Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe der Bausteine: Nebst Anleitung zur praktischen Wetterbeständigkeits-Wertbestimmung von Bausteinen [Reprint 2019 ed.] 9783486770599, 9783486770582

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Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe der Bausteine nebst Anleitung zur praktischen WetterbeständigkeitsWertbestimmung von Bausteinen

Von

Professor Dr. Heinrich Seipp Ingenieur, S t a a t l . Baugewerkschuldirektor i . R . ; „Korrespond. Mitglied des Ausschusses für Baustofferhaltung an derTechn. Hochschule Dresden", Mitglied der Akademie gemeinnütziger Wissenschaften in Erfurt

Mit 23 Abbildungen und 2 Steinbewertungstafeln

München 1 9 3 7 Kommissionsverlag von R.Oldenbourg

Druck von R. Oldenbourg, München Printed in Germany

Der Stiftung zur Förderung in dankbarst

von

Bauforschungen"

Berlin zugeeignet

Vorwort. Das alte W o r t : » S a x a l o q u u n t u r ! « läßt sogleich an das kulturelle Geschehen in der Umgebung stolzer Steinbauten denken, wovon diese oft zu erzählen wissen. Die Steine der ägyptischen Pyramiden zeugen vom gewaltigen Herrscher- und Schöpferwillen ihrer Erbauer, die Reste der P r a c h t b a u t e n der Akropolis zu Athen von der Kunstherrlichkeit des alten Hellas und unsere erhabenen romanischen und gotischen Dome von der erfreulichen Höhe des damaligen Kunstempfindens. Aber auch von der unverwüstlichen Art des eozänen Numulitenkalksteins der Nilberge, von der wundervollen ausdauernden Schönheit des Pentelischen Marmors und von der würdigen Gediegenheit unserer Dombaustoffe geben jene Steine dort überall Kunde. Nicht minder sodann redet der Stein, in den nordischen Klimaten und in unseren Industriegebieten, von den zerstörenden Kräften der Wetter- und der Rauchgaswirkung, die dort bedrohlich am Werke sind und wozu die Dombauschäden zu Köln ein betrübendes Beispiel liefern. Und endlich zeugen die Bauund Denkmalsteine auch oft genug von mangelnder Kenntnis, von Sorglosigkeit und Nachlässigkeit, mit denen die Menschen die Steine für ihre Zweck- und P r u n k b a u t e n ausgewählt h a t t e n . Auch die Steine sind vergänglich, wenn sie auch manchmal »für die Ewigkeit« getürmt scheinen mögen. Doch mit Unterschied! Und damit gerade muß die Steinauswahl rechnen. Sie soll sich nicht allein auf Aussehen, Charakter und schönheitliche Wirkung der für das Bauwerk geeigneten Steine richten, sondern dabei diejenigen strengstens bevorzugen, die h i n r e i chenden W i d e r s t a n d gegen W e t t e r - und R a u c h g a s s c h ä d e n nach Möglichkeit verbürgen. Mit P r ü f u n g s m a ß n a h m e n zu diesem Zweck aber h a t t e m a n in systematischer Weise sich zu befassen erst dann angefangen, als Fachleute zu gemeinsamem Austausch ihrer Erfahrungen und Ansichten und zur »Vereinbarung einheitlicher Prüfungsverfahren für Bau- und Konstruktionsstoffe« zusammentraten. Die erste dieser Konferenzen, die bald internationale Teilnahme und Bedeutung gewannen, fand in München 1884 statt. Auf einem späteren Kongreß, in Zürich 1895, wurde das Wetterbeständigkeitsproblem für die n a t ü r lichen Bausteine erstmalig eindringlich zur Behandlung gestellt, und zwar bereits unter weitausschauender Fragestellung. Auch wurde dort erstmalig durch den damaligen Kongreßpräsidenten Prof. L. T e t m a j e r selbst und Prof. Dr. Grubenmann, Zürich, sowie durch mich die zeit-

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ersparendere Art der P r ü f u n g , um die es sich in der vorliegenden Arbeit handelt, nämlich die » A b g e k ü r z t e « Behandlung, in Angriff genommen. Dann folgten: mein Bericht für den Brüsseler Kongreß 1906 und meine zwei weiteren ausführlichen Arbeiten dieser Art auf diesem Gebiete, nämlich: » S e i p p , Die Wetterbeständigkeit der natürlichen Bausteine usw., Jena 1900, Verl. v. H. Costenoble«, und » S e i p p , Die abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe der natürlichen Bausteine usw., F r a n k f u r t a. M. 1905, Verl. v. H. Keller«. Seitdem ist, wie m a n wohl sagen darf, streng nach der fraglichen Richtung hin, nichts Wesentliches geschehen, abgesehen von gelegentlichen, aber wertvollen Äußerungen von Prof. Gary und von meiner eigenen, neuen, hiermit vorliegenden Arbeit. Die Wetterbeständigkeitsforschung hat seitdem zwar keineswegs ganz geruht; sie h a t sich aber (abgesehen von Hirschwalds verdienstvollem Schaffen) fast ausschließlich im Sinne der sehr wichtigen, aber l a n g e B e o b a c h t u n g s z e i t e n f o r d e r n d e n sog. » N a t ü r l i c h e n « Prüfungsweise betätigt. Zu ihr gehören die noch andauernden Versuche des »Deutschen Verbandes für die Materialprüfungen der Technik«, durch Aussetzen von Steinproben im Freien. Ferner die umfangreichen, gleichartigen Dauerversuche zwecks Erprobung der verschiedenen Steinschutzmittel durch Prof. Dr. Rathgen in Berlin. Meine auf langjährige Beobachtungen im rauchgasgesegneten oberschlesischen Industriegebiet und sonstige Forschungen sich stützenden Prüfungsvorschläge erstreben, ein annähernd z u t r e f f e n d e s relatives V e r w i t t e r u n g s - b z w . E r h a l t u n g s m a ß f ü r d i e S t e i n e zu finden. Wenn ich nun diese Vorschläge zur » A b g e k ü r z t e n « Steinprüfung hiermit veröffentliche, so muß ich dazu noch folgendes bemerken. Ursprünglich lag ein u m f a s s e n d e r e s druckfertiges Manuskript vor, das, im Interesse größerer Handlichkeit beim Gebrauch und zur Druckkostenersparnis, sehr wesentlich gekürzt worden war. [Erwünscht scheinende Hinweise darauf sind übrigens in der vorliegenden Arbeit mit (U. M.) bezeichnet.] Aber auch in der vorliegenden kürzeren Gestalt würde meine Arbeit schwerlich das Licht der Öffentlichkeit erblickt haben, wenn nicht die » S t i f t u n g z u r F ö r d e r u n g v o n B a u f o r s c h u n g e n « i n B e r l i n , mit offenem Blick für die Dringlichkeit der Wetterbeständigkeitsforschung für das gesamte Bauwesen und für die Denkmalpflege, die zur Drucklegung usw. erforderliche finanzielle Beihilfe in erfreulicher großzügiger Weise zur Verfügung gestellt hätte. Ihr gebührt dafür der wärmste D a n k des Verfassers und aller Fachgenossen, die gleicher Erkenntnis sind. Zu danken habe ich aber auch dem geschätzten Verlag R. Oldenbourg, München, für sein förderndes Entgegenkommen meiner Arbeit gegenüber. E r f u r t , im Februar 1937. Seipp.

Inhaltsübersicht.

Seite

Einleitung

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Teil I. Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe für einfache oder gemengte, dichte oder fein- bis mittelfeinkörnige Steine mit gleichmäßiger Verteilung ihrer Gemengteile; sowie auch für schichtige, schiefrige, spaltige Steine A b s c h n i t t I : Allgemeines und Grundlegendes A b s c h n i t t I I : Die Kombinierte chungs- und Frostprobe

Wärmewechselschaden-,

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Erwei-

A b s c h n i t t I I I : Die Abgekürzte Agenzienprobe, mit Beispielen.

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Teil II. Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe für Gesteine mit erheblicher und ungleicher Größe sowie ungleichmäßiger Verteilung ihrer Gemengteile

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A b s c h n i t t I : Die Kombinierte Wärmewechselschaden- und Frostprobe

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A b s c h n i t t I I : Die Abgekürzte Agenzienprobe für gefügemäßig, auch stofflich ungleichartige, groß- und grobstückige Steinsorten

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A. Gefügemäßig, auch stofflich ungleichartige, groß- und grobstückige Steinsorten

3"

B. Steinsorten, die neben ihrer Hauptmasse noch mit Adern oder Kittfugen (oder auch mit Stichen oder sonstigen Fehlerstellen) von meist bedeutend vorherrschender Längenabmessung behaftet sind

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Die Steinbewertungstafeln und ihr Gebrauch, mit Beispielen .

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Teil IV. Einwände gegen die Abgekürzte Agenzienprobe und ihre Widerlegung

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Teil III.

Einleitung. Um der V e r h ä ß l i c h u n g u n d S c h ä d i g u n g u n s e r e r S t e i n b a u t e n u n d S t e i n d e n k m ä l e r durch die Verwitterung nach Möglichkeit vorzubeugen, sind Verfahren notwendig, die das M a ß d e r W e t t e r b e s t ä n d i g k e i t der zu verwendenden Steine i m v o r a u s festzustellen gestatten. Es gibt drei Arten solcher Wetterbeständigkeitsprüfungsverfah'ren: 1. Die (schon erwähnte) » N a t ü r l i c h e « Wetterbeständigkeitsprobe, das einfachste, aber langwierigste Verfahren, wobei Steinproben einfach allen Witterungsangriffen nebst der Rauchgaswirkung lange Zeit ausgesetzt und auf erfolgende Veränderungen beobachtet werden. Also: ein reines Verfahren a p o s t e r i o r i . 2. Ein Verfahren, das, von den Verwitterungsschäden an Steinen zahlreicher a l t e r Steinbauten ausgehend, den Einfluß der einzelnen Gesteinseigenschaften auf den Wetterbeständigkeitsgrad der Steine ziffernmäßig zu bewerten sucht und sie unter Berücksichtigung ihres Alters in Beständigkeits- oder Bewertungsklassen einordnet. Es ist das unter Zuhilfenahme entsprechender versuchlicher Einzeluntersuchungen (mikroskopische Prüfung, Festigkeitsermittelungen usw.) m i t t e l b a r arbeitende Verfahren von J. Hirschwald (vgl. »H., Handb. d. bautechn. Gestein sprüfung, Berlin 1912, Verl. v. Gebr. Bornträger«). 3. Die » K ü n s t l i c h e o d e r A b g e k ü r z t e « W e t t e r b e s t ä n d i g k e i t s p r o b e des Verfassers. Ein (an und für sich jedenfalls praktisch höchst erstrebenswertes) Verfahren a p r i o r i , das durch u n m i t t e l b a r e s Einwirkenlassen der ä u ß e r e n HauptArerwitterungsursac h e n : T e m p e r a t u r w e c h s e l , F r o s t und L u f t s t o f f a n g r i f f e einschließlich der R a u c h g a s e , auf die f r i s c h e Steinprobe zu Ziffern- und qualitätsklassenmäßiger Steinbewertung gelangen will. Die » A b g e k ü r z t e W e t t e r b e s t ä n d i g k e i t s p r o b e « zerfällt in zwei Einzelprüfungen, entsprechend den drei Hauptursachen der Steinverwitterung (vgl. « S e i p p , Die Wetterbeständigkeit der natürlichen Bausteine und die Wetterbeständigkeitsprobe usw., Jena 1900«, und » S e i p p , Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe usw., F r a n k f u r t a. M. 1905«). Diese zwei Prüfungen sind:

