussagekräftiges Verfahren; aufgrund des punktuellen Charakters der Methode ist die Wahl repräsentativer Meßstellen von besonderer Bedeutung
Potentiale: kein besonderes Entwicklungspotential


3.2.2 Tiefenstrukturverfahren (Verfahren, deren Aussage sich vorwiegend auf die Klärung der inneren Objektstrukturen und deren Zustand bezieht) oder Tiefenverfahren (Verfahren, deren Aussage sich vorwiegend auf den Objektzustand in größeren Tiefen bezieht)

3.2.2.1 akustische Verfahren

Ultraschallungsverfahren-Durchschallung

Meßprinzip: auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen wird ein Ultraschallgeber bzw. ein -empfänger aufgesetzt; aus dem Abstand únd der gemessenen Schallaufzeit errechnet sich die Schallgeschwindigkeit als Bewertungsgröße; das Empfangssignal kann mit seiner Dämpfung und seiner Frequenzverteilung zusätzlich bewertet werden
Verfahren: indirektes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Schallaufzeit und Frequenzverteilung des Empfangssignales
Auswertung: Verteilung der Schallgeschwindigkeiten über eine Flache
Material: alle mineralischen Baustoffe
Voraussetzungen: zweiseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte
Aussagemöglichkeiten: mechanischer Zustand des Objektinneren (für spezielle, gut studierte Materialien, z.B. Carrara-Marmor, auch Angabe von Porosität, Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und dyn.E-Modul möglich); Grad der Verwitterung, Inhomogenitäten im Objektinneren, Wirkung von Konservierungsmitteln im Objektinneren, Identifizierung von Gesteinsvarietaten, Qualitätskontrolle von bruchfrischen Gesteinen
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung vor zerstörenden Beprobungen zur Optimierung und Minimierung der Probenahme, Interpretation oft mit Eichmessungen an Ausbaumaterial erweiterbar
Potentiale: erhöhte Aussagekraft bei reduziertem Meßaufwand durch Verbesserung der Sensortechnik und der Möglichkeiten der Signalverarbeitung; reduzierter Aufwand an Eichmessungen und erhöhte Sicherheit der Aussage durch Aufbau von Datenbank aus Vergleichsmessungen; Ergebnisdarstellung i.F. von dreidimensionalen Verteilungsgraphiken (ähnlich der Computertomographie) durch Bildverarbeitungsprogramme


Schallemissionsverfahren

Meßprinzip: auf einer Oberfläche wird ein Schallempfänger angekoppelt; über längere Zeiträume werden Schallwellen aus dem Objektinneren registriert, die bei Rißbildungen im Mikro- und Makrobereich emittiert werden; die gemessenen Frequenzen und ihre Intensitäten entsprechen Rißbildungen im Objektinneren, die mit äußeren Einflüssen korreliert werden können
Verfahren: indirektes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Intensität und Frequenzverteilung des Empfangssignales
Auswertung: Häufigkeit, Zeitpunkt, Stärke und Art von Rißbildungen, Dehnungen u.ä.
Material: alle Baustoffe
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte
Aussagemöglichkeiten: Untersuchung von Zerstörungssprozessen im Objektinneren; Kontrolle von Konservierungen, Kontrolle der Belastungen von Bauteilen vor dem Bruch
Aufwand: großer Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur Untersuchung von Verwitterungsprozessen im Labor und am Objekt; empfindliches System bei Probebelastungen von Bauteilen, deren Tragfähigkeiten durch Beprobungen nicht festgestellt werden können(Schallemissionen treten schon weit vor dem Bruchereignis auf und kündigen dieses an)
Potentiale: erhöhte Aussagekraft der Messungen bei reduziertem Meßaufwand durch Verbesserung von Sensortechnik und Signalverarbeitung


Reflexionsverfahren-Impact Echo

Meßprinzip: Schallanregung mit Stahlkugel oder breitbandigenm Schallgeber; Aufzeichnung des Signals mit auf der Oberfläche aufgesetztem Schallempfänger; die gemessenen Resonanzfrequenzen entsprechen Reflexionen an Trennflächen oder Inhomogenitäten im Objektinneren, deren Tiefenlage bei bekannter Schallgeschwindigkeit berechnet werden kann
Verfahren: indirektes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Schallaufzeit und Frequenzverteilung des Empfangssignales
Auswertung: Tiefe und Intensität von Reflexionen im Objektinneren
Material: alle Baustoffe
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte
Aussagemöglichkeiten: Untersuchung von Schichtenbildungen, Schalen, Ablösungen und Inhomogenitäten im Objektinneren
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung vor zerstörenden Beprobungen zur Optimierung und Minimierung der Probenahme;, Interpretation oft mit Eichmessungen an Ausbaumaterial erweiterba
Potentiale: erhöhte Aussagekraft bei reduziertem Meßaufwand durch Verbesserung von Sensortechnik und Signalverarbeitung, besonders die Auflösung von Schichten im Millimeterbereich wird sich verbessern, reduzierter Aufwand an Eichmessungen und erhöhte Sicherheit der Aussagen durch den Aufbau von Datenbanken aus Vergleichsmessungen; Ergebnisdarstellung i.F.von dreidimensionalen Verteilungsgraphiken (ähnlich Computertomographie) durch Bildverarbeitungsprogramme


