Historische Mörtel und Putze in Österreich

Historische Bauten sind aus einem Verbundsystem von Geo-Materialien, Mörtel und Putzen unterschiedlicher Herkunft aufgebaut. Mörtel und Putze sind künstlich hergestellte Materialien. Ihre Zusammensetzung beinhaltet Informationen über das historische Umfeld in bezug auf die Quellen der Materialien, die Verarbeitung und die Anwendung. Die Arbeiten konzentrieren sich auf römische, mittelalterliche und früh-neuzeitliche (vorindustriell) Mörtel und Putze mit Karbonat- und Gips-Bindemittel in der Steiermark (Österreich). Die ausgewählten Materialien sind durch archäologische Studien gut datiert und charakterisiert. Große Wissenslücken existieren jedoch über die mineralogische und chemische Zusammensetzung sowie über den mikrostrukturellen Aufbau. In diesem Projekt werden moderne Methoden der Materialwissenschaften, Geochemie und Isotopenchemie für grundlagenorientierte Untersuchungen genutzt, die das historische Umfeld des Baugewerbes und sekundäre Umwandlungsprozesse, wie Rekristallisationen und Verwitterungsreaktionen, betreffen. Aussagekräftige Parameter werden durch die Untersuchung des Porenraumes, die chemische und mineralogische Analyse des Zementes und des Zuschlages, sowie die Verteilung der Schwefel, Kohlenstoff, Sauerstoff und Strontium Isotope erhalten. Die spezifischen Signaturen des Zementes und Zuschlages sind wesentlich durch die Zusammensetzung der Ausgangs- Materialien und den Verarbeitungsprozess bestimmt. Erkenntnisse über mögliche Quellen der natürlichen Ausgangs-Materialien und die Rekonstruktion von historischen Transportwegen werden im Abgleich zur lokalen geologischen Situation und jeweiligen geographischen Position erhalten. Andererseits können die untersuchte Zusammensetzung und Mikrostruktur der historischen Mörtel und Putze detaillierte Erkenntnisse über die Art, Qualität und Dauerhaftigkeit der Herstellung unter den jeweiligen historischen und ökonomischen Verhältnissen liefern. Neben den natürlichen Vorkommen, die als seinerzeit verwendete Rohmaterialien in Frage kommen, werden der gebrannte Gips und Kalkstein und die entsprechenden Mörtel und Putze untersucht. Diese Materialien werden über historische Techniken und Verfahren mit Nachbauten vormalig benutzter Brennöfen und nach überlieferten Rezepten frisch hergestellt. Kenntnisse über historische Rezepte und Herstellungsverfahren sowie über die momentane Struktur und Zusammensetzung der Mörtel und Putze sind für eine sachgerechte Wiederherstellung und Restaurierung von historischen Bauwerken erforderlich.

In der Region Steiermark wurden Mörtel und Putze römischer, mittelalterlicher und früh-neuzeitlicher Gebäude und benachbarte natürliche Kalkvorkommen beprobt. Ziel ist es Erkenntnisse über Herkunft des Rohmaterials, historische Herstellungstechnik, Brennqualität, Anwendungsart, Abbindeverhalten, Entstehungsalter und sekundäre Veränderungen historischer Mörtel und Putze zu erhalten. Die mineralogische, geochemische, isotopenchemische und mikrostrukturelle Charakterisierung lieferte diesbezüglich wichtige Aspekte für grundlagenorientierte geowissenschaftliche und archäologische Fragestellungen sowie für eine geeignete Restaurierung unter Gesichtspunkten des Denkmalschutzes. Die historischen Mörtel und Putze bestehen im wesentlichen aus Calcit als Bindemittel und Kalkstein-, Dolomit-, Quarz- und Silikat-Zuschlägen. Römische Techniken zeichnen sich durch die Verwendung von calcitischem Kalkstein für den Brand und anschließendes "Trockenlöschen" aus. Demgegenüber wurde in nachfolgenden Epochen vermehrt Dolomit für den Brand und die "Nasslösch"-Technik eingesetzt. Zuschläge stammen im Wesentlichen aus lokalen Vorkommen, wobei Mineralassoziationen und charakteristische Eigenschaften von z.B. Quarz, Dolomit, Granat, Rutil und Zirkon eine individuelle Zuordnung grundsätzlich ermöglichen. Während in Putzen zumeist Kalkstein-Zuschlag auftritt, sind im Mörtel und Estrich oft Quarz- und Silikatfragmente gebunden. In der Römerzeit wurden zudem Ziegelsplitt und -mehl verwendet, deren latent hydraulische Eigenschaften hohe Festigkeiten bewirken. Im Einzelfall können über das Bindemittel/Zuschlag-Verhältnis (B/Z) Bauphasen verschiedener Epochen identifiziert werden. Änderungen im B/Z spiegeln die individuelle Technik wider und können z.B. für maßgeschneiderte Restaurationen herangezogen werden. Kalkbrand in Nachbauten historischer Brennöfen und Abbindeexperimente zeigen keine signifikante Veränderung der Metall/Calcium, 87Sr/86Sr und der Seltene Erden Verteilungen. Diese Signaturen ermöglichten es Rohstoffe oder unterschiedliche Bauphasen auszuschließen oder zu erkennen. Die stabilen Isotope des Kohlenstoffs und Sauerstoffs eignen sich insbesondere den Abbindeprozess und sekundäre Effekte nachzuvollziehen. Historische Kalkbindemittel sind zumeist isotopisch leichter als natürliche Kalksteine und zeigen eine ideale lineare 13C/ 12C- 18O/16O Korrelation. Im Idealfall sind die leichteren Isotope in den äußeren gegenüber den inneren Mörtelbereichen angereichert. Die 13C/ 12C-Verteilung ist durch eine kinetische Fraktionierung bei der Diffusion und Hydroxilierung des CO 2 bestimmt. Die 18O/16O-Signaturen ergeben sich durch ein Mischsignal aus CO 2 und OH - . Abbinde- und Fällungsexperimente zeigten eine kontinuierliche Anreicherung von 13C und 18O im CO 2 entlang der Abbindestrecke. Wertebereiche und Korrelation der Isotopenverteilungen spiegeln Abbindeverhalten, Brennqualität, ursprüngliche CO 2 und H2 O Quellen sowie Rekristallisationsprozesse wider. Eine Auswahl geeigneter Bindemittel für Radiokarbondatierungen kann über obige Isotopensignaturen getroffen werden. In einigen Fällen konnten somit archäologisch bestimmte Alter ohne die Verwendung von organischem Material bestätigt werden.