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1. die » K o m b i n i e r t e W ä r m e w e c h s e l s c h a d e n p r o b e und F r o s t p r o b e « , die den rein p h y s i k a l i s c h wirkenden Kräften der Verwitterung gerecht zu werden sucht, und 2. die » A b g e k ü r z t e A g e n z i e n p r o b e « , die die c h e m i s c h e n Vorgänge der Wetterwirkung nachbilden will. Agenzien sind die chemisch-aktiven Luftstoffe: W a s s e r (H 2 0), S a u e r s t o f f (0), K o h l e n s ä u r e (C0 2 ), R a u c h g a s s t o f f e ( S 0 2 und S 0 3 neben R u ß ) . Der in der Atmosphäre vorherrschende S t i c k s t o f f (N) kommt wegen seiner Reaktionsträgheit hier nicht in Frage, was auch von den atmosphärischen Edelgasen: A r g o n , H e l i u m , N e o n usw. gilt. (Auch von den geringen Mengen an L u f t - A m m o n i a k und - S a l p e t e r s ä u r e wird abgesehen.) In beiden Einzelversuchen 1 und 2 erfolgen die Einwirkungen in g e s t e i g e r t e m M a ß e , sonst aber möglichst d e r W i r k l i c h k e i t a n g e p a ß t . Das Hilfsmittel zur Feststellung des Ergebnisses der Agenzienprobe, nämlich der Stoffverlustmenge, ist die Waage.

Teil I.

Die Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe für einfache oder gemengte, dichte oder fein- bis mittelfeinkörnige Steine mit gleichmäßiger Verteilung ihrer Gemengteile; sowie auch für schichtige, schiefrige, spaltige Steine. A b s c h n i t t I. Allgemeines und Grundlegendes. Auch sogar durch das Z u s a m m e n w i r k e n l a s s e n all er äußeren Verwitterungsursachen auf die Steinproben in tunlichst nachbildendem Versuch (wenn dieser t e c h n i s c h u n d z e i t l i c h glatt durchführbar w ä r e ) würde es dennoch unmöglich sein, ein v ö l l i g wirklichkeitsgetreues Verwitterungsbild für den Stein zu erhalten, weil wir die Verwitterungsursachen doch nicht in der g e n a u gleichen, o f t w e c h s e l n d e n Zusammensetzung und Verdünnung wie in Wirklichkeit wirken lassen könnten und weil wir doch auch dem E i n f l u ß d e r Z e i t nicht völlig gerecht werden könnten. Man wird sich deshalb darauf beschränken müssen, wenigstens das Wirkungsmaß der verschiedenen äußeren Verwitterungsursachen für die Steine g e t r e n n t u n d e i n z e l n festzustellen, um nach der G e s a m t h e i t der Ergebnisse ein a n n ä h e r n d e s W e t t e r b e s t ä n d i g k e i t s u r t e i l für die Steine zu gewinnen. Man wird das um so eher können, als es zunächst für die folgenden zwei Hauptsteingruppen von vornherein angezeigt ist, nämlich:

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1. für alle Steine, bei denen der Frostversuch mit der Wärmewechselprobe zusammen k e i n e r l e i nennenswerte s i c h t b a r e Schäden hervorruft, so daß hier lediglich Schädigungen durch die Luftstoffe in Betracht kämen: G r u p p e I ; 2. für alle Steine, bei denen die r e i n e Gefrierprobe, für sich allein oder vielmehr mit dem Wärmewechselversuch zusammen angestellt, bereits f ü r die B e w e r t u n g v ö l l i g e n t s c h e i d e n d e Schäden erzeugt, d. h. v o l l e Z e r s t ö r u n g oder dazu führende Schäden: G r u p p e I I I (s. Abb. 7, 79m). Eine Zwischengruppe II dieser beiden ä u ß e r s t e n Bewertungsgruppen I und I I I umfaßt a l l e ü b r i g e n Steine, an denen Wärmewechsel und Frost sowohl als auch Agenzienwirkung, jedes für sich allein, schon Schäden hervorbringen können, jedoch nicht überragender Art wie an Steinen der Gruppe I I I , und es gehören dazu Steine, bei denen jene Einwirkungen nicht völlig versagen wie bei den Steinen der Gruppe I. Der F r o s t w i r k u n g gebührt unter den äußeren Verwitterungsursachen der P r i m a t . Denn sie ist stets ein p l ö t z l i c h e r , vehementer, t i e f e r und verhältnismäßig a b s c h l i e ß e n d in den Steinbestand eingreifender Vorgang, der Erfolg der Agenzienwirkung aber nur ein s c h r i t t w e i s e und g a n z a l l m ä h l i c h sich vollziehender. Bei G r u p p e i i i ist die Agenzienprobe für die Bewertung natürlich gänzlich überflüssig, bei Gruppe I zur Weiterbewertung erforderlich und mitentscheidend. Die »Abgekürzte Wetterbeständigkeitsprobe« vermag natürlich im allgemeinen keinerlei Auskunft zu geben über die mögliche und tatsächliche besondere, verschiedenartige Verwitterungsform (ob Auslaugung, Ablösung, Absprengung, Krusten- und Schalenbildung oder Salzausblühungen usw. erfolgen). Wohl aber gibt sie vergleichend für die verschiedenen Steine Auskunft über A r t u n d G r a d der rein frostlichen Schädigung und Formänderung (zunächst des Probewürfels) und weiter über die Menge der ihrerseits z u r V e r w i t t e r u n g f ü h r e n d e n Lösungsstofie. Gegenüber dem wirkungsteigernden Zusammentreffen der verschiedenen Verwitterungsfaktoren in der Wirklichkeit ergeben die getrennten Versuchseinzelprüfungen 1 und 2 zwar an sich nur Mindestwirkungen. Aber diese werden andererseits durch die m e n g e n m ä ß i g e S t e i g e r u n g (Konzentration) der Versuchsangriffe selbst wieder gesteigert, zwar zu keinem Höchst- und Endmaß, aber doch jedenfalls zu einem M a ß i r g e n d e i n e s b e s t i m m t e n V e r w i t t e r u n g s f o r t s c h r i t t s , der für alle anzustellenden Bewertungsproben als d e r g l e i c h e anzusprechen ist, so daß die V e r g l e i c h b a r k e i t aller Versuchsergebnisse gewährleistet erscheint. Ferner stimmt die Natur der w i r k e n d e n A g e n z i e n und die der entstandenen V e r s u c h s n e u b i l d u n g e n im Agenzienversuch und bei der n a t ü r l i c h e n Agenzienwirkung in Natur und Bauverband a r t - und w e r t m ä ß i g ( q u a l i t a t i v ) überein, wie später (Teil IV)

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nachgewiesen werden wird. Mithin liefert die » A b g e k ü r z t e « Wetterbeständigkeitsprobe ein getreues, n u r q u a n t i t a t i v v e r g r ö ß e r t e s (jedoch nicht verzerrtes) Bild des S t e i n a n g r i f f s u n d d e s S t e i n w i d e r s t a n d e s gegen die Luftstoffe sowie auch gegen Frost und Wärmewechsel. Ersteres r e i n c h e m i s c h , aber auch unter Berücksichtigung der p h y s i k a l i s c h e n u n d p e t r o g r a p h i s c h e n Natur der Probeplatten. L e t z t e r e s gleichfalls gesteigert, da die Probewürfel des Frostversuchs hier a l l s e i t i g e m Angriff und vorher w e i t r e i c h e n d e r Wassersättigung unterliegen. D a i m V e r s u c h u n d i n d e r b a u l i c h e n W i r k l i c h k e i t chemisch n u r quantitativ v e r s c h i e d e n e K r ä f t e a u f d i e S t e i n e w i r k e n , d i e a l l e r d i n g s n a t u r g e m ä ß nicht genau die gleichen S c h a d e n b i l d e r b e i d e s m a l e r z e u g e n k ö n n e n , so w i r d d a s Verhältnis d e r c h e m i s c h e n W i r k u n g s e r f o l g e f ü r d i e v e r s c h i e d e nen B a u s t e i n s o r t e n auch im V e r s u c h sicherlich a n n ä h e r n d als das g l e i c h e a n g e n o m m e n w e r d e n d ü r f e n wie bei d e r b a u lichen Steinverwendung. Und Verhältnisgleichheit bedeut e t h i e r relative Wertungsmöglichkeit. Ä h n l i c h e s g i l t a u c h f ü r F r o s t - V e r s u c h u n d - W i r k l i c h k e i t , wennschon auch hier vom V e r s u c h s e r f o l g aus nicht alle E i n z e l s c h a d e n f o r m e n für den B a u v e r b a n d sich voraussehen lassen können. Die Hirschwaldsche Wetterbeständigkeitsprüfung leidet, ebenso wie die »Natürliche«, an der Beschränkung der Gültigkeit ihrer Ergebnisse für den bestimmten Ort, ja auch für die Zeit, wo und wann die Versuche angestellt worden waren und denen die a l t e n V e r w i t t e r u n g s p r o b e n entstammten. Denn Klima und Luftverhältnisse sind ö r t l i c h u n d z e i t l i c h sehr ungleich und wechselbar, zumal bei der Abhängigkeit der letzteren von den Rauchgasstätten. Dieser Mißstand macht sich aber besonders schwerwiegend geltend für die Aufstellung der Hirschwaldschen Bewertungsklassen, deren benutzte Verwitterungsproben v e r s c h i e d e n e n Gegenden und Zeiten entstammten. Aber auch der Nachteil mangelnder Objektivität h a f t e t den Werturteilen nach vorliegenden alten Verwitterungsproben an, die sich, nicht ohne eine gewisse W'illkür, nach dem bloßen h ö c h s t m a n n i g f a l t i g e n Erscheinungsbefund, n u r s u b j e k t i v , n i c h t g a n z e i n w a n d f r e i , sicher feststellen lassen, während — nebenbei bemerkt — auch das in Verlust gegangene Verwitterungsmaterial nicht mehr erreichbar ist. Die benutzten, unbestimmtschwankenden Wertbezeichnungen bestätigen das. Im Gegensatz hierzu steht die o b j e k t i v e Benutzung der Waage bei der »Abgekürzten Wetterbeständigkeitsprobe« und die Auswertung der im Abschnitt II noch nachzuweisenden w e n i g e n , ganz typischen, zur Wertbeurteilung h i n r e i c h e n d c h a r a k t e r i s i e r t e n F r o s t z e r s t ö r u n g s f o r m e n . Endlich wäre die Hirschwaldsche Ermittelung der Werturteile streng genommen n u r für Steine mit der g l e i c h e n K o m b i n a t i o n der so mannigfach sich gegenseitig beeinflussenden Steineigenschaften zutreffend, und