Reflexionsseismik in der Bodenerkundung

Meßprinzip: Schallanregung mit Hammerschlag oder niederfrequentem Schallgeber; Messung der Schallaufzeiten zu einem Empfänger und Registrierung von Reflexionen an Trennflächen oder Inhomogenitäten im Boden, deren Tiefenlage bei bekannter Schallgeschwindigkeit berechnet werden kann
Verfahren: indirektes Meÿverfahren ohne Beprobungserfordernis
Meßgröße: Schallaufzeit des Empfangssignales
Auswertung: Tiefe von Reflexionen im Boden
Material: alle Böden
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte
Aussagemöglichkeiten: Untersuchung von Schichtenbildungen, Sondierung von Mauerstrukturen im Boden
Aufwand: erhöhter Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung an archäologischen Grabungen zur Optimierung und Minimierung der Grabung, Interpretation oft mit Eichmessungen

erweiterbar; bei entsprechenden Messungen sind dreidimensionale Ergebnissedarstellungen möglich

Potentiale: erhöhte Aussagekraft bei reduziertem Meßaufwand durch Verbesserung von Sensortechnik und Signalverarbeitung; Ergebnisdarstellung auch schon kurz nach der Messung i.F.von dreidimensionalen Verteilungsgraphiken (ähnlich Computertomographie) durch schnelle Bildverarbeitungsprogramme


3.2.2.2 Radarverfahren

Georadar

Meßprinzip: Reflexionsmessung bei Meßfrequenzen zwischen 20..1000MHz: über die Objektoberfläche wird ein Antennenpaar(Sender- und Empfängerantenne) geführt; die Laufzeiten der reflektierten Wellen werden vermessen und entsprechen Reflexionen an Trennflächen, Inhomogenitäten oder Feuchte-Salz-Feldern im Innern, deren Tiefenlage und Qualität bei bekannter Wellengeschwindigkeit berechnet werden kann; Reflexionsmessung mit feststehender Antenne: genaue Vermessung der Lage innerer Strukturen; Mikrowellentransmissionsmessung: bei zweiseitiger Zugänglichkeit(ähnlich der Ultraschalltransmission)
Verfahren: indirektes Meßverfahren ohne Beprobungserfordernis, berührungslos
Meßgröße: Laufzeit und Intensität des reflektierten Radarsignales; Reichweite: mehrere Meter im Boden und etwa 1,50 m im Denkmal; Auflösung. 0,2...1 m
Auswertung: Tiefe von Reflexionen im Boden und in Denkmalen
Material: alle Böden und mineralische Baustoffe, insbesondere Mauerwerk
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Meßpunkte; bei Transmission zweiseitige Zugänglichkeit erforderlich
Aussagemöglichkeiten: Untersuchung von Schichtenbildungen, Sondierung von Mauerstrukturen im Boden; Hohlraumsondierung; Ortung von Grundmauern; Untersuchung mehrschaliger Mauerstrukturen; Kontrolle von Injektagen; Transmissionsmessungen gestatten unter günstigen Bedingungen die Messung der Feuchteverteilung in Bauteilen und Denkmalen
Aufwand: großer Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung vor archäologischen Grabungen zur Optimierung und Minimierung der Grabungen und zur sondierenden Untersuchung von großflächigen (möglichst wenig reliefierten) und großvolumigen Denkmalobjekten (z.B. Mauern); Interpretation oft mit Eichmessungen erweiterbar; dreidimensionale Ergebnisdarstellung u.U. möglich
Potentiale: erhöhte Aussagekraft bei reduziertem Meßaufwand durch verbesserte Antennentechnik und Signalverarbeitung: dreidimensionale Verteilungsgraphiken (ähnlich Computertomographie) auch schon kurz nach der Messung durch schnelle Bildverarbeitungsprogramme


