Dissertation - Amtliche Materialprüfungsanstalt

Mikroskopische Schadensanalyse 

und Konservierungskontrolle 

am Beispiel historischer Terrakotten und Ziegel 

DISSERTATION 

zur Erlangung des akademischen Grades 

Doctor rerum naturalium 

an der Fakultät Bauingenieurwesen 

der 

Bauhaus-Universität Weimar 

vorgelegt von 

Frank Schlütter 

aus Erfurt 

Weimar 2002 

Gutachter: 1. Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Stark 

2. Prof. Dr. rer. nat. habil. R. Blaschke 

3. Prof. Dr. rer. nat. habil. D. Knöfel 

Tag der Disputation: 30.04.2002

Der Begeisterte wird immer und notwendig 

über den triumphieren, der nicht begeistert ist. 

Willi Rickmer Rickmers 

(Bremer Fabrikant und Asienforscher, 

Leiter der Deutsch-Russischen ALAI-PAMIR-Expedition 1928)

Vorwort 

Vorwort 

Nach heutigem Verständnis des Begriffes Denkmalpflege ist zur Erhaltung von Kunst- und 

Kulturgut eine Konservierung anzustreben. Ein Materialaustausch soll möglichst vermieden 

werden. 

Zu den Voraussetzungen einer erfolgreichen und dauerhaften konservatorischen Behandlung 

gehören stets auch genaue Kenntnisse der Ursachen und Auswirkungen auftretender 

Schäden. Die Veränderungen der Baustoffgefüge müssen bis in ihre mikroskopischen 

Details bekannt sein, um die Schadensprozesse rekonstruieren und bei der Festlegung 

konservatorischer Schritte berücksichtigen zu können. Hierfür wird die Aussagefähigkeit 

mikroskopischer Untersuchungen an kleinen Bauwerksproben noch immer unterschätzt und 

nicht ausreichend genutzt. 

Mit der vorliegenden Arbeit sollen die Möglichkeiten der analytischen Mikroskopie zur 

Schadensdiagnose und zur Bewertung von Konservierungen am Beispiel geschädigter 

Terrakotten und Ziegel aufgezeigt werden. 

Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. habil. R. Blaschke für die Unterweisungen in der 

analytischen Baustoffmikroskopie, die mir vor allem in den vielen Stunden gemeinsamer 

Laborwagenarbeit in umfassender Form zuteil wurden. Darüber hinaus bedanke ich mich für 

seine zahlreichen Anregungen hinsichtlich der Darstellung der Ergebnisse. 

Für seine Unterstützung danke ich auch Herr Dr.-Ing. H. Juling von der MPA Bremen. Er hat 

durch seine Diskussionsbereitschaft wesentlich zum Gelingen beigetragen. 

Gleichfalls danke ich Herrn Prof. Dr-Ing. habil. J. Stark vom F.A. Finger Institut für Baustoffkunde 

der Bauhaus-Universität in Weimar für die wohlmeinende Unterstützung und vor allem 

für die Möglichkeit, diese Arbeit an der Fakultät Bauingenieurwesen der Bauhaus-Universität 

Weimar einreichen zu können. 

Frau Dr. Hella Ruebesam vom Deutschen Zentrum für Handwerk und Denkmalpflege e.V. in 

Fulda (ZHD) möchte ich für die Förderung der Mikroskopie im Rahmen der BMFT/BMBF- 

Projekte zur Denkmalpflegeforschung danken. 

Ebenfalls danke ich Herrn Dr. M. Steiger vom Institut für Allgemeine und Angewandte 

Chemie der Universität Hamburg für die thermodynamischen Berechnungen an einem Salzgemisch 

und die Unterstützung bei deren Interpretation. 

Bei Herrn Dr. E. Wendler und Herrn Dr. H.-H. Neumann möchte ich mich für die Diskussionen 

zu Fragen der Schadensprozesse durch Salze bedanken. 

Mein herzlicher Dank gilt meiner Frau Beatrice Schunke für ihre Geduld und den Verzicht auf 

Familienleben an zahlreichen Wochenenden. Auch ihre tatkräftige Unterstützung bei der 

Strukturierung der Arbeit und der Korrektur des Manuskriptes war eine unerläßliche Hilfe. 

Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit wurden während meiner Tätigkeit in der 

Abteilung Analytische Baustoffmikroskopie der Amtlichen Materialprüfungsanstalt der Freien 

Hansestadt Bremen (MPA) durchgeführt und aus Mitteln des Bundesministeriums für 

Forschung und Technologie im Rahmen des Verbundprojektes „Steinzerfall - Steinkonservierung“ 

finanziert. 

Die Bearbeitung der Terrakotten der Johanniskirche in Tartu erfolgte im Auftrag des ZHD 

Fulda.

Inhaltsverzeichnis 4 

Inhalt 

Seite 

1 PROBLEMSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSOBJEKTE 8 

1.1 Problemstellung und Ziele 8 

1.2 Bauwerke, Materialien und Untersuchungsschwerpunkte 10 

1.2.1 Schweriner Schloß 10 

1.2.2 Holstentor in Lübeck 12 

1.2.3 Johanniskirche in Tartu (Republik Estland) 13 

1.2.4 Kampischer Hof in Stralsund 15 

2 STAND DER FORSCHUNG - LITERATURAUSWERTUNG 18 

2.1 Zur Geschichte der Herstellung keramischer Baustoffe 

von den Anfängen bis zum Beginn der Industrialisierung 

18 

2.2 Zusammensetzung und Gefüge grobkeramischer Materialien 19 

2.3 Schadensursachen an keramischen Baustoffen 21 

2.3.1 Rohstoff- und fertigungsseitige Schadensursachen 21 

2.3.2 Bauwerkspezifische und anthropogene Schadensursachen 22 

2.4 Mikroskopische Untersuchungen an Ziegeln und Terrakotten 23 

2.4.1 Laborserien 23 

2.4.2 Bauwerksproben 26 

2.5 Spezielle mikroskopische Untersuchungen zu Schadensursachen 28 

und Konservierungsansätzen 

2.5.1 Kryo-REM-Untersuchungen 28 

2.5.2 ESEM-Untersuchungen 29 

3 ZUR METHODIK DER MIKROSKOPISCHEN BAUSTOFFANALYSE 32 

3.1 Probennahme 33 

3.2 Präparationsschritte 33 

3.2.1 REM-Präparation 34 

3.2.2 Dünnschliff-Präparation 35 

3.2.3 Kryo-Präparation vor Ort 35


3.3 Mikroskopische Analysemethoden 35 

3.3.1 Polarisationsmikroskopie 37 

3.3.2 Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenmikroanalyse 37 

3.3.2.1 Rasterelektronenmikroskop und energiedispersive 

Röntgenmikroanalyse 

37 

3.3.2.2 Kryo-Einrichtung 39 

3.3.3 Artefakte und deren Vermeidung 39 

4 UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE UND DISKUSSION 41 

4.1 Bauterrakotten im Fassadenbereich (Schweriner Schloß, 41 

Holstentor Lübeck und Johanniskirche Tartu) 

4.1.1 Thematische Schwerpunkte der durchgeführten 

mikroskopischen Untersuchungen 

41 

4.1.2 Definition der verwendeten Begriffe 42 

4.1.3 Scherbeneigene Ursachen der Oberflächenfarbigkeiten 

der Terrakotten des Holstentores in Lübeck 

42 

4.1.3.1 Rote Oberfläche über ockerfarbenem Scherben 43 

4.1.3.2 Gelbliche Oberfläche über rotockerfarbenem Scherben 46 

4.1.4 Farbfassungsrelikte an den Oberflächen der Terrakotten 

der Johanniskirche in Tartu 

48 

4.1.4.1 Gelbockerfassung 48 

4.1.4.2 Rotfassung 51 

4.1.5 Veränderungen der Oberflächen an den Terrakotten des 

Schweriner Schlosses - Auflagerungen und Krusten 

54 

4.1.5.1 Schwarze und graue Oberflächen 54 

4.1.5.2 Gelbschwarze Oberflächen 61 

4.1.5.3 Beige Oberflächen 63 

4.1.5.4 Rötlich-beige Oberflächen 65 

4.1.6 Gefügeveränderungen und mikroskopische Schädigungsprofile 

an den Terrakotten des Schweriner Schlosses 

67 

4.1.6.1 Stadium I: Keine Schäden erkennbar 69 

4.1.6.2 Stadium II: Erste sichtbare Schäden 74 

4.1.6.3 Stadium III: Starke sichtbare Schäden 76


4.1.7 Gefügeveränderungen und mikroskopische Schädigungsprofile an den 

Terrakotten des Holstentores Lübeck und der Johanniskirche Tartu 

80 

4.1.7.1 Holstentor Lübeck - Stadium II: Erste sichtbare Schäden 80 

4.1.7.2 Holstentor Lübeck - Stadium III: Starke sichtbare Schäden 83 

4.1.7.3 Johanniskirche Tartu - Stadium III: Starke sichtbare Schäden 85 

4.1.8 Modell zum Schadensprozeß an Bauterrakotten im Fassadenbereich 

in Gegenwart von Gips 

90 

4.1.9 Mikroskopische Bewertung von Probekonservierungen an den 

Terrakotten des Schweriner Schlosses 

94 

4.1.9.1 Strukturelle Festigung 95 

4.1.9.2 Kompressenbehandlung zur Gipsminderung 104 

4.1.9.3 Oberflächenkonsolidierung durch Schalenhaftmörtel 

und Schlämmen 

109 

4.2 Ziegelmauerwerk des Kampischen Hofes in Stralsund 115 

4.2.1 Thematische Schwerpunkte der durchgeführten 

mikroskopischen Untersuchungen 

115 

4.2.2 Mikroskopische Charakterisierung des Ziegelmaterials 116 


am Außenmauerwerk 

118 

4.2.3.1 Intakte mittelalterliche Ziegel mit Ausblühungen 118 

4.2.3.2 Schädigung mittelalterlicher Ziegel durch Gips 121 

4.2.3.3 Schädigung mittelalterlicher Ziegel durch NaCl 125 

4.2.3.4 Schädigung der Reparaturziegel des 19. Jh. durch NaCl 127 

4.2.4 Einfluß der Witterung auf die NaCl-Kristallisation am 

Außenmauerwerk 

132 

4.2.4.1 Feuchte Witterung und ergänzende Laborversuche 132 

4.2.4.2 Trockene Witterung 133 


am Innenmauerwerk 

137 

4.2.5.1 Gips im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel 138 

4.2.5.2 NaCl im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel 144 

4.2.6 Auswirkungen einer Raumklimatisierung auf die NaCl-Kristallisation 

am Innenmauerwerk 

153 

4.2.6.1 Ausgangszustand 153 

4.2.6.2 Zustand nach viermonatiger Klimatisierung 153


4.2.7 Auswirkungen einer Kompressenbehandlung auf die Salze 

im oberflächennahen Porenraum 

158 

4.2.8 Vergleich von Kryo-REM- und REM-Untersuchungen 

zur NaCl-Kristallisation am Innenmauerwerk 

161 

4.2.8.1 Kryo-REM-Untersuchung 161 

4.2.8.2 REM-Untersuchung 161 

4.2.9 Modell zum Schadensprozeß am Ziegelmauerwerk 

des Kampischen Hofes 

165 

5. ZUSAMMENFASSUNG 167 

6. LITERATUR 170

1. Problemstellung und Ziele 8 

1 PROBLEMSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSOBJEKTE 

1.1 Problemstellung und Ziele 

Nicht nur Natursteine oder Putze historischer Bauwerke zeigen Schäden, die auf ein 

Versagen der Baustoffe unter den konkreten Belastungssituationen zurückzuführen sind. 

Terrakotten und Ziegel sind gleichermaßen davon betroffen. 

Es ist inzwischen unbestritten, daß die starke Zunahme anthropogener Schadstoffemissionen 

in die Atmosphäre seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert eine der wesentlichen 

Ursachen heute anzutreffender Schäden ist. 

Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß fast immer auch auslösende Faktoren am Bauwerk 

vorhanden sind. Die Exposition eines Gebäudes, die geometrischen Verhältnisse einzelner 

Bauteile, die Materialeigenschaften und eine vorhandene Belastungssituation sind die 

bestimmenden Größen für die Entstehung von Schäden. 

Durch das komplexe Zusammenwirken verschiedener Schädigungsmechanismen entstehen 

eine Vielzahl phänomenologisch charakterisierbarer Verwitterungsformen. Hierzu zählen 

Oberflächenveränderungen in Form von Ausblühungen, Schwärzungen und Krusten sowie 

Materialverluste mit unterschiedlichen Verwitterungsprofilen. 

An kunsthistorisch wertvollen Objekten, zu denen auch die Baukeramik im Fassadenbereich 

denkmalgeschützter Bauwerke zählt, ist eine Probenentnahme häufig nur unter großen 

Einschränkungen möglich. Die verantwortlichen Denkmalpfleger und Restauratoren verlangen 

eine zerstörungsfreie oder zumindest zerstörungsarme Zustandserfassung. 

Dieser Forderung nach substanzschonender Probenentnahme wird die Mikroskopie durch 

die Möglichkeit, sich auf sehr kleine Proben zu beschränken, in hohem Maße gerecht. 

Die Erfahrungen aus verschiedenen Forschungsarbeiten zur Verwitterung historischer und 

moderner Baustoffe haben gezeigt, daß die aktuellen Schadensbilder das Resultat langjähriger 

Prozesse sind, deren entscheidende Anfänge in mikroskopisch feinen Dimensionen 

gesucht werden müssen. Mit Hilfe mikroskopischer Untersuchungen können Verwitterungsvorgänge 

erkannt und hinsichtlich ihrer Ursachen interpretiert werden (Blaschke 1987 und 

1989; Blaschke und Juling 1990a und 1992). 

Umfassende mikroskopische Untersuchungen an Bauwerksproben geschädigter Terrakotten 

wurden bisher noch nicht durchgeführt. 

In der vorliegenden Arbeit sollen die Oberflächen- und Gefügeveränderungen, die an den 

Terrakotten unterschiedlicher Bauwerke unter objektspezifischen Belastungssituationen 

entstanden sind, erfaßt und verglichen werden. Hierbei werden alle im Außenbereich an 

unglasierten keramischen Fassadenbauteilen auftretenden Phänomene berücksichtigt. 

Ziel ist die Rekonstruktion der Entwicklung von Primärschäden und deren Abgrenzung von 

sekundären Veränderungen. 

Die Eignung eines Konservierungskonzeptes wird meist an Testflächen überprüft, die nach 

ausreichender Standzeit untersucht und beurteilt werden. Die mikroskopische Analytik wurde 

bislang kaum zur Bewertung von Konservierungen eingesetzt. 

Am Beipiel von Konservierungstestflächen an Terrakotten sollen die Möglichkeiten der 

Mikroskopie für eine Dauerhaftigkeitsprognose sanierter Bereiche untersucht werden.


Leicht lösliche Salze in porösen Materialien stellen besondere Anforderungen an die 

mikroskopische Analytik. Die Grenzen herkömmlicher mikroskopischer Verfahren zur Klärung 

von Verwitterungsprozessen an feuchte- und salzbelastetem Ziegelmauerwerk sind nicht 

ausreichend definiert. Aus Natursteinuntersuchungen ist jedoch bekannt, daß Lagerung und 

Transport von Proben, die leicht lösliche Salze enthalten, unter Umständen zu 

Veränderungen im Probenmaterial führen, die verfälschenden Einfluß auf die Ergebnisse 

mikroskopischer Untersuchungen haben können. 

Durch den Einsatz der Kryo-Präparation vor Ort und Untersuchung in der Kryo-Probenkammer 

des REM soll die Feuchte- und Salzverteilung in geschädigten und ungeschädigten 

Ziegeln eines Bauwerkes ermittelt werden. 

Ziele sind die Abbildung von Feuchtigkeit bzw. Salzlösung im Porenraum und die Ermittlung 

und Bewertung der Morphologien der Salze bei unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen 

und schließlich die Klärung der Lösungswanderung und der Schädigungsmechanismen. 

Die Untersuchungen wurden an folgenden Objekten und Materialien durchgeführt: 

1. Schweriner Schloß - Terrakotten des 19. Jahrhunderts 

2. Holstentor in Lübeck - Terrakotten des 19. Jahrhunderts 

3. Johanniskirche in Tartu (Republik Estland) - Terrakotten des 14. Jahrhunderts 

4. Kampischer Hof in Stralsund - Ziegel des 14. und 19. Jahrhunderts


1.2 Bauwerke, Materialien und Untersuchungsschwerpunkte 

1.2.1 Schweriner Schloß 

Das Schweriner Schloß mit seiner reichen architektonischen Gliederung ist eines der 

kulturhistorisch wertvollsten Baudenkmale Mecklenburg-Vorpommerns (Abb. 1). Nach einem 

grundlegenden Umbau um 1870 ist das Schloß in seiner heutigen Gestalt ein hervorragendes 

Beispiel des Historismus, der verschiedene Kunst- und Baustile vorheriger Epochen vereint. 

Die Gliederung des Neuen Langen Hauses und der Terrakottaschmuck sind Ausdruck einer 

Wiederbelebung von Renaissanceformen in Mecklenburg während dieser Zeit (Brockow 

1995a). 

Zur Gestaltung der Fassaden wurden sowohl Abformungen der Renaissance-Porträt- 

Terrakotten des alten Schweriner Schlosses (Motive des Lübecker Meisters Statius von 

Düren) angefertigt als auch neue Porträts entworfen und hergestellt (Brockow 1995b). 

Abb. 1: 

Das Schweriner Schloß 

in der Abendsonne. 

Rechts neben dem 

großen Turm sind die 

Giebel mit Terrakottaverkleidungen 

verziert. 

Abb. 2: 

Geschädigte Porträt- 

Terrakotta an der Fassade 

des Schweriner 

Schlosses (NW-Giebel 

über dem Kirchenchor). 

Starke Konturenverluste 

im Bereich des Porträts 

sowie des Blattkranzes 

sind kennzeichnend für 

das fortgeschrittene 

Stadium der Schädigung.


Makroskopisch erkennbare Schäden und Fragestellungen an die analytische Mikroskopie 

Die Terrakotten des NW-Giebels am Neuen Langen Haus wiesen zum Zeitpunkt der 

Untersuchungen zum Teil erhebliche Schäden auf (Abb. 2). Die lokale Begrenzung der 

Schäden auf den NW-Giebel steht im Zusammenhang mit defekten Abdeckungen des 

freistehenden Giebels und schadhafter Dachanschlüsse an der Giebelrückseite. 

Gesamtziel der Untersuchungen war es, Möglichkeiten einer in situ Konservierung aufzuzeigen, 

um die geschädigten Terrakotten im Bestand zu erhalten und einen Austausch 

gegen Kopien zu vermeiden. 

Zur Zustandserfassung und während der Durchführung der konservatorischen Arbeiten 

wurden an den Terrakotten schrittweise umfangreiche mikroskopische Untersuchungen 

durchgeführt. Damit bestand die Gelegenheit, die komplette naturwissenschaftliche und 

restauratorische Bearbeitung mikroskopisch zu unterstützen. Tabelle 1 faßt die auftretenden 

Schäden und die Untersuchungsschwerpunkte zusammen. 

Tabelle 1: Terrakotten am NW-Giebel des Schweriner Schlosses: Auftretende Schäden, 

Inhalte der durchgeführten Untersuchungen und eingesetzte mikroskopische 

Methoden 

Material Makroskopische 

Schäden 

Terrakotta 

(19. Jh.) 

- Oberflächenveränderungen 

• Verschmutzungen 

• Krusten 

• Verfärbungen 

- Materialverlust / Rückwitterung 

durch 

• Absanden 

• Abschuppen 

• Schalenbildung 

Gegenstand der 

mikroskopischen 

Untersuchungen 


• Salzausblühungen 

• Krusten, Auflagerungen 

• Farbunterschiede der 

keramischen Oberflächen 

- Gefügeveränderungen im 

Tiefenprofil 

• Entfestigungsformen 

• Neubildungen (Salze) 

• Salzverteilung 

- Konservierungsmaßnahmen 

• Festigung 

• Kompressenbehandlung 

• Anböschung / Schlämmen 

Mikroskopische 

Methoden 

-PolMi 

-REM/EDX


1.2.2 Holstentor in Lübeck 

Das 1466-78 erbaute Holstentor, eigentlich Holstein-Tor, ist eines der bedeutendsten 

Bauwerke der Backsteingotik in Lübeck (Rumler 1997). Einst Teil der mittelalterlichen 

Befestigungsanlage, sind die massigen Türme mit den Spitzdächern heute eines der Wahrzeichen 

der Stadt (Abb. 3). 

Das Mauerwerk besteht aus glasierten und unglasierten Ziegeln und ist durch umlaufende 

Terrakottafriese horizontal gegliedert. 

Von den spätmittelalterlichen Terrakotten der Erbauungszeit sind nur noch wenige 

Exemplare vorhanden. Die Mehrzahl wurde aufgrund ihres schlechten Zustandes, wahrscheinlich 

im Zuge der Umbauten im Jahre 1871, entfernt und durch Kopien ersetzt. 

Abb. 3: 

Holstentor in Lübeck. Im Vordergrund steht das 

Labormobil. Oberhalb des Fahrzeugdaches ist 

der untere, horizontal umlaufende Terrakottafries 

zu erkennen. Der nächste Fries befindet sich 

oberhalb der verglasten Fenster und länglichen 

Bögen. 

Abb. 4: 

Typische Schäden an den Terrakotten des 

Holstentores Lübeck: 

Oberflächenveränderungen durch schwarze 

Krusten und starke Materialverluste durch 

Rückwitterung



Die Terrakotten weisen an zahlreichen Stellen starke Schädigungen auf. Dabei ist ein 

ursächlicher Zusammenhang zwischen der teilweise ungenügenden Wasserführung im 

Bereich der Kalksteingesimse und den Schäden an den Terrakottafriesen ersichtlich. In 

schadhaften Gesimsteilen mit ausgewaschenen Fugen wird ablaufendes Regenwasser 

kanalisiert und dringt verstärkt in die darunter befindlichen Terrakotten ein. In den 

betroffenen Bereichen treten Krustenbildung und Rückwitterung auf (Abb. 4). 

Im Rahmen einer Zustandserfassung vor anstehenden Restaurierungsarbeiten bot sich die 

Gelegenheit für mikroskopische Untersuchungen, die jedoch auf die Kopien des 19. Jahrhunderts 

beschränkt waren (s. Tabelle 2). 

Im Mittelpunkt standen die Gefügeveränderungen der Terrakotten in unterschiedlichen 

Stadien der Schädigung sowie die auftretenden Ausblühungen und Krusten. Außerdem 

wurden die Ursachen von Farbunterschieden zwischen der Terrakottaoberfläche und dem 

darunter befindlichen keramischen Scherben mikroskopisch analysiert. 

Tabelle 2: Terrakotten des Holstentores Lübeck: Auftretende Schäden, Inhalte der durchgeführten 

Untersuchungen und eingesetzte mikroskopische Methoden 


Schäden 

Terrakotta 

(19. Jh.) 

- Oberflächenschäden 


• Krusten 


durch 

• Absanden 

• Abschelbern 


1.2.3 Johanniskirche in Tartu (Republik Estland) 





Tiefenprofil 










Methoden 

-PolMi 

-REM/EDX 

Die Johanniskirche in der estnischen Stadt Tartu (Abb. 5) steht in der Tradition der 

Backsteingotik des Ostseeraumes und ist eines der wenigen Zeugnisse des Mittelalters im 

klassizistisch geprägten Stadtbild (Karin 1995). 

Von den ehemals etwa 2000 Dekorationsstücken aus Terrakotta, die einstmals die Innenund 

Außenwände schmückten, sind durch Kriegseinwirkungen etwa die Hälfte verlorengegangen. 

Die erhaltenen Terrakottafriese und -plastiken an der Johanniskirche in Tartu sind die 

ältesten bekannten Terrakotten im Norden Europas. Die erhabenen und strengen Züge der 

Portal-Skulpturen des Wimpergs sind ein ausdrucksstarkes Zeugnis mittelalterlicher 

Formgestaltung mit einfachen Hilfsmitteln (Schneiden des Tones). Ihre Entstehung wird, 

vorwiegend nach stilistischen Kriterien, in die zweite Hälfte des 14. Jahrhunderts datiert 

(Altoa 1994).



Nach der starken Zerstörung im zweiten Weltkrieg stand die Kirche als Ruine. Während der 

Sowjetzeit wurden kaum Erhaltungsmaßnahmen am Kirchenbau durchgeführt. Die nahezu 

ungehinderte Einwirkung von Luftverschmutzung und Feuchtigkeit hat sowohl an den Ziegeln 

als auch an den Terrakotten zu neuen Schäden geführt bzw. die Ausbreitung älterer 

Schadensherde begünstigt. 

Die Untersuchungen von Pirii et al. (1996) zeigen, daß von einem komplexen Schadensprozeß 

aufgrund einer heterogenen Salzverteilung auszugehen ist. In verschiedenen 

Fassadenbereichen sind unterschiedliche bauschädliche Salze nachgewiesen worden. 

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die mittelalterlichen Terrakotta-Skulpturen am 

Ziergiebel des W-Portals, dem sogenannten Wimperg, mikroskopisch untersucht (Abb. 6). 

Typische Verwitterungsformen an diesen Figuren sind schwarze Krusten und Konturenverluste 

durch Schuppen- und Schalenablösung. Das Ziel der Untersuchungen, die im 

Vorfeld von Konservierungsarbeiten durchgeführt wurden, war die Zustandserfassung und 

die Klärung des Schadensprozesses. 

Abb. 5: 

W-Turm der Johanniskirche in Tartu (Republik 

Estland). Der Wimperg des W-Portals mit den 

Skulpturen befindet sich hinter der Brettereinhausung 

(Mitte des unteren Bildteils). 

Abb. 6: 

Typische Schäden an einer Terrakotta-Skulptur 

aus einer Nische des Wimpergs am Westportal 

der Johanniskirche. 

Schwarze Krusten und Konturenverluste durch 

Rückwitterung.


Außerdem wurden Farbfassungsreste, die bei restauratorischen Befunduntersuchungen 

zutage traten, hinsichtlich Stratigraphie, Pigmentidentifizierung und Erhaltungszustand 

mikroskopisch untersucht. 

Tabelle 3 faßt die auftretenden Schäden und die Untersuchungsschwerpunkte zusammen. 

Tabelle 3: Terrakotta-Skulpturen am Wimperg der Johanniskirche Tartu: Auftretende 

Schäden, Inhalte der durchgeführten Untersuchungen und eingesetzte mikroskopische 

Methoden 


Schäden 

Terrakotta 

(14. Jh.) 



• Krusten 


durch 

• Absanden 

• Abschelbern 

1.2.4 Kampischer Hof in Stralsund 









- Fassungsreste 


Tiefenprofil 


Methoden 

-PolMi 

-REM/EDX 

Mit dem Bau des Kampischen Hofes in Stralsund wurde Ende des 13. Jahrhunderts begonnen. 

Der Ziegelbau diente als Wirtschaftshof des ca. 15 km von Stralsund gelegenen 

Zisterzienserklosters Neukamp (dem heutigen Franzburg). 

Die gegenwärtige Form des Objektes als zweiflügelige, U-förmige Anlage geht auf Umbauten 

im 14. Jahrhundert zurück. Dabei wurde die Westseite des S-Flügels bis zur Stadtmauer 

erweitert und der heutige Mittelbau errichtet. Der Bau des N-Flügels erfolgte gegen Mitte des 

14. Jahrhunderts (Holst 1999). 

Die Untersuchungen wurden am S-Flügel durchgeführt. Dieser Teil des Gebäudekomplexes 

ist ein viergeschossiges Speichergebäude, das vermutlich überwiegend für die Lagerhaltung 

wechselnder Güter genutzt wurde (Abb. 7). 


Am Kampischen Hof sind alle für mittelalterliche Ziegelmaterialien typischen Schadensbilder 

anzutreffen. Insbesondere am Außenmauerwerk treten sehr unterschiedliche Formen der 

Rückwitterung auf (Tabelle 4). Dabei ist eine starke Abhängigkeit der Schäden von der 

Exposition erkennbar. Während die Ziegel der N-Wand weitgehend intakt sind, zeigen sich 

insbesondere an der S- und der W-Wand fortgeschrittene Zerstörungen. 

Ausblühungen am Außenmauerwerk treten bevorzugt an der O- und S-Fassade des 

Gebäudes auf. Ihre Intensität unterliegt jahreszeitlichen bzw. klimatischen Schwankungen, 

sie treten verstärkt bei länger anhaltender trockener Witterung zutage (Abb. 7). 

Demgegenüber sind an den Innenwänden, insbesondere im S-Flügel, ganzjährig starke 

Salzausblühungen vorhanden (Abb. 8). Außerdem treten an einzelnen Ziegeln Rückwitterungen 

durch Schuppen- und Schalenbildung bzw. durch Absanden auf.


Im Mauerwerk liegen hohe bis sehr hohe Salzgehalte vor. Hierbei handelt es sich überwiegend 

um NaCl, dessen Herkunft bislang nicht zufriedenstellend geklärt werden konnte. 

Nach Brockow (1998) finden sich in der Literatur Anhaltspunkte für eine umfangreiche 

Beteiligung der Zisterzienser an der Salzgewinnung und am Salzhandel. Das gibt Anlaß zur 

Vermutung, daß der Kampische Hof, insbesondere der Südflügel, vorübergehend als Salzspeicher 

genutzt wurde. 

Von Steiger (1998) wird die Möglichkeit eines Salzeintrages mit dem Regen und eine 

allmähliche Akkumulation im Mauerwerk diskutiert. Zu dieser Annahme geben die Höhenund 

Tiefenprofile der Salzverteilung und Korrelationen der Salzmaxima mit Gesimsen und 

Mauerwerksvorsprüngen Anlaß. 

Die bereichsweise starken Schäden an den Ziegeln stehen im Zusammenhang mit der 

Feuchte- und Salzbelastung des Mauerwerks. 

Maßgeblichen Einfluß auf die unterschiedliche Beständigkeit der Ziegel hat die Schwankungsbreite 

ihrer Eigenschaften (Freyburg 1993). Für sehr poröse Ziegel mit hoher 

Feuchtespeicherfähigkeit sind bereits Frost-Tau-Wechsel (ohne Salz) als Schadensursache 

in Betracht zu ziehen (Freyburg 1997). 

Abb. 7: 

SO-Ecke des S-Flügels des Kampischen Hofes 

in Stralsund. Die S-Wand des Gebäudes weist 

starke Schäden am Ziegelmauerwerk auf. 

An der O-Wand sind links oberhalb des unteren, 

linken Fensters starke Salzausblühungen zu 

erkennen (NaCl). 

Abb. 8: 

Kampischer Hof Stralsund, Detail des Mauerwerkes 

der südlichen Innenwand des S-Flügels. 

Starke Salzausblühungen (NaCl-Kruste) auf den 

Ziegeloberflächen (Pfeil).


Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mikroskopische Untersuchungen an den Ziegeln 

des Außen- und Innenmauerwerkes des Südflügels zu folgenden Schwerpunkten 

durchgeführt: 

• Gefügebetrachtungen zum Scherbenaufbau der vorhandenen Ziegeltypen 

• Gefügeveränderungen / Verwitterungsprofile und deren Ursachen 

• Morphologie der Salzkristalle / Abbildung der Salzlösung 

• Einfluß unterschiedlicher Klimaverhältnisse auf die Salzkristallisation 

• Auswirkungen einer Kompressenentsalzung auf die vorhandenen Salze 

• Vergleich zwischen Kryo-REM-Untersuchungen und REM-Untersuchungen zur Klärung 

des Einflusses von Probentransport und -lagerung 

Aus der Abbildung und Beschreibung der Salzlösung im Porenraum des Ziegels, der 

Morphologien der Salzkristalle sowie deren Lösungsstadien unter dem Einfluß unterschiedlicher 

Salzkonzentrationen und Materialfeuchten sollen Rückschlüsse auf die Salztransportvorgänge 

und Schadensmechanismen gezogen werden. 

Tabelle 4 enthält eine Übersicht über die auftretenden Schäden, die durchgeführten 

mikroskopischen Untersuchungen und die eingesetzten Abbildungsverfahren. 

Tabelle 4: Kampischer Hof in Stralsund: Auftretende Schäden, Inhalte der durchgeführten 

Untersuchungen und eingesetzte mikroskopische Methoden 


Schäden 

Ziegel 

(außen) 

(Mittelalter) 

Ziegel 

(innen) 

(Mittelalter) 

- Rückwitterung 

a) Konvex (Randzonenverlust, 

teilweise Höckerbildung) 

b) Konkav (Kernverlust) 

durch 

• Absanden 



- Salzausblühungen 

- Krusten / Auflagerungen 

- Rückwitterung (flächig) durch 

• Absanden 







- Ausblühungen 

• Salzbestimmung 

• Morphologien 

- Gefüge der Ziegeltypen 

• Charakteristika 

- Gefügeveränderungen 

geschädigter Ziegel im 

Tiefenprofil 




- Leicht lösliche Salze / 

Salzlösung im Porenraum 


• Verteilung im Gefüge 

- Ausblühungen 

• Salzbestimmung 


- Leicht lösliche Salze / 

Salzlösung im Porenraum 


• Verteilung im Gefüge 

• Auswirkung einer Raumklimatisierung 

• Auswirkung einer Kompressenbehandlung 

Mikroskop. 

Methoden 

-PolMi 

-REM/EDX 

-Kryo-REM 

- PolMi 

- REM/EDX 

- Kryo-REM

2. Stand der Forschung - Literaturauswertung 18 

2 STAND DER FORSCHUNG - LITERATURAUSWERTUNG 

2.1 Zur Geschichte der Herstellung keramischer Baustoffe von den 

Anfängen bis zum Beginn der Industrialisierung 

Der folgende Abriß der Entwicklung der Ziegel- und Terrakottaherstellung entstand in 

Anlehnung an Stark und Wicht (1995). 

Die ältesten bekannten Ziegelfunde stammen aus dem Niltal. Dort wurden zur Herstellung 

frühzeitlicher, kleindimensionierter Wohnbauten ungebrannte, mit Strohhäcksel und Kamelmist 

vermischte Lehmziegel verwendet. Ihre Datierung wurde mit Hilfe der C 14 -Methode an 

überlagernden Schlammschichten vorgenommen und ergab ein Alter von etwa 15.000 

Jahren. Diese Funde gelten als der früheste Nachweis ziegeltechnischer Betätigung auf der 

Erde. 

Die Erfindung des gebrannten Ziegels erfolgte wahrscheinlich eher zufällig, denkbar sind 

beispielsweise Beobachtungen der hohen Festigkeiten von Lehmböden im Bereich von 

Feuerstellen. Eine gezielte Herstellung und Verwendung gebrannter Ziegel für Bauwerke ist 

in Mesopotamien bereits um 4000 v. Chr. belegt. 

Nachdem in der Antike der Ziegel als Werkstein deutlich hinter den Naturstein zurücktrat, 

erlangte der Ziegelbau in römischer Zeit, vorwiegend zu militärischen Zwecken, wieder 

größere Bedeutung. Aus den Schriften des Vitruv ist zu entnehmen, daß die Römer bereits 

über ausgereifte technologische Kenntnisse der Tonaufbereitung und der Magerung mit 

Sand verfügten. Mit den vorrückenden Legionen verbreitete sich auch die Ziegelherstellung 

und damit der Ziegelbau in Europa. 

Mit dem Abzug der Römer um 400 n. Chr. geriet das Bauen mit Ziegeln nördlich der Alpen 

weitgehend in Vergessenheit. Erst unter Karl dem Großen gab es eine in größerem Umfang 

betriebene Ziegelbautechnik. 

Im ausgehenden Mittelalter - 12. Jahrhundert - lebte der Ziegelsteinbau bei Kirchen wieder 

auf, der im Formenreichtum gotischer Backstein-Architektur seinen Höhepunkt erreichte. 

Aufbereitung und Formgebung 

Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts erfolgte die Aufbereitung des Tones oder Lehmes auf 

einfachste Weise durch Treten und Schlagen der Masse mit Muskelkraft von Mensch oder 

Tier. Ein Auswittern auf Halden (Wintern) und eine gezielte Magerung bei Bedarf sind etwa 

seit der Römerzeit belegt. Einen frühen Hinweis auf Schlämmen zur Homogenisierung und 

Entfernung schädlicher Nebenbestandteile liefert Alberti 1452 (Rupp und Friedrich 1993). 

Bestimmte Oberflächenstrukturen mittelalterlicher Terrakotten legen die Vermutung nahe, 

daß die Formgebung in dieser Zeit durch Schneiden des Tons erfolgte. Erst im 16. Jahrhundert 

wurde die Holzform als Negativ des Tonrohlings verstärkt genutzt, so daß erst mit 

dieser Entwicklung von der Bauterrakotta als Formstein im engeren Sinne gesprochen 

werden kann (Wallasch 1995). 

Für die Formgebung der Ziegel ist eine ähnliche Entwicklung belegt. Sie erfolgte anfänglich 

wahrscheinlich völlig ohne Hilfsmittel, zur Nachbehandlung der plastischen oder halbtrockenen 

Ziegelrohlinge waren einfache Kratz- und Zuschneidegeräte in Gebrauch. Eine 

wesentliche Verbesserung der Formgebung brachte der Einsatz von Holzrahmen, nachfolgend 

von Formkästen. Der aufbereitete Tonbatzen wird mit der Hand in eine Holzform 

geschlagen.


Mittels eines Abschneiders - dem sogenannten Streichholz - wird der über den Rand der 

Form ragende Teil des Batzens abgestrichen. Um das Lösen des Tons aus der Form zu 

erleichtern, wird diese vor dem Füllen entweder in Wasser getaucht oder in Sand gerüttelt. 

Man unterscheidet danach zwischen Wasserstrich und Sandstrich. Auf diese Weise 

entstehen die traditionellen Handstrichziegel mit ihren formenreichen Faltenstrukturen an 

den Sichtflächen. 

Neben der Tonbeschaffenheit und der Art der Aufbereitung hat die bei der Handformgebung 

zugeführte Wurf- und Fallenergie starken Einfluß auf die Ausbildung der „inneren Struktur“ 

des Ziegels. 

Im 19. Jahrhundert wurden durch einige grundlegende Entwicklungen die Voraussetzungen 

für eine Industrialisierung der Ziegelproduktion geschaffen. 1844 konstruierte Henry Clayton 

den stehenden Tonschneider und Carl Schlickeysen erfand 1854 die Schneckenpresse. 

Trocknung und Brennen 

Die Trocknung der Rohlinge erfolgte unter einfachen Regenschutzdächern durch Lagerung 

an der Luft. Erst durch die Verwendung der industriellen Ziegelöfen konnte deren warme 

Abluft zum Trocknen und Vorheizen verwendet werden. 

Über die Brenntechnologien aus den Anfängen der Ziegelherstellung liegen nur wenige 

gesicherte Erkenntnisse vor. Es wird angenommen, daß in babylonischer Zeit in Meilern 

gebrannt wurde, wobei lediglich Temperaturen von 550-600°C erreicht wurden. 

Zu römischen Ziegelöfen existieren verschiedene, teils umfangreiche Funde, die den hohen 

technologischen Stand dieser Zeit dokumentieren. 

Das Brennen der Ziegelrohlinge in mittelalterlicher und gotischer Zeit wurde anfänglich in 

Meilern, später überwiegend in Feldbrandöfen oder in aufwendiger konstruierten Ziegelöfen 

durchgeführt (Hennrich 1999). 

Die materialkundliche Auswertung eines 1996 durchgeführten Feldbrandes hat zu der Einschätzung 

geführt, daß die Ausbeute an verwertbaren Ziegeln bei dieser Brenntechnologie 

schätzungsweise 60 % betragen hat (Freyburg 1996b). 

Mit der Entwicklung eines kontinuierlich arbeitenden Brennofens im Jahre 1858 durch 

Friedrich Hoffmann waren schließlich die Voraussetzungen für die industrielle Massenproduktion 

geschaffen. 

2.2 Zusammensetzung und Gefüge grobkeramischer Materialien 

Das Gefüge eines grobkeramischen Körpers wird bestimmt durch Korngröße und Korngrößenverteilung 

der mineralischen Komponenten, ihre Anordnung im Raum und ihren 

Verbund, durch den Porengehalt sowie durch Größe, Gestalt und Verteilungsfunktion der 

Poren (Noll 1991). 

Im einzelnen können folgende stoffliche Bestandteile sowie Gefügecharakteristika unterschieden 

werden: 

Feinanteil (Matrix, Glasphase) 

In der Tonfraktion des Rohmaterials (Korngröße < 0,002 mm) finden oberhalb bestimmter 

Temperaturen chemische Umwandlungen statt. Die neugebildeten Phasen sind feinkristallin 

oder glasig. Bei höher gebrannter, versinterter und verglaster Keramik wird dieser Feinanteil 

mit dem Begriff „Matrix“ umschrieben (Noll 1991).


Magerung (Mineralkörner) 

Die gröberen Kornanteile eines Scherbens (Mineralkörner: Quarz, Feldspäte, Glimmer) 

werden im keramischen Sprachgebrauch als Magerung bezeichnet. Die Größe der 

Magerungskomponenten liegt üblicherweise im Bereich Schluff und Sand (Korngröße 0,002 

bis 2 mm). An den chemischen Umwandlungen während des Brennprozesses sind die 

Mineralkörner nicht oder nur in beschränktem Umfang beteiligt (Noll 1991). 

Der Begriff Magerung läßt jedoch deren Herkunft offen. Möglich ist sowohl die Vermischung 

feinstkörniger Tone mit gröberem Material im Verlauf der geologischen Entstehungsgeschichte 

des Tons als auch die gezielte Magerung durch den Hersteller. Eine nachträgliche 

Unterscheidung ist im allgemeinen nicht möglich (Noll 1991). 

Porosität 

Kennzeichnend für die Porosität eines Scherbens sind Porengehalt, -form, -größe und 

-verteilung sowie das Verhältnis von offenen zu geschlossenen Poren. 

Meist ist die entstehende Porosität im Inneren des Scherbens höher als am Rand. Ursachen 

hierfür sind der höhere Formgebungsdruck am Rand (Salmang 1958) sowie eine etwas 

höhere Brenntemperatur durch den direkten Kontakt zum Feuer (Freyburg 1996b). 

Nach Robinson (1982) sowie Franke und Bentrup (1993) ist keine direkte Korrelation 

zwischen (Gesamt-)Porosität und Dauerhaftigkeit möglich. Entscheidend dafür sind die 

Porenstruktur bzw. die Porenradienverteilung. 

Texturen 

Unter Textur versteht man im deutschen Sprachgebrauch die räumlich gerichtete Anordnung 

von Teilchen oder Poren. Handgeformte Keramiken zeigen alle Übergangsformen vom 

ungeordneten Gefüge bis zur gerichteten Textur von Magerungskomponenten und/oder 

Matrix (Noll 1991). 

Eine ausführliche Beschreibung der Entstehung des keramischen Scherbens im Fertigungsprozeß 

und der dabei ablaufenden chemisch-mineralogischen Vorgänge wird beispielsweise 

von Salmang (1958) gegeben. Tabelle 5 faßt die wichtigsten Einflußfaktoren des Rohstoffs 

und der einzelnen Produktionsschritte auf das Gefüge und die Eigenschaften des 

Endproduktes zusammen. 

Tabelle 5: Einflußfaktoren des Rohstoffs und der Produktionsschritte der grobkeramischen 

Fertigung auf das Endprodukt 

Einflußfaktoren auf das Endprodukt 

Rohstoff - Tonzusammensetzung (Mineralbestand, Kalkgehalt) 

- Beimengungen (Gips, Sulfide, Alkalien) 

- Verunreinigungen (Schmiermittel) 

Aufbereitung - Durchmischung, Homogenität 

- Magerung (Gehalt an Magerungsbestandteilen, Korngrößenverteilung) 

- Wassergehalt 

Formgebung - Texturen (Handformgebung, Strangpresse, Drehtisch) 

Trocknung - Trocknungsgeschwindigkeit, Trocknungsgrad 

- Art der Trocknung (Freilufttrocknung, beschleunigte Trocknung) 

Brennprozeß - Brenntemperatur, Brenndauer 

- Brandführung (Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit; oxidierende 

und/oder reduzierende Ofenatmosphäre) 

- Rauchgaseinwirkung


Die Qualität der Rohstoffe und die Parameter bei der Herstellung bestimmen alle wesentlichen 

Eigenschaften des keramischen Materials. Vom Anwender wird die Güte einer Baukeramik 

mit „einfachen“ Begriffen wie Dauerhaftigkeit oder Beständigkeit beschrieben. 

Die wichtigsten physikalisch-technischen Meßgrößen hierzu sind: 

- Spezifisches Gewicht (Rohdichte, Reindichte) 

- Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit, Spaltzugfestigkeit 

- Elastizitätsmodul / Ultraschall-Laufzeit 

- Wärmeleitfähigkeit 

- Thermische und hygrische Dehnung 

- Offene und geschlossene Porosität 

- Porenradienverteilung 

- Permeabilität 

- Kapillare Wasseraufnahme 

- Wasseransaugvermögen 

- Wasserdampfdiffusion 

2.3 Schadensursachen an keramischen Baustoffen 

2.3.1 Rohstoff- und fertigungsseitige Schadensursachen 

In vorindustrieller Zeit hatten Schwankungen in der Rohstoffqualität sowie die einfache 

Fertigungstechnologie ein uneinheitliches Ziegelmaterial mit entsprechend unterschiedlicher 

Beständigkeit zur Folge. In Tabelle 6 sind die wichtigsten rohstoff- und fertigungsseitigen 

Schadensursachen und deren Auswirkungen (Schadensbild) zusammengestellt. 

Tabelle 6: Rohstoff- und fertigungsseitige Schadensursachen an keramischen Baustoffen 

und deren Auswirkungen (nach Ashurst 1988) 

Schadensursache Auswirkungen (Schäden) 

zu fette Tone Risse 

hohe Kalkanteile, insbesondere Knollen Abplatzungen nach Feuchtekontakt 

hohe Salzgehalte im Ton Krusten, Ausblühungen 

zu rasche Trocknung (evtl. Sonne und Wind) Risse 

zu hohe Restfeuchte (zu früh gebrannt) Risse 

zu geringe Brenntemperatur geringe Beständigkeit 

Formgebungstexturen Schalenbildung 

In der Auswertung eines Feldbrandversuches, der bezüglich der Brenntechnik einer der 

mittelalterlichen Fertigungstechniken entspricht, hat Freyburg (1996b) die signifikante 

Abhängigkeit der Ziegelgüte von der Brenntemperatur experimentell nachgewiesen. 

Von Freyburg (1997) wurden die Qualitätsparameter historischer Ziegel von vier zeitlich und 

regional unterschiedlich einzustufenden Gebäuden bestimmt. Dabei konnte der Einfluß der 

lokalen Rohstoffgegebenheiten, der Aufbereitung sowie des Brennprozesses auf die 

Dauerhaftigkeit der Ziegel nachgewiesen werden. Der Vergleich der ermittelten Kennwerte 

mit den Ergebnissen des o.g. Feldbrandversuches hat gezeigt, daß die Ziegelqualitäten an 

mittelalterlichen Bauwerken von einem Schwachbrandziegel bis zu einem optimal 

gebrannten Ziegel reichen. 

Durch diese vergleichenden Untersuchungen konnte geklärt werden, warum im Mauerwerksverband 

häufig einzelne Ziegel einer Bauphase versagen, während andere, scheinbar 

gleiche, keine oder nur geringe Schäden aufweisen.


2.3.2 Bauwerkspezifische und anthropogene Schadensursachen 

Neben den rohstoff- und herstellungsbedingten Schadensursachen können durch die 

jeweiligen bauwerkspezifischen Gegebenheiten und menschliches Handeln Prozesse in 

Gang gesetzt werden, die zur Schädigung von keramischen Baustoffen beitragen. 

Tabelle 7 faßt diese Ursachen, das resultierende Schadenspotential und die Auswirkungen 

(Schadensbilder) zusammen. 

Tabelle 7: Bauwerkspezifische und anthropogene Einflußfaktoren, resultierende Schadenspotentiale 

und Auswirkungen auf die keramischen Baustoffe 

Ursache Schadenspotential Auswirkungen (Schäden) 

Wassereintrag - Hohe Materialfeuchte - Risse (bei Frosteinwirkung) 

- Mobilisierung salzbildender Ionen - Ausblühungen, Krusten 

durch Auswaschungen aus vorhande- - Salzsprengung 

nen Baustoffen (Ziegel, Mörtel) - Trocknungsbehinderung 

- Eintrag salzbildender Ionen 

(Niederschlag, aufsteigende Feuchte) 

- Erhöhte Ausgleichsfeuchte 

Klimawechsel 

(Schwankungen 

von Temperatur 

und Feuchte) 

Baustoffe 

Mikrobiologie 

Konservierungsfehler 

Nutzung 

- Hygrisches Quellen und Schwinden 

(bei zyklischer Befeuchtung) 

- Risse (durch hygrische 

Wechselbeanspruchung) 

- Thermisches Quellen und Schwinden - Risse (durch thermische 

Wechselbeanspruchung) 

- Zyklische Salzkristallisation - Salzsprengung 

- Mobilisierung salzbildender Ionen 

(z.B. aus Zement, Traß, Gips) 

- Zu große Differenzen in den 

Baustoffkennwerten (Ziegel / Mörtel) 

- Bewuchs mit Algen, Flechten und 

Moosen 

- Existenz von Biofilmen 

- Aggressive Stoffwechselprodukte der 

Organismen (Pilze, Bakterien) 

- Anwendung ungeeigneter bzw. nicht 

optimierter Reinigungsverfahren 

- Reinigung mit Säuren und Laugen 

(Ionenquellen) 

- direkte und indirekte 

Salzschäden 

- Risse durch Unterschiede 

im Verformungsverhalten 

- Erhöhung der Materialfeuchte 

- Osmotischer Druck 

- Lösungsangriff auf 

Materialkomponenten 


- Lösungsangriff auf 

Materialkomponenten 

- Salzbildung / Salzschäden 

- Fehlerhafte Hydrophobierungen - Hinterfeuchtungen 

- Frostschäden 

- Salzschäden 

- Verwendung ungeeigneter 

Festigungsmittel 

- Ungeeignetes Nutzungsklima (bzgl. 

Temperatur, rel. Luftfeuchte, Lüftung) 

- Zusätzlicher Feuchte- und 

Schadstoffeintrag in die Baustoffe 

- Überfestigung 

- Schalenbildung 

- Aktivierung bzw. 

Verstärkung von 

Schadensprozessen 

(Salzschäden, 

Mikrobiologische Prozesse)


2.4 Mikroskopische Untersuchungen an Ziegeln und Terrakotten 

Die Auswertung der Literatur hat gezeigt, daß bis Mitte der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts 

die Naturwerksteine bzw. Natursteinbauwerke im Mittelpunkt des wissenschaftlichen 

Interesses standen. Den Verwitterungsprozessen, die zu Schädigungen an Ziegelbauwerken 

führen, wurde nur vereinzelt Beachtung geschenkt. 

Erst im Rahmen des im Zeitraum 1987-1993 durchgeführten Forschungsprojektes „NATO- 

CCMS Pilot Study - Conservation of Historic Brick Structures“ wurde den Ziegeln bzw. dem 

Ziegelmauerwerk größere wissenschaftliche Aufmerksamkeit entgegengebracht (NATO- 

CCMS Pilot Studies 1990-93). 

Hinsichtlich der mikroskopischen Untersuchungen an Ziegeln und Terrakotten wird die 

ausgewertete Literatur in vier Kapitel unterteilt. Zunächst werden im Gliederungspunkt 2.4.1 

die mikroskopischen Aspekte von Arbeiten vorgestellt, die an Laborserien ohne direkten 

Bauwerksbezug durchgeführt wurden. Im Gliederungspunkt 2.4.2 werden die mikroskopischen 

Ansätze und Ergebnisse ausgewertet, die im Rahmen von Bauwerksuntersuchungen 

erarbeitet wurden. 

Weitere Kapitel behandeln spezielle mikroskopische Untersuchungsmethoden, die zur 

Beantwortung spezieller konservatorischer Fragestellungen eingesetzt werden (Gliederungspunkt 

2.4.3: Kryo-REM; Gliederungspunkt 2.4.4: ESEM). 

2.4.1 Laborserien 

Im Rahmen von grundlegenden Betrachtungen zum Einfluß der Hohlraumverteilung von 

keramischen Erzeugnissen auf deren Frostbeständigkeit wurden von Bergmann (1956) die 

temperaturabhängigen Veränderungen des keramischen Gefüges mikroskopisch nachgewiesen. 

Durch Verwendung eines Polarisationsmikroskopes mit Heiztisch konnte der Einfluß 

der Sinterung auf die Ausbildung des Hohlraumgefüges in situ verfolgt werden. Beim 

Erreichen des Sinterpunktes schmelzen dünne Wandungen kleiner Poren unter Entstehung 

eines größeren Hohlraums. Weiterhin glätten sich die Wandungen und offene Kapillaren 

werden durch Verschmelzungen geschlossen. 

Von Voskuil (1958) werden am Beispiel von Labormischungen holländischer Tone die 

Vor- und Nachteile verschiedener lichtmikroskopischer Untersuchungsmethoden verglichen. 

Nach Einschätzung des Autors sind Dünnschliffe zur mikroskopischen Untersuchung an 

Ziegeln aufgrund folgender Nachteile weniger geeignet: 

- gegenseitige Überdeckung von Gefügebestandteilen 

- schlechtes Erkennen von Porengröße und -form sowie feiner, nadeliger Verwachsungen. 

Diesen Einschränkungen der Dünnschliffmikroskopie stehen wesentliche Vorteile der Auflichtmikroskopie 

gegenüber: 

- Erkennen von Reaktionen der Tonsubstanz mit Quarz, Hämatit, Feldspat, Kalk / Magnesia 

- Sintererscheinungen, Rekristallisationen sehr gut erkennbar 

- Form, Größe und Verteilung von Poren und feinen Haarrissen bis ins Detail gut erkennbar. 

Als Nachteile der Auflichtmikroskopie werden das sehr geringe Reflexionsvermögen der 

Ziegelbestandteile (5-10 bezogen auf 95 bei metallischem Silber) und die indirekte Mineralidentifizierung 

genannt. 

Die Bedeutung lichtmikroskopischer Untersuchungen an keramischen Materialien liegt nach 

Salmang (1958) in der Möglichkeit, Gefügefehler, wie z.B. Materialinhomogenitäten, Formgebungstexturen, 

Porositätsschwankungen und Risse zu erkennen. 

Seiner Einschätzung nach haben diese Grobstrukturen viel größeren Einfluß auf die 

Beständigkeit des keramischen Materials als die Feinstrukturen des Gefüges.


Die Möglichkeiten von REM-Untersuchungen zur Visualisierung mittels Hg-Porosimetrie 

gemessener Porenradienverteilungen wurden von Schwiete und Ludwig (1969) untersucht. 

Im Vergrößerungsbereich zwischen 240x bis 1200x wurden für verschiedene Ziegel die 

mikroskopischen Porencharakteristika beschrieben: Porengehalt, Porenform, maximaler 

Porendurchmesser, Texturen. Aus den Untersuchungen ist der Einfluß unterschiedlicher 

Rohstoffe und Brenntemperaturen auf die Ausbildung des Porengefüges ersichtlich. 

An Ziegeln aus Schiefertonen und Geschiebelehm führen höhere Sintergrade (Brenntemperaturen 

1000-1040 °C) zu zahlreichen Poren > 10µm. Bei vergleichbaren Brenntemperaturen 

bilden andere Rohstoffe (z.B. Ton, Mergelton, Aluvialton) dichtere Gefüge mit 

relativ einheitlichen Porendurchmessern um 1 µm aus. 

Durch Zusatz von Polystyrol (Styropor) künstlich erzeugte Luftporen sind an ihrer runden 

Form und ihrer Größe um 1 mm zu identifizieren. 

Die mittels Hg-Porosimetrie ermittelten Unterschiede in den Porenvolumina und der Porenradienverteilung 

konnten von den Autoren im REM qualitativ nachvollzogen werden. 

In einer vergleichenden Betrachtung zu den Möglichkeiten der Erfassung der Porengrößenverteilung 

im Ziegelscherben und ihrer Bewertung hinsichtlich der Frostfestigkeit wurden von 

Piltz (1970) REM-Untersuchungen zum Porengefüge keramischer Scherben durchgeführt. 

Die Hohlraumverteilung wird als vielgestaltiges, labyrinthisches System bezeichnet. Für eine 

hinreichende Erfassung müssen neben Form und Verlauf der Poren auch deren 

Durchmesser und Größenverteilung ermittelt werden. 

Für die Frostfestigkeit sind die Poren im Radiusbereich 0,01 bis 5 µm entscheidend. 

Heimann (1978/9) stellt durch REM-Untersuchungen fest, daß die qualitativen Gefügeveränderungen 

des keramischen Scherbens in Abhängigkeit von der Brenntemperatur gut 

nachvollziehbar sind. Bei gleicher Tonmineralzusammensetzung sind bei 850°C noch 

deutlich Tonmineralformen erkennbar. Bei 1100°C liegt vollständige Verglasung vor. 

Zu vergleichbaren Aussagen haben Untersuchungen von Franke und Schoppe (1990) 

geführt. Der Sinterungsgrad und der Abbau der Tonminerale und Feldspäte wird mit Blick auf 

die Möglichkeiten einer nachträglichen Abschätzung der Brenntemperatur an Bruchflächen 

im REM verfolgt. Bei der gewählten Tonzusammensetzung sind an den bei 900°C 

gebrannten Ziegeln noch Schichtstrukturen der Tonminerale erhalten. Brenntemperaturen 

von 1040°C definieren den Beginn der Sinterreaktion, erkennbar durch das Auftreten von 

Schmelz- und Fließformen. Das Gefüge der Ziegel, die bei 1150°C gebrannt wurden, ist 

durch eine vollständige Verglasung gekennzeichnet. 

REM-Untersuchungen von Lewin und Charola (1979) hatten Veränderungen an den Tonmineralen 

sowie der Glasphase als Folge von Säureeinwirkungen zum Gegenstand 

(Simulation des Angriffs durch "sauren Regen"). Es wurde eine Auslaugung der Glasphase 

unter Bildung von Rissen nachgewiesen. Schließlich führt der Abtrag der Glasphase zur 

Freilegung darin eingeschlossener, weniger säurebeständiger Tonminerale. Im weiteren 

Verlauf führen diese Prozesse zur Lockerung des Ziegelgefüges. 

Mit 18molarer H2SO4 und einer Einwirkzeit von 3 Monaten wurden allerdings sehr aggressive 

Versuchsbedingungen gewählt. 

Von Lewin und Charola (1980) wird im Hinblick auf Schädigungsmechanismen durch 

Salzsprengung darauf hingewiesen, das REM-Untersuchungen die Möglichkeit bieten, 

Details zur Wechselwirkung der wachsenden Kristalle mit dem umgebenden Porenraum zu 

untersuchen. Die Methode kann nach Einschätzung der Autoren einen Beitrag zur Klärung 

der Vorgänge liefern, die zur Entstehung von Kristallisationsdrücken führen.


An Werksproben schweizerischer Ziegeleien wurde das Mikrogefüge der grobkeramischen 

Scherben auf seine Abhängigkeit von den Brennbedingungen und dem Rohmaterial 

untersucht (Meyer et al. 1984). Neben der Dünnschliffmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie 

haben die Autoren mit Hilfe systematischer Bildanalysen mehrere Porenparameter 

ermittelt (Porengröße, Porenform, Porenorientierung). Die Erfassung größerer 

Poren erfolgte mit der Fluoreszenzmikroskopie an kunstharzgetränkten Proben. Der 

Feinporenanteil wurde über REM-Aufnahmen an Anschliffpräparaten bewertet. 

Aufgrund der Verschiedenheit von Rohmaterial, Aufbereitung, Verpressung, Trocknung und 

Brennprozeß konnten keine verallgemeinerbaren Zusammenhänge zwischen den verschiedenen 

Scherbenparametern abgeleitet werden. 

Binda und Baronio (1984) haben durch REM-Untersuchungen den Zusammenhang 

zwischen dem Sinterungsgrad von Ziegelmaterial und der Schadensanfälligkeit nachgewiesen. 

Ziegel mit hohen Glasanteilen im Scherben waren im Natriumsulfat-Sprengtest 

widerstandsfähiger als Ziegel mit erkennbaren Tonmineralstrukturen. Ungleichmäßige 

interne Strukturen (Inhomogenitäten) oder Laminierungen wurden als Merkmale schadensanfälliger 

Ziegel erkannt. 

Die Schädigung des Ziegelgefüges durch Na-Sulfat wurde von Caner-Saltik et al. (1992) 

lichtmikroskopisch an ungedeckten Dünnschliffen untersucht. Dabei wurde eine 

kontinuierliche Porenaufweitung mit steigender Zahl an Kristallisationszyklen festgestellt. 

Aus der Beobachtung, daß große Poren vollständig oder fast vollständig mit Salz gefüllt 

waren, wird geschlossen, daß die Salzkristallisation bevorzugt in großen Poren erfolgt. Es 

wird darauf hingewiesen, daß Porenkanäle bzw. kleine Poren, die mit größeren in 

Verbindung stehen, ebenfalls Salz enthalten. 

Von Sasse et al. (1992) wird am Beispiel getränkter Natursteine nachgewiesen, daß mittels 

REM-Untersuchungen sehr dünne Schutzstoff-Schichten (


Hohe Kalkgehalte sind typisch für die in der Schweiz verwendeten Rohstoffe. Die 

Untersuchungen erfolgten an polierten, ungedeckten Dünnschliffen. Die vorgelegten Ergebnisse 

zeigen, daß mit den angewendeten Untersuchungsmethoden der Silikatisierungsvorgang 

von Calcit und Dolomit in Funktion der Brenntemperatur, der Korngröße sowie der 

Brennatmosphäre genau verfolgt werden kann. Hieraus wurden grundlegende Erkenntnisse 

zu den unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten von CaO und MgO sowie zum 

reaktionsfördernden Einfluß der Zusammensetzung der Ofenatmosphäre (Fluor, Chlor, 

Schwefel, Wasserdampf) auf die Silikatisierung von groben Karbonatkörnern abgeleitet. 