— 13 — auch das von Hirschwald mehrfach benutzte Additions- und S u b t r a k tionsverfahren ist n u r s c h e i n b a r m a t h e m a t i s c h - k o r r e k t . Denn es wird dabei einfach stillschweigend, aber i r r i g e r w e i s e angenommen, daß die Wirkungserfolge und Bewertungsanteile der einzelnen verschiedenen Steinbestandteile unverändert die gleichen blieben, auch wenn ein neuer Steinbestandteil hinzutritt, dessen W e r t a n t e i l eben zu ermitteln wäre. (S. U. M., § 7.) E s bezeichnen Wu W2, W3 . . . bzw. SBj, iS., und ä g j die einzelnen B e w e r t u n g s a n t e i l e bei der natürlichen Steinverwitterung oder im V e r s u c h ; das eine Mal von den inneren Verwitterungsursachen (den verschiedenen einzelnen Steinbestandstoffen) aus gesehen, das andere Mal von den drei äußeren maßgebenden Verwitterungsursachen a u s ; in beiden Fällen unter s t i l l s c h w e i g e n d e r Voraussetzung der jeweils n i c h t genannten Verwitterungsursachen (dort der äußeren, hier der inneren). Dann gilt für jeden Stein die Bewertungsgleichheit: H'i + + W-'s + . . . = W oder auch S ^ + 3L\ + S8 3 = W, wobei II* die Gesamtbewertung darstellt. Da aber jene Bewertungsanteile nun einmal schlechterdings nicht einzeln ziffernmäßig festzustellen sind, so ist auch W n i c h t nach Hirschwald einfach a d d i t i v oder s u b t r a k t i v zu ermitteln und es bleibt, in Bestätigung des Früheren, nur die getrennte W e r t b e s t i m m u n g nach dem »Abgekürzten« Verfahren übrig. Abschnitt

TT.

Die Kombinierte Wärmewechselschaden-, Erweichiuigs- und Frostprobe. F ü r den g e s t e i g e r t e n W ä r m e a n g r i f f auf den Stein im Versuch möge mindestens das Dreifache der beobachteten H ö c h s t t e m p e r a t u r für Mitteleuropa zur Anwendung kommen, d. h. ein W'ärmegrad von etwa 1 5 0 ° ; für die A b k ü h l u n g ein Kältegrad von — 4 0 ° C, entsprechend der mitteleuropäischen Niedrigsttemperatur. Die mit der Diainantsäge hergestellten 5 bis 10 Probewürfel von 4 bis 10 cm K a n t e n länge werden trocken — am einfachsten im Thermostaten mit T h e r m o regulator auf Drahtgestellen — etwa 4 Std. lang erhitzt und abwechselnd 2 5 m a l auf Zimmertemperatur abgekühlt. Steine mit s i c h t b a r e n Schäden sind auszuscheiden. Gewichtsverluste der übrigen werden festgestellt. — Hierauf werden die Probewürfel wassergesättigt, und zwar n a c h vorheriger m e h r w ö c h i g e r W a s s e r l a g e r u n g , in den Gefrierb e h ä l t e r (nach Bauschinger oder Linde) gebracht, wo sie 2 5 m a l j e etwa 4 Std. lang bei etwa — 1 5 ° C gefrieren lassen und dann abwechselnd in Wasser von -(- 15° C wieder aufgetaut werden. Gewichtsverluste y f sind festzustellen. Durch die im Gegensatz zur seitherigen teilweisen Gepflogenheit hier ausdrücklich g e f o r d e r t e l ä n g e r e Wasserlagerung wird der möglichen Erweichbarkeit und E r w e i c h u n g der Steine, wo

— 14 — letztere eintritt, im Versuchsausfall implizite Rechnung getragen. — E s könnte dann aber auch noch außerdem als Parallelversuch, ergänzend, doch unvorgreiflich, die B e s t i m m u n g des Sättigungsbeiwerts S =

'

v2

erfolgen. Hierbei bedeutet (mit Hirschwald) co2 die bei l a n g s a m e m Eintauchen des Probekörpers in Wasser sich ergebende, wc die der v o l l s t ä n d i g e n Porenfüllung entsprechende Wassermenge. Und es ist von Hirschwald bekanntlich ein mittlerer oberer Grenzwert von S für Frostbeständigkeit auf 0,8 normiert worden. Endlich könnte sich auch noch die sonst übliche E r m i t t e l u n g der Naßfestigkeit der Steine anschließen, während zur B e s t i m m u n g ihrer für vorliegenden Zweck nicht wissensnotwendigen Trockenfestigkeiten in der gewohnten Weise auszuführende Versuchsreihen erforderlich wären. A u s Naß- und Trockenfestigkeit o n und a t (beide jedoch möglichst als Z u g f e s t i g k e i t e n ermittelt) würde sich füglich auch noch der sog. Erweichungskoeffizient (% =

abot leiten lassen. Vor allem aber läßt sich auf Grund ermittelter Zugfestigkeit der Grad der wichtigen K o r n b i n d u n g s f e s t i g k e i t der Steine ermessen. Sie k o m m t in der Frostprobe, für die nun hier folgende Bildung der Beständigkeitsuntergruppen hinreichend, implizite mit zum Ausdruck. Ihre g e s o n d e r t e B e s t i m m u n g ist jedoch öfters notwendig. Ein Beispiel hierzu liefert des Verfassers Arbeit über den L a a s e r Marmor in »Geologie und Bauwesen«, 8. J a h r g . , Heft 3, Wien 1936. Dort ist u. a. dessen Wetterbeständigkeits-Überlegenheit über den Karrara-Marmor nachgewiesen. Diese würde durch den (noch fehlenden) Versuch nach dem vorliegenden Verfahren bestimmt b e s t ä t i g t werden. Zu alledem vergleiche: » H i r s c h w a l d , Handb. d. bautechn. Gesteinsprüfung, Berlin 1912«; K a p . 6 ; K a p . 14, 310 u. f.; K a p . 13, 301 u. f. sowie K a p . 12 ( B e s t i m m u n g der Kornbindungsfestigkeit). — S. auch »V. P o l l a c k , Verwitterung i. d. N a t u r u. a. Bauwerken, Wien 1923« u. a. Zur weiteren Bewertung der Steine innerhalb der H a u p t g r u p p e II, also zur w e i t e r e n G l i e d e r u n g von II, lassen sich nun nicht etwa die unterschiedlichen F r o s t f e s t i g k e i t s v e r s u c h s g r ö ß e n benutzen, da — wie der Verfasser nachgewiesen hat (U. M., § 15) — eine wirkliche, genaue P r o p o r t i o n a l i t ä t zwischen jenen Z a h l e n , auch der strenggenommen m a ß g e b e n d e n Frostzugfestigkeitskoeffizienten und der F r o s t b e s t ä n d i g k e i t s e l b s t in Wirklichkeit gar n i c h t b e s t e h t . Auch die im Wärmewechsel- und im Frostversuch sich ergebenden S t o f f v e r l u s t e sind für sich allein nicht ohne weiteres zur engeren Steinbewertung tauglich, da bei diesen Verlusten auch die g e ä n d e r t e E r s c h e i n u n g s f o r m der Probekörper mitzusprechen hat. (Einem geringeren Gewichtsverlust kann z. B . u. U. ein größerer Schadenwert zukommen als einem größeren Gewichtsverlust und umgekehrt.) J a , diese geänderte Erscheinungsform gerade ist es, die sich zur e n g e r e n Frost-

15 w i d e r s t a n d s b e w e r t u n g m . E . ausschließlich eignet. I m Gefrierversuch wird sich, bei d e m allseitigen gleichmäßigen Frostangriff u n d bei schneller A b k ü h l u n g , i m P r o b e w ü r f e l m i t seinen P o r e n e i s k r ä f t c h e n z u n ä c h s t ein S p a n n u n g s z u s t a n d einstellen, nicht u n ä h n l i c h wohl u n d einigermaßen vergleichbar den t a n g e n t i a l e n Z u g s p a n n u n g e n ot in O b e r f l ä c h e n n ä h e u n d den radialen D r u c k s p a n n u n g e n a r i m I n n e r n einer schnell a b g e k ü h l ten Gußeisenkugel mit ihren E i g e n s p a n n u n g e n 1 ) . Ein tieferer E i n b l i c k in die wirkliche wechselnde S p a n n u n g s v e r t e i l u n g a b e r ist i m vorliegenden Falle v e r s a g t u n d n a t ü r l i c h noch weniger möglich als d o r t f ü r j e n e g e d a c h t e Kugel. Auch bei d e m S t e i n p r o b e w ü r f e l jedoch werden die b e s t i m m t a u f t r e t e n d e n Z u g s p a n n u n g e n parallel zur O b e r f l ä c h e b e i m Versagen des M a t e r i a l w i d e r s t a n d e s das b e k a n n t e so bezeichnende K a n t e n u n d E c k e n a b r u n d e n d e » A b s a n d e n « : das » A b k a n t e n « u n d » A b e c k e n « (auch leichtes » A b f l ä c h e n « ) h e r v o r r u f e n . Von zwei oder drei Seiten her z u s a m m e n w i r k e n d , k a n n es sich u. U. sogar bis zu fast