Mikroradar

Meßprinzip: Reflexionsmessung bei Meßfrequenzen zwischen 1...10GHz: über die Objektoberfläche wird ein Antennenpaar(Sender- und Empfängerantenne) geführt; die Laufzeiten der reflektierten Wellen werden vermessen und entsprechen Reflexionen an Trennflächen, Inhomogenitäten oder Feuchte-Salz-Feldern im Innern von Denkmalen, deren Tiefenlage und Qualität bei bekannter Wellengeschwindigkeit berechnet werden kann;
Verfahren: indirektes Meÿverfahren ohne Beprobungserfordernis, berührungslos
Meßgröße: Laufzeit und Intensität des reflektierten Radarsignales; Reichweite: 0,1...0,5 m; Auflösung: 1...5 mm
Auswertung: Tiefe von Reflexionen in Denkmalen
Material: alle mineralische Baustoffe, insbesondere Wandflächen
Voraussetzungen: einseitige Zugänglichkeit der Untersuchungsfläche, möglichst ebene Oberfläche
Aussagemöglichkeiten: Untersuchung von Schichtenbildungen, Vermessungen von Putzschichtenfolgen, Ablösungen von Putz- und Steinschalen; Kontrolle von Hinterfüllungen und Injektagen
Aufwand: großer Aufwand
Wertung: gutes Verfahren zur orientierenden Messung vor Beprobungen und zur sondierenden Untersuchung von großflächigen Objekten (z.B. Wandmalereien); Interpretation oft mit Eichmessungen erweiterbar, dreidimensionale Ergebnisdarstellungen u.U. möglich
Potentiale: Verfahren im Entwicklungsstadiun mit einzelnen erfolgreichen Anwendungen im Meßbereich mit 1GHz; erhöhte Aussagekraft bei reduziertem Meßaufwand durch verbesserte Antennentechnik und Signalverarbeitung; Ergebnisdarstellung in Form von dreidimensionalen Verteilungsgraphiken (ähnlich der Computertomographie) auch schon kurz nach der Messung durch schnelle Bildverarbeitungsprogramme

Im Rahmen von Spezialuntersuchungen kommen weitere Verfahren zur Anwendung, werden sich aber aus Kostengründen nur begrenzt oder langsam zu Routinemethoden in der Restaurierung und Denkmalpflege entwickeln.



3.2.2.3 weitere magnetische und elektromagnetische Verfahren

Die folgenden Verfahren könnten in Zukunft eine Erweiterung ihres Einsatzes erfahren und u.U. zu Routinemethoden werden:

  • Sondierung mit Hilfe elektrischer Felder:

    Erkundung von Bodenstrukturen in der Archäologie; Messung des Übergangswiderstandes; Darstellung in Form von dreidimensionalen Verteilungen möglich; Erkundung von Mauern, Gewölben und Hohlräumen in mehreren Metern Tiefe, großer Aufwand; von Spezialinstituten betrieben

  • Metalldetektion mittels elektromagnetischer Felder:

    mit Hilfe einer aktiven elektromagnetischen Antenne wird in Metallteilen im Inneren von Objekten eine elektromagnetische Reaktion erzeugt, die als Änderung des elektromagnetischen Feldes gemessen wird (z.B. Bewehrungssuche); schnelles Verfahren mit geringem Aufwand; keine Differenzierung zwischen Eisen und Nichteisenmetallen möglich, Eindringtiefe und Auflösung ist stark geräteabhängig; Ortung von Verdübbelungen und Metallauflagen; als Routinemethode geeignet

  • Metalldetektion mittels Magnetfeldänderung:

    passives Verfahren, das die Änderung des Erdmagnetfeldes unter dem Einfluß von Eisen mißt; spricht nur auf magnetisierbare Materialien wie z.B. Eisen an; in Kombination mit der aktiven elektromagnetischen Detektion ist eine Differenzierung von Eisen und Nichteisenmetallen möglich; erhöhter Aufwand mit einer großen Reichweite im Boden und im Denkmal; als Routinemethode denkbar


3.2.2.4 sonstige physikalische Verfahren

Die folgenden Verfahren sind mit einem teilweise erheblichen gerätetechnischen Aufwand verbunden und werden routinemäßig ausschließlich in den Bereichen der Materialuntersuchung, der Geologie und der Medizin eingesetzt. Für alle dieser Methoden gibt es einzelne erfolgreiche Anwendungen auch für die Lösung von Problemen in der Restaurierung und der Denkmalpflege. Die Möglichkeiten, Grenzen und Potentiale dieser Methoden sind jedoch z.Z. schwer abzuschätzen, da es sich oft um Strahlungsmethoden handelt, die bei Anwendungen am Denkmal vor Ort einen erheblichen Sicherheitsaufwand erfordern. In den meisten Fallen wird sogar eine Untersuchung nur im Speziallabor möglich sein.