REM-Untersuchungen zum Kristallisationsverhalten von Gips in porösen baukeramischen 

Materialien wurden von Franke und Kühne (1997) durchgeführt. Als Substrate dienten 

Metalloxidkeramiken sowie Ziegel mit unterschiedlichen Porenradienverteilungen. 

An nicht hydrophobierten Materialien mit Poren


Im REM erfolgten Gefügeuntersuchungen geschädigter und ungeschädigter Terrakottaproben. 

Hierbei wurde festgestellt, daß die Einwirkung "saurer Atmosphärilien" zur Lösung 

und Umwandlung der Kalkbestandteile im Scherben sowie zu einer Ätzung bereits gebildeter 

Gipskristalle geführt hat. Dieser Prozeß wird als Hauptschadensursache angesehen. 

Weiterhin hat die Säureeinwirkung zu einer partiellen Zerstörung der Glasmatrix geführt. Die 

Folge sind Schuppenbildung im Bereich der Tonminerale und Lockerungen der 

Mineralkörner. Durch diese Schwächung der inneren Bindung sind die Terrakotten anfälliger 

gegen Frost, Salzkristallisation sowie thermische und hygrische Beanspruchungen. 

Geschädigte und ungeschädigte Renaissance-Terrakotten im Kreuzgang eines Klosters bei 

Pavia waren Gegenstand umfangreicher Untersuchungen, die von Abrate-Zohar et al. (1985) 

durchgeführt wurden (XRD, Hg-Porosimetrie, PolMi, REM, EDX, Wasseraufnahme und - 

abgabe). 

Obwohl Gips als Hauptneubildung erkannt wird, beziehen sich die lichtmikroskopischen 

Untersuchungen nur auf die Mineralzusammensetzung der Magerung, die Kornsortierung 

sowie auf Homogenität und Texturen. Das Gefüge wird als wellenförmig beschrieben, mit 

einer Vorzugsorientierung von Mikroporen, Hohlräumen und Mineralkörnern. Diese Gefügeanisotropien 

sind eine Folge der Herstellung (Handmischung) und werden als bestimmend 

für die auftretenden Schadensformen (Lockerungen, Absanden) angesehen. 

Über REM-Untersuchungen wurde festgestellt, daß Gips in Poren und Rissen vorhanden ist. 

Er weist plattig-tafelige Morphologien auf, die Kristalle sind senkrecht zu den Bruchflächen 

(Risse) orientiert. 

Die Bestimmung der Mineralphasen an geschädigten historischen Ziegeln im Polarisationsmikroskop 

liefert nach Erkenntnissen von Franke und Tubbesing (1989) Hinweise auf die 

Brennbedingungen. Indikatoren für niedrige Brenntemperaturen sind Tonminerale und 

Glimmer. Die Zerstörung der Kristallstruktur von Muskovit erfolgt, nach Angabe der Autoren, 

bei 800°C. 

Von den gleichen Autoren wurden polarisationsmikroskopische Untersuchungen an 

geschädigten Ziegeln historischer Backsteinbauten Norddeutschlands durchgeführt. Es 

handelte sich um Gebäude in Hamburg, Lübeck, Tönning, Garding und Süderende (Insel 

Föhr), deren Alter zwischen 80 und 700 Jahren lag (Franke und Tubbesing 1990). An allen 

Proben wurde Gipskristallisation unter den Ziegeloberflächen als charakteristisches 

Schadensbild beobachtet. Das Abblättern der betroffenen Ziegel wird auf den Kristallisationsdruck 

bei der Gipsbildung zurückgeführt. 

Die Eigenschaften historischer Ziegelmaterialien an Gebäuden unterschiedlicher regionaler 

Lage und zeitlicher Entstehung wurden von Freyburg (1997) untersucht. 

Neben der Bestimmung materialkundlicher Kennwerte erfolgten stereo- und dünnschliffmikroskopische 

Untersuchungen, aus denen sich folgende Erkenntnisse ableiten ließen: 

1) Rückschlüsse auf die verwendeten Rohstoffe (z.B. diatomeenhaltige Tone) 

2) Hinweise auf die Fertigungstechnik (Aufbereitung, Formgebung) 

Zum Beispiel kann fehlende Aufbereitung bei geringmächtigen, unterschiedlich zusammengesetzten 

Rohstoffhorizonten, die gemeinsam verarbeitet werden, die Ausbildung von 

magerungskornreichen Schlieren und Bändern sowie Tonlunkern bzw. Tonbändern zur 

Folge haben.


3) Benennung von Gefügetypen nach den Kriterien: - Homogenität, Packungsdichte 

- Farbe 

- Porengröße und -verteilung 

- Größe und Verteilung der Mineralkomponenten 

Aus diesen Untersuchungen ist ersichtlich, daß der Einfluß unterschiedlicher Rohstoffe und 

die Art der Verarbeitung mikroskopisch an den Gefügen der Ziegel ablesbar ist. 

Das gilt auch für Bauterrakotta, die von der Autorin an verschiedenen Gebäuden Norddeutschlands 

untersucht wurde (FREYBURG 1995A). Die Scherbengefüge von Terrakotten 

des 16. Jahrhunderts (Schloß Gadebusch, Mecklenburg-Vorpommern) enthalten hellgelbe, 

feinsandige Schlieren sowie grobkörnigere Einschlüsse in einer hämatithaltigen, feinkörnigen 

Grundmasse. Diese Inhomogenitäten folgen den Formgebungsstrukturen. Ursache ist die 

Verarbeitung einer relativ steifplastischen, trockenen Masse, wobei wahrscheinlich auf eine 

vorherige Schlämmung verzichtet wurde. 

Demgegenüber weisen die Gefüge der Terrakotten des 19. und 20. Jahrhunderts (Schloß 

Schwerin und Schloß Gadebusch) aufgrund der verbesserten Fertigungstechnik eine 

vergleichsweise ausgewogene Korn- und Porenverteilung auf. In einer homogenen, 

hämatitreichen Matrix ist ein relativ gleichkörniger Mineralbestand enthalten. 

2.5 Spezielle mikroskopische Untersuchungen zu Schadensursachen und 

Konservierungsansätzen 

2.5.1 Kryo-REM-Untersuchungen 

Die Anwesenheit leicht löslicher Salze, insbesondere solcher, die verschiedene Hydratstufen 

bilden (z.B. Natriumsulfat oder Magnesiumsulfat), und/oder hohe Bauteilfeuchten stellen 

besondere Anforderungen an die mikroskopischen Untersuchungen. Blaschke und Juling 

(1990b) haben auf mögliche Folgen eines ungeeigneten Probentransports vom Entnahmeort 

ins Untersuchungslabor bzw. eine unsachgemäße Lagerung solcher Proben hingewiesen. 

Es können Umverteilungen der Salze im Probenvolumen und sogar die Zerstörung der 

Proben auftreten. 

Solche Veränderungen des Probenmaterials können durch eine Kryo-Präparation, die für 

das REM etwa seit dem Jahre 1975 verfügbar ist, vermieden werden (Blaschke 1975). 

Durch die Entwicklung einer mobilen Ausrüstung zur in situ Probenpräparation wurde eine 

Erweiterung des bisher auf den stationären Betrieb ausgelegten Kryo-REM-Verfahrens 

ermöglicht (Blaschke 1988, Blaschke und Juling 1990a). Damit bestand erstmals die 

Möglichkeit, natürliche oder im Labor geschaffene Feuchte- und Salzverhältnisse unmittelbar 

nach der Probenentnahme mittels Kryoschock zu fixieren und anschließend in der Kryo- 

Probenkammer des REM zu untersuchen. 

Von Burchhard et al. (1991) wird das Kryo-REM-Verfahren für Laboruntersuchungen mit dem 

Ziel eingesetzt, Wasser bzw. Feuchte im Porenraum von Natursteinen artefaktfrei zu 

visualisieren. Die Einwirkung von Wasser auf bestimmte Mineralien im Modalbestand 

ausgewählter Sandsteine wird abgebildet (Quellen von Chlorit).


Weiss (1992) führte Kryo-REM-Untersuchungen zur Salz- und Eiskristallisation an 

Natursteinen durch. Diese Arbeit belegt die komplexen Zusammenhänge zwischen 

Porengrößen, Wassersättigungsgrad und Mineralphasenbestand bei der Eiskristallisation im 

Porenraum. Bei den untersuchten, teilgesättigten Sandsteinen (70-80% der kapillar 

aufnehmbaren Wassermenge) hatten sich in Makroporen Eisschichten auf den Porenwandungen 

gebildet. Demgegenüber waren die kleineren Kapillarporen häufig vollständig mit 

Eis gefüllt. Aus dieser Bevorzugung der kleineren Hohlräume bei der Wassereinlagerung und 

Eisbildung wird geschlossen, daß auch Sandsteine mit geringen Gesamtsättigungswerten 

Frostschäden erleiden können. 

Tonige Bindemittel werden vom Eis häufig vollständig eingeschlossen. Bei Frost- und 

Auftauvorgängen kann es zu irreversiblen Verformungen kommen, die sich im Laufe der Zeit 

zu Gefügeschädigungen aufsummieren können. 

Erstmals wurde auch der Versuch unternommen, Mirabilit im Kryo-REM abzubilden. Hierbei 

haben jedoch die gerätetechnischen Bedingungen (Detektorauswahl, Einschränkungen bei 

der EDX) und vor allem die Fixierung der salzbefrachteten Proben mit Wasser (!) deutliche 

Grenzen gesetzt. 

Die Wasser- und Feuchteverteilung in unbehandelten und imprägnierten Sandsteinen wurde 

von Clooth (1992) sowie von Clooth und Burchhard (1994) mit dem Kryo-REM-Verfahren 

untersucht. Der Erfolg von Imprägniermaßnahmen (Hydrophobierung) kann über die 

veränderten Filmbildungseigenschaften und die daraus resultierende charakteristische 

Tropfenform von Wasser auf den hydrophobierten Untergründen bewertet werden. 

Außerdem wurde mikroskopisch die Passivierung quellfähiger Gesteinskomponenten (Tonminerale) 

gegenüber Wasser als Folge der Imprägnierung nachgewiesen. 

Langenfeld et al. (1994) untersuchten im Kryo-REM kapillar getränkte Sandsteine und 

Sanierputze. Im unbehandelten Sandstein wurden geschlossene Wasserfilme bzw. Anreicherungen 

in Zwickeln festgestellt. An hydrophobierten Sanierputzen bilden sich keine 

geschlossenen Wasserfilme, sondern Tropfen in den Luftporen. Die Verbindungskanäle 

zwischen den Luftporen sind häufig mit Wasser gefüllt. 

Kryo-REM-Untersuchungen an Na-Sulfat haben gezeigt, daß die kristallwasserhaltige Form 

(Mirabilit: (Na2[SO4] • 10H2O)) unter Kryobedingungen stabil ist. Erst bei Anhebung der 

Probentemperatur auf +35°C erfolgt unter den Hochvakuumbedingungen im REM eine Entwässerung 

in die kristallwasserfreie Modifikation des Na-Sulfats. Der entstehende, kryptokristalline 

Thenardit (Na2[SO4]) zeigt Pseudomorphosen nach Mirabilit (Hoffmann 1994). 

Von Neisel und Burchhard (1994) wurden Kryo-REM-Untersuchungen zu Gefrierprozessen 

an feuchtekonditionierten Sandsteinprismen durchgeführt. Abhängig von der Sandsteinvarietät 

gefriert das Wasser im Temperaturbereich 0 bis -3°C. 

Für den Fall geringer, durch kapillares Saugen über Stirnflächen von Prismen aufgenommene 

Wassermengen wurden keine direkten Gefügeschädigungen beobachtet. Die 

Erklärung erfolgt über den zur Verfügung stehenden Porenraum, in den wachsende 

Eiskristalle ausweichen können. Erst bei hohen Feuchtegehalten (Sättigung nach Unterwasserlagerung) 

treten Risse im Natursteingefüge als Folge der Eiskristallisation auf.


2.5.2 ESEM-Untersuchungen 

Doehne und Stulik (1990) vergleichen die Geräteparameter und präparativen Anforderungen 

herkömmlicher Rasterelektronenmikroskope mit denen des ESEM (Environmental Scanning 

Electron Microscope). Der Hauptunterschied besteht darin, daß im ESEM kein Hochvakuum 

im Probenraum erforderlich ist und trotzdem eine hochauflösende Abbildung feuchter Proben 

realisiert werden kann. Weitere wesentliche Vorteile, z.B. Verzicht auf eine leitfähige 

Beschichtung der Proben, Variation von Druck, Feuchte, Temperatur in der Probenkammer 

während der Untersuchung, werden anhand verschiedener Fallstudien aus der 

konservatorischen Praxis veranschaulicht. Unter anderem konnten Quellvorgänge an 

Tonmineralen, die bei der Befeuchtung von Lehmziegeln stattfinden, in situ beobachtet und 

abgebildet werden. Eine Behandlung mit Konservierungsmitteln führt zu einem anderen 

Benetzungsverhalten durch einwirkende Feuchtigkeit und damit zu einer Verringerung des 

Quellens. 

Das ESEM verfügt über alle Möglichkeiten eines herkömmlichen SEM und bietet zusätzlich 

den Vorteil, dynamische Prozesse direkt verfolgen bzw. Proben in ihrem natürlichen Zustand 

untersuchen zu können. 

Die Autoren vertreten die Auffassung, daß das Gebiet Konservierung in hohem Maße von 

den neuen bzw. erweiterten Möglichkeiten zur Untersuchung von Zerstörungsmechanismen 

profitieren wird. 

ESEM-Untersuchungen zur Dynamik der Na-Sulfat-Kristallisation unter Verwendung eines 

gekühlten Probentisches wurden von Doehne (1997) durchgeführt. Dabei konnte gezeigt 

werden, daß eine vollständige Hydratation großer, wasserfreier Thenarditkristalle (Na2[SO4]) 

durch eine Umhüllung mit Mirabilit (Na2[SO4] • 10H2O) so lange behindert wird, bis ausreichend 

flüssiges Wasser zur Lösung des entstandenen Mirabilit zur Verfügung steht. Hierin 

wird die Ursache für die unter gleichen Feuchtewechselraten gegenüber der Dehydratation 

deutlich langsamere Hydratation gesehen. 

In umgekehrter Richtung, bei der Trocknung des Dekahydrats, bilden sich hoch poröse 

Aggregate aus sehr kleinen Thenarditkristallen. Die ESEM-Untersuchungen haben gezeigt, 

daß die Lösung solcher Strukturen (sehr feinkristalliner Thenardit mit großer spezifischer 

Oberfläche) durch flüssiges Wasser und anschließende Trocknung zu einer raschen 

Kristallisation großer Mirabilitkristalle führt. 

Hierin wird die wesentliche Ursache für die starken Schäden gesehen, die Na-Sulfat an 

porösen Materialien verursachen kann. 

Hinsichtlich ihrer Eignung zur Untersuchung früher Hydratationsvorgänge an Zementphasen 

vergleicht Möser (1997) verschiedene Typen von Rasterelektronenmikroskopen (REM, FE- 

REM, NV-REM, ESEM, ESEM-FEG). 

Die gewonnene Erkenntnis, daß ein ESEM mit Feldemissionskathode (ESEM-FEG) optimale 

Voraussetzungen für eine artefaktfreie Untersuchung und hochauflösende Abbildung von 

Hydratationsvorgängen bietet, ist zwangsläufig. Schließlich sind in diesem Gerätesystem die 

Hochauflösung der Feldemissionskathode und die Möglichkeit des ESEM, auf ein 

Unterbrechen des Hydratationsvorganges und auf eine leitfähige Beschichtung der Proben 

zu verzichten, kombiniert. 

Außerdem wird festgestellt, daß die wasserreiche Form des Na-Sulfats auch unter den 

Bedingungen eines geringen Vakuums im ESEM nicht stabil ist. Bereits bei einem Druck von 

6 Torr und einer relativen Feuchte von 75% geben die Mirabilitkristalle ihr Wasser ab und 

zerfallen zu pulverigem Thenardit.


Die Unterschiede im Schädigungsverhalten von Na-Sulfat und NaCl wurden von Rodriguez- 

Navarro et al. (1996) im ESEM untersucht. Unter gleichen experimentellen Bedingungen 

(25%ige und gesättigte Salzlösungen) führt Mirabilit-Kristallisation an Prismenprüfkörpern zu 

großen Schäden, während NaCl nur äußerst geringe Schäden verursacht. 

Kennzeichnend für Mirabilit war: 

• Ausblühungssaum oberhalb einer Zone starker Schädigung 

• sofortige Schädigung (erheblicher Materialverlust) 

• rascher Materialabtrag und große Gewichtsverluste 

Für NaCl war folgendes Verhalten charakteristisch: 

• Ausblühungssaum an der Oberfläche (idiomorphe Kristalle) 

• keine sichtbaren Schäden (kein Materialverlust) 

• NaCl im Porenraum (winzige NaCl-Kristalle füllen die Feinstporen ohne größere Poren zu 

beeinflussen) 

Außerdem wurde durch Beobachtungen an Salzlösung in Glaskapillaren, anhand 

lichtmikroskopischer Untersuchungen zur Kristallisation von Salzlösungen auf Objektträgern 

sowie über die ESEM-Untersuchungen im Porenraum übereinstimmend festgestellt, daß 

Mirabilit innerhalb der Salzlösung und NaCl stets an der Grenzfläche Salzlösung/Luft 

kristallisiert. 

Dieser grundlegende Unterschied, der über die existierenden Modelle nicht erklärt werden 

kann, wird als Ursache der stärkeren Schädigung poröser Materialien durch Na-Sulfat 

gegenüber NaCl, bei gleichen experimentellen Bedingungen, angesehen. 

Vertiefende ESEM-Untersuchungen zum Kristallisationsverhalten von Na-Sulfat und NaCl 

wurden von RODRIGUEZ-NAVARRO und DOEHNE (1999) durchgeführt. 

Für Na-Sulfat wurde hierbei festgestellt, daß Wasserkondensation auf Thenardit zu einer 

raschen Auflösung der Kristalle mit anschließender Bildung von Mirabilitkeimen aus der 

Lösung führt. Ursache entstehender Schäden ist damit der Kristallisationsdruck. Die Theorie 

eines „Hydratationsdruckes“ als maßgebliche Ursache der Materialzerstörung wird von den 

Autoren aufgrund fehlender Indizien in Frage gestellt. 

Auch bezüglich NaCl traten Widersprüche zu den Modellvorstellungen zur Salzkristallisation 

in porösen Systemen auf. In den ESEM-Untersuchungen wurde unter bestimmten Versuchsbedingungen 

(konstante rel. Feuchte von 50% und Raumtemperatur) festgestellt, daß 

kleine Poren mit kryptokristallinen NaCl-Aggregaten gefüllt sein können, während in 

größeren Poren keine NaCl-Kristallisation zu beobachten war. Gleichzeitig traten idiomorphe 

Ausblühungen an den Prüfkörperoberflächen auf. Hieraus wird, unter Bezug auf SUNAGAWA 

(1981), der kubische Kristallmorphologien auf geringe Übersättigungen zurückführt, ebenfalls 

auf geringe Übersättigungen geschlossen. Weiterhin wird ein kleiner Metastabilitätsbereich 

zwischen max. Übersättigung und Keimbildung, eine geringe Keimbildungsrate und ein 

geringes Wachstum angenommen. Als Konsequenz sollen niedrigere Kristallisationsdrücke 

als bei Na-Sulfat auftreten. 

Es wird auf die Bedeutung zyklischer Belastungen für das Verständnis der Zerstörungsmechanismen 

hingewiesen. Besonders den frühen Stadien des Schadensprozesses und 

Ermüdungseffekten soll in künftigen Experimenten nachgegangen werden.

3. Zur Methodik der mikroskopischen Baustoffanalyse 32 

3 ZUR METHODIK DER MIKROSKOPISCHEN BAUSTOFFANALYSE 

In der modernen Denkmalpflege gilt der Grundsatz: Keine zusätzlichen Objektverletzungen 

durch auffällige Beprobungen für die Schadensanalyse. Eine Beprobungsstelle darf dem 

Betrachter nicht auffallen. 

Diese für Wandmalereien selbstverständliche Forderung gilt heute auch für wertvolle 

Terrakotten. 

Für diese Situation empfiehlt sich die mikroskopische Baustoffanalyse vor Ort. Auf Anregung 

von Prof. Dr. R. Blaschke wurde 1989 vom damaligen Bundesministerium für Forschung und 

Technologie (BMFT) im Rahmen des Schwerpunktes „Denkmalpflegeforschung“ der Bau von 

Laborwagen genehmigt, die von der Abteilung Analytische Baustoffmikroskopie der MPA 

Bremen betrieben werden (Blaschke 1987, Blascke und Juling 1990a und 1990b, Juling 

1994). 

In den Laborwagen sind folgende Geräte einsatzbereit untergebracht: 

1. Stereomikroskop mit Videokamera und Videoprinter 

2. Sägemikrotom (Leitz) zur Herstellung von Dünnschliffen und Anschliffen 

3. Polarisationsmikroskop mit Videoanschluß 

4. Vakuumanlage mit Kohlenstoffverdampfungsquelle und Kathodenzerstäubungseinrichtung 

zur Erzeugung der Leitfähigkeitsschicht 

5. Rasterelektronenmikroskop mit energiedispersiver Röntgenmikroanalyse 

6. Transportable Vakuumeinrichtung für Kryo-Präparation in schmelzendem Stickstoff 

Die Vor-Ort-Analyse bietet den entscheidenden Vorteil einer sofortigen, komplexen 

mikroskopischen Bewertung 1-2 mm kleiner Proben in Gegenwart der Denkmalpfleger und 

Restauratoren. Nach der gemeinsamen Diskussion der ersten Erkenntnisse kann entschieden 

werden, wo und in welchem Umfang weitere Proben für vertiefende Untersuchungen 

entnommen werden müssen. 

Auch erfahrene Denkmalpfleger sind immer wieder überrascht von der Fülle von Erkenntnissen, 

die an kleinsten Proben mikroskopisch gewonnen werden können. 

Die in zahlreichen Laborwageneinsätzen auf den Gebieten Wandmalerei und Naturstein 

entwickelte Vorgehensweise (Blaschke 1989, Blaschke und Juling 1992) wurde im Rahmen 

der vorliegenden Arbeit konsequent auf Terrakotten und Ziegel übertragen. 

Zunächst wurden mit den verantwortlichen Denkmalpflegern und Restauratoren die Fragen 

an die mikroskopische Analytik festgelegt. Die Probennahme erfolgte im Beisein der 

Restauratoren, die Präparation und der überwiegende Teil der mikroskopischen Untersuchungen 

wurden im Laborwagen unmittelbar am Bauwerk durchgeführt. 

Die Anwesenheit am Objekt ermöglichte einen ständigen Bezug zur Probenentnahmestelle 

und der gesamten Bauwerkssituation (Erscheinungsbild und Verteilung der Schäden, Einfluß 

von Bauteilgeometrien, Wasserführung etc.). 

Dieser „Dialog mit dem Gebäude“ war für die Interpretation der mikroskopischen Untersuchungsergebnisse 

von ausschlaggebender Bedeutung.


3.1 Probennahme 

Eine Beschränkung auf möglichst unauffällige Beprobungspunkte setzte voraus, daß zur 

Entnahme der Proben eine Lupe oder Lupenbrille verwendet wurde. 

Die Fragestellungen bestimmten die Art der Probennahme. Hierzu folgende Beispiele: 

a) Zur Identifizierung von Salzausblühungen genügten einzelne kleine Kristalle, die sich mit 

sogenannten Leit-Tabs oder mit Leit-C-Plast vollkommen zerstörungsfrei direkt von den 

Materialoberflächen abtupfen ließen. 

b) Für die Untersuchung der Ursachen unterschiedlicher Farbigkeiten von Terrakotten oder 

von Auflagerungen und Krusten, war eine Entnahme wenige mm großer Oberflächenpartikel 

oder Schalenbruchstücke mit dem Skalpell ausreichend. 

c) An geschädigten und dadurch meist mechanisch empfindlichen Terrakotten und Ziegeln 

erfolgte die Probenentnahme mit Hilfe einer diamantbesetzten Minitrennscheibe. Mit 

diesem Gerät war es möglich, auch stark geschädigte Materialien aus ihrer Umgebung 

herauszulösen und in ihren Strukturen für die mikroskopischen Untersuchungen zu 

erhalten. Bei extremen Lockerungen konnten interessierende Teilbereiche vor der Entnahme 

einer Probe mit niedrigviskosem Sekundenkleber verfestigt werden. 

Die typische Größe der Terrakottaproben betrug im Durchmesser meist weniger als 

10 mm (Abb. 9). 

3.2 Präparationsschritte 

Abb. 9: 

Mit Minitrennscheibe 

für mikroskopische 


herausgeschnittene 

Terrakottaprobe vom 

Schweriner Schloß 

(Oberfläche im Bild 

oben links, markiert 

durch Pfeil). 

Auf der Sägefläche 

sind Schneidriefen zu 

erkennen. 

Die Probe ist etwa 

10 mm lang (Abstand 

zwischen zwei Teilstrichen: 

1mm). 

Die entnommenen Terrakotten oder Ziegel wurden als erstes unter dem Stereomikroskop 

allseitig untersucht und photographisch dokumentiert. 

Wichtig war hierbei die Wahl einer zeckmäßigen Beleuchtung. Farbunterschiede ließen sich 

bei gleichmäßiger, koaxialer Beleuchtung besser erkennen. Zur Abbildung von Oberflächentopographien, 

z.B. erhöhter Rauhigkeiten als Folge einer Schädigung, eignete sich 

schräg einfallendes Licht.


Zur umfassenden mikroskopischen Analyse waren entsprechende Präparationsschritte 

erforderlich, die in den Abb. 10 und 11 schematisch dargestellt sind und in den folgenden 

Gliederungspunkten 3.2.1 bis 3.2.3 beschrieben werden. 

Die meist sehr kleinen Proben mußten schrittweise weiterbehandelt werden (durchgezogene 

Pfeile in Abb. 10). Nach einer Betrachtung der Oberflächen bzw. Bruchflächen im 

Stereomikroskop wurde das Probenstück im Rasterlektronenmikroskop (REM), einschließlich 

EDX-Analyse, untersucht. Anschließend konnte das gleiche Probenstück in niedrigviskosem 

Harz eingebettet und mit dem Sägemikrotom geschnitten werden. Damit standen sägerauhe 

Anschnitte für REM/EDX-Untersuchungen zur Verfügung, aus denen schließlich polierte, 

ungedeckte Dünnschliffe für Untersuchungen im Polarisationsmikroskop (PolMi) bzw. im 

REM angefertigt wurden. 

Bestand die Gefahr rascher Veränderungen im Probenmaterial aufgrund hoher Feuchtegehalte 

und/oder leicht löslicher Salze, wurde die Kryo-Technik eingesetzt. Die Kryo- 

Fixierung erforderte ein separates Probenstück (gestrichelter Pfeil in Abb. 10), das gesondert 

gelagert und transportiert werden muß. 

Oberfläche 

Bruchflächen 

Probennahme 

Eingangsinspektion im 

Stereomikroskop 

Kunstharzeinbettung Kryo-Fixierung 

Anschnitt Dünnschliff 

(ungedeckt) 

Oberfläche 

Bruchflächen 

REM-Präparat PolMi- und REM-Präparat REM-Präparat 

Abb. 10: Schematische Darstellung einer umfassenden Probenpräparation für kombinierte 

licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen (vgl. Abb. 11) 

3.2.1 REM-Präparation 

Die Präparation der Proben für Untersuchungen im REM erfolgte grundsätzlich unter einem 

Stereomikroskop mit Videokamera und Farbvideoprinter. 

Die Probenstücke wurden mit Leit-C oder Leit-C-Plast leitend auf einem dünnen Aluminiumblech 

befestigt. 

Durch Farbvideoprints der präparierten Proben konnten Details und Farbinformationen als 

Orientierungshilfen für die REM-Untersuchungen dokumentiert werden. Anhand charakteristischer 

Topographien war es möglich, interessierende Probenbereiche wiederzufinden und 

gezielt zu untersuchen. 

Zur Vermeidung elektrischer Aufladungen wurde als abschließender Präparationsschritt eine 

aus wenigen Atomlagen bestehende, leitfähige Schicht auf die Probenoberflächen 

aufgebracht. Hierfür kamen Ag- bzw. Pt-Beschichtungen mittels Kathodenzerstäubung 

(„Sputtering“) sowie Kohlenstoffbedampfung zum Einsatz.


3.2.2 Dünnschliff-Präparation 

Die Probenstücke wurden unter Vakuum getrocknet und orientiert in Kunstharz eingebettet. 

Kleinstproben mußten vorher auf einer Unterlage (Träger) fixiert werden. Hierzu eigneten 

sich dünne Aluminiumbleche und ein hochviskoser Klebstoff, z.B. Heißkleber (Temp-Fix). Für 

vergleichende Untersuchungen war es vorteilhaft, die betreffenden Proben nebeneinander 

auf einem Träger anzuordnen. 

Das Harz mußte unter Vakuumbedingungen in der Lage sein, die zugänglichen Wegsamkeiten 

der Ziegel oder Terrakotten vollständig zu füllen. 

Durch die Verwendung von blau eingefärbtem Harz konnten der Porenraum sowie Risse und 

Klüfte markiert und im lichtmikroskopischen Bild besser erkannt werden. 

Nach Aushärtung des Harzes wurde mit dem Sägemikrotom und unter Verwendung von 

Schneidöl (anstatt Wasser) der gewünschte Probenhorizont herausgeschnitten. 

Zur Fertigstellung des eigentlichen Dünnschliffes (erforderliche Dicke 20-25 µm) mußte von 

Hand nachgeschliffen werden. Die Verwendung von Standardobjektträgern ermöglichte 

Präparatgrößen bis 3,5 x 2,5 cm. Auf das Aufkleben von Deckgläsern wurde nach Möglichkeit 

verzichtet, um am gleichen Präparat sowohl lichtmikroskopische als auch rasterelektronenmikroskopische 

Untersuchungen durchführen zu können. 

Lediglich die Dünnschliffe der NaCl-haltigen Ziegel des Kampischen Hofes wurden durch 

Aufkleben eines Deckglases gegen Umverteilung der leicht löslichen Salze während der 

Aufbewahrung gesichert. 

3.2.3 Kryo-Präparation vor Ort 

Bei der Kryo-Fixation wird durch den sogenannten Kryoschock der Ausgangszustand 

eingefroren, d.h. sämtliche Probenbestandteile, einschließlich Feuchtigkeit, Salze bzw. 

Salzlösung, werden in ihrer Form und Lage fixiert („Einfrieren der Dynamik“). 

Hierzu wird flüssiger Stickstoff im Vakuum durch den Entzug von Verdampfungswärme 

eingefroren. Das Gemisch von festem und flüssigem Stickstoff, auch „slush“ genannt, besitzt 

die Temperatur von schmelzendem Stickstoff (-210,5°C). 

Die zu fixierenden Probenstücke (max. 0,5 cm 3 ) werden mit einem speziellen Kältekleber in 

einem napfartigen Kryo-Probenhalter befestigt und sofort nach der Öffnung des Rezipienten 

in den schmelzenden Stickstoff getaucht (Kryoschock). Die mit der Probe zugeführte Wärme 

wird zunächst zum Schmelzen der Stickstoffkristalle verbraucht, bevor die Temperatur des 

Stickstoffs wieder die Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs errreicht. Auf diese Weise 

wird das Leidenfrost´sche Phänomen (Bildung einer isolierenden Gashülle um die Probe) 

vermieden. 