kugeliger Gestalt des P r o b e w ü r f e l s steigern, was bei d e m e i n s e i t i g e n Frostangriff i m M a u e r w e r k a b e r allerdings ausgeschlossen ist. Die so vorliegende Z e r s t ö r u n g s f o r m 1 siehe A b b . 1 sowie A b b . 7; 72i oder 3 0 i 2 ) . E i n e weitere Z e r s t ö r u n g s f o r m 2 (s. A b b . 2 u n d 3 sowie A b b . 7; 74c) ist augenscheinlich nicht oder weniger an die A u ß e n flächen, K a n t e n u n d E c k e n des P r o b e w ü r f e l s g e b u n d e n , sondern t i e f e r i n d a s S t e i n i n n e r e e i n g r e i f e n d . I h r e E n t s t e h u n g k ü n d i g t sicli im A n f a n g meist d u r c h feine Rissebildung an, die d a n n zur S c h a d e n f o r m 2 f ü h r t , d . h . zu einem t i e f e r g e h e n d e n » A b f l ä c h e n « bis zum entsprechenden » A b b a u « des W ü r f e l s p a r a l l e l e i n e r L a g e r f l ä c h e oder zu einem » A b - u n d A u s b r ö c k e l n « oder a u c h n u r zur » A b s p r e n g u n g v o n E c k e n u n d K a n t e n « . Dieser S c h a d e n f o r m e n t s p r i c h t i m Falle a u s g e s p r o c h e n e r S p a l t n e i g u n g des Steins als Gegenstück ein k r ä f t i g e s f o r t g e s e t z t e s » A b s c h i c h t e n « u n d eigentliches » A b Vgl. § 47 (S. 302 u. f.) bei » F ö p p l , Vorlesungen über techn. Mechanik, Bd. 5, Leipzig 1907, Verl. von B. G. T e u b n e r « sowie » F i l l u n g e r , Der A u f t r i e b in Talsperren, W i e n l 9 1 3 « , und auch » F i l l u n g e r , W i e ist natürliches Gestein a u f F r o s t beständigkeit zu p r ü f e n ? » , in der Zeitschr. »Geologie und Bauwesen« 1930, H e f t 4. 2 ) Abb. 7 und 8 nach »A. M a n i s c h , Frostversuche mit Bausteinen der österr.ungar. Monarchie, Wien 1895, Verl. von C. Graeser«, S. 4 u n d 5, Tafel IV und I.

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b l ä t t e r n « desselben, d. h. die Z e r s t ö r u n g s f o r m 3, s. A b b . 4. E n d lich k o m m t noch eine Z e r s t ö r u n g s f o r m 4 (s. A b b . 5 u n d 6 sowie A b b . 8, 6f und 6 m ) v o r : ein v o l l s t ä n d i g e s D u r c h r e i ß e n d e s S t e i n s b e i sonst zunächst meist u n v e r s e h r t e r E r h a l t u n g . Die E r k l ä r u n g des E n t s t e h u n g s v o r g a n g s der Z e r s t ö r u n g s f o r m e n 2 und 4 b e g e g n e t Schwierigkeiten. Die F o r m 4 erweckt den Anschein, als ob hier ein g l e i c h mäßiges, s y m m e t r i s c h e s Z u s a m m e n - und Gegenwirken aller I n n e n d r ü c k e beiderseits einer sich d a r n a c h herausbildenden T r e n n u n g s ebene durch W ü r f e l m i t t e a m W e r k wäre. Denn ein so geordnetes S y s t e m von inneren K r ä f t e n w ü r d e den gleichen S p r e n g w i r k u n g s e r f o l g haben, den F o r m 4 zeigt. A u c h 4, j a 8 Teilkörper könnten d a r n a c h entstehen u n d die v o l l s t ä n d i g e Z e r t r ü m m e r u n g des Steines v o r b e r e i t e n . E i n e solche, natürlich durch die besondere M a t e r i a l b e s c h a f f e n h e i t m i t b e d i n g t e W i r k u n g s g l e i c h m ä ß i g k e i t nach allen Seiten hin fehlt jedenfalls i m Zer-

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A b b . 4. Zcrstörmigsform 3.

AMi. 5 und 1.

Zersfiirunssform '¡.

störungsfalle 2. G e n u g : die Art- und F o r m u n t e r s c h i e d e in den Fällen 1, 2, 3 und 4 sind v o r h a n d e n und in der Regel hinreichend deutlich. Diese A7ier Z e r s t ö r u n g s f o r m e n nun liefern sogleich vier B e w e r t u n g s u n t e r g r u p p e n zur H a u p t g r u p p e I I . Die g e f ä h r d e n d s t e Z e r s t ö r u n g s f o r m , der die U n t e r g r u p p e m i t den a m geringsten zu bewertenden Steinen entspricht, ist o f f e n b a r 3 (s. A b b . 4). Denn die schiefrigen, spaltenden, schichtigen S t e i n e sind i m allgemeinen wegen der strengen durchgehenden L a g e r u n g der K o h ä s i o n s m i n i m a auf Parallelflächen die frostgefährdetsten und w i d e r s t a n d s s c h w ä c h s t e n . Die hier frühzeitig auftretenden feinsten Spaltrißchen werden, nach erfolgter W a s s e r a u f n a h m e , leicht durch F r o s t erweitert, dadurch noch w a s s e r a u f n a h m e f ä h i g e r und noch frostbedroliender usw. Die b e t r e f f e n d e U n t e r g r u p p e erhält die B e z e i c h n u n g I I 4 . Nicht zu II 4 , sondern zu I dagegen rechnen die gebräuchlichen Dikten vieler Dachschiefer (Tonschiefer), z. B . v o n L e h e s t e n , P o r t Madoc usw. A m wenigsten g e f ä h r d e n d , wenn a u c h u. U. s t a r k e n t f o r m e n d , w e i l a b e r a m w e n i g s t e n t i e f in d e n S t ein b e s t a n d e i n g r e i f e n d , ist die Z e r s t ö r u n g s f o r m 1, deren e n t s p r e c h e n d e U n t e r g r u p p e der H a u p t g r u p p e I a m nächsten steht und mit IIj. zu bezeichnen i s t . Dann folgt als zweitwenigstgefährdende, weil e n t s c h i e d e n t i e f e r i n d e n S t e i n b e s t a n d e i n g r e i f e n d , die Z e r s t ö r u n g s f o r m 2, eine U n t e r g r u p p e I I 2 b e s t i m m e n d , und endlich die (abgesehen v o n I I 4 ) tiefststehende U n t e r g r u p p e I I 3 (die der Z e r s t ö r u n g s f o r m 4 entspricht). Diese

— 17 — Rangordnung nach dem Frostversuchsausfall unter allseitigem Frost angriff (s. Teilspalte a von Spalten 1 und 9, Tafel I) ist jedoch für I I 3 die maßgebende, strenggenommen n u r im Falle r i n g s l u f t -

Abb. 8

u m g e b e n e r S t e i n v e r w e n d u n g (zu Endigungen, Fialen usw.). F ü r Steine, die sich als zur Gruppe II gehörig erweisen, würde das entsprechende Zerstörungsmerkmal die Gefahr des v ö l l i g e n Durchs e i pp. Bausteine.

2

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r e i ß e n s u n d Z e r s p r e n g t w e r d e n s des Steines bedeuten. Bei g e w ö h n l i c h e r , v o r w i e g e n d e r Steinverwendung im Verband des a u f g e h e n d e n M a u e r w e r k s , s. T e i l s p a l t e b von S p a l t e 1 und 9, wo es sich nur u m e i n s e i t i g e n u n d d a z u n o c h b e s c h r ä n k t e r e n Frostangriff handelt, also das Zerstörungsmerkmal 4 gar nicht vorkommen kann, bleibt zwar wohl das Wertverhältnis II X zu I I 2 annähernd dasselbe. Dagegen würde für die betreffende praktische Steinverwendung b (zu aufgehendem Mauerwerk) die Bewertung als I I 3 v i e l zu s c h a r f , g e r a d e z u f a l s c h ausfallen. Vielmehr rückt, wegen der sonstigen tadellosen H a l t u n g des Steines im Frostversuch, die Untergruppennummer eine S t u f e höher, zu II 2 , hinauf, wobei aber gleichzeitig auch noch den hier (im Fall b) allenfalls möglichen andersartigen Frostschäden hinreichend Rechnung getragen wäre. Nur daß jetzt auch der Gruppencharakter (II 2 ) als ein etwas anderer zu denken i s t ! Sonach gibt es für b nur noch drei Bewertungsuntergruppen II, nämlich I I l 5 I I 2 und II 4 . Vergleiche hierzu auch Tabellenspalte 8 für II 3 . Die dortige B e m e r k u n g ist auch zu beachten, wenn Material der Gruppe II X vorliegt. (Die K l a m m e r n mögen diese U m s t ä n d e andeuten.) Zu II 5 gehören vorzugsweise Sandsteine und auch sonst wohl manche Steine feinkörniger Art, Silikatgesteine k a u m ; zu I I 2 zählen meist grobkörnigere, doch auch wohl mitunter dichte Kalksteine, K o n g l o m e r a t e ; seltener Silikatgesteine. F ü r I I 3 kommen nur Steine mit g a n z g l e i c h m ä ß i g e m G e f ü g e und ganz e b e n s o l c h e r F e s t i g k e i t in Betracht. — Andere Frostschadent y p e n als die der Bewertungsgruppen I, II X 3 und I I 4 können nach ihrer hier versuchten versuchsmäßig-genuinen Ableitung nicht vorkommen. Durch die in der Regel unzweideutige Umgrenzung der Zerstörungsbilder 1, 2, 3 und 4 und der dadurch bestimmten Untergruppen ist die Frostbewertungsordnung festgelegt. Selbstverständlich könnten an Steinen aber auch Merkmale m e h r e r e r Untergruppen z u g l e i c h auftreten. ( » G e m i s c h t e « Zerstörungsformen.) Dann ist die tiefstehendste derselben zu benutzen. Dasselbe gilt auch im etwaigen Zweifelsfalle, ob Gruppe oder I I 2 maßgebend sei. Wir kommen zum Schluß noch einmal auf die Wärmeschadenprobe und ihren Einfluß auf die Frostprobe kurz zurück. Die durch die Ausdehnung der Probekörper bei der E r w ä r m u n g hervorgerufenen Wärmespannungen werden zu einer Schwächung des Materials führen und so den Frostspannungen in gleichem Sinne vorarbeiten können. Dies um so mehr wegen der mit der E r w ä r m u n g w e c h s e l n d e n A b k ü h l u n g . Bei homogenem und isotropem Stein würden die Wärmespannungen bei der gleichen Ausdehnung aller Teilchen nicht sehr erheblich sein können und ebenso die Kältespannungen (abgesehen von den Frostspannungen). Die Wärmewechselprobe ist von Bedeutung mehr nur für gefügemäßig ungleichmäßige Steine, zumal bei unregelmäßiger Einlagerung räumlich und stofflich ungleicher g r ö ß e r e r Bestandstücke,