  • Gammastrahlenradiographie:

    Untersuchung innerer Materialstrukturen in Denkmalen; Medizin und Werkstoffuntersuchung; großer Aufwand

  • Neutronenstrahlradiographie:

    Untersuchung innerer Materialstrukturen und Feuchteverteilungen in Denkmalen; Medizin und Werkstoffuntersuchung; großer Aufwand

  • Röntgenstrahlenradiographie:

    Untersuchung innerer Materialstrukturen in Denkmalen; Medizin und Werkstoffuntersuchung; großer Aufwand

  • Computertomographie:

    Untersuchung innerer Materialstrukturen ausschließlich in transportablen Denkmalen; nahezu ausschließlich in Medizin; großer Aufwand

  • Kernspintomographie:

    Untersuchung innerer Materialstrukturen und Feuchteverteilungen ausschließlich in transportablen Denkmalen, Medizin und zunehmend Werkstoffuntersuchung; großer Aufwand

  • Gravimetrie:

    Untersuchung der Änderungen des Gravitationsfeldes der Erde, das durch großvolumige und schwere Baustrukturen im Untergrund hervorgerufen wird; Geologie und archäologische Sondierung, großer Aufwand

4. Schlußbemerkung

Die universell anwendbare zerstörungsfreie Untersuchungsmethode gibt es nicht.Es ist jedoch ersichtlich, daß ein Vielzahl von sehr unterschiedlichen zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden für sehr viele Fragestellungen in der Restaurierung und Denkmalpflege zur Verfügung steht, und daß sich das Spektrum der Verfahren laufend erweitert.

Der Entwicklungsstand der einzelnen Verfahren ist sehr unterschiedlich und bestimmt die Einsatzmöglichkeiten. Dabei ist ein einfacheres Verfahren, das häufig eingesetzt wird, oft wertvoller für die restauratorische Praxis als ein hochtechnologisches Verfahren, das nur von Speziallabors ohne eigene langjährige denkmalpflegerische Erfahrungen ausgeführt werden kann.Viele der hochtechnisierten Verfahren liefern in bestimmten Fällen Aussagen über ein Objekt, die in der notwendigen Qualität auch durch einfachere Verfahren oder Verfahrenskombinationen, verbunden mit einer komplexen Objektanamnese, einer langjahrigen Erfahrung des Restaurators und einer sorgfältigen Objektkartierung mit weit geringerem Aufwand erzielbar sind.

Jede zerstörungsfreie Untersuchung kann daher nur so gut sein, wie die Fragestellung des Restaurators und Denkmalpflegers präzis ist, was bei diesen Berufsgruppen ein gewisses Maßan Information über die Möglichkeiten und Grenzen dieser Verfahren voraussetzt. Es besteht die Gefahr, daß das stark anschwellende Angebot an zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden aus vielen andern Untersuchungs- und Forschungsbereichen zu einem unkontrollierten und kontraproduktiven Uberangebot in der Denkmalpflege führt, in dem sich viele der in der praktischen Denkmalpflege Tätigen nicht mehr zurechtfinden können oder wollen. Dies kann nur vermieden werden, wenn es gelingt, die Adaptierung und Weiterentwicklung geeigneter zerstörungsfreier Untersuchungsverfahren speziell für die Lösung von denkmalpflegerischen und restauratorischen Problemen zu realisieren.

allgemeine Literatur

Gerald Schickert, Martin Krause, Herbert Wiggenhauser, Studie zur Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren bei Ingenieurbauwerken, Forschungsbericht 177, Bundesanstalt für Materialprüfung, Berlin, 1991

Claus Arendt, Praktischer Vergleich von Untersuchungsgeräten und -verfahren zur Feuchtigkeitsmessung in Mauerwerk, Bautenschutz und Bausanierung, 16/5 und 16/6, 1993

Non-Destructive Testing in Civil Engineering, Proceedings of the International Symposium Berlin, 26.-28.09.1995, Hrsg. Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V., Berlin, 1995

Feuchtetag '95: Messen - Berechnen - Trockenlegen, Tagungsband Berlin 29.09.1995, Hrsg. H. Wiggenhauser und H.S. Müller, Berlin, 1995

Autoren:

Dr. Johannes Weber

Institut für Silikatchemie und Archäometrie, Hochschule für angewandte Kunst in Wien,

Salzgries 14/1, A-1010 Wien


Dipl.-Phys. Wolfram Köhler

Labor für Bauwerksdiagnose, Archäometrie und Geophysik,

Bergblick 17, D-14558 Bergholz-Rehbrücke/Potsdam


Das Copyright an diesem Artikel liegt bei:
Mayer & Comp. Druck- und Verlagsges.m.b.H., Kosterneuburg und Wien


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