Durch die Verwendung einer tragbaren Präparationsapparatur, bestehend aus Vakuumrezipienten 

und Rotationsvakuumpumpe, konnten am Bauwerk entnommene Proben sofort 

kryo-fixiert werden. 

Bis zur REM-Untersuchung verblieben die Präparate in flüssigem Stickstoff. 

3.3 Mikroskopische Analysemethoden 

Die schematische Darstellung in Abb. 11 zeigt beispielhaft die unterschiedlichen Präparate 

des gleichen Probenstückes und die mikroskopischen Analysemethoden.


Schrägbeleuchtung 

Stereomikroskop 

(SteMi) 

Bruchfläche 

Okulare 

Objektiv 

Koaxiale 

Beleuchtung 

SE-Detektor 

Rasterelektronenmikroskop (REM) und 

energiedispersive Röntgenmikroanalyse (EDX) 

Bruchfläche Anschnitt 

Keramischer Scherben mit Mineralkörnern (grau) und Poren/Hohlräumen (weiß) 

Elektronenquelle 

Elektronenlinsen 

Ablenkeinheit 

RE-Detektor 

EDX-Detektor 

Dünnschliff 

Eingefärbtes Kunstharz Verschmutzung oder Gipskruste Salz (hinter einer Schale) 

Abb. 11: Schematische Darstellung der schrittweisen Präparation eines Probenstückes und der mikroskopischen Analysemethoden 

(ohne Kryo-Techniken) 

Polarisationsmikroskop 

(PolMi) 

Okular 

Analysator 

Objektiv 

≈25 µm 

Kondensor 

Polarisator 

Lichtquelle


3.3.1 Polarisationsmikroskopie 

Im Polarisationsmikroskop (PolMi) wird das charakteristische optische Verhalten von 

Festkörpern im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes zur qualitativen Unterscheidung 

von Mineralphasen und für Gefügeuntersuchungen ausgenutzt. 

Die physikalischen Grundlagen zur Bildentstehung sowie zur Wechselwirkung des Lichtes 

mit amorphen und kristallinen Festkörpern können der umfangreichen Spezialliteratur entnommen 

werden (Apelt 1959, Françon 1967, Rinne-Berek 1973, Beyer 1988). 

Durchlichtmikroskopie (Hellfeld) 

Im einfach polarisierten Licht (Polarisator im Strahlengang) sind die Eigenfarben der 

Bestandteile des Präparates zu erkennen. Durch Verwendung eingefärbten Einbettharzes 

können unter diesen Abbildungsbedingungen die Porosität, Risse sowie Verdichtungen 

optimal erkannt werden. 

Zwischen gekreuzten Polarisatoren (Polarisator und Analysator im Strahlengang) erscheinen 

amorphe und optisch isotrope, kristalline Materialien unabhängig von ihrer Orientierung 

(Drehen des Präparates) immer dunkel, d.h. sie haben in allen Raumrichtungen dieselben 

optischen Eigenschaften. 

Die Mehrzahl der kristallinen Stoffe in der Natur (z.B. Minerale) zeigt jedoch ein davon 

abweichendes, optisch anisotropes Verhalten. Sie weisen charakteristische Interferenzfarben 

auf, die von Dicke und Doppelbrechung des untersuchten Materials bestimmt werden 

und sich in Abhängigkeit von der Orientierung der Kristalle ändern. In Verbindung mit 

weiteren Kriterien wie Kristallform, Spaltebenen, Zwillingsbildungen etc. ist im 

Polarisationsmikroskop eine Mineralidentifizierung möglich. 

Die polarisationsmikroskopischen Untersuchungen wurden an einem Polarisationsmikroskop 

Axioskop der Fa. ZEISS im Vergrößerungsbereich 25 bis 200fach durchgeführt. 

3.3.2 Raster-Elektronenmikroskopie und Röntgenmikroanalyse 

3.3.2.1 Raster-Elektronenmikroskop und energiedispersive Röntgenmikroanalyse 

Im Rasterelektronenmikroskop (REM) befindet sich das Untersuchungsobjekt im 

Hochvakuum. Ein feingebündelter Primär-Elektronenstrahl (PE) tastet die Oberfläche der 

Probe zeilenweise ab. An jedem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls werden unterschiedliche 

Signale erzeugt (s.u.), von entsprechenden Detektoren erfaßt, elektronisch weiterverarbeitet 

und auf dem Monitor zu Abbildungen der Probenoberfläche zusammengesetzt. 

Für eine detaillierte Darstellung der physikalischen Grundlagen und der Wechselwirkungen 

Elektronenstrahl / Probenmaterie sei auf Reimer und Pfefferkorn (1977), Blaschke (1976), 

Blaschke und Heywood (1977) sowie auf Schmidt (1993) verwiesen. 

Für das Verständnis und die Interpretation der REM-Abbildungen in der vorliegenden Arbeit 

werden im folgenden einige wesentlichen Begriffe näher erläutert: 

Die beschleunigten Primärelektronen (PE) dringen einige Mikrometer tief in die Probe ein 

und werden sowohl elastisch als auch unelastisch gestreut. Durch die Elektronenstrahl / 

Materie - Wechselwirkung werden u.a. folgende Signale bzw. Kontraste erzeugt: 

- Sekundärelektronen (SE) ⇒ Topographiekontrast 

- Rückstreuelektronen (RE) ⇒ Materialkontrast 

- Charakteristische Röntgenstrahlung ⇒ Röntgenmikroanalyse


Topographiekontrast (SE-Bild) 

Der Topographiekontrast beruht auf der Abhängigkeit der SE-Ausbeute von der Neigung der 

abzubildenden Fläche zum einfallenden Elektronenstrahl und eignet sich daher zur 

Abbildung von Objektoberflächen. Mit zunehmender Flächenneigung nimmt die SE-Ausbeute 

zu, wodurch die Flächen heller dargestellt werden. Diese flächenneigungsabhängige SE- 

Emission führt in der sogenannten Sekundärelektronenabbildung zu räumlich 

anschaulichen Bildern. 

Materialkontrast (RE-Bild) 

Optimaler Materialkontrast entsteht bei symmetrischer Rückstreuelektronenabbildung. 

Dabei ist die Helligkeit eines Materials proportional der mittleren Ordnungszahl. Diese kann 

bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung, z.B. für eine Mineralphase, als Quotient 

aus der Summe der Ordnungszahlen der enthaltenen Elemente (entsprechend der 

Stöchiometrie) und der Anzahl der Atome abgeschätzt werden: 

Mittlere Ordnungszahl = ΣOrdnungszahlen / ΣAtome 

Das bedeutet, die Helligkeit einer chemische Verbindung in der Rückstreuabbildung ist um 

so größer, je höher ihr Gehalt an schweren Elementen ist. 

Röntgenmikroanalyse (EDX) 

Man spricht von charakteristischer Röntgenstrahlung eines Elementes, da es sich um 

diskrete Energien handelt, die durch Rekombinationsvorgänge nach Ionisation innerer 

Elektronenschalen durch den e - -Beschuß des Primärstrahls erzeugt werden. 

E = h ⋅ ν E Energie der Röntgenquanten 

ν Frequenz der Röntgenstrahlung 

h Plancksches Wirkungsquantum 

Die Energien sind vom Atomaufbau (Elektronenschalen) vorgegeben, so daß durch Bestimmung 

der Energie der Röntgenquanten eine Elementanalyse möglich ist (energiedispersive 

Röntgenmikroanalyse, EDX). 

Durch Abbremsung der Primärelektronen im Coulombfeld der Kerne verlieren sie Energie 

und emittieren die kontinuierliche Röntgen-Bremsstrahlung. Sie verursacht den Untergrund 

in den EDX-Spektren. 

Im REM können Objekte mit einer förderlichen Vergrößerung von 10fach bis 150.000fach 

abgebildet werden. Der wesentliche Vorteil der rasterelektronenmikroskopischen Oberflächenabbildung 

gegenüber dem Lichtmikroskop liegt neben der höheren Auflösung in der 

etwa hundertfachen Schärfentiefe. 

Die REM-Untersuchungen wurden an einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop 

HITACHI S 4004 durchgeführt. Das Gerät war mit einem SE-, einem RE- und einem EDX- 

Detektor (EDAX 9900) ausgerüstet.


3.3.2.2 Kryo-Einrichtung 

Das verwendete Kryo-System BALZERS SCU 020 ist eine Zusatzeinrichtung, die ans Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop 

HITACHI S 4004 angeflanscht werden kann. 

Die Kryo-Einrichtung besitzt zwei getrennte Kühlkammern. In einer Präparationskammer, die 

durch ein Schiebeventil vom Vakuum des REM getrennt ist, befinden sich der Kühltisch I und 

die Beschichtungseinrichtung. Zusätzlich wurde in diese Kammer ein speziell konstruiertes 

Werkzeug zur Erzeugung frischer Bruchflächen integriert. Kühltisch II befindet sich anstelle 

des nicht kühlbaren Standardprobentisches in der Probenkammer des REM. 

Mit Hilfe einer Transfereinrichtung wird das Präparat unter Hochvakuumbedingungen und 

gleichen Tischtemperaturen von der Präparationskammer in die Probenkammer überführt. 

Um zu vermeiden, daß Wasser aus der Probe sublimiert, mußte während der Präparation 

(einschließlich leitfähiger Beschichtung) und bei der REM-Untersuchung eine Temperatur 

zwischen –130 und - 150°C eingehalten werden. 

Reichte die geringe Leitfähigkeit der Probenoberflächen für eine Untersuchung aus, wurde 

auf eine zusätzliche Beschichtung verzichtet. Anderenfalls wurde mittels Kathodenzerstäubung 

eine Pt-Schicht aufgebracht. 

3.3.3 Artefakte und deren Vermeidung 

Aufgrund des Anspruches, Mikrostrukturen in ihrem unveränderten Zustand abzubilden, sind 

für die mikroskopische Analytik bereits geringe, makroskopisch nicht sichtbare Veränderungen 

des Probenmaterials sehr störend. Das kann zu falschen Rückschlüssen und 

Fehlinterpretationen führen (Juling et al. 1994). 

In der folgenden Aufzählung wird auf Fehlerquellen bzw. Artefakte hingewiesen, die bei den 

durchgeführten mikroskopischen Untersuchungen erkannt wurden und in der Bewertung 

entsprechend Berücksichtigung fanden. Gleichzeitig werden Möglichkeiten ihrer Vermeidung 

aufgezeigt. 

Lichtmikroskopie: 

• In einigen Fällen waren die Poren und Hohlräume nach der Kunstharztränkung nur in 

einer schmalen Außenzone der Probe mit Harz getränkt. Für eine optimale Dünnschliffpolitur 

mußte von der Sägefläche nachgetränkt werden. Das erschwerte die Unterscheidung 

von kapillar zugänglichem Porenraum gegenüber nicht permeablen, erst durch 

das Anschneiden (Sägen) geöffneten Wegsamkeiten. 

Empfehlung: Die Tränkung der Probenstücke in der Vorbereitung der Dünnschliffpräparation 

muß unter ausreichend hohem Vakuum (etwa 1x10 -4 mbar) und 

mit einem sehr niedrigviskosen Harz erfolgen. Eingefärbtes Harz erleichtert 

das Erkennen einer ungenügenden Tränkung. Es ist vorteilhaft, die 

Präparation selbst durchzuführen. 

• Die Verwendung Pb-haltiger Platten als Unterlage bei der Dünnschliffpolitur führte unvermeidlich 

zu Pb-Rückständen in den Feinststrukturen der polierten Fläche. Diese 

Ablagerungen traten bei REM-Untersuchungen an Dünnschliffen, die in der RE-Abbildung 

(Materialkontrast) durchgeführt wurden, aufgrund ihrer hohen Ordnungszahl (ZPb=82) als 

helle, störende Punkte in Erscheinung. 

Empfehlung: Zur Anfertigung ungedeckter, polierter Dünnschliffe, die auch für REM- 

Untersuchungen genutzt werden sollen, sind Pb-haltige Platten als Unterlage 

zu vermeiden.


Raster-Elektronenmikroskopie: 

• Die bekanntlich geringe Langzeitstabilität von Silber-Beschichtungen verkürzte sich 

zusätzlich aufgrund ungünstiger chemischer Zusammensetzung bestimmter Proben. Es 

bildeten sich Inseln voneinander isolierter Ag-Anreicherungen, die entweder aus Ag-Sulfid 

oder aus Ag-Chlorid bestanden. In beiden Fällen war eine erhebliche Verschlechterung 

der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht die Folge, die zu Aufladungen der Proben führte. 

Außerdem störten diese Ag-Inseln als „Sternenhimmel“ die RE-Abbildung. 

Empfehlung: Es ist ein flexibler Umgang mit den Beschichtungstechniken erforderlich. 

Metallschichten aus einer Kathodenzerstäubung, die Vorteile bei der SE- 

Abbildung bieten und auch an sehr unebenen Flächen aufladungsfreie 

Abbildungen ermöglichen, sind auf manchen Untergründen veränderungsanfällig. 

Kohlenstoffbedampfungen sind vorzuziehen. 

Metallschichten sollten grundsätzlich nur in Ausnahmefällen, z.B. an hoch 

porösen Materialien, zur Anwendung kommen. Pt ist der Vorzug zu geben, 

da es nicht zu Veränderungen neigt und aufgrund der günstigen Peaklagen 

im Spektrum der S-Nachweis mittels EDX nicht behindert wird. 

Kryo-Methoden: 

• Beim Transfer der Probe vom Transportbehälter in die Kryo-Einrichtung des REM hat der 

kurzzeitige Kontakt der sehr kalten Probe mit der Luft zu Reifbildung an den zu untersuchenden 

Probenflächen geführt. 

Empfehlung: Durch eine orientierende Untersuchung der unbedampften Probe können 

die Reifkristalle aufgrund ihrer charakteristischen Morphologie erkannt und 

durch kurzzeitige Erhöhung der Tischtemperatur von der Probe unter 

„REM-Kontrolle“ entfernt werden, so daß sich Veränderungen an den 

interessierenden Probenbestandteilen weitgehend vermeiden lassen. 

Anschließend kann, soweit erforderlich, eine leitfähige Beschichtung aufgebracht 

werden. 

• Für die Kryo-REM-Untersuchungen wurde anfänglich Pt als leitfähige Beschichtung der 

Proben gewählt. Das hatte den Nachteil, daß die Abbildung morphologischer 

Veränderungen, die durch gezielte Sublimation von Wasser (Porenfeuchtigkeit oder 

Bestandteil von Salzlösungen) erzeugt wurden, durch die Relikte der Pt-Hüllen gestört 

war. Außerdem war der Nachweis von Nitrat mittels EDX durch die Absorption von 

Stickstoff in der Pt-Besputterung praktisch nicht möglich. 

Empfehlung: Diese Nachteile können durch eine C-Bedampfung vermieden werden.

4. Untersuchungsergebnisse und Diskussion - Terrakotta 41 

4 UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE UND DISKUSSION 

4.1 Bauterrakotten im Fassadenbereich des Schweriner Schlosses, des 

Holstentores in Lübeck und der Johanniskirche in Tartu 

4.1.1 Thematische Schwerpunkte der durchgeführten mikroskopischen 


Der Übersicht in Tabelle 8 ist zu entnehmen, welche Themenschwerpunkte an den Terrakotten 

des jeweiligen Objektes untersucht wurden. Außerdem wird auf die Gliederungspunkte 

verwiesen, in denen die mikroskopischen Untersuchungen detailliert beschrieben und diskutiert 

werden. 

Die makroskopischen und mikroskopischen Schäden an den Terrakotten der einzelnen 

Bauwerke werden bezüglich der Ursachen miteinander verglichen und zusammenfassend 

bewertet. Im Gliederungspunkt 4.1.8 wird ein Modell zum Schadensprozeß an Bauterrakotten 

im Fassadenbereich in Gegenwart schwer löslicher Salze abgeleitet. 

Die Möglichkeiten der mikroskopischen Analytik zur Bewertung einzelner Konservierungsschritte 

werden am Beispiel der Terrakotten des Schweriner Schlosses dargestellt (Gliederungspunkt 

4.1.9). 

Tabelle 8: Übersicht über die Themenschwerpunkte der mikroskopischen Untersuchungen an 

den Einzelobjekten und die zugehörigen Gliederungspunkte 

Themenschwerpunkte der 



Scherbeneigene Ursachen der 

Oberflächenfarbigkeit von Terrakotten 

Farbfassungsrelikte an 

Terrakottaoberflächen 

Oberflächenveränderungen 

(Auflagerungen und Krusten) 

Gefügeveränderungen und 

mikroskopische Schadensprofile 

Schadensprozeß an Bauterrakotten 

im Fassadenbereich in 

Gegenwart schwer löslicher Salze 

Mikroskopische Bewertung von 

Probekonservierungen an 

Testflächen 

Schweriner 

Schloß 

Holstentor 

Lübeck 

Johanniskirche 

Tartu 

x 4.1.3 

x 4.1.4 

x 4.1.5 

x 4.1.6 

x x 4.1.7 

x x x 4.1.8 

x 4.1.9 

Gliederungspunkt 

Die Darstellung der Ergebnisse und deren Diskussion ist in den jeweiligen Gliederungspunkten 

folgendermaßen strukturiert: 

- Mikroskopische Beschreibung 

- Abbildungen 

- Interpretation und Bewertung


4.1.2 Definition der verwendeten Begriffe 

Zur Kennzeichnung der Schäden an den Terrakotten werden Begriffe verwendet, die sich am 

Klassifikationsschema von Rademacher und Seebach (1998) orientieren. Die dort vorgenommene 

Unterteilung der Verwitterungsformen wurde für die Schadbildkartierung von 

Ziegelmauerwerk erstellt, kann aber grundsätzlich auch auf Terrakotten übertragen werden. Die 

folgende Aufzählung umfaßt die Begriffe, die für die Beschreibung der im Rahmen der 

vorliegenden Arbeit untersuchten Terrakotten benötigt werden. 

Absanden: Ablösen kleiner, kompakter Ziegelpartikel vom Untergrund. Die Oberfläche 

ist mürbe, beim Darüberstreichen können die gelockerten Partikel 

abgerieben werden. 

Abschuppen: Ablösen dünner, flächiger Partikel in Form von Ziegelschuppen. Auch 

hier ist die Oberfläche mürbe und die Partikel lösen sich beim Darüberstreichen 

ab. 

Dünne Schalen: Ablösen größerer, flächiger Partikel mit einer Dicke von < 1mm bis 

mehrere Millimeter. Form und Flächengröße der Schalen können sehr 

stark variieren. 

Übergangsformen: - Absanden bis Abschuppen 

- Abschuppen bis Dünne Schalen 

Salzausblühungen: Lockere Aggregate kristalliner Salze auf der Ziegeloberfläche 

Für die Beschreibung der Oberflächenveränderungen wird auf die Definitionen von Zehnder 

(1982) zurückgegriffen: 

Auflagerung: Anlagerung einer dünnen, meist dunkel gefärbten Schicht auf der 

Oberfläche. Die Zusammensetzung unterscheidet sich von der des 

Gesteins. Es sind keine Salze enthalten. 

Kruste: Anlagerung einer kompakten Schicht auf der Oberfläche. Die Zusammensetzung 

unterscheidet sich von der des Gesteins. Hierbei handelt es 

sich meist um Gipskrusten, die durch eingelagerte Staubpartikel oftmals 

dunkel gefärbt sind. 

4.1.3 Scherbeneigene Ursachen der Oberflächenfarbigkeiten der Terrakotten des 

Holstentores in Lübeck 

Das farbige Erscheinungsbild von Terrakotten an Bauwerken ist häufig uneinheitlich. An der 

Fassade des Holstentores in Lübeck ist zu erkennen, daß benachbarte Platten desselben 

keramischen Materials sowohl rötliche als auch gelbliche Oberflächen aufweisen können. 

Aufgrund von Schädigungen durch Rückwitterung ist feststellbar, daß die Farben des keramischen 

Scherbens häufig von denen der Oberflächen abweichen (Abb. 12 und 18). 

Diese Beobachtungen führten seitens der Denkmalpflege zur Frage nach den Ursachen. Es ist 

von kunsthistorischem und materialkundlichem Interesse, ob engobierte Terrakotten verwendet 

wurden, nachträgliche Oberflächenbehandlungen erfolgten (z.B. Anstriche) oder andere 

Vorgänge zu diesen Farbunterschieden geführt haben.


An zwei Beispielen von Terrakotten des Holstentores Lübeck werden scherbeneigene Faktoren 

als Ursachen unterschiedlicher Oberflächenfarbigkeiten vorgestellt: 

4.1.3.1 Rote Oberfläche über ockerfarbenem Scherben 

An den betreffenden Platten zeigt die Terrakottaoberfläche eine rötliche Färbung, während der 

Scherben eine Ockerfärbung aufweist. Durch den Verlust dünner Schalen oder stärkere 

Rückwitterungen wird dieser Unterschied zwischen Oberflächenfarbigkeit und Scherbenfarbe 

an den betroffenen Terrakotten sichtbar (Abb. 12). 

Durch dunkle Auflagerungen und schwarze Krusten ist die ehemalige Farbigkeit der Original- 

Oberfläche stellenweise überdeckt. 

Mikroskopische Beschreibung 

Die Dünnschliffuntersuchungen am Querschnitt haben gezeigt, daß die Rotfärbung durch eine 

schmale, rötliche Zone hervorgerufen wird (Breite ca. 50 µm), die sich unmittelbar unter der 

Oberfläche befindet (Abb. 13). Es sind keine Schichtgrenzen nachweisbar, so daß es sich um 

einen „Farbhorizont“ innerhalb des keramischen Scherbens handelt und nicht um eine farbgebende 

Beschichtung. 

Durch die Verwendung eines ungedeckten Dünnschliffes war es möglich, eine im Polarisationsmikroskop 

ausgewählte Stelle (Abb. 14) direkt im REM zu untersuchen (Abb. 15). Im 

Materialkontrast der Rückstreuelektronenabbildung ist der im PolMi rötliche Horizont als heller 

Streifen zu erkennen (Abb. 15 und 16). 

Eine vergleichende EDX-Analyse dieser stärker rückstreuenden Bereiche mit der angrenzenden 

Terrakottamatrix zeigt, daß in den hellen Bereichen höhere Eisen- und Kaliumgehalte sowie 

geringere Ca-Gehalte vorliegen (Abb. 17). 

Holstentor Lübeck 

Rote Terrakottaoberfläche 

über ockerfarbenem 

Scherben 

Abb. 12: 

In ungeschädigten 

Oberflächenpartien ist 

eine rote Färbung der 

Terrakotta zu erkennen 

(rechter Pfeil). 

Demgegenüber weist 

der keramische Scherben 

eine Ockerfärbung 

auf. Der linke Pfeil (mit 

Beschriftung) kennzeichnet 

die Probenentnahmestelle.





Scherben 

Abb. 13: 

Die rote Färbung der 

Oberfläche in Abb. 12 

wird durch ein schmales, 

rötliches Band 

(Pfeil) hervorgerufen. 

Links davon, d.h. auf 

der Terrakottaoberfläche, 

befindet sich 

eine Gipskruste. 

[PolMi-Aufn., + Pol., 

Bildbreite 1,3 mm] 

Abb. 14: 

Stufe mit teilweise 

erhaltener, rötlicher 

Oberfläche. 

In der rechten Bildhälfte 

ist das rötliche Band 

noch vorhanden (Pfeil), 

links davon durch 

Schuppenablösung 

entfernt. 



Abb. 15: 

Gleiche Probenstelle 

wie Abb. 14 im REM. 

Das hohe Rückstreuvermögen 

in Oberflächennähe 

(helles 

Band, Pfeil) korreliert 

mit dem rötlichen Band 

in Abb. 14. 

[REM-RE-Abbildung, 

polierter Dünnschliff]


Interpretation und Bewertung 




Scherben 

Abb. 16: 

Detail aus Abb. 15. 

Das hohe Rückstreuvermögen 

(helle Bereiche) 

wird durch den 

gegenüber dem Scherben 

erhöhten Eisengehalt 

hervorgerufen 

(vgl. EDX-Analysen in 

Abb. 17). 

[REM-RE-Abbildung, 

polierter Dünnschliff] 

Abb. 17: 

Durch Vergleich der 

EDX-Spektren des 

hellen Bereiches in 

Abb. 16 (rote Kurve) 

und des angrenzenden 

keramischen Materials 

(blaue Kurve) wird 

deutlich, daß der hohe 

Materialkontrast (starke 

Helligkeit in Abb. 16) 

durch erhöhte Fe- und 

K-Gehalte verursacht 

wird. 

[EDX-Spektren] 

Auf der untersuchten Terrakotta waren keine Anstrichreste nachweisbar. Auch eine 

Engobierung, d.h. das Aufbringen eines dünnen, meist pigmentierten keramischen Überzuges, 

kann ausgeschlossen werden. 

Durch die Kombination licht- und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungsmethoden 

konnte der Nachweis erbracht werden, daß die Farbunterschiede zwischen Terrakottaoberfläche 

und keramischem Scherben die Folge von Materialinhomogenitäten sind. In einem 

50 µm schmalen, oberflächennahen Horizont liegt ein höherer Eisengehalt und ein geringerer 

Ca-Gehalt als in der angrenzenden Terrakotta vor. 

Dieses, gegenüber dem Kern lokal veränderte Ca/Fe-Verhältnis, führt im Ergebnis des 

Brennprozesses zu einem höheren Hämatitgehalt und damit zu einer oberflächlich stärkeren 

Rotfärbung des keramischen Materials. 

Auf die Zusammenhänge zwischen Ca-Gehalt, Brenntemperatur, Hämatitbildung und 

Scherbenfarbe einer Keramik wird in zahlreichen Arbeiten hingewiesen (Donath 1928, Schrader 

1997, Schumann 1997).


4.1.3.2 Gelbliche Oberfläche über rotockerfarbenem Scherben 

Die Skulptur in Abb. 16 weist eine ungleichmäßige Färbung auf. Kopf, Blumenornament und 

Schulter fallen durch eine gelbliche Oberfläche auf, während andere Bereiche eine rötliche 

Färbung zeigen. Durch die vorhandenen Schäden an der Figur wird gleichzeitig deutlich, daß 

der keramische Scherben eine Rotockerfärbung aufweist (Abb. 18). 


Lichtmikroskopisch sind in Oberflächennähe gelbe bis gelb-grünliche, mineralkornarme, 

schwindrißreiche Schlieren in der Matrix zu erkennen (Abb. 19). 

Im REM konnte durch vergleichende EDX-Analysen dieser Inhomogenitäten mit der angrenzenden 

Terrakotta nachgewiesen werden, daß die gelben Zonen gegenüber der 

„normalen“, rötlichen Terrakotta deutlich höhere Ca-Gehalte und leicht erhöhte S-Gehalte 

aufweisen (Abb. 20). 

Aufgrund des geringen Mineralkorngehaltes, der Brennschwindrisse und der EDX-Analyse kann 

geschlossen werden, daß es sich um Ca-reiche Tonschlieren handelt. Diese Inhomogenitäten 

sind auch im Inneren der Terrakotta stellenweise vorhanden. Sichtbare Auswirkung auf die 

Farbe der Keramik haben diese Inhomogenitäten, wenn sie, wie im vorliegenden Fall, bis an die 

Oberfläche reichen (Abb. 19). 


Gelbliche Terrakottaoberfläche 

über rotockerfarbenem 

Scherben 

Abb. 18: 

Kopf, Blumenornament 

und Schulter in den 

erhaltenen Partien der 

Figur zeigen eine auffällig 

gelbliche Färbung. 

Demgegenüber weisen 

andere Bereiche der 

Oberfläche und der in 

geschädigten Bereichen 

sichtbare keramische 

Scherben eine Rotockerfärbung 

auf.




Gelbliche Terrakottaoberfläche 

über rotockerfarbenem 

Scherben 

Abb. 19: 

Gelbliche Schlieren im 

keramischen Scherben. 

Reichen diese Materialinhomogenitäten 

bis 

zur Oberfläche (im 

linken unteren Teil des 

Bildes) zeigt die 

Terrakotta an der 

Oberfläche eine 

gelbliche Färbung. 


Bildhöhe 1,3 mm] 

Abb. 20: 

Die gelben Schlieren 

des keramischen 

Materials in Abb. 19 

weisen hohe Ca- und 

S-Gehalte auf (rote 

Kurve). Der S und ein 

Teil des Ca sind auf 

eine Gipsbelastung 

zurückzuführen. Die 

rotockerfarbenen 

Bereiche in Abb. 19 

enthalten deutlich 

weniger Ca und S 

(blaue Kurve). 


In der Terrakotta sind Ca-reiche Tonschlieren vorhanden. An einigen Stellen der Skulptur 

reichen diese Materialinhomogenitäten bis zur Oberfläche. Die betroffenen Partien weisen eine 

gelbliche Färbung auf. 

Die Zusammenhänge zwischen Ca/Fe-Verhältnis und resultierender Brennfarbe wurden bereits 

im Gliederungspunkt 4.1.3.1 für eine rote Oberfläche über ockerfarbenem Scherben aufgezeigt.


Im vorliegenden Beispiel wurde der umgekehrte Fall untersucht: Gelbliche Oberfläche über 

rotockerfarbenem Scherben. Der hohe Kalkgehalt der Tonschlieren führt zu einer gelblichen 

Brennfarbe gegenüber einer Rotockerfärbung in den Ca-ärmeren Bereichen des Scherbens. 

Anstriche oder eine Engobierung als Ursache der Oberflächenfärbung konnten durch die 

mikroskopischen Untersuchungen wiederum ausgeschlossen werden. 

4.1.4 Farbfassungsrelikte an den Oberflächen der Terrakotten der Johanniskirche in 

Tartu 

Bei restauratorischen Untersuchungen an den Portalskulpturen des Wimpergs (Abb. 21) 

wurden Reste von Malschichten auf den Terrakotten entdeckt, deren ursprüngliche Farbigkeit 

durch dunkle Schmutzauflagerungen nicht mehr erkennbar war. 

Diese Befunde waren die einzige Möglichkeit, eine ehemalige Farbigkeit nachzuweisen und 

daher kunsthistorisch äußerst wertvolle Zeugen der historischen Gestaltung. 

Aufgrund der Bedeutung dieser Fassungsreste und der Tatsache, daß sie nur noch in äußerst 

spärlichen Relikten vorlagen, standen für die Untersuchungen nur winzige Proben zur 

Verfügung. Die wenige mm-großen Splitter wurden mit einem Skalpell von den Oberflächen der 

Skulpturen entnommen. 

Zielvorgaben der mikroskopischen Untersuchungen waren zunächst: 

- Identifizierung als Farbfassung 

- Ermittlung des stratigraphischen Aufbaus (Abfolge von Grundierungen und Farbschichten) 

- Pigmentbestimmung 

4.1.4.1 Gelbockerfassung 


An der Außenseite der Probe ist eine ocker pigmentierte Schicht nachweisbar (Abb. 22). Die 

Pigmente der Farbschicht sind von einer dünnen, verschmutzen Gipsschicht überzogen 

(Schichtdicke 0,1 mm). Hieraus ist zunächst ersichtlich, daß es sich tatsächlich um eine 

Fassung handelt. Gleichzeitig ist auch die stratigraphische Abfolge erkennbar. Unter der 

Farbschicht (3) befinden sich zwei weitere, jedoch nicht pigmentierte Schichten (1 und 2), deren 

Schichtdicken jeweils ca. 0,5 mm betragen. 