— 19 — z. B. A r o n F e l d s p ä t e n in G r a n i t e n oder P o r p h y r e n . Die v e r s c h i e d e n g r o ß e n W ä r m e a u s d e h n u n g s k o e f f i z i e n t e n dieser B e s t a n d s t ü c k e u n d i h r e r U m g e b u n g , j a sogar desselben B e s t a n d s t ü c k e s n a c h v e r s c h i e d e n e n R i c h t u n g e n h i n , v e r u r s a c h e n S p a n n u n g e n , die zu S p r e n g r i s s e n f ü h r e n k ö n n e n m i t völlig u n b e r e c h e n b a r e m E r f o l g f ü r den P r o b e k ö r p e r . D u r c h die W ä r m e - u n d K ä l t e s p a n n u n g e n wird der p e t r o g r a p h i s c h e C h a r a k t e r der G e s t e i n e n a t ü r l i c h n i c h t g e ä n d e r t . N u r die F e s t i g k e i t s v e r h ä l t n i s s e k ö n n e n in gewisser W e i s e Ä n d e r u n g e n erleiden. Der W ä r m e w e c h s e l v o r g a n g wird a b e r a u c h die l e t z t e n E n d e s d u r c h den p e t r o graphischen Charakter bedingte Untergruppenteilung nicht umzus t o ß e n v e r m ö g e n . D e n n die T a n g e n t i a l - u n d R a d i a l s p a n n u n g e n , die ents p r e c h e n d e n p l ö t z l i c h u n d u n w i d e r s t e h l i c h w i r k e n d e n Poreneisd r ü c k e , auf die j e n e G r u p p e n t e i l u n g sich g r ü n d e t , ü b e r t r e f f e n w e i t a u s d i e d u r c h d e n W ä r m e w e c h s e l örtlich h e r v o r g e r u f e n e n , an g r o b e n Ges t e i n s s t ü c k e n u n d in i h r e r N a c h b a r s c h a f t a u f t r e t e n d e n S p a n n u n g e n , d i e s c h w a c h u n d a l l m ä h l i c h , h a u p t s ä c h l i c h erst bei W i e d e r h o l u n g sich b e t ä t i g e n . D e n n o c h k ö n n e n die d a v o n h e r r ü h r e n d e n , sich m e h r und m e h r e r w e i t e r n d e n S p r e n g r i s s e ihrerseits n a c h W a s s e r a u f n a h m e wieder F r o s t w i r k u n g e n v e r u r s a c h e n . N a c h F e s t s t e l l u n g solcher s i c h t b a r e n S c h ä d e n m i t t e l s W ä g u n g , L u p e u n d T r ä n k u n g s v e r s u c h e n w ä r e n die b e t r o f f e n e n S t e i n e a u s der B e w e r t u n g s u n t e r g r u p p e , zu d e r sie gehören, einer zwischen dieser u n d der n ä c h s t n i e d e r s t e h e n d e n Z w i s c h e n u n t e r g r u p p e zuzuweisen oder g a r g a n z a u s z u s c h e i d e n . Dieses V o r g e h e n w ä r e a u c h a m P l a t z e , w e n n S t e i n e v o n H a u s a u s — sei es schon v o m B r u c h e her, sei es infolge der B e h a n d l u n g — h a a r r i s s i g sind. Abschnitt

III.

Die Abgekürzte Agenzienprobe, mit Beispielen. Z u r A u s f ü h r u n g des » A b g e k ü r z t e n « A g e n z i e n v e r s u c h s d i e n t eine A p p a r a t u r f o l g e n d e r A r t . B e n u t z t wird eine B a t t e r i e v o n einzeln der R e i h e n a c h e n t f e r n b a r e n , 24 c m h o h e n , 7 cm w e i t e n V e r s u c h s f l a s c h e n a u s w e i ß e m Glas, die zu e t w a V2 i h r e r H ö h e m i t (295 c m 3 ) chemisch r e i n e m W a s s e r g e f ü l l t w e r d e n , s. A b b . 9 u n d 10. D u r c h d r e i f a c h d u r c h b o h r t e K a u t s c h u k s t o p f e n i s t d a s Z u l e i t u n g s r o h r 2 f ü r die drei V e r s u c h s g a s e 0 , C 0 2 u n d S 0 2 bis ü b e r d e n Wasserspiegel, d a s G a s a b l e i t u n g s r o h r a bis auf einige Z e n t i m e t e r u n t e r h a l b des S t ö p s e l e n d e s in die Flaschen e i n g e f ü h r t . B e i d e G l a s r ö h r e n sind zu beiden Seiten d e r P r o b e p l a t t e n p e t w a s a u s e i n a n d e r g e b o g e n . Die d r i t t e , m i t t l e r e D u r c h b o h r u n g des K a u t s c h u k s t ö p s e l s n i m m t d e n gläsernen T a u c h s t a b t mit d e r Öse f ü r den P l a t i n d r a h t zur B e f e s t i g u n g der P r o b e p l a t t e a u f , die zeitweilig in die V e r s u c h s f l ü s s i g k e i t zu t a u c h e n ist. Die G a s l e i t u n g s r ö h r e n sind, 5 m m s t a r k , o b e r h a l b des S t ö p s e l e n d e s r e c h t w i n k l i g u m g e b o g e n u n d d u r c h K a u t s c h u k s c h l a u c h s t ü c k e m i t e i n a n d e r v e r b u n d e n . A n beiden 2*

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21

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Enden der Flaschenbatterie ist je eine dreifach tubulierte Woulfsche Flasche mit etwa 1 m langer Sicherheitsröhre vorgelegt. An die erste Woulfsche Flasche ist der auf dem Versuchstisch befestigte Gaszuleitungsbehälter m aus Steingut vollständig gasdicht angeschlossen. Von der anderen Woulfschen Flasche am Bntterieendc führt eine Glasröhre zur Ableitung der überschüssigen Versuchsgase ins Freie. Diese werden im verdichteten Zustande bezogen. WasserAus Gründen der Vergleichszulauf. möglichkeit wären für alle künftigen »Abgekürzten Agenzienproben« einheitliche (womöglich internationale) Bestimmungen unbedingt erforderlich, die sich auf das Verhältnis der drei Versuchsgasmengen, ihre Gesamtmengen und die Dauer ihrer Durchleitungszeiten, also die Wirkungsdauer und die Gesamtdauer des Versuchs, auf die gleichmäßig zu erhaltende Durchflußgeschwindigkeit der Gase, ferner auf die Zahl und Dauer der Tauchungen der Probeplatten zu erstrecken hätten. V/assorzutaitung an=undabsta.llbar Die Bestimmungen müßten auch das b durchlaufanetes Bratf anzuwendende einheitliche Plattenformat (Normalformat), die PlattenMaßstab zahl zwecks Mittelbildung, das VerI fahren des Trocknens usw. regeln. Wünschenswert ist es, jedem AgenSEITENANSICHT DER FLASCHENBBTTERIE zienversuch zwei V e r g l e i c h s m a nabst Wassar-Zu-und Ablaitung u-w. terialien mit zu unterwerfen: das eine A b b . 10. der oberen, das andere der unteren Grenze der Steinangreifbarkeit entsprechend, etwa Karraramarmor und Quarzit. Praktisch wäre wohl auch die Mitbenutzung einiger weiteren solcher Vergleichsstücke von bereits baulich bewährten oder zu verwerfenden Steinsorten. Gleichfalls natürlich nach einheitlicher Vorschrift. Nach Abschluß des Versuchs wird jede der Probeplatten in einer besonderen Kristallisationsschale in chemisch reinem Wasser gewaschen, getrocknet und wieder gewogen. Der Gewichtsverlust gegen das Anfangstrockengewicht wird bestimmt, auf Hundertteile des letzteren berechnet und, mit (p bezeichnet, der Steinbewertung mit zugrunde gelegt, nachdem vorher später zu besprechende Berichtigungen und Ergänzungen angebracht worden waren. Es ist anzunehmen, daß in den Versuchsflaschen auf den Probeplattenflächen und in geringer Tiefe auch im Steininneren während des

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22

—

Versuchs verwickeitere Salzneubildungen entstehen, die bei größerer Anhäufung die eigentliche Wirkung des Versuchsgases hemmen könnten. Gemeint sind mit diesen Neubildungen diejenigen, die durch W e c h s e l w i r k u n g der primären Verbindungen entstehen könnten, welche ihrerseits von der Wirkung von H ä O, 0 , C 0 2 und S 0 2 bzw. SO g auf die Steinbasen herrühren. Eine allzu große Anhäufung dieser sekundären Bildungen ist zu vermeiden, d. h. es ist die Dauer ihrer Anwesenheit und ihre Einwirkungsmöglichkeit auf die Platten auf das Maß zu beschränken, das der Außenwirklichkeit tunlichst entspricht. Auch dort ja werden solche Neubildungen, obzwar nur in geringerer Menge, sehr wahrscheinlich entstehen, aber im allgemeinen durch das Regenwasser hinreichend abgeführt werden. Dadurch werden die Steine der erneuten Luftstoffwirkung wieder zugänglicher, und es vollzieht sich so ein beständiger, natürlich unregelmäßiger Kreislauf in diesem Sinne. Dieser nun wäre im Versuch möglichst nachzubilden. Da aber hier weit kräftigere Wirkungen und Wechselwirkungen stattfinden als in der Wirklichkeit, so ist für zeitweise in Wirkung tretendes reichliches Lösungswasser zu sorgen. Das geschieht, nachdem die Agenzienflüssigkeit nach Möglichkeit entfernt ist, durch Einlassen von frischem, chemischreinem H 2 0 , das Spülung der leicht bewegten Platten bewirkt. Zu diesem Zweck sind an jede Flasche zwei einander gegenüberstehende, mittels eingeschliffenen Glashahns abschließbare Glasröhren von gegen 10 mm Durchmesser angeschmolzen, s. Abb. 10. Die eine, etwa 3 cm über dem Flaschenboden mündende Glasröhre I dient zur zeitweisen Abführung der Versuchsflüssigkeit sowie des Spülungswassers in ein vorgelegtes, tiefer stehendes Sammelgefäß I I I . Durch die etwas höher, etwas über Probenplattenmitte, einmündende Glasröhre II wird das Wasser für die Plattenspülung zugelassen, während die Zuleitung der Versuchsgase für kurze Zeit abgestellt ist. Die Gummistöpsel der Flaschen besitzen noch eine vierte bzw. zweite Durchbohrung bzw. s2) für den nötigen Luftaustritt, die durch je einen Glasstöpsel verschließbar ist. (Statt dessen könnten auch die Gummistöpsel einfach etwas gelüftet werden.) Es ergibt sich folgender G a n g d e r S p ü l u n g (nach Abstellung der Gaszuleitung): 1. Ablassen der Versuchsflüssigkeit: Hahn II geschlossen; s1 und s2 offen; Hahn I offen. 2. Wasserzulauf zur Versuchsflasche bis oben hin: Hahn I geschlossen; &\ offen; Hahn II offen. 3. Ablassen des Spülungswassers: Hahn I I geschlossen; s1 und s2 offen; Hahn I offen. 4. Wiederholung von 2 lind 3. 5. W'asserzulauf zur Versuchsflasche bis unter die Probepiatie: Hahn I geschlossen; Sj offen; Hahn I I offen. 6. Erneute Gaszuleitung: Hahn I ^ u n d s g s o w i e Hahn II geschlossen.

— 23 — In den Sammelflaschen findet sich schließlich nach Beendigung des Versuchs die Gesamtmenge der entführten gelösten Plattenstoffe nebst den Waschwässern vor. Auf dem Flaschenboden stellen sich u. U. als Unlösliches etwas Bodensatz und, jedoch seltener, feste Abgänge der Probeplatte ein. Hinsichtlich der G a s z u l e i t u n g wird folgende Anordnung empfohlen, die sich der bei den F l ö r k e s c h e n Versuchen 1 ) anschließt. Man läßt die drei Versuchsgase nicht wechselnd n a c h e i n a n d e r , sondern g l e i c h z e i t i g , d . h . in angemessenem Verhältnis gem i s c h t , die Flaschenbatterie durchstreichen. Das ist nicht nur bequemer, sondern auch wirklichkeitsnäher. Technisch wird das Vorgehen durch Vorlage des v i e r f a c h t u b u l i e r t e n zylindrischen Steingutmischbehälters m für die drei Versuchsgase am Batterieanfang ermöglicht, s. Abb. 9. Die drei Tuben oder Stutzen 1, 2 und 3 vermitteln einzeln den Anschluß der Stahlflaschen für die drei Gase unter Zwischenschaltung je eines Gasmessers, der es erlaubt, bestimmte Mengen der drei Gase in den Mischbehälter eintreten zu lassen, um die gewünschte M i s c h u n g stetig zu erhalten. Dann gelangt die Gasmischung durch den vierten Stutzen 4 in das angeschlossene Gaszuleitungsrohr der Flaschenbatterie. Die Ergebnisse der chemischen Einwirkung der nennenswert aktiven Luftstoffe, einschließlich der Rauchgase, auf die Bausteine sind, im Bauverbandsverhältnis wie im Versuch, d. h. bei der »Natürlichen« wie bei der »Künstlichen« Agenzienwirkung, im wesentlichen die folgenden: Der L u f t s a u e r s t o f f (0) oxydiert etwa im Stein vorhandene FeO-Verbindungen höher und führt im Verein mit der H 2 0-Wirkung zur Bildung von Eisenoxydhydrat Fe 2 (HO) 6 . Die Verwitterung der Silikate in der freien Natur (bei Abwesenheit also von Rauchgasen) wird eingeleitet durch die h y d r o l y t i s c h e Wirkung des W a s s e r s (H 2 0). Es findet eine Dissoziation des H 2 0 in H-Kationen und OH-Anionen s t a t t : H20 < > H" + OH'. Darauf beruht die schwache Aktivität des H 2 0, das als Säure oder als Base wirkt, je nachdem eine Base oder eine Säure ihm gegenübertritt. Es kommt hinzu der Angriff der K o h l e n s ä u r e (C0 2 ) und in Stadt- und Industriebezirken der der R a u c h g a s s ä u r e n : Schweflige Säure (S0 2 ) und Schwefelsäure (SO,). Bei der hydrolytischen Gesteinszersetzung gehen ohne weiteres in L ö s u n g : freie Alkalien, wasserhaltiges Alkalisilikat und Kieselsäurehydrat; daneben: Bikarbonate. An u n l ö s l i c h e n Verbindungen werden Siehe »W. F l ö r k e , Über die künstliche V e r w i t t e r u n g von Silikatgesteinen u n t e r dem Einfluß von schwefeliger Säure, Dr.-Dissertation, Gießen 1915«.

— 24 — gebildet: kolloide wasserhaltige Aluminiumsilikate, kolloide wasserhaltige Eisenoxydsilikate, Eisenoxydhydrate und wasserhaltige Magnesiumsilikate. Aber auch diese Neubildungen können, immer nur in kleinen Mengen sich bildend, von hinreichend vorhandenem Wasser fortgeschwemmt werden. Die L u f t k o h l e n s ä u r e führt die schwerlöslichen Karbonate der eigentlichen Kalkgesteine sowie der sonstigen kalkhaltigen Steine in leichtlösliche primäre Karbonate über und greift mit der Zeit, jedoch in geringerem Maße, selbst die Silikate an. Die R a u c h g a s s ä u r e n führen vorhandene Karbonate sowie die gebildeten primären durchweg in l e i c h t l ö s l i c h e S u l f a t e über, mit einer gewissen Ausnahme. Sodann wirken die Rauchgassäuren den Silikaten gegenüber in erheblich stärkerem Maße als die Kohlensäure, unter Ausscheidung von Kieselsäurehydrat, gleichfalls auf schließliche Rildung l e i c h t l ö s l i c h e r Sulfate hin. Die erwähnte Ausnahme betrifft den bei Anwesenheit von Kalziumkarbonat (CaC0 3 ) gebildeten und bei nur s p ä r l i c h e m Vorhandensein von L ö s u n g s w a s s e r nicht entführbaren schwefelsauren Kalk ( C a S 0 4 ) oder vielmehr Gips = C a S 0 4 , 2 ( H 2 0 ) . Hiervon 1 g bedarf zur Lösung bei 18° C etwa 400 bis 500 g reinen Wassers. Das wasserhaltige Kalziumsulfat ist hiernach zwar in Wasser nicht gerade leicht löslich, jedoch viel leichter, als Kalziumkarbonat sogar in C0 2 -haltigem H 2 0 löslich ist. In verdünnten Säuren (auch in Salzlösungen) löst sich Gips noch leichter. Trotz alledem kann es bei dafür günstigen Umständen zu Gipsansatz auf dem Stein oder u. U. im Steininneren kommen. Diese Gipsbildung hat dann naturgemäß eine G e w i c h t s z u n a h m e zur Folge. Sie bleibt aber völlig unbemerkt und verdeckt, wenn sie durch den gleichzeitigen G e w i c h t s v e r l u s t des Steinstückes zufällig ganz ausgeglichen oder von ihm übertroffen wird. Ist dieser Ausgleich nur ein teilweiser, so erscheint das Steinprobengewicht zwar erhöht, das Versuchsergebnis ist jedoch irreführend und nur in ganz grober Weise zutreffend oder gar unbrauchbar. Rei der bloßen Erhebung des Endtrockengewichts der Probeplatte wird also einerseits der w i r k l i c h e S t o f f v e r l u s t der Steinprobe verdeckt und andererseits ist die in das Ergebnis eingegangene etwaige G e w i c h t s z u n a h m e nicht ersichtlich. Es muß darum in allen Fällen, in denen ein Kalkgehalt des Steins (gewöhnlich als CaC0 3 ) durch Aufbrausen mit Salzsäure nachweisbar ist, die Gewichtsmenge der im Versuch aufgenommenen S 0 3 unbedingt festgestellt und dann auf das v o r l ä u f i g e Versuchsergebnis angerechnet werden, als erste notwendige Korrektur der rohen Endtrockengewichtsbestimmung. Aber es gibt noch einige andere Möglichkeiten für die Gewichtserhöhung der Steinproben. Reim wechselnden Auftreten und Ausbleiben von S 0 2 in der Luft und Mangel an Lösungswasser kann, bevor die S 0 2 zu S 0 3 oxydiert wird, statt des leichter löslichen Ca-Sulfats und des

-

25 —

gleichfalls gut löslichen sauren oder primären Sulfits auch neutrales schwefligsaures K a l z i u m o x y d oder s e k u n d ä r e s Kalziumsulfit: CaSOg zustande kommen, das in H 2 0 ä u ß e r s t s c h w e r l ö s l i c h ist und a m Stein haftet. Das gleiche gilt von dem neutralen Sulfit A 1 2 ( S 0 3 ) 3 und der entsprechenden Eisenverbindung. Mit allen diesen s c h w e r l ö s l i c h e n Neubildungen wäre im Agenzienversuch zu rechnen. Endlich auch mit der Bildung u n l ö s l i c h e r H y d r o x y d e von AI und Fe, die in der freien Natur als Verwitterungsprodukte an Silikatgesteinen vorkommen, aber auch von Wilh. Flörke bei seinen Versuchen »Über künstliche Verwitterung von Silikatgesteinen unter dem Einfluß von schwefliger S ä u r e « als Bodensatz der Versuchsgefäße und zuweilen als Plattenbelag festgestellt wurden. Ich selbst hatte Ähnliches beobachtet. Auch mit ungelöst gebliebenem Kieselsäurehydrat wäre zu rechnen. Alle durch diese nicht entführbaren Neubildungen erfaßten Steinstoffmengen blieben unberücksichtigt, wollte man sich l e d i g l i c h an das Ergebnis der Schlußwägung halten. Und doch sind das alles n a c h t e i l i g e m o l e k u l a r - l o c k e r n d e M a t e r i a l v e r ä n d e r u n g e n infolge der Agenzienwirkung. Zusammenfassend aufgeführt sind die im Agenzienversuch bzw. im B a u v e r b a n d und in der Naturfreiheit verändernd auf die Steine wirkenden Vorgänge die folgenden: 1. L ö s u n g v o n S t e i n s t o f f e n (im Versuch in Flaschen gesammelt), 2. V e r f l ü c h t i g u n g v o n S t e i n s t o f f e n (nur C 0 2 ) , 3. A b s p a l t u n g u n d A n h ä u f u n g v o n u n g e l ö s t e n Steinb z w . U m w a n d l u n g s s t o f f e n beim Versuch, und zwar in Gestalt a) von B o d e n s a t z l a u f dem Versuchsflaschenboden b) von A b g a n g s s t ü c k e n j befindlich, c) von einer an der Probeplatte oder am Baustein oder an Steinen in der Naturfreiheit erscheinenden V e r w i t t e r u n g s r i n d e oder eines V e r w i t t e r u n g s b e l a g s . Außerdem gibt es noch eine ziffernmäßig völlig unerfaßbare Art von Steinveränderung: die Verfärbung. Nach dem Gesagten gilt es nunmehr, zwecks Ermittelung des w a h r e n s c h ä d l i c h e n V e r l u s t e s a n S t e i n s u b s t a n z zunächst die Gewichtsmengen der im Versuch zu den Steinbasen möglicherweise hinzugetretenen, g e w i c h t e r h ö h e n d e n Versuchsstoffe 0 , H 2 0 , S 0 2 und S 0 3 (und allenfalls auch noch den etwaigen Verlust an C 0 2 ) festzustellen. Das kann wie folgt geschehen. a) Die der Versuchsflasche entnommene Probeplatte möge das Endtrockengewicht gf besitzen. E s ist das » s c h e i n b a r e « Plattengewicht nach dem Versuch, zu erheben an der von etwa vorhandenem Verwitterungsbelag befreiten, gereinigten Platte. Diese oder eine große Probe davon wird fein zerkleinert und in vier abgewogene Teile 1, 2, 3 und 4