Eine REM-Untersuchung der in Abb. 22 dargestellten Probenstelle (am ungedeckten Dünnschliff) 

liefert zusätzliche Informationen (Abb. 23): Die Schichten (1) und (2) unter der 

Farbschicht sind unterschiedlich dicht. In der äußeren Schicht (2) ist die Porosität stark 

eingeschränkt. Aus EDX-Analysen ist ersichtlich, daß dichte und poröse Bereiche unterschiedliche 

Elementzusammensetzungen aufweisen (Abb. 24). In der Schicht 1 und in porösen 

Teilbereichen der Schicht 2 sind Ca, Mg und O nachweisbar, während in den dichten Bereichen 

der Schicht 2 kein Mg vorhanden ist. 

Durch die Kombination von PolMi und REM ist zu erkennen, daß die Pigmente in einer 

schmalen Oberflächenschicht eingeschlossen sind, die sich von den Grundierungen 

unterscheidet. Das EDX-Spektrum der Malschicht zeigt einen komplexen Elementbestand (Abb. 

25), der wie folgt differenziert werden kann: Ca und S stammen vom Gips. Fe, Si und Al in den 

vorliegenden Peakverhältnissen sind charakteristisch für Ockerpigmente.


3 2 1 

Johanniskirche Tartu 

Terrakotta-Skulptur vom 

Wimperg des Westportals 

Abb. 21: 

Die Oberfläche der 

Skulptur ist insbesondere 

in Vertiefungen (Gewandfalten 

etc.) durch StaubundSchmutzablagerungen 

sowie durch Gipskrusten 

geschwärzt. 

Restauratorische Befunduntersuchungen 

lieferten 

Hinweise auf Farbfassungsreste 

an der Terrakottaoberfläche. 


Gelbockerfassung auf 

Terrakotta-Skulptur 

Abb. 22: 

Fassungsrest im PolMi 

(Oberfläche links im Bild). 

Auf zwei Grundierungsschichten 

(1 und 2) ist 

eine schmale, ockerpigmentierte 

Farbschicht (3) 

zu erkennen, die ihrerseits 

von einer dünnen Gipsschicht 

überdeckt ist 

(Pfeile). 

[PolMi-Aufnahme, I Pol., 

Bildbreite 1,3 mm]


3 2 1 


Gelbockerfassung auf 


Abb. 23: 

Gleiche Probenstelle wie 

Abb. 22 im REM. 

Schicht 1 der Grundierung 

ist porös, die Schicht 2 

durch Rekristallisationen 

von Calcit verdichtet. 

Das helle Band am linken 

Bildrand (3) ist die oberflächliche 

Gipsschicht, in 

der die Pigmente eingeschlossen 

sind. 

[REM-RE-Aufnahme am 

mikrorauhen Dünnschliff] 

Abb.24: 

EDX-Spektrum der 

Grundierungsschicht 1 

bzw. poröser Teilbereiche 

der Grundierungsschicht 2 

in Abb. 23). 

Aufgrund der Elementzusammensetzung 

(Ca und 

Mg) kann die Grundierung 

als Kreidegrund identifiziert 

werden. Im Bindemittel 

sind Mg-Anteile 

enthalten. 

[EDX-Spektrum] 

Abb. 25: 

EDX-Spektrum des hellen 

Bandes (Schicht 3) am 

linken Rand von Abb. 23. 

Ca und S identifizieren 

den Gips. Fe, Si und Al 

stammen vom Pigment 

(Ocker). 

[EDX-Spektrum]



Die historische Farbfassung der Terrakotta war nur noch als Relikt erhalten und durch dunkle 

Staub- und Schmutzschichten sowie Gipskrusten verdeckt. 

Erst lichtmikroskopische Untersuchungen der winzigen, meist schwarzen Splitter ermöglichten 

durch den Nachweis pigmentierter Schichten eine Identifizierung als Farbfassung. Gleichzeitig 

konnte die Schichtenfolge (Stratigraphie) ermittelt werden. 

Die Probe wurde als ungedeckter Dünnschliff präpariert, so daß sie nach der Betrachtung im 

Polarisationsmikroskop auch im REM untersucht werden konnte. Erst durch diese Kombination 

war es möglich, die Probe umfassend zu charakterisieren. Durch EDX-Analysen wurde 

festgestellt, daß im Bindemittel der Grundierung Mg-Anteile enthalten sind, wobei nicht unterschieden 

werden kann, ob Dolomit oder Mg-reicher Calcit als Ausgangsmaterial verwendet 

wurde. 

In den Grundierungen konnten lokale Verdichtungen nachgewiesen werden, die auf Lösungs-, 

Transport- und Fällungsprozesse calcitischer Bindemittelbestandteile schließen lassen. 

Auch die Bedeutung der gipsreichen Schicht an der Oberfläche des Fassungsrestes erschloß 

sich erst durch die mikroskopischen Untersuchungen. Die Pigmente sind zum heutigen Zeitpunkt 

vollständig in einer schmalen, dunklen Gipsschicht eingeschlossen. Diese Vergipsung ist 

durch Umwandlung carbonatischer Bestandteile der Farbschicht entstanden. Eine Entfernung 

dieser vermeintlichen "Gipskruste" durch eine Oberflächenreinigung hätte den vollständigen 

Verlust der Fassungsreste und damit der historischen Informationen zur Folge. 

Damit konnte mikroskopisch nachgewiesen werden, daß in Gegenwart einer Farbfassung oder 

einer Tünche die Verwitterungsprozesse aus der Terrakotta in diese Anstrichschichten verlagert 

werden. Das bedeutet, daß sie nicht nur der Gestaltung dienten, sondern zusätzlich eine 

Schutzfunktion für das keramische Material erfüllt haben. 

4.1.4.2 Rotfassung 


In der lichtmikroskopischen Darstellung (Abb. 26) ist zu erkennen, daß unmittelbar an der 

Außenseite eine etwa 200 µm dicke, rot pigmentierte Schicht (2) vorhanden ist, die stellenweise 

von einer dünnen, hellen Schicht (3) überdeckt wird. 

Unter der Farbschicht ist eine nicht pigmentierte Schicht (1) vorhanden, die im Lichtmikroskop 

nur ungenügend charakterisiert werden kann. 

Bei der Untersuchung des ungedeckten Schliffes im REM (Abb. 27) stellt sich heraus, daß sich 

unterhalb der Farbschicht (2) eine inhomogene Kalkschicht befindet (1). Es handelt sich sehr 

wahrscheinlich um eine Grundierung. Teilbereiche zeigen Verdichtungen, denen im Ergebnis 

der EDX-Analysen unterschiedliche, stets sekundäre Ursachen zuzuordnen sind. Sie sind 

entweder die Folge von Umkristallisation des carbonatischen Bindemittels (Lösung und Fällung) 

oder durch lokale Vergipsung entstanden (Abb. 28). 

Auch die pigmentierte Schicht an der Probenoberfläche weist Merkmale auf, die auf sekundäre 

Veränderungen schließen lassen. Im Materialkontrast der Rückstreuabbildung sind die 

Pigmentkörner als helle Punkte in einer dichten Schicht lokalisierbar (Abb. 29). Aus dem 

Materialkontrast und dem hohen Fe-Gehalt im Elementspektrum der EDX-Analyse (Abb. 30) 

kann auf Eisenoxidrot oder Roten Ocker als Pigment geschlossen werden. Gleichzeitig wird 

ersichtlich, daß die Pigmente in einer schmalen Gipsschicht eingeschlossen sind.


3 

2 

1 

2 

1 


Rotfassung auf 


Abb. 26: 

Fassungsrest im PolMi. 

Über der Grundierung 

(1) ist eine schmale, 

rotpigmentierte Schicht 

(2) zu erkennen, die 

ihrerseits von einer 

dünnen Gipsschicht 

überdeckt wird (3 und 

Pfeilmarkierung). 

[PolMi-Aufn., I Pol., 


Abb. 27: 

Fassungsrest im REM. 

Vergipste Farbschicht 

(2, zwischen den Pfeilen) 

auf Grundierung 

(1). Der helle, etwa 200 

µm breite oberflächenparallele 

Streifen und 

die dichten Bereiche in 

der Grundierung sind 

Kalk- oder Gipsnester 

infolge Umkristallisation 

bzw. Gipsbildung 

(Rahmen s. Abb. 28). 

[REM-RE-Aufn. am mikrorauhen 

Dünnschliff] 

Abb. 28: 

Detail (Rahmen) aus 

der unteren, rechten 

Ecke in Abb. 27. 

Die hellen, dichten 

Calcitsäume in der 

Kontaktzone zum 

Quarzkorn sind durch 

Umkristallisation 

entstanden. 


Dünnschliff]




Rotfassung auf 


Abb. 29: 


In der oberflächennah 

gebildeten Gipsschicht 

sind die Pigmentkörner 

(helle Punkte) eingeschlossen. 


Dünnschliff] 

Abb. 30: 

EDX-Spektrum der hellen 

Körner in Abb. 29. 

Ca und S identifizieren 

den Gips. Fe stammt 

vom Pigment (Eisenoxidrot 

oder Roter 

Ocker). 


Die Probe wurde als ungedeckter Dünnschliff zunächst im Polarisationsmikroskop und 

anschließend im REM untersucht. Erst durch diese Kombination war es möglich, die 

Farbfassung umfassend mikroskopisch zu charakterisieren. Die Umwandlungs- und 

Umkristallisationsprozesse in den Grundierungen und der Farbschicht waren nur im REM 

erkennbar. Durch sie konnte nachgewiesen werden, daß in Gegenwart einer Farbfassung oder 

einer Tünche die Verwitterungsprozesse aus der Terrakotta in die Anstrichschichten verlagert 

werden. Das bedeutet, daß sie nicht nur der Gestaltung dienten, sondern gleichzeitig eine 

Schutzfunktion für das keramische Material erfüllt haben. 

Die Pigmente sind zum heutigen Zeitpunkt vollständig in Gipsschichten eingeschlossen, die 

durch Schmutzpartikel dunkel gefärbt sind. Eine Entfernung dieser vermeintlichen "Gipskruste" 

durch eine Oberflächenreinigung hätte den vollständigen Verlust der Fassungsreste und damit 

der historischen Informationen zur Folge.


4.1.5 Veränderungen der Oberflächen an den Terrakotten des Schweriner 

Schlosses - Auflagerungen und Krusten 

Fast alle Terrakotta-Medaillonplatten und die Platteneinfassungen (Formsteine) im Fassadenbereich 

des Schweriner Schlosses zeigen Schwärzungen der Oberflächen, die an den 

gewölbten, vorstehenden Bereichen der Porträts und Blattkränze besonders stark ausgeprägt 

sind (Abb. 31). 

An den ebenen Oberflächen des Plattenfonds treten zusätzlich gelb-schwarze, beige bzw. 

rötlich-beige Färbungen auf. Diese Oberflächenveränderungen gehen häufig mit der Ablösung 

etwa 1 mm dünner Schalen einher. 

Ziel der mikroskopischen Untersuchungen war es, die Entstehungsursachen der oberflächlichen 

Veränderungen der Terrakotten zu ermitteln und mögliche Zusammenhänge mit den 

vorliegenden Schäden nachzuweisen. 

4.1.5.1 Schwarze und graue Oberflächen 



Schwarze Oberflächen 

und Schalenbildung an 

Terrakotten 

Abb. 31: 

Auffallend am Schadensbild 

ist, daß an 

gewölbten, vorstehenden 

Ornamenten der 

Terrakotta-Medaillonplatten 

häufig Schwärzungen 

auftreten. 

In diesen dunklen Bereichen 

ist die Brennhaut 

noch erhalten, 

während sie an den 

hellen Stellen durch 

Schalenablösung bereits 

verlorengegangen 

ist. 

Die Schwärzungen der Oberflächen der Terrakotten bzw. der umgebenden Formsteine werden 

durch Auflagerungen verursacht, die unterschiedliche Morphologien und Elementzusammensetzungen 

aufweisen:


I. Mikrokristalline Auflagerungen mit organischen Bestandteilen (Abb. 32): 

Am Querschnitt ist im Polarisationsmikroskop die Spur einer dünnen, die Oberflächentopographie 

nachzeichnenden Schicht zu erkennen, die eine Dicke von 2-5 µm aufweist 

(Abb. 33). Die Oberfläche stellt sich im REM als eine geschlossene, mikrokristalline Schicht 

dar (Abb. 34). Bei höherer Vergrößerung sind stellenweise Mikroorganismen 

(Stabbakterienkolonien) nachweisbar (Abb. 35). Schwermetallpartikel (Pb und Fe) sind in 

diesen Auflagerungen nur in sehr geringem Umfang vorhanden. 

II. Gipskrusten (Abb. 36): 

Vereinzelt sind in dunkelgrau bis schwarz verfärbten Bereichen Gipsschichten auf der 

Terrakottaoberfläche vorhanden. Die Gipskristalle sind miteinander zu einer dichten Schicht 

verwachsen und weisen starke Anlösungen auf (Abb. 37 und 38). Die Schwärzung der 

Gipsschichten wird durch eingelagerte Staubpartikel hervorgerufen. 

III. Auflagerungen aus Eisenverbindungen (Abb. 39 und 42): 

Hierbei sind zwei Fälle zu unterscheiden: 

a) An der Oberfläche der Terrakotta ist eine etwa 10 µm dicke, amorphe und homogene 

Schicht vorhanden (Abb. 40). Durch die Morphologie und ihre Helligkeit im Materialkontrast 

der RE-Abbildung kann die Auflagerung gut von der Terrakotta unterschieden 

werden. Der Elementbestand ist grundlegend verschieden von dem der Terrakotta. Im 

EDX-Spektrum der auflagernden Schicht dominieren Eisen und Schwefel (Abb. 41). 

b) Die Auflagerungen, die an anderen Stellen zu makroskopisch ähnlichen Schwärzungen 

der Terrakotten und Formsteine geführt haben, unterscheiden sich mikroskopisch 

grundlegend von den unter a) charakterisierten amorphen Schichten. 

Es handelt sich um mikrokristalline Schichten (Abb. 43), in denen zahlreiche, in der RE- 

Abbildung hell erscheinende Partikel eingeschlossen sind. Mittels EDX-Analysen ist ein 

hoher Eisengehalt nachweisbar (Abb. 44). 


Schwarze Oberfläche 

an Terrakotten 

Abb. 32: 

Terrakotta mit schwarzer 

Oberfläche und 

Schalenbildung. Die 

Gipsausblühungen 

(weiße Bereiche) treten 

an den Öffnungen von 

Rissen auf, die senkrecht 

zur Oberfläche 

verlaufen. 

[Stemi-Aufnahme, 

Probenlänge ca. 8 mm]



Schwarze Oberfläche an 

Terrakotten 

Abb. 33: 

Probe aus Abb. 32 im 

PolMi (Querschnitt senkrecht 

zur Oberfläche). 

An der Oberfläche (im Bild 

oben) ist die Spur der 

dünnen schwarzen 

Auflagerung zu erkennen. 


Bildbreite ca. 0,7 mm] 

Abb. 34: 

Schwarze Oberfläche aus 


Es liegt eine geschlossene, 

mikrokristalline 

Schicht auf der 

Terrakotta. Die 

Auflagerungen überdecken 

die Brennhaut der 

Keramik. 

[REM-SE-Aufnahme 

an der Oberfläche] 

Abb. 35: 

Detail der Oberfläche aus 

Abb. 34. 

Neben anorganischen 

Bestandteilen sind auch 

Mikroorganismen (Stabbakterien) 

Bestandteil der 

Auflagerungen. 


an der Oberfläche]



Grauschwarze Oberfläche 


Abb. 36: 

Formstein aus der Umrahmung 

der Porträtmedaillons. 

In den grauschwarzen 

Bereichen ist die Originaloberfläche 

noch erhalten. 

Der Pfeil kennzeichnet die 

Probenentnahmestelle 

(oberhalb der gelben 

Markierung). 

Abb. 37: 

Grauschwarze Oberfläche 

aus Abb. 36 im REM. 

Es handelt sich um eine 

Gipsschicht aus eng 

verwachsenen, stark 

angelösten Kristallen. 



Abb. 38: 


Kristalle in Abb. 37. 

Der Elementbestand 

(Ca und S) und die 

Morphologie sind 

charakteristisch für Gips. 

[EDX-Spektrum]




Terrakotten 

Abb. 39: 


der Porträt- 

Terrakotten mit typischen 

Schäden (Schwärzung 

und Schalenbildung). 


Entnahmestelle eines 

Schalenstückes mit 

schwarzer Oberfläche. 

Abb. 40: 

Schwarze Oberfläche der 

Schale aus Abb. 39 im 

REM (Querbruch). 

Es befindet sich eine 

homogene, stark 

rückstreuende (helle), 

amorphe Schicht auf der 

Terrakotta-Oberfläche 

(Dicke ca. 10µm). 

[REM-RE-Aufnahme, 

Bruchfläche ⊥ Oberfl.] 

Abb. 41: 

Die EDX-Analyse zeigt, 

daß die Schicht in Abb. 40 

fast ausschließlich aus Fe 

bzw. Fe-Verbindungen 

besteht (Eisenoxide 

und/oder Eisensulfide). 

[EDX-Spektrum]




Terrakotten 

Abb. 42: 

Schwarze Oberfläche im 

Porträtbereich und am 

Blattkranz einer Porträt- 

Terrakotta. 


Probenentnahmestelle. 

Abb. 43: 

Schwarze Oberfläche aus 


In einer mikrokristallinen 

Schicht sind zahlreiche 

Fe-haltige Partikel (hell) 

eingeschlossen. 

[REM-RE-Aufnahme 


Abb. 44: 

EDX-Spektrum der Oberfläche 

in Abb. 43 (integral 

über den gesamten Bildbereich 

gemessen). 

Auffällig ist der hohe 

Eisengehalt. Die große 

Helligkeit bestimmter 

Teilbereiche oder Partikel 

in Abb. 43 wird durch 

ihren Eisengehalt hervorgerufen 

[EDX-Spektrum]



Die Schwärzungen der Terrakottaoberflächen an der Fassade des Schweriner Schlosses 

werden durch dünne auflagernde Schichten hervorgerufen. Die durchgeführten mikroskopischen 

Untersuchungen ermöglichen hinsichtlich Zusammensetzung und Entstehungsursachen 

folgende Differenzierung: 

I. Ein Teil der Schwärzungen wird durch feinkristalline Auflagerungen hervorgerufen, in 

denen hohe Gehalte organischer Bestandteile und teilweise auch Mikroorganismen nachgewiesen 

wurden. 

Nach Wolf (1992) und Wilimzig et al. (1993) kann die mikrobiologische Besiedlung an 

Gesteinsoberflächen zu Verschwärzungen beitragen. Beide Autoren weisen darauf hin, daß 

biogene Filme die Eigenschaft haben, Ruß und Staubpartikel aus der Luft aufzunehmen. 

Über längere Zeiträume können sie damit zur Entstehung von Auflagerungen beitragen. 

Durch IR-Untersuchungen konnten in den schwarzen Schichten aliphatische Kohlenwasserstoffe 

nachgewiesen werden (Schunke 1992). Mögliche Quellen hierfür sind Kfz- 

Abgase sowie die ehemaligen Kohleheizungen des Schlosses. Mit den Abgasen bzw. 

Rauchgasrückständen werden kleinste Schmutzpartikel und Ruß in die organischen Filme 

eingelagert und führen zu Schwärzungen der Terrakottaoberflächen. 

Ein Nachweis möglicher Trennmittel, mit denen die Formen vor dem Einpressen des Tones 

eventuell ausgestrichen wurden (Silikonharze, Wachse, Öle) war weder mikroskopisch 

noch durch IR-Untersuchungen möglich. 

II. Gipsbildung ist bezüglich der Schwärzung der Terrakotta-Oberflächen von untergeordneter 

Bedeutung. Lediglich in einem Fall war eine Gipskruste und darin eingelagerte 

Schmutzpartikel die Ursache einer grau-schwarzen Oberfläche. 

III. Für bestimmte Expositionen am Bauwerk waren Pb- und Fe-haltige Auflagerungen typisch. 

Das betrifft z.B. die Terrakotta-Formsteine der Einrahmungen der Medaillonplattenfelder, 

die sich unterhalb von Blechabdeckungen der Giebel befinden. 

Im REM wird deutlich, daß die Schwermetallpartikel in den Auflagerungen eingeschlossen 

sind, d.h. sie wurden als Fremdpartikel während der Krustengenese eingelagert. Es ist 

davon auszugehen, daß sie überwiegend aus den Blechabdeckungen stammen und mit 

ablaufendem Wasser an die Terrakottaoberflächen transportiert wurden. Hinzu kommt die 

Deposition partikelförmiger Bestandteile der Luftverschmutzung. 

Aus den Untersuchungen von Neumann (1994) ist bekannt, daß bestimmte Verbindungen 

der Elemente Pb bzw. Fe (z.B. Oxide und/oder Sulfide), die häufig in dünnen Schmutzschichten 

oder Krusten an Bauwerksoberflächen auftreten, Schwärzungen verursachen.


4.1.5.2 Gelbschwarze Oberflächen 

Abb. 45 zeigt eine geschädigte Terrakottaoberfläche. Neben der Ablösung einer dünnen Schale 

fällt die gelb-schwarze Verfärbung der Terrakottaoberfläche auf. 


Im REM ist ersichtlich, daß die gelbschwarzen Oberflächen ebenfalls durch Auflagerungen 

hervorgerufen werden (Abb. 46). Sie sind morphologisch als dünne, amorphe, teilweise mikrokristalline 

Schichten zu charakterisieren. Es sind Partikel enthalten, die in der Rückstreuelektronenabbildung 

als helle Bereiche zu erkennen sind (Abb. 46). EDX-Analysen zeigen, daß 

in diesen Partikeln die Elemente Pb, Fe und V angereichert sind (Abb. 47). 

In der Sekundärelektronenabbildung wird bei höherer Vergrößerung deutlich, daß der überwiegende 

Teil der Partikel in einer kompakten Schicht eingeschlossen ist (Abb. 48). 


Gelbschwarze Oberfläche 


Abb. 45: 


der Porträt- 

Terrakotten. Ablösung 

einer Schale mit gelbschwarzer 

Oberfläche. 

Der Pfeil kennzeichnet 

die Probenentnahmestelle. 

Abb. 46: 

Gelb-schwarze Oberfläche 

aus Abb. 45 im 

REM. 

In einer amorphen, teilweise 

feinkristallinen 

Schicht sind Pb-, Feund 

V-Verbindungen 

enthalten, die im Materialkontrast 

aufgrund 

ihrer hohen mittleren 

Ordnungszahl hell 

erscheinen. 

Detail s. Abb. 48. 


an der Oberfläche]




Gelbschwarze Oberfläche 


Abb. 47: 


stark rückstreuenden 

Bereiche in Abb. 46 

(Spotmessung). 

Die große Helligkeit in 

der REM-RE-Abbildung 

wird durch den Pb-, Vund 

Fe-Gehalt hervorgerufen. 


Abb. 48: 

Detail (Rahmen) aus 

Abb. 46 im SE-Bild. 

Die in Abb. 46 stark 

rückstreuenden, d.h. 

hellen Bereiche, sind 

keine auflagernden 

Einzelpartikel, sondern 

sie sind in der Schicht 




Die gelbschwarzen Auflagerungen zeigen bezüglich ihrer Morphologie Ähnlichkeit mit den 

amorphen bis mikrokristallinen Schichten der schwarzen Auflagerungen (vgl. Gliederungspunkt 

4.1.5.1). 

Unterschiede bestehen vor allem hinsichtlich der Elementzusammensetzung. Sowohl in den 

schwarzen als auch in den gelbschwarzen Auflagerungen treten Pb- und Fe-Verbindungen auf 

(Oxide und/oder Sulfide), die als Ursache der Schwärzungen anzusehen sind. 

An den gelb-schwarzen Oberflächen wurde zusätzlich Vanadium nachgewiesen. Es ist davon 

auszugehen, daß der gelbliche Farbanteil in den Auflagerungen durch Vanadiumverbindungen 

hervorgerufen wird. Die chemischen Zusammenhänge werden bei der Interpretation der 

beigefarbenen Krusten detailliert besprochen (s. Gliederungspunkt 4.1.5.3).


4.1.5.3 Beige Oberflächen 

Im Fond der Terrakotta-Medaillonplatten lösen sich über größere Bereiche dünne Schalen vom 

Untergrund, deren Oberflächen im vorliegenden Fall eine beige Färbung aufweisen (Abb. 49). 


Im REM sind an den Oberflächen der Schalen dünne, kristalline Krusten nachweisbar. Im 

Gegensatz zu den dichten, amorphen bis feinkristallinen Schichten der schwarzen oder gelbschwarzen 

Auflagerungen handelt es sich im Fall der beigen Auflagerungen um poröse, 

feinkristalline Aggregate (Abb. 50 und 52). 

Der Materialkontrast der RE-Abbildung sowie die EDX-Analyse ermöglichen eine Differenzierung 

der Bestandteile. In den stark rückstreuenden Bereichen der Auflagerungen (Abb. 50) 

sind Pb und V angereichert (Abb. 51). 

Vergleicht man die Elementanalysen der gelbschwarzen Oberflächen (Abb. 47) mit denen der 

beigen Oberflächen (Abb. 51) wird ersichtlich, daß die beigen Krusten neben etwas höheren 

Vanadiumgehalten auch höhere Ca- und S-Gehalte aufweisen, die wahrscheinlich auf feinverteilten 

Gips zurückzuführen sind. 


Beige Oberfläche an 

Terrakotten 

Abb. 49: 

Beigefarbene Schale im 

Fond einer Terrakotta- 

Medaillonplatte. 


die Probenentnahmestelle. 

Durch die Schalenablösung 

ist die Originaloberfläche 

bereits fast 

vollständig verloren 

gegangen.



Beige Oberfläche an 

Terrakotten 

Abb. 50: 

Beige Oberfläche aus 

Abb. 49 im REM (Rahmen 

s. Abb. 52). 

In einer feinkristallinen 

Schicht sind helle Bereiche 

vorhanden, die auf 

Pb- und V- 

Anreicherungen 

zurückzuführen sind (EDX 

s. Abb. 51). 



Abb. 51: 

EDX-Spektrum der stark 

rückstreuenden Bereiche 

in Abb. 50. 

In den analysierten, hellen 

Strukturen sind Pb und V 

gegenüber der Umgebung 

angereichert. S und ein 

Teil des Ca stammen vom 

Gips, der fein verteilt in 

der auflagernden Schicht 

enthalten ist. 


Abb. 52: 

Detail (Rahmen) aus Abb. 

50 in der SE-Darstellung. 

Die in Abb. 50 stark 

rückstreuenden, d.h. 

hellen Bereiche, bestehen 

aus feinkristallinen 

Aggregaten. 


an der Oberfläche]



An den beigefarbenen Oberflächen wurden Krusten nachgewiesen, die aus feinkristallinkörnigen 

Strukturen und Aggregaten bestehen, wie sie für Ausblühungen typisch sind. 

Aus der kristallinen Morphologie und dem V-Gehalt kann geschlossen werden, daß es sich um 

Vanadium-Salze handelt, die wahrscheinlich aus den Terrakotten stammen. 

Alviset (1963) beschreibt Vanadiumausblühungen auf Ziegeleierzeugnissen als gelb-grüne bis 

braune, fest an den Oberflächen haftende Schichten, die nicht durch Abbürsten entfernt werden 

können. Vanadium ist häufig in geringen Mengen in Tonen enthalten und wird beim Brennen in 

lösliche Vanadiumsalze überführt, die durch Kapillartransport an die Oberfläche gelangen 

können. 

Untergeordnet ist in den beigefarbenen Krusten auch feinverteilter Gips enthalten, dessen 

möglicher Einfluß auf die Färbung aus früheren Untersuchungen bekannt ist. Feinkristalline, 

schmutzarme Gipsschichten an Terrakotta- und Ziegeloberflächen können zu optischen 

Aufhellungen der rötlichen Scherbenfarbe führen. 

4.1.5.4 Rötlich-beige Oberfläche 

Untersucht wurde die rötlich-beige Oberfläche eines Terrakotta-Formsteines (Abb. 53). 


Bei der REM-Untersuchung einer Bruchfläche wird deutlich, daß die Terrakotta von einer 

dünnen, die Oberfläche nachzeichnenden Schicht überzogen ist (Abb. 54). Innerhalb dieser 

amorphen, filmartigen Kruste sind keine kristallinen Strukturen oder eingeschlossene Partikel zu 

erkennen. Die Schichtdicke beträgt 3-5 µm (Abb. 54). Craquelé-Risse innerhalb der Schicht 

sind nicht vorhanden. 

Der Vergleich der EDX-Analysen zwischen Kruste und darunter befindlicher Terrakotta zeigt, 

daß die filmartige Kruste fast nur Silizium enthält (Abb. 55). Das bedeutet, daß es sich um eine 

silikatische Auflagerung handelt. Alkalien, die für bestimmte Gläser typisch wären, sind nicht 

enthalten. 


Rötlich-beige Oberfläche 


Abb. 53: 

Terrakotta-Formstein 

aus der Umrahmung 

der Porträtmedaillons. 


die Entnahmestelle 

einer rötlich-beigen 

Oberfläche.






Abb. 54: 


aus Abb. 53 im 

REM (Blick schräg auf 

die Oberfläche und 

einen Teil der Bruchfläche). 

Dichte, amorphe 

Schicht auf der Terrakotta 

(EDX s. Abb. 55). 

[REM-SE-Aufnahme, 


Abb. 55: 

Gegenüberstellung der 

EDX-Analysen der 

amorphen Schicht und 

der darunter befindlichen 

Terrakotta (vgl. 

Abb. 54). 

Die amorphe Schicht 

(rote Kurve) enthält fast 

ausschließlich Si. Das 

deutet auf einen hohen 

Glasanteil. Alkalien 

oder Ca sind jedoch 

nicht nachweisbar. 


Die rötlich-beige Auflagerung stellt einen Einzelfall dar. In der EDX-Analyse zeigt diese dichte, 

die Terrakottaoberfläche nachzeichnende Schicht nur einen Si-Peak. Wahrscheinlich handelt es 

sich um amorphes SiO2. Die rötlich-beige Färbung der Oberfläche ist auf das Durchschimmern 

der rötlichen Scherbenfarbe durch die sehr dünne, transparente Kruste zurückzuführen. 

Trotz morphologischer und mikroanalytischer Ähnlichkeiten mit Wasserglas ist dieser singuläre 

Befund an einem Formstein nicht ausreichend, um auf eine Wasserglasapplikation und damit 

auf eine zurückliegende konservatorische Behandlung zu schließen.



Terrakotten des Schweriner Schlosses 

Die Untersuchungen zu den Schadensursachen an den Terrakotten des Schweriner Schlosses 

wurden am NW-Giebel über dem Kirchenchor durchgeführt. 

Im Untersuchungsbereich waren an den Terrakotta-Medaillonplatten bereits makroskopisch 

(visuell) sehr unterschiedliche Erhaltungszustände erkennbar (Abb. 56). Intakte und verschieden 

stark geschädigte Platten befanden sich in unmittelbarer Nachbarschaft. Dadurch war 

es auf engstem Raum möglich, intakte sowie unterschiedlich stark geschädigte Terrakotten 

vergleichend zu untersuchen. 