—

2 6

—

zerlegt. E i n T e i l 1 wird zur B e s t i m m u n g der S u l f a t - S c h w e f e l s ä u r e längere Zeit i n d e r W ä r m e mit H 2 0 b e h a n d e l t und f i l t r i e r t . I m F i l t r a t wird die S 0 3 b e s t i m m t u n d auf das P l a t t e n g e w i c h t gf u m g e r e c h n e t (nach A b z u g e t w a b e r e i t s von vornherein v o r h a n d e n gewesener S 0 3 - M e n g e ) . D a s E r g e b n i s sei g, v b ) E i n anderer Teil 2 der zerkleinerten P l a t t e wird gleichfalls mit H 2 0 , j e d o c h u n t e r Z u s a t z von B r o m w a s s e r , längere Zeit in der W ä r m e b e h a n d e l t , u m die etwa v o r h a n d e n e n ungelösten n e u t r a l e n S u l f i t e in lösliche S u l f a t e überzuführen. Hierauf filtriert m a n , b e s t i m m t i m F i l t r a t wieder die S 0 3 und r e c h n e t sie (nach A b z u g etwa bereits von v o r n herein v o r h a n d e n gewesener S 0 3 - M e n g e ) a u f gf u m . D a s E r g e b n i s sei I h m e n t s p r i c h t eine a u f g e n o m m e n e S 0 2 - M e n g e = a bs.,-

/ oo S..

6*4 g', o • = 5 oU

0,8 •

c) D a m i t b e r e c h n e t sich weiter die G e w i c h t s m e n g e der von der S 0 2 ausgetriebenen

C02 =

gSo •

=

g Cj ; die der wirksamen S 0 3 - M e n g e gKi 44 e n t s p r e c h e n d e Menge an a u s g e t r i e b e n e r C 0 2 = gXl • ^Q. Sie sei m i t g(.: 4

b e z e i c h n e t und es werde gCi -\-ge. = gr. gesetzt. E s sollen ferner bedeuten g„ das A n f a n g s t r o c k e n g e w i c h t der (frischen) P r o b e p l a t t e , ge die noch u n b e k a n n t e G e w i c h t s m e n g e des zur O x y d a t i o n des möglichen F e O - G e h a l t s des S t e i n s v e r w a n d t e n 0 , g„. die zur Gipsbildung, K i e s e l s ä u r e h y d r a t b i l d u n g und zur Bildung der E i s e n - und A l u m i n i u m - O x y d h y d r a t e b e n ö t i g t gewesene H 2 0 - M e n g e . d) D i e B e s t i m m u n g von g„. k a n n erfolgen, indem man einen dritten der abgewogenen P l a t t e n t e i l e 3 gepulvert in einem V e r b r e n n u n g s r o h r s t a r k e r G l ü h h i t z e a u s s e t z t , das e n t w e i c h e n d e H 2 0 in einem gewogenen C h l o r k a l z i u m r o h r a u f f ä n g t und davon die W a s s e r m e n g e a b z i e h t , die sich möglicherweise bei dem gleichen, an einer P r o b e des f r i s c h e n M a t e rials a n g e s t e l l t e n Glühversuch ergeben h a t t e . S e l b s t v e r s t ä n d l i c h ist dabei Z u r ü c k r e c h n u n g der E r g e b n i s s e auf das P l a t t e n g e w i c h t nach und v o r dem Agenzien v e r s u c h . e) Die B e s t i m m u n g von g0 erfolgt , indem man für gleiche G e w i c h t s mengen des frischen S t e i n s und des i m V e r s u c h v e r ä n d e r t e n (also u n t e r M i t b e n u t z u n g des P r o b e n t e i l s 4) den F e O - G e h a l t der P r o b e n — falls es sich u m ein S i l i k a t g e s t e i n handelt — nach dem b e w ä h r t e n , einfachen V e r f a h r e n von P e t e r s e n e r m i t t e l t . Die zur Ü b e r f ü h r u n g des U n t e r schieds der beiden E r g e b n i s s e für F e O in F e 2 0 3 erforderlich gewesene O - M e n g e ist das g e s u c h t e g0. D a s P e t e r s e n s c h e V e r f a h r e n 1 ) b e s t e h t in f o l g e n d e m : »Die S u b s t a n z wird in einem K o l b e n aus eisenfreiem Glase !)

S . »Neues J a h r b . f. Mineralogie 1 8 6 9 ; 32«.

— 27 — mit k o n z e n t r i e r t e r S c h w e f e l s ä u r e u n d r a u c h e n d e r w ä s s e r i g e r F l u ß s ä u r e e r w ä r m t , n a c h d e m durch ein S t ü c k c h e n M a r m o r u n d wenig S c h w e f e l säure die i m K o l b e n b e f i n d l i c h e L u f t d u r c h K o h l e n s ä u r e v e r d r ä n g t worden i s t . In k ü r z e s t e r Zeit ist das S i l i k a t zerlegt, w o r a u f m i t k a l t e m W a s s e r v e r d ü n n t u n d das F e O m i t C h a m ä l e o n l ö s u n g t i t r i e r t w i r d . « H a n d e l t es sich n i c h t u m S i l i k a t g e s t e i n e , sondern z. B . u m K a l k s t e i n e , so wird — c e t e r i s p a r i b u s — die F l u ß s ä u r e d u r c h S a l z s ä u r e e r s e t z t . M i t den j e t z t b e k a n n t e n von a u ß e n zu der P r o b e p l a t t e h i n z u g e t r e tenen gewichtserhöhenden Stoffmengen u n d gM g0 u n d gw b e r e c h n e t sich n u n m e h r l e i c h t das » w i r k l i c h e « , d. h. b e r i c h t i g t e oder » r e d u z i e r t e « G e w i c h t der durch den V e r s u c h v e r ä n d e r t e n P r o b e p l a t t e : ge = gf ~ (gSl + gSä + gw + go) kürzehalber o - iI- baS j i bo u 4 I- öol t ' = ob z p.s-, wird,

oder, wenn gesetzt

gr = gf Damit

folgt der S t o f f v e r l u s t g der 1) g =ga

0('er < )f ler

gzProbeplatte:

— g„

la) g = ga — gf + gz l b ) g = g a — gf + (gSi + g.,a + gn +

g,c)-

D i e B e s t i m m u n g v o n g„. und g0 (nach d und e) i s t i n s b e s o n d e r e dann u n v e r m e i d l i c h , w e n n der S t e i n e r h e b l i c h e M e n g e n ( e t w a 1 , 5 % oder m e h r ) von E i s e n k i e s ( F e S 2 ) e n t h ä l t (wie zuweilen bei D a c h s c h i e f e r n und S a n d s t e i n e n ) . Dieses E r z z e r s e t z t sich d u r c h E i n w i r k u n g v o n 0 und H 2 0 d e r L u f t , u n t e r b e d r o h l i c h e r V o l u m v e r m e h r u n g , n a c h der chemischen Gleichung: FeS2 + 8 (H20) + 7 0 = F e 2 S 0 4 , 7 (H20) + H2S04, also u n t e r B i l d u n g freier S c h w e f e l s ä u r e u n d wasserlöslichen E i s e n v i t r i o l s . L e t z t e r e r k a n n w e i t e r h i n zur B i l d u n g v o n E i s e n o x y d u n d E i s e n o x y d h y d r a t f ü h r e n , w o d u r c h erneut A u f n a h m e v o n 0 u n d H 2 0 b e d i n g t i s t . Alles f ü r die V e r w i t t e r u n g s c h w e r w i e g e n d e V o r g ä n g e ! D i e B e r ü c k s i c h t i g u n g der S c h w e f e l k i e s z e r s e t z u n g b e i d e r g a n z e x a k t e n F e s t s t e l l u n g von g i s t e t w a s u m s t ä n d l i c h , a b e r u n s c h w e r d u r c h f ü h r b a r . D i e e r w ä h n t e , der g e s a m t e n S 0 3 - M e n g e gSi g.,„ e n t s p r e c h e n d e G i p s b i l d u n g b e d e u t e t auf j e d e n F a l l , a u c h o h n e s i c h t b a r e S c h ä d e n , eine stoffliche Verschlechterung des k a l k h a l t i g e n Steins. Denn Gips ist 2- bis 7 m a l so l e i c h t im L u f t w a s s e r ( e i g e n t l i c h in r e i n e m W a s s e r ) löslich als K a l z i u m k a r b o n a t . E r i s t f e r n e r als N e u b i l d u n g , j a als Gipsfels, v o n g e r i n g e r e r F e s t i g k e i t u n d H ä r t e als steiniges K a l k k a r b o n a t . Dieses V e r h a l t e n i s t es j a gerade, das den G i p s v o n d e r A u ß e n v e r w e n d u n g a u s s c h l i e ß t o d e r d a f ü r doch sehr b e s c h r ä n k t . A u ß e r d e m ist die G i p s b i l d u n g wegen d e r d a m i t v e r b u n d e n e n V o l u m e n v e r m e h r u n g [ u m das 7 f a c h e ( S c o t t ) ] , also wegen S p r e n g g e f a h r , n a m e n t l i c h im S t e i n i n n e r e n ,

—

28

b e d r o h l i c h . E i n B e i s p i e l hiezu e r w ä h n t S c o t t v o m S o m e r s e t - H o u s e in London1). Weitere Beispiele nachteiliger Gipsbildung (unter vielen!): G i p s k r u s t e des d o l o m i t i s c h e n P o r t l a n d s t e i n s d e r S t . P a u l s - K a t h e d r a l e in L o n d o n o d e r d e r K a l k s t e i n f i g u r e n a m H a m b u r g e r H a f e n ( n a c h G l i n z e r ) . D e r n a c h t e i l i g e n G i p s b i l d u n g k a n n d a d u r c h s c h o n b e i der S t e i n b e w e r t u n g R e c h n u n g g e t r a g e n w e r d e n , d a ß m a n die m i t d e r Z e i t zu e r w a r t e n d e o d e r d o c h m ö g l i c h e E n t f ü h r u n g des G i p s e s a l s b e r e i t s erfolgt ansieht und das Gewicht der entsprechenden, wenn schon im Stein verbleibenden CaO-Menge gcao =

(g Sl + g j •

entsprechend ders chemischen CaC03 +

S03 +

bei der B e w e r t u n g dem sind

so

zwei

erhöhte

betreff

der

Größe:

Wasser

sehr

gleichfalls

der leicht

schwer

gj,

C02,

g sicherheitshalber z u l e g t . gewonnen.

die o b e r e

Die um

Grenze

ist

jenen

jedoch

Es CaO-

nichts

Wirklichkeitswert.

entsprechenden,

Ausschluß

0 , 7 • (gSl +

CaS04, 2(HgO) +

von

gewichtsvermehrenden,

etwa

im

S u l f i t e liegt die S a c h e wie folgt. mit

=

Gleichung:

Grenzbewertungszahlen

Gewichtsbetrag In

8 0

2 (H20) =

Betrag

a l s ein n u r m ö g l i c h e r Menge

56

Stein

Die sekundären

wasserlöslichen

löslich.

verbliebenen

Neutrales

der

S02-

neutralen

Sulfite der Metalle,

Alkalimetalle,

Kalziumsulfit

gelten

als

in

soll n a c h

einer

A n g a b e zur L ö s u n g in H 2 0 von 18° C sogar e t w a das 2 3 2 6 0 f a c h e

H20-

G e w i c h t b e n ö t i g e n , also das 8- bis 2 0 f a c h e wie für

Kalziumkarbonat;

n a c h anderen A n g a b e n übertrifft m i t n u r 1 : 8 0 0 die

Schwerlöslichkeit

d e s S u l f i t s a b e r j e d e n f a l l s i m m e r n o c h die des G i p s e s , d e r , in r a u c h g a s h a l t i g e r L u f t s t e t s in g e r i n g e r M e n g e s i c h b i l d e n d , n o r m a l i t e r b e s t ä n d i g in L ö s u n g g e h t .

An seine Stelle kann nun u. U.

d e n d e s C a S 0 3 treten. bildung spielt freilich setzende

Ca-Sulfit.

Kayser2) und Vermehrung

die D i c h t u n g

Die

dann der

von

S02

durch

Schutzschicht

zerfällt

dieses

im

aus

das sich

Wechsel

worden.

Luft

und

CaS03 +

ist

zuerst

Wenn

bei

auch

abvon bei

hinreichender

Sulfit: C a H 2 ( S 0 3 ) 2 sich bildet,

entgegengesetzter

leicht wieder zur unlöslichen s e k u n d ä r e n CaH2 (S03)2 =

Schutzrindendünnhäutig

letzterem

mir3) nachgewiesen rauchgashaltiger

W a s s e r m e n g e wasserlösliches p r i m ä r e s so

schutzrindenbil-

E i n e wesentliche Rolle bei der

Bedingungen

doch

Verbindung:

S02 +

H20.

L) Vgl. S. 31 in » H a n s I l ö r m a n n , Denkmalpflege und Steinschutz in England, München 1928, Verl. v. G. D. W . Callwey«. 2) Vgl. » K a y s e r , l í b e r Rindenbildung an Kalkstein« in »Der Steinbruch, 5. Jahrg. lieft 18, 1910«. 3) Sowie » S e i p p , Über Schutzrinden von Bausteinen und ein darauf bezügl. Prüfungsverfahren« in »Zeitschr. d. Österr. Ing.- u. Arch.-Ver., Jahrg. 1925, Nr. 49/50«.

— 29 — Auch erzeugt das p r i m ä r e Sulfit durch Rückwirkung auf das Kalziumkarbonat stets wieder die sekundäre Verbindung: CaH 2 (S0 3 ) 2 + CaCO„ = 2 ( C a S 0 3 ) + H 2 0 + C0 2 . Es läßt sich sehr wohl ein Zustand denken, bei dem die vorhandene Menge des Lösungswassers zu gering ist zur Lösung des gebildeten Kalziumsulfats, also erst recht auch des Kalziumsulfits oder doch mindestens des letzteren allein. Theoretisch auch wäre damit die Möglichkeit des Auftretens von Schutzrinden (rein oder sulfathaltig) erwiesen. Sie fordert aber eben das Erfülltsein g a n z b e s o n d e r e r B e d i n g u n g e n und ist demnach nicht die Regel, sondern eher eine A u s n a h m e . Ähnlich so wie CaS0 3 , wennschon wohl in schwächerem Maße, werden sich die Sulfite A1 2 (S0 3 ) 2 und F e 2 ( S 0 3 ) 3 verhalten, während von MgS0 3 , entsprechend seiner etwas größeren Löslichkeit, das im Versuch Erreichbare größtenteils wohl e n t f ü h r t werden wird. Von der Versuchsgröße gSt ausgehend, könnten wir also zu einem Urteil gelangen, ob und in welchem Maße bei Kalkgesteinen (ja sogar u. U. bei kalkfreiem A1 2 0 3 - und Fe 2 0 3 -haltigem Gestein) S c h u t z r i n d e n b i l d u n g m ö g l i c h wäre. Es verteilt sich die S0 2 -Menge gSt auf die durch sie erfaßbaren Oxyde CaO, A1 2 0 3 und F e 2 0 3 des Steins, deren Mengen in dem oben unter b erwähnten b r o m i e r t e n Filtrat der Probeplattenportion 2 zu ermitteln wären. Notwendig also: eine Kalkbestimmung und eine Bestimmung der vereinigten zwei Oxyde: A1 2 0 3 und F e 2 0 3 (gemeinsame Fällung durch Ammoniak usw.). Die Summe gx der erfaßten drei Basen im Filtrat verhilft, für sich betrachtet, zum Urteil über die M ö g l i c h k e i t einer etwaigen Schutzrindenbildung. Der Größe g z u g e l e g t , ergibt sie die für diesen Fall gesicherte Wertung. Endlich wären noch die von der hydrolytischen Spaltung der Silikate herrührenden Neubildungen in Form von Verwitterungsrinde oder -belag (Oxydhydrate des Fe und AI usw.) sowie etwa ungelöst gebliebene Kieselsäure zu berücksichtigen. Für erstere könnte als Betrag gy, der g z u z u l e g e n wäre, annähernd wohl einfach das geringe Gewicht des entfernten und geglühten Belags gelten. Es schließt allerdings den von außen hinzugetretenen 0 ein; aber der Fehler wirkt ja auf eine V e r g r ö ß e r u n g der Bewertungsgröße g hin. Nach dem Vorigen hätten wir n u n m e h r für g als a l l e r ä u ß e r s t e n o b e r e n Endwert im selteneren Falle d o p p e l t e r S c h u t z r i n d e n b i l d u n g , d. h. unter Berücksichtigung auch etwa neben der Sulfit-Schutzrindenbildung noch auftretenden ungelösten Gipses folgenden Ausdruck g2 für g. Dabei m ü ß t e aber die Berechnung von g C a 0 von gSi sowie auch von gSi ausgehen: 2) g2 =

(ga — gf +

gz) +

{gx +

gy) +

gcao-

Oder aber: es ist, wenn gx unberücksichtigt bleiben darf und soll, mit 2a)

g3 =

(ga —

gf +

gz)

+

gy +

gCnO

— 30 — zu rechnen, wobei dann aber die B e r e c h n u n g nur von auszugehen hat. Als u n t e r e r , gewöhnlich benutzbarer, meist ausreichender Bewertungsgrenzausdruck g i l t :

la) gl = ga — gf + gzSollten i m Stein etwa zurückgebliebene ungelöste Kieselsäurehydra tmengen b e s t i m m t werden, so könnte das n a c h Auslaugen m i t einer Lösung von kohlensaurem Natron oder Ätzalkalien geschehen, die nach G . L u n g e und L . Millberg die übrige Kieselsäure im Stein n i c h t a n g r e i f e n würde. (S. »Zeitschr. f. anorgan. Chemie. 1897, 3 9 3 , 425«.) Die einfachst mögliche Gestalt IC)

g =

g

a

—

gf

gewinnt die F o r m e l 1 a nur im Falle völliger K a l k - und damit ( ^ - F r e i heit der Steine bei gleichzeitigem Ausbleiben einer Verwitterungsrinde von wägbarer S t ä r k e . Etwaiger Kalkgehalt in Karbonat form wird b e i m Betupfen der frischen Steinprobe mit Salzsäure am Aufbrausen erkannt. Nennenswerten C a O - G e h a l t , auch in Silikatform, verrät außerdem die b e k a n n t e F l a m m e n f ä r b u n g einer kleinen P r o b e am P l a t i n d r a h t sowie das Spektrallinienbild. Beispiele für die Ermittelung; prozentischer Gewichtsverluste von Steinproben im Agenzienversuch. B e i s p i e l 1. E i n e Probeplatte aus Obernkircher Sandstein h a t t e das Anfangstrockengewicht ga = 3 6 , 4 5 1 0 g und das Endtrockengewicht gf = 3 6 , 4 2 1 8 g. E s ergab sich weder Bodensatz noch Abgang, noch Verwitterungsbelag sowie völlige Kalkfreiheit. Die Versuche der B e s t i m m u n g von g Si , g0 und gw h a t t e n negativen Erfolg. Mithin wird einfach: gi = g a - g t = 0 , 0 2 9 2 g und 9 =

- 0 , 0 2 9 2 g oder