Terrakotten am 

NW-Giebel 

Abb. 56: 

Terrakotta-Medaillonplatten 

am NW-Giebel 

des Schweriner Schlosses. 

Die Platten im 

linken oberen Teil des 

Bildes zeigen die 

stärksten Schäden (vgl. 

Graphik in Abb. 57). 

Aufgrund des unterschiedlichen 

Grades 

der Schädigung war es 

möglich, intakte, mäßig 

sowie stark 

geschädigte 

Terrakotten vergleichend 

zu untersuchen. 

Abb. 57 zeigt die Gradienten der Schädigung innerhalb des untersuchten Giebelbereiches (vgl. 

Abb. 56). In der schematischen Darstellung sind die in den einzelnen Platten quantitativ 

ermittelten Feuchtegehalte (Freyburg 1995a) sowie die Tendenzen der Gipsgehalte (Wittenburg 

1995) berücksichtigt. 

Aus der Graphik ergeben sich erste Anhaltspunkte auf Zusammenhänge zwischen Schadensausmaß, 

Gipsbelastung und Feuchtegehalt. Es ist ersichtlich, daß an den Platten mit den 

stärksten Schäden (51, 52 und 54) auch die höchsten Gipsgehalte sowie hohe Materialfeuchten 

vorliegen.


gering 

stark 

S 

c 

h 

ä 

d 

i 

g 

u 

n 

g 

Schädigung 

Platte 51 

Feuchte: 12,5 % 

Gipsgehalt: +++ 

Platte 52 

Feuchte: n.b. 

Gipsgehalt: ++ 

Platte 53 

Feuchte: n.b. 

Gipsgehalt: - 

Gipsgehalt (0-5 mm Tiefe): +++ sehr hoch 

++ hoch 

+ gering 

- sehr gering 

Platte 54 

Feuchtegehalte: ermittelt am Bohrkern in 7 cm Tiefe 

gering 


Gipsgehalt: +++ 

Platte 55 

Feuchte: n.b. 

Gipsgehalt: + 

Platte 56 


mikroskopisch 

nicht untersucht 

Abb. 57: Graphische Darstellung der Schadensverteilung an den Platten in Abb. 56 unter 

Berücksichtigung der Gipsbelastung und der Feuchtegehalte. 

Zur Differenzierung der Schädigungen des Terrakottamaterials wurde nach visueller Einschätzung 

folgende Einteilung vorgenommen: 

Stadium Erscheinungsbild am Bauwerk Gliederungspunkt 

I Keine Schäden erkennbar (makroskopisch intakt) 4.1.6.1 

II Erste sichtbare Schäden (Original-Oberfläche teilweise erhalten) 4.1.6.2 

III Starke sichtbare Schäden (vollständiger Verlust der Original-Oberfläche) 4.1.6.3


Entsprechend dieser Unterscheidung wurden an den Porträt-Terrakotten mit einer Minitrennscheibe 

1-2 cm 3 kleine Proben entnommen (vgl. Abb. 9). 

Ziel der mikroskopischen Untersuchungen war es, durch Beschreibung der verwitterungsbedingten 

Gefügeveränderungen in unterschiedlichen Schädigungsstadien Rückschlüsse auf 

die Schadensprozesse zu ziehen. Zur Bewertung wurden folgende Kriterien herangezogen: 

- Nachweis von Rissen, Schalen, Lockerungszonen 

- Nachweis von Gefügeverdichtungen und Analyse der Ursachen 

- Identifikation von Mineralneubildungen (Salze) 

- Verteilung der Salze im Gefüge der Terrakotten, Morphologie der Salzkristalle 

- Reichweite der Schädigung (Verwitterungstiefe) 

4.1.6.1 Stadium I: Keine Schäden erkennbar 

An äußerlich intakten Terrakottaplatten treten im Bereich der vorgewölbten Porträts und 

Blattkränze die im Gliederungspunkt 4.1.5.1 beschriebenen schwarzen Auflagerungen und 

Krusten auf (Abb. 58). 


Mikroskopisch können zwei Zustände unterschieden werden: 

Ia Am Querschnitt senkrecht zur Oberfläche sind sowohl im lichtmikroskopischen Bild als 

auch im REM keine Gefügeveränderungen erkennbar (Abb. 59 und 60). Die Terrakotta ist 

durch eine hohe Porosität gekennzeichnet, wobei die meist länglichen Poren Breiten von 

10 µm und Längen bis 100 µm erreichen und eine deutliche oberflächenparallele Textur 

aufweisen. 

Verwitterungsbedingte Gefügeschäden (Risse, Schalenbildung etc.) liegen nicht vor. Salze 

sind ebenfalls nicht vorhanden, d.h. die Wegsamkeiten des oberflächennahen 

Porenraumes sind nicht eingeengt oder verstopft. 

Ib An anderen, äußerlich ebenfalls intakten Platten (Abb. 61) sind mikroskopisch bereits 

Veränderungen der Gefüge nachweisbar. Unmittelbar unter der Brennhaut ist ein 

Ausscheidungshorizont feinkristallinen Gipses vorhanden (Abb. 62 bis 65). 

Lichtmikroskopisch kann lediglich ein ockerfarbener Horizont erkannt werden (Abb. 62). 

Durch die REM-Untersuchung am gleichen Präparat (ungedeckter Dünnschliff) können die 

Veränderungen im oberflächennahen Porenraum als Gipsausscheidung identifiziert werden 

(Abb. 63). Die gipshaltigen Gefügeabschnitte erscheinen aufgrund der höheren mittleren 

Ordnungszahl von Terrakotta + Gips in der Rückstreuelektronenabbildung heller als die 

unveränderte Terrakotta. Der harzgefüllte Porenraum wird in der RE-Abbildung aufgrund 

der sehr niedrigen mittleren Ordnungszahl des organischen Einbettungsmittels schwarz 

wiedergegeben. 

Bei höheren Vergrößerungen ist in der Darstellung eines Übergangsbereiches (Abb. 64) 

deutlich zu erkennen, daß die Gipskristallisation in den betroffenen Gefügeabschnitten eine 

erhebliche Reduzierung des oberflächennahen Porenraumes bzw. eine Verengung 

vorhandener Poren zur Folge hat. Durch EDX-Analysen unveränderter und verdichteter 

Bereiche kann Gips als Ursache der Verdichtung nachgewiesen werden (Abb. 65). 

Gefügeschäden (Risse oder Gefügeaufweitungen) treten in diesem frühen Stadium nicht 

auf.


Schloß Schwerin 

Keine Schäden an den 

Terrakotten erkennbar 

(Stadium Ia) 

Abb. 58: 

Die Porträt-Terrakotta ist 

visuell intakt. 

In den vorstehenden Bereichen 

des Blattkranzes 

sind Schwärzungen der 

Oberfläche vorhanden. 



Abb. 59: 


PolMi. 

Querschnitt des intakten, 

porösen Gefüges der 

Terrakotta. Der Porenraum 

ist blau eingefärbt. 

Die Oberfläche befindet 

sich am linken Bildrand. 

Es ist eine oberflächenparallele 

Porentextur 

vorhanden. 



Abb. 60: 

Intaktes Gefüge im REM 

(Gleiche Probenorientierung 

wie in Abb. 59). 

Die Poren (schwarz) sind 

gipsfrei. Die Oberfläche 

befindet sich am linken 

Bildrand. 

[REM-RE-Abbildung am 

mikrorauhen Dünnschliff]





(Stadium Ib) 

Abb. 61: 

Die Porträt-Terrakotta ist 

visuell intakt (äußerlich 

identisch Abb. 58). 

In den vorstehenden Bereichen 

des Blattkranzes 

sind Schwärzungen der 

Oberfläche vorhanden. 



Abb. 62: 


PolMi (Querschnitt). 


sich am linken Bildrand. 

Bis in etwa 1 mm Tiefe 

(zwischen den Pfeilen) ist 

eine Ockerfärbung und 

Verdichtung zu erkennen, 

deren Identifizierung im 

PolMi nicht zweifelsfrei 

möglich ist (vgl. Abb. 63). 

[PolMi-Aufnahme, + Pol., 


Abb. 63: 


REM (gleiche Probenorientierung). 

Die größere Helligkeit des 

linken Gefügeabschnittes 

wird durch die 

Verdichtung des 

Porenraumes infolge 

Gipsausscheidung hervorgerufen 

(Detailaufnahme 

s. Abb. 64). 

[REM-RE-Abbildung am 







(Stadium Ib) 

Abb. 64: 


Durch Gipskristallisation 

verdichtetes Terrakottagefüge 

(linke Bildhälfte) 

neben unverändertemTerrakottagefüge 

(rechte Bildhälfte). 


Dünnschliff] 

Abb. 65: 

Gegenüberstellung der 

Elementzusammensetzungen 

der hellen 

Gefügeabschnitte (linke 

Bildhälfte in Abb. 64, 

rote Kurve) und der unveränderten 

Terrakotta 

(rechte Bildhälfte in 

Abb. 64, blaue Kurve). 

Die Ca- und S-Gehalte 

werden durch den im 

Porenraum befindlichen 

Gips hervorgerufen. 


Die Verdichtung des Porengefüges in einem schmalen, oberflächennahen Horizont durch 

Abscheidung feinkristallinen Gipses ist als erste Stufe im Schädigungsprozeß anzusehen. 

Auf die Folgen wird bereits in der älteren Naturstein- und Ziegelliteratur hingewiesen. Kieslinger 

(1932) hat für Porenraumverdichtungen an Natursteinen den Begriff „Innenkruste“ eingeführt. 

Nach seiner Auffassung ist damit ein Wasser- und Lösungsstau sowie eine Zunahme der 

Schwefelsulfataufnahme verbunden. 

Honeyborne und Harris (1958) haben die Konsequenzen hinsichtlich der Frostbeständigkeit 

aufgezeigt. Die Entstehung einer „Mikroporosität“ kann zu einer Frostanfälligkeit eines 

ursprünglich frostbeständigen Natursteins führen (in Niesel 1979).


Für Ziegel wird der Mikroaufbau des Scherbengefüges bzw. die Kapillar- und Porenverteilung 

von Bergmann (1955) als einer der wichtigsten Faktoren für die Frostbeständigkeit angesehen. 

Eine oberflächennahe Verdichtung führt zu einer Feinkapillarität in der Außenschale. Befindet 

sich diese Zone über einem porösen Scherben, ist mit einer Verminderung der Frostbeständigkeit 

und dem Abplatzen von Schalen im Übergangsbereich zu rechnen (Bergmann 

1956). 

Bezüglich der als kritisch einzuschätzenden Porengrößen differieren die in der Literatur 

angegebenen Radien deutlich: 

Von Rosenthal (1964) werden folgende Werte zitiert: < 0,5 µm (Butterworth) und 0,7 µm (Alviset 

und Liger). 

Nach Robinson (1984) ist ein hoher Anteil an Poren < 1 µm als charakteristisch für Ziegel mit 

geringer Dauerhaftigkeit anzusehen. 

Maage (1990) hat festgestellt, daß Poren mit einem Durchmesser < 3 µm bei Frosteinwirkung 

ein größeres Risiko darstellen. 

Der Einfluß der Porenradienverteilung auf die Dauerhaftigkeit hat inzwischen Eingang in die 

modernen Prüfverfahren gefunden. Von Franke und Bentrup (1993) wird die Bewertung der 

Porenradienverteilung als aussagefähiger als eine Befrostung angesehen. Hierfür wurde ein 

mittlerer Porenradius r50% definiert, der einer 50%igen Füllung des Porenvolumens (bei der Hg- 

Druckporosimetrie) entspricht. Ein Ziegel sollte als nicht frostbeständig eingestuft werden, wenn 

mindestens 50 % der Poren < 1µm sind. 

Dem Einfluß oberflächennaher Salzhorizonte auf die Frostbeständigkeit wurde bisher wenig 

Beachtung geschenkt. Watson (1957) hat jedoch festgestellt, daß ein höherer Anteil feiner 

Poren infolge Salzausscheidung in Oberflächennähe zu einer erhöhten Frostanfälligkeit der 

Ziegel führt. Diese Einschätzung bestätigt die Ergebnisse der Untersuchungen von Thomas 

(1938). 

Aus Laboruntersuchungen von Franke und Grabau (1995) an Ziegeln geht hervor, daß 

innenliegende Gipshorizonte eine erhebliche Trocknungsblockade darstellen. Die Wasserabgabe 

wird auf die Größenordnung eines durch Wasserdampfdiffusion bestimmten Transports 

reduziert. 

Auch die im Gliederungspunkt 4.1.5 nachgewiesenen Auflagerungen und Krusten haben 

erhebliche Auswirkungen auf das Wassertransportverhalten über die Oberflächen. Die Wasseraufnahmemessungen 

von Wendler (1994) und (1995) haben gezeigt, daß geschwärzte 

Terrakottaoberflächen meist ein wasserabweisendes Verhalten aufweisen. Umgekehrt ist damit 

auch die kapillare Wasserabgabe behindert. In extremen Fällen sind die Oberflächen dicht. 

Das unveränderte keramische Material der Terrakotten des Schweriner Schlosses wird nach 

den Untersuchungen von Freyburg (1995b) als nur bedingt frostbeständig eingestuft. 

Durch die Trocknungsbehinderungen an der Oberfläche (Brennhaut und Verschmutzungen) 

und durch die Veränderung der Porenradienverteilung infolge Gipskristallisation im Porenraum 

sind unmittelbar unter der Oberfläche kritische Bedingungen entstanden, denen die Terrakotta 

bei Hinterfeuchtung und anschließender Befrostung nicht mehr gewachsen ist.


4.1.6.2 Stadium II: Erste sichtbare Schäden 

Als erster sichtbarer Schaden an den Terrakotten tritt Schalenbildung auf, wobei die dünnen 

Schalen stellenweise noch mit dem Untergrund verbunden sind (Abb. 66). 

Das Schadensbild „Flächige Ablösung dünner Schalen“ war zu Beginn der Untersuchungen 

Anlaß für die Vermutung, daß zur Herstellung der Terrakotta-Medaillonplatten die Formen mit 

einer keramischen Masse ausgestrichen wurden, bevor der Ton eingepreßt wurde. Auch eine 

Engobierung wurde diskutiert. Hierunter versteht man eine dünnflüssige, keramische Masse, 

die durch Streichen, Spritzen oder Tauchen auf den getrockneten Rohling aufgebracht wird. 

Beim anschließenden Brennen entsteht eine dünne, mit dem Scherben innig verbundene, 

keramische Oberflächenschicht. Engoben enthalten meist weiß oder farbig aufbrennende 

Zusätze. 


Der Zustand einer „beginnenden Schalenablösung“ wurde zunächst im Lichtmikroskop 

untersucht (Abb. 67). Dabei wurde festgestellt, daß bezüglich des keramischen Materials keine 

grundsätzlichen Unterschiede zwischen den Schalen und der dahinter befindlichen Terrakotta 

vorliegen. Scherbenfarbe sowie Art und Größe der Mineralkörner sind praktisch identisch. 

Es ist weiterhin zu erkennen, daß 0,4 bis 0,6 mm unter der Terrakottaoberfläche ein Riß vorliegt 

(Rißbreite ca. 50 µm). Die sich ablösende Schale besteht aus schmalen Terrakottalamellen, 

deren feine, oberflächenparallele Risse durch Gips sekundär stabilisiert sind. Innerhalb dieses 

„Blätterteigs“ ist ein feinkristalliner Habitus des Gipses kennzeichnend. Demgegenüber sind in 

breiteren Rissen häufig größere, leistenförmige, senkrecht zum Riß und zur Plattenoberfläche 

orientierte Gipskristalle zwischen den Terrakottalamellen zu erkennen. 

In der REM-Abbildung des ungedeckten Dünnschliffes (Abb. 68) sind im anschließenden, noch 

weitgehend ungeschädigten Gefüge bereits Gipseinlagerungen im Randbereich des Risses 

nachweisbar. 

Nach mikroskopischer Bewertung reicht die Schädigungstiefe an vorstehenden Teilen der 

Reliefplatten, z.B. den Blattkränzen, bis 1,7 mm unter die Oberfläche, während im glatten 

Plattenfond mit 0,5 mm eine deutlich geringere Schädigungstiefe vorliegt.



Erste sichtbare Schäden 

an den Terrakotten 

(Stadium II) 

Abb. 66: 

Geschädigte Porträt- 

Terrakotta. Die Originaloberfläche 

hat sich an 

mehreren Stellen in Form 

dünner Schalen vom 

Untergrund abgelöst und 

ist teilweise bereits abgeplatzt. 



Abb. 67: 


PolMi (Querschnitt, 

Oberfläche am linken 

Bildrand). Zwischen 

schmalen Terrakottalamellen 

befindet sich 

Gips (hell). Es hat sich 

eine etwa 0,6 mm dicke 

Schale gebildet. Auch 

rechts des Risses ist Gips 

im Terrakottagefüge vorhanden. 



Abb. 68: 


REM (gleiche Probenorientierung). 

Dichte, durch Gips 

sekundär stabilisierte 

Schale (linke Bildhälfte) 

neben kapillar gängigem 

Rißsystem (Bildmitte). 

Die helle Färbung der 

Matrix wird durch den 

ausgeschiedenen Gips 

hervorgerufen. 





Durch die mikroskopischen Untersuchungen konnte eindeutig nachgewiesen werden, daß die 

Zusammensetzung der Keramik bis unmittelbar an die Oberfläche homogen ist. Materialunterschiede 

oder Schichtgrenzen sind nicht vorhanden. Damit können sowohl das Ausstreichen 

der Formen mit einer keramischen Masse als auch eine Engobierung für die 

Herstellung der Terrakotten des Schweriner Schlosses ausgeschlossen werden. 

In der zweiten Stufe des Schädigungsprozesses treten erste oberflächenparallele Risse auf, 

die am hinteren Rand des Gipshorizontes verlaufen und eine 0,5 bis 1 mm dünne Schale von 

der übrigen Terrakotta trennen. 

Im frühen Stadium ist eine Verdichtung des Porenraumes der Schale durch feinkristallinen Gips 

charakteristisch. Mit fortschreitender Schädigung treten weitere Gefügeveränderungen 

innerhalb der Schale auf. Die Terrakotta fächert in schmale Lamellen auf, die sekundär durch 

feinkristallinen Gips stabilisiert werden. Es ist davon auszugehen, daß diese Terrakotta/Gips- 

Schale andere physikalisch-mechanische Eigenschaften aufweist als die unveränderte 

Terrakotta. 

Vereinzelt treten zwischen den Terrakottalamellen, bevorzugt jedoch in breiteren Rissen hinter 

der Schale, größere, leistenförmige Gipskristalle auf. Sie wirken als Abstandshalter und 

erzeugen eine erhöhte Porosität zwischen der relativ dichten Schale und der unveränderten 

Terrakotta. 

Das hat zur Folge, daß Wasser bzw. Gipslösung verstärkt auf das geschädigte Gefüge 

einwirken können. Bedingt durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften von Schale und 

Terrakotta treten bei Feuchte- und Frosteinwirkung Scherspannungen auf, die schließlich zur 

Abplatzung der Original-Oberfläche in Form einer dünnen Schale führen. 

4.1.6.3 Stadium III: Starke sichtbare Schäden 

Nach dem Verlust der Original-Oberfläche gehen die Konturen und plastische Details der 

Terrakottaplatten zunehmend verloren (Abb. 69). 


In der lichtmikroskopischen Abbildung (Abb. 70) werden die extremen Veränderungen des 

Terrakottagefüges im Finalstadium deutlich. Im Verlauf der Schädigung ist eine stark 

aufgefächerte Paralleltextur aus Terrakottalamellen und Gips entstanden, deren Poren, 

Hohlräume und Risse durch die Verwendung blau eingefärbten Kunstharzes als Einbettungsmittel 

eindrucksvoll zu erkennen sind. Weiteres wesentliches Kennzeichen ist der sehr 

hohe Gipsgehalt (weiße Kristalle in Abb. 70). 

Es sind zahlreiche oberflächenparallele Risse mit Rißweiten bis 150 µm vorhanden. Häufig 

befinden sich zwischen den Terrakottalamellen leistenförmige, teilweise idiomorphe Gipskristalle 

(Abb. 71). Einzelne Kristalle erreichen Größen von 50-100 µm. 

Es ist eine erhebliche Gefügeaufweitung in Richtung Plattenoberfläche nachweisbar. Die 

aufgefächerte Terrakotta nimmt das Dreifache ihres ursprünglichen Volumens ein. Mikroskopisch 

wurden Schädigungstiefen bis 3 mm ermittelt. 

Ergänzend zu den Gefügeuntersuchungen am Querschnitt wurden die stark geschädigten 

Oberflächen im REM untersucht. Es ist festzustellen, daß sich im Finalstadium zahlreiche kleine 

Terrakotta/Gips-Partikel lösen, die Plattenoberflächen „sanden“ ab (Abb. 72).



Starke sichtbare Schäden 


(Stadium III) 

Abb. 69: 

Stark geschädigte Porträt-Terrakotta. 

Durch Rückwitterung (Absanden) 

gehen die Strukturen des Blattkranzes 

verloren. Der Pfeil kennzeichnet die 


Abb. 70: 

Gefüge der stark geschädigten 

Terrakotta aus Abb. 69. 

Die Original-Oberfläche mit 

Brennhaut ist nicht mehr vorhanden. 

Das fortgeschrittene Stadium 

der Schädigung ist durch eine 

aufgefächerte, offenporige 

Paralleltextur mit zahlreichen 

kapillaren Wegsamkeiten 

gekennzeichnet. 

Zusätzlich sind einzelne, 

breite, oberflächenparallele 

Risse entstanden. 


Bildhöhe 2,5 mm]






(Stadium III) 

Abb. 71: 


Einzelne, sperrende Gipskristalle 

zwischen den 

Terrakottalamellen (Pfeile) 

verusachen eine hohe 

sekundäre „Porosität“ 

(kapillare Wegsamkeiten). 



Abb. 72: 

Terrakotta/Gips-Partikel 

an der stark 

geschädigten, 

absandenden Oberfläche 

einer Terrakotta. 

[REM-RE-Aufnahme an 

der Oberfläche] 

In der dritten Stufe des Schädigungsprozesses ist die Brennhaut und damit die Originaloberfläche 

bereits nicht mehr vorhanden. Es sind verstärkt Konturenverluste durch abblätternde 

und absandende Oberflächen zu verzeichnen. 

Mikroskopisch sind eine drastische Zunahme der Verwitterungstiefe und eine massive 

Vergipsung nachweisbar. 

Während in makroskopisch intakten Terrakotten des Schweriner Schlosses die Gipsgehalte im 

Tiefensegment 0-6 mm etwa 2 M% betragen, weisen stark geschädigte Bereiche im gleichen 

Abschnitt Gipsgehalte zwischen 3 und 9 M% auf (Wittenburg, 1995). 

In Untersuchungen, die Franke et al. (1992) an Ziegelbauwerken Norddeutschlands durchgeführt 

haben, wurden in geschädigten Bereichen von Ziegeln 2-15 mal höhere Gipsgehalte als 

in ungeschädigten Abschnitten festgestellt.


Aus den mikroskopischen Untersuchungen ist ersichtlich, daß im fortgeschrittenen Stadium der 

Schädigung eine hoch poröse, aufgefächerte Paralleltextur aus Gips und Terrakottalamellen 

entsteht. Stellenweise sind in den Rissen 50-100 µm große, teilweise idiomorphe Gipskristalle 

vorhanden. Aus Größe und Morphologie der Kristalle ist zu schließen, daß lokal Bedingungen 

für eine langsame Kristallisation aus der Lösung gegeben sind. In der Konsequenz halten diese 

Kristallindividuen die Risse offen und schaffen dadurch bis in einige mm Tiefe ein Gefüge mit 

hoher Sekundärporosität. 

Das bedeutet, die hohe Porosität des geschädigten Gefüges wird maßgeblich durch den 

sekundär gebildeten Gips aufrecht erhalten. 

Abrate-Zohar et al. (1985) haben an geschädigten, stark vergipsten Terrakotten im Kloster 

Pavia in Italien längere Durchfeuchtungszeiten und höhere Wassersättigungsgrade nachgewiesen. 

Einer raschen Wasseraufnahme (nach 100 Sekunden waren 2/3 der effektiven 

Porosität gefüllt) stand eine sehr langsame Wasserabgabe gegenüber. Nach 2,5 Stunden war 

noch 50 % der aufgenommenen Wassermenge vorhanden, die vollständige Abgabe benötigte 

10-12 Stunden. 

Die Gefüge der stark geschädigten Terrakotten des Schweriner Schlosses begünstigen 

aufgrund der hohen sekundären Porosität den Wasser- und Schadstoffeintrag über die 

Außenseite. Dabei findet ein kapillarer Feuchtigkeitstransport bis in die ungeschädigte 

Terrakotta statt. 

Für die Trocknung der durchfeuchteten Keramik ist anzunehmen, daß nur unmittelbar zu 

Beginn der Wasserabgabe der Porenfüllgrad der Schadenszone für einen kapillaren Transport 

zur Oberfläche ausreicht. Bereits nach kurzer Zeit wird die Trocknung der stark geschädigten 

Platten durch das orthogonal zum Feuchtestrom orientierte Rißsystem erheblich behindert. Der 

Flüssigkeitstransport erfolgt im weiteren Verlauf über die wesentlich langsamere Wasserdampfdiffusion. 

Aufgrund des hohen Feuchtigkeitsreservoirs im Inneren der Platten sind die 

Risse über einen längeren Zeitraum wasserdampfgesättigt. Nächtliche Abkühlungen führen zu 

Kondensation innerhalb des geschädigten Gefügeabschnittes. 

Das ermöglicht einerseits Rekristallisationen bzw. das Wachstum größerer, sperrender 

Gipskristalle (Abstandshalter). Andererseits hat Frosteinwirkung auf die gestaute Feuchte 

weitere Schäden durch Eissprengung zur Folge.



Terrakotten des Holstentores Lübeck und der Johanniskirche Tartu 

Die Terrakotten des Holstentores in Lübeck und der Johanniskirche in Tartu wurden in die 

Untersuchungen einbezogen, um einen Vergleich der makroskopischen und mikroskopischen 

Schadensbilder an Terrakotten im Fassadenbereich unterschiedlicher Bauwerke durchführen zu 

können. 

Auch an den Terrakotten des Holstentores in Lübeck und der Johanniskirche in Tartu sind 

verwitterungsbedingte Schäden vorhanden. Die makroskopischen Schadensbilder ähneln in 

vielen Fällen denen, die am Schweriner Schloß auftreten. An den Oberflächen sind Veränderungen 

durch Auflagerungen und Krusten zu erkennen. Materialverluste sind die Folge von 

Rückwitterungen durch Absanden, Abschuppen und die Ablösung dünner Schalen. 

Die Probenentnahmetechnik, die Probengröße und der methodische Ansatz entsprachen dem 

am Schweriner Schloß umgesetzten Konzept (Gliederungspunkt 4.1.6). Durch die Untersuchung 

intakter und unterschiedlich stark geschädigter Terrakotten wurden die verschiedenen 

Stadien im Schadensprozeß berücksichtigt. 

4.1.7.1 Holstentor Lübeck - Stadium II: Erste sichtbare Schäden 

Größere Teilbereiche der untersuchten Terrakotta weisen bereits sehr starke Schädigungen 

und erhebliche Materialverluste auf (Abb. 73). Die Probe wurde jedoch in einem gering 

geschädigten Randbereich entnommen, wo die Original-Oberfläche noch erhalten war, so daß 

die Einstufung der Probe als Stadium II gerechtfertigt ist. 


An einem Querschnitt senkrecht zur Oberfläche (Abb. 74) ist im Polarisationsmikroskop die 

hellere Färbung eines oberflächennahen Gefügeabschnittes zu erkennen. Im hinteren Randbereich 

des hellen, bis in etwa 1 mm Tiefe reichenden Horizontes, sind Risse vorhanden. 

Durch Untersuchung des ungedeckten Dünnschliffes im REM kann der im PolMi auffällige 

Gefügeabschnitt näher charakterisiert werden (Abb. 75). Der oberflächennahe Horizont weist 

ein sehr dichtes Gefüge und eine große Helligkeit im Materialkontrast der RE-Abbildung auf. 

Eine vergleichende Betrachtung mit benachbarten, unveränderten Gefügeabschnitten bei 

höherer Vergrößerung zeigt deutlich, daß Salzkristallisation im Porenraum zu einer erheblichen 

Reduzierung der Porosität geführt hat (Abb. 76 und 77). 

Durch EDX-Analysen (ohne Abbildungen) wurde nachgewiesen, daß diese Unterschiede auf 

Gipsausscheidung im Porenraum zurückzuführen sind. 

Unmittelbar hinter dem verdichteten Gefügeabschnitt (0,8 bis 1 mm unter der Oberfläche) treten 

zahlreiche Risse auf. Im Gipshorizont selbst sind nur vereinzelt Risse vorhanden.





(Stadium II) 

Abb. 73: 

Typische Verwitterungsschäden 


des Holstentores in 

Lübeck. 


Entnahmestelle einer 

Probe mit erhaltener 

Oberfläche vom Rand des 

stark geschädigten 

Bereiches. 

Abb. 74: 


PolMi (Querschnitt, Oberfläche 

im Bild links). 

Es sind oberflächenparallele 

Risse vorhanden. Die 

hellere Färbung der Terrakotta 

zwischen der Oberfläche 

und den Rissen 

wird durch Gipskristallisation 

im Porenraum hervorgerufen 

(s. Abb. 75). 



Abb. 75: 


REM (Querschnitt). 

Im hellen Streifen am 

linken Bildrand (oberflächennaher 

Bereich) ist 

der Porenraum der 

Terrakotta durch Gipsausscheidung 

verdichtet 

(Details s. Abb. 76 und 

77). 


polierten Dünnschliff]






(Stadium II) 

Abb. 76: 

Detail aus dem linken 

Bilddrittel in Abb. 75. 

Verdichtung des Porenraumes 

durch Gipsausscheidung. 

Erste Risse 

durchziehen das Gefüge. 

(vgl. Abb. 77) 


polierten Dünnschliff] 

Abb. 77: 

Detail des unveränderten 

Terrakottagefüges aus der 

Bildmitte in Abb. 75. 

Im Gegensatz zu Abb. 76 

(bei gleicher Vergrößerung) 

wird deutlich, daß 

hier keine Verdichtung 

des Porenraumes vorliegt 

(offenporiges Gefüge). 

Die vereinzelten, weißen 

Punkte sind Artefakte aus 

der Dünnschliffherstellung 

(Pb-Partikel). 


polierten Dünnschliff] 

Die vorliegenden Gefügeveränderungen entsprechen denen, die im vergleichbaren Stadium der 

Schädigung auch am Schweriner Schloß vorgefunden wurden (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6.2). 

Charakteristisch ist ein schmaler, durch Gipskristallisation im oberflächennahen Porenraum 

verdichteter Gefügeabschnitt. Es liegen bereits Schäden in Form von Rissen vor, die sich 

mehrheitlich am hinteren Rand des gipsverdichteten Gefügeabschnittes bzw. in der angrenzenden, 

gipsfreien Terrakotta befinden. 

Aus den mikroskopisch nachgewiesenen Gefügeveränderungen können Rückschlüsse auf den 

Schädigungsprozeß gezogen werden. Aufgrund der Lage der Risse (mehrheitlich außerhalb 

des Gipshorizontes) ist Gipskristallisation sehr wahrscheinlich nicht die direkte Ursache der 

Rißbildung. Es ist anzunehmen, daß Frosteinwirkung auf hinter dem Gipshorizont gestaute 

Feuchte zu den Rissen geführt hat.


4.1.7.2 Holstentor Lübeck - Stadium III: Starke sichtbare Schäden 

Die untersuchte Probe wurde im stark geschädigten Bereich einer Terrakottaplatte entnommen. 

Die Original-Oberfläche war nicht mehr vorhanden. Weitere makroskopische Merkmale waren 

Schalen- und Schuppenbildung sowie das Auftreten einer schwarzen Kruste (Abb. 78). 


Im vorliegenden, fortgeschrittenen Stadium der Schädigung ist am Querschnitt senkrecht zur 

Oberfläche (Dünnschliff) eine stark aufgefächerte Paralleltextur des Gefüges zu erkennen (Abb. 

79). Dabei sind Terrakottalamellen unterschiedlicher Breite entstanden (25-50 µm, teilweise bis 

100 µm), die sekundär durch Gips verbunden (stabilisiert) sind. 

Aus den oben beschriebenen Terrakotta/Gips-Lamellen haben sich größere Schuppenpakete 

formiert (Dicke bis 1 mm, Länge bis 3 mm). Sie bilden hoch poröse Abfolgen parallel zur 

Oberfläche. Die Spaltweiten zwischen den Schuppenpaketen betragen 50 und 200 µm, 

stellenweise bis 1 mm (Abb. 79). 

An der Oberfläche der Schuppenpakete sind Gipskrusten vorhanden, die bezüglich ihrer Dicke 

und der Morphologie der Gipskristalle unterschiedlich aufgebaut sein können. Der in Abb. 79 

dargestellte Probenabschnitt zeigt eine sogenannte Blumenkohlkruste mit einer Dicke von 1-2 

mm. Sie besteht aus feinkristallinen Gipskristallen und ist durch Schmutzpartikel dunkel gefärbt. 

An anderer Stelle der gleichen Probe liegt eine faserige Gipskruste vor (Abb. 80). 

Stellenweise sind hinter den Terrakottaschalen sparitische Kalksteinpartikel nachweisbar, die 

nicht zum Mineralbestand der Terrakotten gehören und sekundär mit ablaufendem Wasser in 

die Verwitterungshorizonte eingetragen wurden (Abb. 80). 

Die an der Terrakotta mikroskopisch ermittelte Schädigungstiefe beträgt teilweise 6 mm. 




(Stadium III) 

Abb. 78: 

Stark geschädigte Terrakotta. 

Schuppenbildung und 

Schalenablösung sowie 

schwarze Kruste an der 

rückgewitterten Oberfläche. 


Entnahmestelle.






(Stadium III) 

Abb. 79: 



Auffächerung des Gefüges 

in Schuppenpakete 

aus Terrakottalamellen 

(dunkel) und Gips (hell). 

Links im Bild befindet sich 

die Oberfläche mit einer 

porösen Gipskruste. 

[PolMi-Aufnahme I Pol.; 

Bildbreite 5,2 mm]. 

Abb. 80: 

Faserige Gipskruste an 

der Oberfläche einer 

Terrakottaschale. 

Hinter der Schale sind 

Kalksteinpartikel zu 

erkennen, die aus den 

Kalksteingesimsen oberhalb 

der Terrakottaplatte 

ausgewaschen und in die 

Verwitterungshorizonte 

gespült wurden. 



Die vorliegenden Gefügeveränderungen entsprechen weitgehend denen, die im vergleichbaren 

Stadium der Schädigung auch am Schweriner Schloß vorzufinden sind: Gipsstabilisierte 

Schuppenpakete (Terrakotta/Gips-Lamellen), die durch oberflächenparallele Risse voneinander 

getrennt sind (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6.3). 

Die Schädigung der Terrakotten des Holstentores im Stadium III ist jedoch wesentlich stärker 

als am Schweriner Schloß und weist folgende zusätzliche Merkmale auf: 

1. An den Oberflächen treten zum Teil erhebliche Gipskrusten auf. 

2. Die mikroskopisch nachweisbare Verwitterungstiefe beträgt 6 mm und ist damit etwa 

doppelt so groß. 

3. Es liegen um den Faktor 10 größere Rißweiten vor, die teilweise kapillar brechend sind. Die 

Folge ist eine verstärkte Trocknungsbehinderung.


Hieraus ist zu schließen, daß sich mit zunehmender Schädigung des keramischen Materials die 

Gefahr von Gefügezerstörungen durch Eissprengung bei Frosteinwirkung weiter erhöht. 

Ansammlungen von Kalksteinpartikeln hinter den Terrakotta/Gips-Schuppen belegen den 

Feuchte- und Schadstoffeintrag in die stark geschädigten Gefüge der Terrakotten. Aus der 

Form und Kristallgröße (Sparit) der Kalksteinpartikel kann geschlossen werden, daß sie aus 

den Kalksteingesimsen über den Terrakottafriesen stammen und durch an der Fassade 

ablaufendes Wasser in die Terrakotten verfrachtet wurden. 

4.1.7.3 Johanniskirche Tartu - Stadium III: Starke sichtbare Schäden 

Aufgrund der kunsthistorischen Bedeutung der Skulpturen war eine Probenentnahme an visuell 

intakten Terrakotten nicht möglich, so daß die frühen Stadien der Schädigung nicht erfaßt 

werden konnten. Einer Probenentnahme wurde lediglich in Bereichen zugestimmt, in denen 

bereits Materialverluste zu verzeichnen waren. 

Die Abb. 81 zeigt die Skulptur, an der mikroskopische Untersuchungen zu den Schadensursachen 

durchgeführt wurden. An der Oberfläche der Terrakotta sind Konturenverluste und 

dunkelgraue bis schwarze Krusten zu erkennen. 

In der Abb. 82 sind die Entnahmestellen der beiden Proben in den Gewandfalten der Skulptur 

gekennzeichnet. 


Abb. 83 zeigt die typische Größe einer der Proben (8 mm) vor der Dünnschliffherstellung in 

einer Aufnahme unter dem Stereomikroskop. 

Im Stemi konnten erste, makroskopisch nicht differenzierbare Unterschiede im Grad der 

Schädigung festgestellt werden. 

Bei den nachfolgenden Untersuchungen im PolMi sowie mittels REM/EDX (am gleichen 

Präparat) wurden folgende Schädigungen nachgewiesen: 

1) An der vergleichsweise gering geschädigten Probe ist im Polarisationsmikroskop ein 

oberflächenparalleler Riß zu erkennen (Abb. 84). In diesem Riß und an der Außenseite der 

Probe sind Salze vorhanden. Weiterhin ist ersichtlich, daß einzelne, von der Oberfläche 

gelöste Terrakottapartikel in einer dünnen Salzkruste eingeschlossen sind. 

Im REM ist eine Verdichtung des oberflächennahen Porenraumes festzustellen (Abb. 85 und 

86). Aus dem Vergleich der EDX-Spektren, die in den verdichteten und unveränderten 

Bereichen des Gefüges aufgenommen wurden, wird ersichtlich, daß die Porenraumverdichtung 

durch Gipskristallisation hervorgerufen wird (Abb. 87). Die Breite des 

Kristallisationshorizontes beträgt etwa 0,3 mm. Es treten auch Unterschiede im Fe-Gehalt 

auf, die auf Schwankungen in der Materialzusammensetzung zurückzuführen sind, aber 

nicht im Zusammenhang mit den Verdichtungen stehen. 

2) Die stärker geschädigte Probe weist über die gesamte Probenbreite erhebliche Lockerungen 

des Gefüges durch Risse unterschiedlicher Breite auf (Abb. 88). In einem Großteil der Risse 

sind keine Salze vorhanden. Salzanreicherungen sind ausschließlich in den breiten Rissen 

im hinteren Teil der Probe nachweisbar. Durch REM/EDX-Untersuchungen (ohne 

Abbildungen) konnte nachgewiesen werden, daß es sich um Gips handelt. 

Die Schädigungstiefe beträgt in diesem fortgeschrittenen Stadium 3-4 mm, die Rißweiten 

erreichen dabei Werte von 200-300 µm (Abb. 88).





(Stadium III) 

Abb. 81: 

Terrakottaskulptur vom 

Wimperg der Kirche. 

Insbesondere im Brustund 

Gesichtsbereich sind 

die Konturenverluste 

durch Rückwitterung 

deutlich. Teilbereiche der 

Oberfläche sind mit 

dunkelgrauen bis 

schwarzen Krusten 

bedeckt. 

Zur mikroskopischen 

Untersuchung der Schädigung 

wurden kleine 

Terrakottastücke aus den 

Gewandfalten entnommen 

(Rahmen s. Abb. 82). 

Abb. 82: 


Dargestellt ist der durch 

einen Rahmen gekennzeichnete 

Teilbereich. 

Die Pfeile markieren die 

Probenentnahmestellen in 

den Gewandfalten der 

Skulptur.





(Stadium III) 

Abb. 83: 

Typische Terrakottaprobe 

aus den Gewandfalten der 

Skulpturen (linker Pfeil in 

Abb. 82) auf Millimeterpapier. 

Länge der Probe 8 mm, 

Breite etwa 4 mm, Dicke 

etwa 3 mm. 

[Stemi-Aufnahme] 

Abb. 84: 



An der Oberfläche (im Bild 

oben) ist eine dünne 

Salzkruste (weiß) mit 

darin eingeschlossenen 

Terrakottapartikeln zu 

erkennen. Der horizontale 

Riß in der Bildmitte ist 

durch Salz verfüllt. 



Abb. 85: 

Gefüge aus Abb. 84 im 

REM (Querschnitt): 

Innerhalb des hellen 

Bereiches in der linken 

Bildhälfte ist der oberflächennahe 

Porenraum 

durch feinkristallinen Gips 

verdichtet. 

Detailaufnahnahme und 

vergleichende EDX-Analysen 

s. Abb. 86 und 87. 







(Stadium III) 

Abb. 86: 

Übergangsbereich 

verdichteter / „normaler“ 

Porenraum. 

Die Verdichtung in der 

linken Bildhälfte wird 

durch die Abscheidung 

von Gips verursacht 

(vergleichende EDX- 

Analyse s. Abb. 87). 


mikrorauhen Dünnschliff] 

Abb. 87: 

Die rote Kurve wurde im 

verdichteten Gefügebereich 

(linke Bildhälfte in 

Abb. 86 ) und die blaue 

Kurve in der unveränderten 

Terrakotta (rechte 

Bildhälfte in Abb. 86) 

aufgenommen. 

Ca und S gehören nicht 

zum Elementspektrum der 

Terrakotta, sondern sind 

dem Gips im Porenraum 

zuzuordnen. 

[EDX-Analyse] 

Abb. 88: 

Gefüge einer stark geschädigtenTerrakottaprobe 

(rechter Pfeil in 

Abb. 82). 


sich links im Bild. Die 

Gefügelockerungen 

reichen über die gesamte 

Probenbreite. Die hellen 

Bereiche (markiert durch 

Pfeile) sind breite Risse, 

die mit Gips gefüllt sind. 


Bildbreite 2,6 mm]



Durch die licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen an den Portalskulpturen 

des Wimpergs der Johanniskirche in Tartu konnte nachgewiesen werden, daß sich 

geschädigte, makroskopisch jedoch nicht differenzierbare Terrakotten von ein und derselben 

Skulptur in ihrem mikroskopischen Erhaltungszustand erheblich unterscheiden können. 

Das Gefüge der vergleichsweise gering geschädigten Probe zeigt verschiedene Merkmale, die 

dem Stadium II zuzuordnen sind. Ein oberflächennaher Gefügeabschnitt ist durch Gipskristallisation 

im Porenraum verdichtet und wird von einem Riß durchzogen. Untypisch ist eine 

dünne Gipsschicht an der Außenseite, in der gelockerte Ziegelpartikel eingeschlossen sind. 

Bei der Bewertung ist jedoch zu beachten, daß die Originaloberfläche nicht mehr vorhanden ist 

und die mikroskopisch nachweisbare Schädigungstiefe unter einem Millimeter liegt. Damit 

entsprechen die nachgewiesenen Gefügeveränderungen dem Stadium II nach Ablösung einer 

dünnen Schale (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6.2). 

An der stärker geschädigten Probe wurden über den gesamten Probenquerschnitt Risse 

nachgewiesen. Damit begrenzt die Probengröße die exakte Feststellung der Schädigungstiefe. 

Sie beträgt mindestens 4 mm. 

In breiteren Rissen, insbesondere im hinteren Teil des entfestigten Gefüges, ist Gips 

angereichert. Die zahlreichen feinen Risse im oberflächennahen Teil der Probe sind überwiegend 

gipsfrei. Diese relativ untypische Gipsverteilung ist möglicherweise auf eine sehr hohe 

Porosität bzw. eine starke Vorschädigung zurückzuführen, die eine Verlagerung der 

Kristallisationsfront des Gipses zur Folge hat. Ferner ist auf Frostschäden als Hauptschadensursache 

zu schließen. 

Trotz der Unterschiede in der Gipsverteilung können die vorliegenden Gefügeveränderungen 

dem Stadium III zugeordnet werden (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6.3). 

Aus den durchgeführten mikroskopischen Untersuchungen ergaben sich keine Hinweise auf 

leicht lösliche Salze. 

Quantitative Salzanalysen an den Terrakotta-Skulpturen des Wimpergs wurden im Rahmen der 

keramtechnologischen Untersuchungen von Freyburg (1996a) durchgeführt. Hierbei wurden nur 

geringe Gehalte leicht löslicher Salze ermittelt. An den untersuchten Skulpturen trat in 

schadensrelevanten Mengen nur Gips, stellenweise in Verbindung mit Syngenit, auf.


4.1.8 Modell zum Schadensprozeß an Bauterrakotten im Fassadenbereich in 

Gegenwart von Gips 

Im Ergebnis der vergleichenden mikroskopischen Untersuchungen unterschiedlich verwitterter 

Terrakotten des Schweriner Schlosses, des Holstentores in Lübeck und der Johanniskirche in 

Tartu können 3 Stadien der Schädigung definiert werden. In Tabelle 9 sind die charakteristischen 

makroskopischen Erscheinungsformen und die zugehörigen mikroskopischen 

Gefügezustände gegenübergestellt. 

Tabelle 9: Gegenüberstellung makroskopischer und mikroskopischer Beobachtungen in den 

unterschiedlichen Stadien der Schädigung der Terrakotten im Außenbereich des 

Schweriner Schlosses, des Holstentores in Lübeck und der Johanniskirche in 

Tartu 

Stadium Makroskopischer Zustand Mikroskopischer Zustand 

I Keine Schäden erkennbar 

- Oberflächenveränderungen möglich 

(Krusten und Auflagerungen 

unterschiedlicher Färbung) 

II Erste sichtbare Schäden 

- Oberfläche mit Brennhaut nur noch 

teilweise vorhanden 

- Partielle Ablösung dünner Schalen 

III Starke sichtbare Schäden 

- Oberfläche mit Brennhaut nicht 

mehr vorhanden 

- Rückwitterung / Konturenverlust 

- Materialverlust durch: 

• Absanden 

• Schuppen- und Schalenbildung 

- Dünne Auflagerungen oder Krusten 

an der Oberfläche (Dicke < 10µm) 

- Ia) Keine Gefügeveränderungen 

(Porenraum gipsfrei, keine Risse) 

Ib) Verdichtung des oberflächennahen 

Porenraumes bis in 1 mm 

Tiefe durch Kristallisation schwer 

löslicher Salze (Gips, Syngenit) 

- Schalenbildung durch oberflächenparallele 

Risse (Rißweiten < 50 µm) 

- Schalendicke 0,5 bis 1 mm 

- Innerhalb der Schale Aufblättern des 

Gefüges in schmale Terrakottalamellen, 

die sekundär durch feinkristallinen 

Gips stabilisiert werden 

- Nebeneinander dichter und kapillargängiger 

Gefügeabschnitte 

- Entstehung einer aufgefächerten, 

offenporigen Paralleltextur 

- Durch Aufblättern des Gefüges in 

schmale, gipsstabilisierte Terrakottalamellen 

erhebliche Gefügeaufweitung 

- Hoher Gipsgehalt 

- Hohe Sekundärporosität 

- Einzelne breite, oberflächenparallele 

Risse (Rißweiten > 100 µm) 

- Einzelne idiomorphe Gipskristalle 

(Größe 50-100 µm) halten die Risse 

geöffnet 

Abb. 89 zeigt in einer schematischen Darstellung die in Tabelle 9 beschriebenen mikroskopischen 

Veränderungen der Terrakottagefüge im Verlauf der Schadensentwicklung.


Abb. 89: 

Schadensentwicklung an Terrakotta 

im Fassadenbereich in Gegenwart 

von Gips. 

Gipsausscheidung im Porenraum 

(Ib), Hinterfeuchtung und Frosteinwirkung 

auf gestaute Feuchte 

führen zu Rißbildungen und 

Schalenablösung (II). Durch zunehmende 

thermisch-hygrische 

Wechselbeanspruchung (als Folge 

einer Trocknungsbehinderung) und 

verstärkte Gipskristallisation entsteht 

eine poröse, aufgefächerte 

Pararalleltextur aus vergipster 

Terrakotta, Rissen und Hohlräumen 

(III). 

Dieser Vorgang führt zu einer 

erheblichen Gefügeaufweitung. 

III 

Legende: c Intakte Terrakotta 

Vergipste Terrakotta 

Ia 

Gipsfreie Poren, Hohlräume und Risse 

Originaloberfläche (Brennhaut mit Verschmutzung / Kruste) 

I Keine äußerlich sichtbaren Schäden 

II Partieller Verlust der Originaloberfläche 

III Vollständiger Verlust der Originaloberfläche 

I 

II 

Ib 

1 mm 

Abb. 

59-60 

Abb. 

62-65 

Abb. 

67-68 

Abb. 

70-72


Modell zum Schadensprozeß 

An den untersuchten Terrakotten treten leicht lösliche Salze nicht oder nur in sehr geringen 

Mengen auf, so daß ihre Rolle im Schadensprozeß vernachlässigt werden kann. 

Demgegenüber sind schwer lösliche Salze, v.a. Gips, an der Entstehung der Schäden 

maßgeblich beteiligt. Unter diesen Randbedingungen kann aus den Ergebnissen der 

kombinierten licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen an Bauwerksproben 

folgendes Modell zum Schädigungsprozeß an Bauterrakotten im Fassadenbereich abgeleitet 

werden: 

Terrakotten weisen häufig eine relativ dichte Brennhaut auf. Sie entsteht durch Feinstbestandteile 

des Tons, die bei der Herstellung (Schlämmen und Trocknen) an der Oberfläche 

abgelagert werden und im Ergebnis des Brennens eine wenige µm dünne, aber relativ dichte 

Haut bilden. 

Unter Bauwerksbedingungen bilden sich durch Depositionsvorgänge an der Terrakottaoberfläche 

zusätzlich dünne Auflagerungen und Krusten unterschiedlicher Zusammensetzung 

(Schichtdicken meist


Nach dem Verlust einer Schale können Frost und Gipskristallisation verstärkt auf das 

geschädigte Gefüge einwirken. Im Ergebnis nehmen die Verwitterungstiefe und der Gipsgehalt 

rasch zu. Für das fortgeschrittene Stadium der Schädigung ist eine aufgefächerte Paralleltextur 

charakteristisch. Die Rißweiten innerhalb dieser „Blätterteig“-Gefüge erreichen z.T. 150 µm. In 

den Rissen treten einzelne leistenförmige, hypidiomorphe bis idiomorphe Gipskristalle auf. 

Diese 50-100 µm großen Kristallindividuen wirken aufgrund ihrer Vorzugsorientierung senkrecht 

zur oberflächenparallelen Rißtextur als Abstandshalter zwischen den Terrakottalamellen und 

verursachen damit eine hohe sekundäre Porosität. Aus Größe und Morphologie der 

Gipskristalle kann auf länger anhaltende bzw. zyklische Wassersättigungen in den 

geschädigten Bereichen der Terrakotten geschlossen werden. 

Die Gefügeschäden im Finalstadium begünstigen eine rasche kapillare Wasser- und 

Schadstoffaufnahme bis ins ungeschädigte keramische Material. 

Die Trocknung hingegen wird nachhaltig durch das oberflächenparallele Rißsystem behindert. 

Aufgrund der geringen Saugspannung des hoch porösen Schadenshorizontes erfolgt eine sehr 

langsame Wasserabgabe aus dem Kern der Platten. Bestimmender Transportprozeß ist die 

Wasserdampfdiffusion. 

Wesentlich ist, daß die Risse über der kapillar durchfeuchteten Terrakotta längere Zeit 

wasserdampfgesättigt sind. Nächtliche Abkühlungen führen zu Kondensation innerhalb des 

geschädigten Gefügeabschnittes. Das hat weitere Gipskristallisation bzw. Rekristallisationen 

zur Folge. Im Falle von Frosteinwirkung auf die kondensierte Feuchte entstehen Schäden durch 

Eissprengung. 

Unterschiedliche Erhaltungszustände in unmittelbarer Nachbarschaft. sind besonders problematisch, 

weil sie zu einer Asymmetrie im Feuchtehaushalt führen. In Bereichen mit dauerhaft 

erhöhter Feuchte ist mit einer raschen Schadensentwicklung zu rechnen. 

Der Schadensprozeß an vergipsten Terrakotten entspricht grundsätzlich dem Mechanismus, der 

von Franke et al. (1992) bzw. Franke und Schumann (1994) für die Ziegelschädigung in 

Gegenwart von Gips angegeben wird. 

Es ergeben sich jedoch neue Aspekte hinsichtlich der Wirkungsweise des Gipses. Die 

mikroskopischen Untersuchungen weisen darauf hin, daß die Gipskristallisation unter Bauwerksbedingungen 

sehr wahrscheinlich nicht direkt zu Gefügeschädigungen führt. Der Kristallisationsdruck 

oder lineare Wachstumsdruck des Gipses ist für den dargestellten Schadensprozeß 

von untergeordneter Bedeutung. 

Die entscheidenden Vorgänge, die zu den an den Terrakotten vorgefundenen Gefügeschädigungen 

geführt haben, waren Frosteinwirkung auf gestaute Feuchte bzw. thermischhygrische 

Wechselbeanspruchungen in Terrakotta-Gips-Horizonten.


4.1.9 Mikroskopische Bewertung von Probekonservierungen an den Terrakotten des 

Schweriner Schlosses 

Die bisherigen Ergebnisse haben gezeigt, daß sich der Schädigungsgrad der Terrakotten nur 

bedingt aus äußeren Merkmalen abschätzen läßt. 

Zur Erstellung eines Konservierungskonzeptes werden gefügekundliche Parameter benötigt, 

aus denen Anforderungen an die Konservierungsmittel und die Applikationstechniken abgeleitet 

werden können. 

Die notwendigen Informationen liefert eine exakte mikroskopische Untersuchung hinsichtlich 

folgender Gefügeparameter (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6): 

- Oberflächenveränderungen (Krusten) - Schalen- und Rißbildung 

- Verdichtungs- und Lockerungszonen - Rißbreiten und -längen 

- Entfestigungstiefe - Salzidentifizierung / Salzverteilung 

Für die Terrakotten des Schweriner Schlosses wurden sehr unterschiedliche konservierungsbedürftige 

Gefügezustände ermittelt, denen nur durch die Kombination angepaßter Konservierungsschritte 

und optimierter Schutzstoffe entsprochen werden konnte. 

Am NW-Giebel wurden modellhafte Konservierungen der Terrakotten durchgeführt. Tabelle 10 

faßt die einzelnen konservatorischen Maßnahmen, die verwendeten Materialien sowie die Ziele 

der mikroskopischen Untersuchungen zusammen und verweist auf die Gliederungspunkte, in 

denen die Ergebnisse detailliert dargestellt sind. 

Tabelle 10: Übersicht über die modellhaften Konservierungen der Terrakotten am NW-Giebel 

des Schweriner Schlosses (Testflächen) 

Konservatorische 

Maßnahme 

Vorfestigung Weichsegmentmodifizierte 

Kieselsäureester 

1) VP9-50 A 

2) VP9-66 Ace 

Festigung 1) Kieselsäureester (KSE) 

2) Polyurethan (PU) 

Kompressenbehandlung 

zur 

Gipsmobilisierung 

und Salzminderung 

Schalenhaft- / 

Hinterfüllmörtel 

Glättmörtel / 

Feinschlämmen 

Materialien Gegenstand der 



Zellulosekompressen mit Zusätzen 

(Bentonit; Vollglaskugeln, 

Quarz) 

1. Wasserkompresse + 

Verdunstungskompresse 

2. Ammoniumcarbonatkompresse 

+ Verdunstungskompresse 

BM: Hüttensand, Gips, Zement 

BM-Typ 1: Hüttensand, Gips, 

Zement 

BM-Typ 2: Hochofenzement, 

Hydraulischer Kalk 

BM-Typ 3: Silikasol + amorphe 

Kieselsäure 

- Identifizierung der 

Festigungsmittel 

- Verteilung an der 

Oberfläche und im 

Gefüge 


1) Identifizierung 

2) Ursachen 

- Gefügebeschreibung 

- Haftung / Anbindung 

Gliederungspunkt 

4.1.9.1 

4.1.9.2 

4.1.9.3


Die Konservierungsschritte in Tabelle 10 stellen keine einheitliche Bearbeitungsfolge dar. Ihre 

Anwendung erfolgte in Abhängigkeit von den konkreten Gegebenheiten der einzelnen 

Terrakotta-Medaillonplatten am Schweriner Schloß. Die verschiedenen konservatorischen 

Eingriffe wurden an Testflächen (Teilbereiche der Platten) modellhaft erprobt. 

Nach Abschluß dieser Konservierungen wurden die Wirksamkeit der einzelnen Technologien 

sowie an den Plattenoberflächen aufgetretene Veränderungen mikroskopisch untersucht. 

4.1.9.1 Strukturelle Festigung 

1) Vorfestigung 

Das Ziel einer sogenannten Vorfestigung war, gelockerte Partien der Oberflächen soweit zu 

stabilisieren, daß mechanische Beanspruchungen während nachfolgender Konservierungsschritte 

(Reinigung, Applikation von Schalenhaftmörtel und Schlämmen) nicht zu weiteren 

Materialverlusten führen. 

Die eingesetzten Festigungs- und Verdünnungsmittel, die Applikationszeiten und verbrauchten 

Mengen sowie die zugehörigen Abbildungen sind Tabelle 11 zu entnehmen. 

Tabelle 11: Übersicht über die zur Vorfestigung eingesetzten Mittel sowie deren Eigenschaften 

und Applikationsbedingungen 

Lösungsmittel 

Konzentration 

des KSE 

Vorbehandlung 

VP9-66 Ace Aceton 66 % ohne 

Vornässen 

VP9-50 A Ethanol 50 % Vornässen mit 

Ethanol 

Applikationszeit 

Mittelaufnahme 

[kg/m 2 ] 

Abb. 

5 min 0,17 91-93 

5 min 0,3 94-98 

Eingesetzt wurden zwei Festigungsmittel auf der Basis von Kieselsäureester, die sich in ihren 

Konzentrationen bzw. Gelabscheidungsraten unterscheiden. Weiterhin sollte durch Variation 

der Untergrundvorbehandlung herausgefunden werden, ob auf ein Vornässen mit Lösungsmittel 

verzichtet werden kann. 

Appliziert wurden ein Festigungsmittel mit hoher Gelabscheidungsrate auf einem nicht 

vorgenäßten Untergrund sowie ein geringer konzentrierter Festiger auf vorgenäßtem Untergrund. 

Gegenstand der vergleichenden mikroskopischen Untersuchungen war die Klärung des 

Einflusses der unterschiedlichen Parameter auf die Filmbildung und auf die Verteilung des 

Festigungsmittels im Gefüge.



Abb. 90 zeigt als Vergleichsaufnahme zu den nachfolgenden Abbildungen eine nicht mit 

Festigungsmittel behandelte Terrakottaoberfläche. Im REM ist eine mikrokristalline Schmutzschicht 

zu erkennen. 

Im direkten Vergleich der Oberflächen in den Abb. 90 und 91, die bei gleicher Vergrößerung 

aufgenommen wurden, sind die Unterschiede in der Topographie der unbehandelten und der 

gefestigten Oberfläche deutlich zu erkennen. Die mit VP9-66 Ace (Wirkstoffgehalt 66%, ohne 

Vornässen) gefestigte Platte zeigt zahlreiche rundlich-plattige Strukturen an der Oberfläche 

(Abb. 91). 

Bei höherer Vergrößerung wird deutlich, daß das Festigungsmittel einen filmartigen Überzug 

über den Strukturen der geschädigten Terrakotta gebildet hat (Abb. 92). Die ausgeprägten 

Fließformen und die Menisken lassen vermuten, daß ein relativ dicker Film an der 

Terrakottaoberfläche abgeschieden wurde. Wahrscheinlich handelt es sich bei den rundlichplattigen 

Strukturen um Terrakotta-Gips-Partikel (vgl. Abb. 72), die mit Festigungsmittel überzogen 

sind. Eine exakte Bestimmung der Filmdicke war aufgrund des Fehlens von 

Bruchflächen, senkrecht zum Film, nicht möglich. Sie dürfte an der Oberfläche jedoch im µm- 

Bereich liegen. 

Die für KSE-Systeme typischen Schwindrisse treten nicht auf. Ursache hierfür ist sehr 

wahrscheinlich die Modifizierung, d.h. die Zugabe eines Weichsegmentes. 

Die EDX-Analyse des siliziumorganischen Festigers liefert einen charakteristischen Si-Peak. Im 

Spektrum sind zusätzlich geringe Mengen Al und Fe vorhanden, die wahrscheinlich auf 

Untergrundanregung zurückzuführen sind (Abb. 93). 

An einer Bruchfläche senkrecht zur Oberfläche wurde festgestellt, daß das Festigungsmittel nur 

stellenweise und unmittelbar unter der Oberfläche im Porenraum bzw. Rißsystem der 

Schadenszone eingedrungen ist. 

Das Festigungsmittel VP9-50 A (geringerer Wirkstoffgehalt, Vornässen mit Alkohol) ist 

morphologisch als Film an der Oberfläche und analytisch durch die charakteristische 

Elementzusammensetzung nachweisbar (Abb. 94 bis 96). Schwindrisse treten an der Oberfläche 

nicht auf. Gegenüber der Vergleichsprobe liegen dünnere Filme vor. 

Im oberflächennahen Porenraum bzw. Rißsystem der Schadenszone war das Festigungsmittel 

schwieriger nachweisbar als an der Oberfläche. Bei der Identifizierung einer siliziumorganischen 

Verbindung, die als dünner Film auf einem silikatischen Untergrund liegt, sind 

EDX-Elementanalysen häufig nicht ausreichend spezifisch für den Nachweis. 

Hilfreich für die Identifizierung waren die für erhärtete Kieselsäureester charakteristischen 

Schwindrisse, die aufgrund der Weichsegmentmodifizierung jedoch nur sehr vereinzelt 

auftraten (Abb. 97). 

Günstige Bedingungen für einen morphologischen Nachweis des Festigungsmittels lagen an 

den Stellen vor, wo Gefügebestandteile (Mineralkörner oder Gipskristalle) bei der Probenpräparation 

(Erzeugen einer Bruchfläche) ausgebrochen waren. Das Festigungsmittel hinterließ 

dabei typische Menisken (Abb. 98). An diesen Strukturen konnte ein Nachweis mittels EDX 

erfolgen und die Filmdicke ließ sich bestimmen. Sie lag meist unter 10 nm.


2) Festigung 

An der betreffenden Terrakotta-Medaillonplatte wurde eine vollflächige Festigung mit dem 

Schutzstoff 219 (modifiziertes Polyurethan, Feststoffgehalt 30 %) durchgeführt. Bereits während 

der Applikation traten Probleme auf. Das Festigungsmittel wurde nur äußerst langsam und in 

geringer Menge von der Terrakotta aufgenommen. Nach Abschluß der Festigung wiesen die 

Plattenoberflächen einen unakzeptablen seidigen Glanz auf. 

Ziel der mikroskopischen Untersuchungen hierzu war es, die Ursachen für die mißlungene 

Festigung zu ermitteln. 


Im Gegensatz zu den siliziumorganischen Festigern erscheint das überwiegend organische 

Festigungsmittel auf PU-Basis im Materialkontrast deutlich dunkler als die Terrakotta. Damit 

lagen günstige Bedingungen für den mikroskopischen Nachweis und die Lokalisierung vor. 

Die mikroskopischen Untersuchungen von Bruchflächen im REM zeigten erhebliche Anreicherungen 

des Festigungsmittels an der Oberfläche sowie in der oberflächennahen 

Schädigungszone der Terrakotta (Abb. 99 und 100). 

Die größten Filmdicken an den Terrakottaoberflächen betrugen 50-100 µm. Solche massiven 

Abscheidungen traten über dichten, vergipsten Gefügeabschnitten auf (Abb. 99). In diesen 

Bereichen war ein Eindringen des Festigungsmittels in die Terrakotta offenbar nicht möglich. 

Demgegenüber sind in den oberflächennahen Lockerungszonen die vorhandenen Wegsamkeiten 

häufig vollständig mit Festigungsmittel gefüllt (Abb. 100 bis 102). 

Selbst in einigen mm Tiefe ist der morphologische Nachweis an den Flanken breiterer Risse 

zweifelsfrei möglich (Abb. 103). 

Im Porenraum der Terrakotta hinter dem geschädigten Gefügeabschnitt war ein Eindringen des 

Festigungsmittels mikroskopisch nicht nachweisbar. Die vorhandenen Wegsamkeiten waren 

frei. 


Unbehandelte Terrakotta 

Abb. 90: 

Unbehandelte Plattenoberfläche 

(gleiche Vergrößerung 

wie Abb. 91). 

Mikrokristalline Schmutzschicht 

auf der Terrakotta. 


der Oberfläche]



Terrakotta-Vorfestigung 

Abb. 91: 

Vergleichsaufnahme zur 

unbehandelten Plattenoberfläche 

in Abb 90. 

Festigungsmittel VP9-66 

Ace (KSE-Konzentration 

66 %) an nicht vorgenäßter 

Terrakottaoberfläche. 

Es sind rundlich-plattige 

Strukturen zu erkennen. 

Detail s. Abb. 92 

[REM-SE-Aufnahme an 


Abb. 92: 


Bei den rundlich-plattigen 

Strukturen handelt es sich 

wahrscheinlich um Terrakotta/Gips-Partikel, 

die 

von Festigungsmittel 

überzogen sind. 

Aufgrund der Weichsegmentmodifizierung 

treten 

keine Schwindrisse im 

Festigungsmittelfilm auf. 



Abb. 93: 

EDX-Spektrum des 

Festigers VP9-66 Ace, 

(integrale Messung über 

den gesamten Bildbereich 

von Abb. 92). 

Für die siliziumorganische 

Verbindung ist ein Si- 

Peak charakteristisch. 

[EDX-Spektrum]




Abb. 94: 

Festigungsmittel VP9-50A 

(KSE-Konzentration 50%) 

an Terrakottaoberfläche. 

Im Gegensatz zu den 

Strukturen in Abb. 91 hat 

das KSE an der vorliegenden 

Probe einen gleichmäßigen 

Film gebildet. 

Vor der Applikation wurde 

die Oberfläche mit Alkohol 

vorgenäßt. 



Abb. 95: 

Vorfestigungsmittel aus 

Abb. 94 bei höherer 

Vergrößerung. 

Es sind Fließstrukturen 

und eine gleichmäßige 

Filmbildung zu erkennen. 

Es sind keine Schwindrisse 

vorhanden. 



Abb. 96: 

EDX-Spektrum des Festigungsmittels 

VP9-50A, 

(integrale Messung über 

den gesamten Bildbereich 

von Abb. 95). 

Die Elementzusammensetzung 

(dominierender 

Si-Peak) ist charakteristisch 

für einen Kieselsäureester 

und identisch 

der des VP9-66Ace (vgl. 

Abb. 93).




Abb. 97: 

Vorfestigungsmittel VP9- 

50A im oberflächennahen 

Porenraum derTerrakotta. 

Über die vereinzelt auftretenden 

feinen Schwindrisse 

(Pfeile) im erhärteten 

KSE können die Festigungsmittel 

im Porenraum 

morphologisch nachgewiesen 

werden. 


einer Bruchfläche] 

Abb. 98: 

Menisken des Vorfestigungsmittels 

VP9-50A 

(Pfeile) im Porenraum der 

Terrakotta. 

Diese Menisken 

entstehen durch das 

Ausbrechen von Partikeln 

bei der Präparation 

(Erzeugen einer 

Bruchfläche senkrecht zur 

Oberfläche). 

An diesen Strukturen 

kann die Filmdicke 

abgeschätzt werden. 




Terrakotta-Festigung 

Abb. 99: 

Das Festigungsmittel 

(PUR) ist als dunkle 

Schicht (zwischen den 

Pfeilen) über einem durch 

Gips verdichteten Gefügeabschnitt 

nachweisbar. 

Die Verdichtung ist die 

Folge von Gipskristallisation 

im oberflächennahen 

Porenraum der 

Terrakotta. 


Bruchfläche ⊥ Oberfl.]




Abb. 100: 

Festigungsmittel (PUR) in 

oberflächennaher 

Lockerungszone. 

Im Gegensatz zu Abb. 99 

waren hier aufgrund der 

Gefügeschäden Wegsamkeiten 

vorhanden, in 

die das Festigungsmittel 

eingedrungen ist (Pfeile). 



Abb. 101: 

Detail aus Abb. 100: 

Die ehemals vorhandenen 

Wegsamkeiten und Poren 

sind vollständig mit 

Festigungsmittel gefüllt 

(dunkle Bereiche). 



Abb. 102: 

Vollständig mit Festigungsmittel 

(PUR) gefüllter 

Riß unmittelbar hinter 

der Oberfläche (Pfeil). 

Die Rißweite beträgt etwa 

100 µm. Aufgrund des 

überwiegend organischen 

Charakters des Festigungsmittels 

erscheint es 

im Materialkontrast dunkler 

als die Terrakotta. 







Abb. 103: 

Das Festigungsmittel 

(PUR) ist auch einige mm 

unter der Oberfläche auf 

Rißflanken nachweisbar 

(Pfeil) . Im Gegensatz 

zum oberflächennahen 

Bereich ist der Riß hier 

nicht vollständig gefüllt 

(Rißweite > 100 µm). 



1) Vorfestigung 

An den Oberflächen der Platten, an denen eine Vorfestigung mit modifiziertem Kieselsäureester 

durchgeführt wurde, ist das Festigungsmittel als filmartiger Überzug nachweisbar. Die 

elastifizierende Wirkung der Weichsegmentmodifizierung auf die Filmbildung war deutlich 

erkennbar. Die für Kieselsäureester typischen Schwindrisse traten auch bei großen Filmdicken 

praktisch nicht auf. 

Die mikroskopisch nachgewiesenen Unterschiede in der Filmdicke sind auf die unterschiedlichen 

Wirkstoffkonzentrationen und den Einfluß des Vornässens der Plattenoberflächen 

zurückzuführen. Hohe KSE-Wirkstoffkonzentrationen und der Verzicht auf Vornässen führen zu 

starken Gelabscheidungen an den Oberflächen. Die dabei entstandenen dicken Filme hatten 

eine Verringerung der kapillaren Wasseraufnahme und eine Überfestigung zur Folge (Wendler 

1995). 

Durch den Einsatz geringerer Wirkstoffkonzentrationen und Vornässen der Plattenoberflächen 

mit Ethanol konnte die Filmdicke reduziert werden. Die Behinderung der Wasseraufnahme war 

entsprechend geringer. 

Es ist davon auszugehen, daß die Aufnahme eines Festigungsmittels mit hoher Gelabscheidungsrate 

durch oberflächliche Verschmutzungen und/oder oberflächennahe Gipshorizonte 

stärker behindert wird als die Aufnahme eines Festigers mit niedrigerer Gelabscheidungsrate. 

Die Festigungsmittel auf KSE-Basis konnten im REM insbesondere an den Oberflächen und in 

oberflächennahen Schädigungshorizonten der Terrakotten nachgewiesen werden. Zur 

Identifizierung sind die filmartige Morphologie, Schwindrisse sowie in Zwickeln auftretende 

Menisken geeignet. Im Porenraum der intakten Terrakotta erschweren die Sinterformen des 

Scherbens den morphologischen Nachweis dünner Filme erheblich. Aufgrund der geringen 

Filmdicken sind die Unterschiede im Materialkontrast zwischen siliziumorganischem Festigungsmittel 

und Terrakotta für eine Unterscheidung im mikroskopischen Bild zu gering.


Ein EDX-Nachweis der Kieselsäureester auf silikatischen Untergründen ist nur bei größeren 

Filmdicken aussagekräftig. Bei geringen Filmstärken erschweren Überlagerungen im Elementbestand 

(Si ist Hauptelement im Terrakottaspektrum und im Festigungsmittel) den Nachweis. 

Das bedeutet, daß an Terrakotta die Eindringtiefe des Festigungsmittels im REM nicht sicher 

bestimmt werden kann. 

2) Festigung 

Die Festigung erfolgte mit einem Schutzstoff auf Polyurethanbasis. Durch den hohen Gehalt an 

organischen Bestandteilen erscheint dieses Festigungsmittel im Materialkontrast dunkel und 

kann im mikroskopischen Bild gut von der Terrakotta bzw. vom Gips unterschieden werden. 

Damit konnte die Eindringtiefe besser bewertet werden als bei Kieselsäureestern. 

An der gefestigten Terrakottaplatte wurden erhebliche Anreicherungen des Festigungsmittels 

an der Oberfläche sowie in oberflächennahen Schadenshorizonten nachgewiesen. Hierbei war 

ersichtlich, daß die Gefügebestandteile nicht wie angestrebt mit einem Film überzogen sind, 

sondern alle vorhandenen Wegsamkeiten bis in einige mm Tiefe mit Festigungsmittel verfüllt 

sind. 

Die negativen Folgen sind eine Überfestigung, der fast vollständige Verschluß der Wegsamkeiten 

innerhalb des geschädigten Gefüges sowie eine Glanzbildung an den Plattenoberflächen. 

Die REM-Untersuchungen belegen eine sehr begrenzte Eindringtiefe von einigen mm. 

Morphologische Hinweise auf eine vorzeitige Erstarrung des Wirkstoffsystems PUR gibt es nicht. 

Daher ist anzunehmen, daß das Eindringen des Festigungsmittels zum Zeitpunkt der Applikation 

durch eine Wassersättigung des Porenraumes unmittelbar hinter dem geschädigten 

Gefügeabschnitt großflächig blockiert war. 

Dafür sprechen auch die Ergebnisse von Materialfeuchte- und Temperaturmessungen am 

Objekt (Wendler 1995) und vor allem Laboruntersuchungen von Riecken (1995) an 

geschädigten Terrakotten. Hierbei wurde nachgewiesen, daß die wärmere Außenzone der 

Platten im Tagesverlauf Feuchte aus einem offensichtlich großen Reservoir im Inneren 

aufnimmt. Der Temperaturanstieg an der Außenseite der Platten führt jedoch nicht zu einer 

nennenswerten Austrocknung des Materials. Diese Feststellung wird zunächst über regelmäßige 

Taupunktunterschreitungen als Folge nächtlicher Abkühlung erklärt. Gleichzeitig sollen niedrige 

Tagesmittelwerte zu einem raschen und dauerhaften Anstieg der relativen Feuchte in den 

überhygroskopischen Bereich und damit zu einer raschen Wassersättigung im Porenraum bei 

scheinbar trockener Oberfläche geführt haben. 

Im Gliederungspunkt 4.1.6 wurde die Wirkung von Auflagerungen und Krusten, oberflächennahen 

Gipshorizonten und aufgefächerten Paralleltexturen als Trocknungsblockade detailliert 

dargelegt. Die mißglückte Festigung ist der „experimentelle Beweis“ für die Trocknungsbehinderung 

und den Feuchtestau hinter geschädigten Gefügeabschnitten und einer direkten, 

für die Konservierung schwerwiegenden Folge. 

Durch die mikroskopischen Untersuchungen konnte der ursächliche Zusammenhang zwischen 

den Gefügestrukturen stark geschädigter Terrakotten und den daraus resultierenden bauphysikalischen 

Eigenschaften geklärt werden.


4.1.9.2 Kompressenbehandlung zur Gipsminderung 

Ziel der Kompressenbehandlung war es, den im oberflächennahen Porenraum der Terrakotten 

angereicherten Gips soweit zu mobilisieren, daß die kapillare Saugfähigkeit deutlich angehoben 

wird. Damit sollten die Erfolgsaussichten einer Schutzstoffaufnahme verbessert werden. Hierzu 

wurden zwei Ansätze verfolgt: 

1) Wasserkompressen 

2) Ammoniumkarbonat-Kompressen 

Nach Abnahme der Kompressen zeigten sich auf einigen Platten teils lockere, teils fest 

haftende Ausblühungen bzw. dünne, weiße Beläge (Abb. 104). 

Ziel der mikroskopischen Untersuchungen war es, die Ausblühungen zu charakterisieren und 

die Ursachen ihrer Entstehung zu klären. 


Technologie 


Kompressenbehandlun 

g der Terrakotta 

(Wasser) 

Abb. 104: 

Plattenoberfläche mit 

weißen Ausblühungen 

nach Abnahme der 

Kompressen. 

Die Pfeile kennzeichnen 

Probenentnahmestellen 

. 

Auf die Terrakottaoberflächen wurde eine Lage Japanpapier aufgelegt. Dadurch sollte sichergestellt 

werden, daß die eigentliche Kompressenschicht nach der Anwendung rückstandsfrei 

entfernt werden kann (Krause 1995). 

Die Vornäßkompressen (650 g Arbocel pur 200 auf 4 Liter Wasser) dienten dem Wassereintrag 

in die Platten. Hierzu wurden sie über einen Zeitraum von einer Woche regelmäßig nachgenäßt. 

Als Schutz gegen Verdunstung des Wassers war es erforderlich, die Außenseite mit einer Folie 

zu bedecken. 

Nach Abschluß der Vornäßzeit sollten das eingetragene Wasser und die darin gelösten Salze 

über verdunstungsaktive Kompressen aus den Porträtterrakotten entfernt werden. Um die 

Verdunstung zu beschleunigen wurde die Porosität des Kompressenmaterials (Arbocel 

Compound AB) durch Zugabe von Vollglaskugeln und Quarzsand (Körnung 0,2 bis 0,4 mm) 

erhöht und auf eine Abdeckung verzichtet.



Auf den Oberflächen der mit Wasserkompressen behandelten Terrakotten waren Ausblühungen 

vorhanden, die als Tupfproben ohne zusätzliche Schädigung der Terrakottaoberflächen 

entnommen wurden. 

Bei der anschließenden Untersuchung im REM stellte sich heraus, daß es sich um Gips 

handelt. Die Identifizierung erfolgte mittels EDX-Analyse (ohne Abb.). Auffällig waren die 

kurzsäulige Morphologie und die stellenweise vorhandenen Anlösungsformen (Abb. 105). 

Häufig haben sich Gipsaggregate gebildet, die sich aus einzelnen, etwa 5 µm großen 

Kristalliten zusammensetzen. 

In den Gipsablagerungen sind häufig Papierfasern vorhanden, die von stark angelösten 

Gipskristallen umhüllt sind (Abb. 106). 

2) Ammoniumcarbonat-Kompressen 

Technologie 

Parallel zu den Wasserkompressen (s.o.) kam eine chemische Gipsumwandlung zur Anwendung, 

die für stark vergipste Wandmalereien entwickelt wurde. Die als Matteini-Verfahren 

bekannte Behandlung oberflächlicher Vergipsungen basiert auf der Umsetzung des Gipses mit 

Ammoniumcarbonat unter Bildung von Calcit und Ammoniumsulfat (Matteini 1994). Dabei 

entsteht leicht lösliches Ammoniumsulfat, das im vorliegenden Fall über eine Verdunstungskompresse 

aus den Platten entfernt werden sollte. 

Auf die übliche Nachbehandlung mit Bariumhydroxid, die zur Bildung von schwer löslichem 

Bariumsulfat führt, wurde verzichtet. 


In den Ausblühungen, die an den Oberflächen der Platten auftraten, waren zwei Salze 

nachweisbar. 

Hauptbestandteil war - analog zu den Wasserkompressen - Gips, jedoch mit einer signifikant 

abweichenden Morphologie. Im Ergebnis der Ammoniumcarbonatbehandlung traten nadelige 

bis leistenförmige Gipsformen auf. Die Länge der einzelnen Kristalle betrug meist < 10 µm 

(Abb. 107). 

Weiterhin war an den Plattenoberflächen ein Salz nachweisbar, daß morphologisch, durch den 

Materialkontrast und über die EDX-Analyse vom Gips unterschieden werden konnte (Abb. 108). 

Im Elementspektrum tritt nur ein S-Peak auf (Abb. 109), sehr wahrscheinlich handelt es sich um 

Ammonium-Sulfat: (NH4)2[SO4]. 

Mit dem Ziel, die chemische Umsetzung Gips → Calcit mikroskopisch nachzuweisen, wurden 

zusätzlich REM-Untersuchungen an Bruchflächen senkrecht zur Oberfläche durchgeführt. 

Dabei konnten im oberflächennahen Porenraum sehr vereinzelt Gips- und Calcitkristalle 

nachgewiesen werden. Die Gipskristalle zeigen sehr starke Lösungsformen, während die 

feinkristalline Calcitmorphologie typisch für Neubildungen ist (Abb. 110).




der Terrakotta (Wasser) 

Abb. 105: 

Gipsausblühungen als 

Folge der Wassereinwirkung 

während der Kompressenbehandlung. 

Kurzsäulige Kristallite mit 

Anlösungen 

(vgl. Abb. 107: Gipsmorphologien 

als Folge 

von Ammoniumcarbonateinwirkung). 



Abb. 106: 

Die Ausblühungen enthalten 

häufig Japanpapierfasern, 

die von einer 


Gipsschicht umhüllt sind. 

Hieraus kann geschlossen 

werden, daß die 

Gipskristallisation 

während der 


erfolgte. 





der Terrakotta (Ammoniumcarbonatlösung) 

Abb. 107: 

Gipsausblühungen als 

Folge der Ammoniumcarbonatbehandlung. 

Charakteristisch ist eine 

faserige Morphologie des 

Gipses. 

(vgl. Abb. 105: Gipsmorphologien 

als Folge 

von Wassereinwirkung) 


der Oberfläche]




der Terrakotta (Ammoniumcarbonatlösung) 

Abb. 108: 

Ammoniumsulfatkristalle. 

Diese Ausblühungen sind 

die Folge unvollständiger 

Entfernung der Ammoniumsulfatlösung 

aus dem 

Porenraum der Terrakotta. 



Abb. 109: 


Kristalle in Abb. 108. 

Der S-Peak stammt vom 

Sulfat, Ammonium bzw. 

Stickstoff (N) war mit der 

EDX nicht nachweisbar. 

Alle weiteren Elemente im 

Spektrum sind auf die 

Anregung der Umgebung 

zurückzuführen. 

Abb. 110: 

Veränderungen im oberflächennahen 

Porenraum 

der Terrakotta. 

Im Ergebnis der Ammoniumcarbonatbehandlung 

hat eine Calcitneubildung 

stattgefunden (rechter 

Pfeil). Der linke Pfeil 

markiert einen stark 

angelösten Gipskristall. 





Ausblühungen gehören nicht zum eigentlichen Schadensbild der untersuchten Terrakotten, so 

daß ihre Entstehung spezielle Ursachen haben muß. Aus den mikroskopischen Analysen der 

Ausblühungen auf den Plattenoberflächen können die ursächlichen Zusammenhänge ihrer 

Entstehung mit den durchgeführten Kompressenbehandlungen zur Salzminderung nachgewiesen 

werden. 


Die Wasserkompressen-Anwendung hat zu einem Transport gelösten Gipses aus den 

Terrakotten geführt. In der Dokumentation zur Kompressenentsalzung (Krause 1995) wird 

darauf hingewiesen, daß während der Trocknungszeit der Verdunstungskompressen neben 

Rissen im Kompressenmaterial auch partielle Ablösungen vom Untergrund auftraten. Hierdurch 

wurde der kapillare Transport des gelösten Gipses aus der Terrakotta in die verdunstungsaktive 

Kompresse unterbrochen, was zu Gipskristallisation innerhalb dieses Luftspaltes zwischen 

Terrakotta und Kompresse geführt hat. 

Gipsumschlossene Japanpapierfasern in den Ausblühungen beweisen, daß die Gipskristallisation 

während der Kompressenbehandlung erfolgt sein muß. 

Im oberflächennahen Porenraum waren im REM keine signifikanten Veränderungen der 

Morphologie der Gipskristalle erkennbar. Damit konnte ein mikroskopischer Nachweis für die 

Öffnung von Wegsamkeiten in den Gipshorizonten als Folge der Wassereinwirkung nicht 

erbracht werden. 

2) Ammoniumcarbonat-Kompressen 

Die Applikation von Ammoniumcarbonatlösung mittels Kompressen hat ebenfalls zu Gipsausblühungen 

geführt, deren Auftreten wiederum eine Gipsmobilisierung und gleichzeitig einen 

stellenweise unzureichenden kapillaren Kontakt der Kompressen mit den sehr unregelmäßigen 

Oberflächenstrukturen der geschädigten Terrakotten beweist. 

Aufgrund der Unterschiede in den Kristallformen (faserige Kristalle bei Einwirkung von 

Ammoniumcarbonat gegenüber kurzsäuligen Gipskristallen bei Wassereinwirkung), wird ein 

Einfluß des Ammoniumcarbonats auf die entstehenden Gipsmorphologien angenommen. 

Das Auftreten von Ammonium-Sulfat-Ausblühungen belegt eine unvollständige Entfernung 

dieses stark hygroskopischen Zwischenproduktes aus dem Porenraum der behandelten Platten, 

was später zu großen Problemen führen kann. 

Im Ergebnis der REM-Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß die chemische 

Umsetzung Gips → Calcit nur in geringem Umfang stattgefunden hat. Nach chemischen 

Analysen kam Wittenburg (1995) zu einer vergleichbaren Einschätzung.


4.1.9.3 Oberflächenkonsolidierung durch Schalenhaftmörtel und Schlämmen 

Eine erste Stabilisierung der mürben Gefüge stark geschädigter Terrakotten erfolgte über eine 

strukturelle Festigung (Gliederungspunkt 4.1.9.1). 

Es war jedoch zusätzlich erforderlich, das sehr uneinheitliche Saugverhalten über die Oberflächen 

möglichst anzugleichen. Das betraf insbesondere die Terrakotten, an denen noch 

größere Teile der Originaloberflächen erhalten waren. Hierbei war außerdem das Problem der 

auffächernden Randbereiche von Schalen zu lösen. 

Zur konservatorischen Behandlung dieser Zustände wurden von Mitarbeitern des Fachbereiches 

Chemie der Uni GH Siegen (BCS) ein Schalenhaftmörtel und zwei Glättmörtel 

entwickelt und an den Testflächen des Schweriner Schlosses appliziert. 

Der Schalenhaftmörtel soll einerseits lockere Schalen am Untergrund befestigen und 

andererseits als Anböschmörtel deren Randbereiche schließen. 

Aufgabe eines Glättmörtels ist es, als dünne, struktursichtige Schicht die Oberflächen zu 

konsolidieren und hinsichtlich ihrer hygrischen Eigenschaften zu homogenisieren. 

Die wesentlichen Bestandteile dieser Systeme (Schalenhaftmörtel, Glättmörtel Typ I und II) sind 

der Tabelle 12 zu entnehmen, die genauen Rezepturen, technologischen Eigenschaften und 

Kennwerte sind in Böttger (1995a) und (1995b) enthalten. 

Zusätzlich wurde eine Schlämme getestet, die auf der Basis eines wässrig-kolloidalen Silikasols 

hergestellt wurde (Typ III in Tabelle 12). Zur Erhöhung der Steifigkeit wurde amorphe 

Kieselsäure zugegeben (Wendler 1997). 

Die Applikation der Schlämme erfolgte in zwei Schritten. Zunächst wurde ein Grundanstrich mit 

dem reinen Bindemittel aufgetragen. Der anschließende Deckanstrich mit dem gleichen System 

enthielt zusätzlich Ziegelmehl als Füllstoff und Pigment. 

Tabelle 12: Bindemittel, Zuschläge und Zusätze der mineralischen Mörtel für die Oberflächenkonsolidierung 

von Terrakotten 

Bindemittel Hüttensand 

Gips 

PZ 45 F HS NA 

Füllstoffe Quarzmehl 

Glaskugeln 

Zusätze Stabilisator 

Verflüssiger 

Kunststoffdispersion 

Pigmente 

u.a. 

Schalenhaftmörtel / Glättmörtel / Schlämmen 

Anböschmörtel Typ I Typ II Typ III 

HOZ 35 I NW/HS NA 

Hydraulischer Kalk 

Hüttensand 

Gips 

PZ 45 F HS NA 

Silikasol 

X30/5 

W30/5 

Glaskugeln Glaskugeln Ziegelmehl 

Verflüssiger 

Pigmente 

u.a. 

Verflüssiger 

Pigmente 

u.a. 

amorphe 

Kieselsäure 

Abbildungen 111 112 und 113 114 bis 117 

An den genannten Systemen wurden lichtmikroskopische Untersuchungen zur Gefügebeurteilung 

(Homogenität, Risse etc.) sowie zur Bewertung der Haftung an den Terrakotten 

durchgeführt.


1) Schalenhaftmörtel / Anböschmörtel 

Mikroskopische Untersuchungen 

Der Schalenhaftmörtel ist in die seitlich zugänglichen Risse eingedrungen und haftet gut am 

aufgefächerten Gefüge aus Terrakotta und Gips (Abb. 111). Die maximal erreichte seitliche 

Eindringtiefe beträgt 1,2 mm, wobei der Aufbau der Lockerungszone diese Grenze gesetzt hat. 

Die innerhalb der geschädigten Gefüge vorhandenen Wegsamkeiten sind für die hoch viskosen 

Mörtelsysteme nicht erreichbar. 

Die Homogenität ist stellenweise nicht optimal. Lagenweise sind füllstoffarme Anreicherungen 

von Bindemittel und Pigment zu erkennen. Ursache hierfür ist wahrscheinlich die Auftragstechnik 

mit Feinspachtel und Pinsel in mehreren Arbeitsschritten. 

2) Glättmörtel / Schlämmen 

Mikroskopische Untersuchungen 

Die beiden Mörtelsysteme (Typ I und Typ II in Tabelle 12) weisen ein homogenes Gefüge auf 

und sind rißfrei erhärtet. Die Schichtdicken liegen zwischen 30 µm und 1,5 mm. Die 

mikroskopisch erkennbaren Unterschiede zwischen beiden Systemen sind vernachlässigbar. 

Aus diesem Grund erfolgt die Beschreibung beispielhaft am Typ I: 

In Abb. 112 ist das homogene Gefüge des Mörtels zu erkennen. Die Füllstoffe (Glaskugeln) 

und die Poren sind gleichmäßig verteilt. Die Haftung an den geschädigten Oberflächen ist sehr 

gut. 

Selbst bei der schwierigen Untergrundsituation eines aufblätternden Randbereiches aus 

Schalen und Schuppen ist die Haftung ohne Beanstandungen (Abb. 112 und 113). 

Die mikroskopischen Untersuchungen der Silikasolschlämme (Typ III in Tabelle 12) zeigen 

grundlegende Unterschiede in der Gefügeausbildung gegenüber den Mörtelsystemen. 

Charakteristisch für das kieselige Bindemittel sind breite, meist senkrecht zur Oberfläche 

orientierte Schwindrisse zwischen den Gelplatten (Abb. 114 und 115). Mikroskopisch ist ein 

zweischichtiger Auftrag nachweisbar. In der Grundierungsschicht sind keine Füllstoffe oder 

Pigmente vorhanden, während in der zweiten Schicht Ziegelmehl als Pigment enthalten ist. 

Die Gesamtschichtdicke schwankt zwischen 0,2 und 0,4 mm. Die Haftung an der geschädigten 

Terrakottaoberfläche ist gut. 

Das Ziegelmehl ist weitgehend homogen im Deckanstrich der Schlämme verteilt. 

Stellenweise sind bereits kurze Zeit nach Applikation der Silikasolschlämme Abplatzungen an 

den Terrakottaoberflächen aufgetreten (Abb. 116). 

Die lichtmikroskopische Untersuchung der abgeplatzten dünnen Schale zeigt, daß der Abriß 

nicht innerhalb der Schlämme, sondern in der geschädigten Terrakotta erfolgte (Abb. 117). 

Weiterhin ist zu erkennen, daß die Grundierung eine relativ dicke, schwindrißreiche Schicht auf 

der Terrakottaoberfläche gebildet hat. Hierauf befindet sich der pigmentierte Deckanstrich.



Schalenhaftmörtel / 

Anböschmörtel 

Abb. 111: 

Anböschmörtel am stark 

geschädigten Gefüge der 

Terrakotta. 

Der Mörtel wurde seitlich 

an die aufgefächerte 

Terrakotta angetragen 

(rechter Bildteil, Pfeile). 

Die Haftung ist ohne 

Beanstandungen. 

Innerhalb des Anböschmörtels 

sind jedoch Inhomogenitäten 

durch lagenweise, 

zuschlagarme 

Anreicherungen von 

Bindemittel und Pigment 

zu erkennen. 


Bildhöhe ca.1,7 mm] 


Glättmörtel / Schlämme 

(Typ I) 

Abb. 112: 

Glättmörtel (Pfeile) über 

dem aufgefächerten 

Randbereich einer 

Schale. 

Das Gefüge ist homogen 

und die Haftung an der 

geschädigten Terrakotta 

ist ohne Beanstandungen. 


Bildbreite ca.1,3 mm]




(System I) 

Abb. 113: 

Glättmörtel (System I) an 

der Oberfläche einer 

geschädigten Terrakotta. 

Die Pfeile markieren den 

Glättmörtel, dessen 

Schichtdicke etwa 0,25 

mm beträgt. 

Die Haftung ist ohne 

Beanstandungen. 





(Typ III) 

Abb. 114: 

Silikasolschlämme an 

stark geschädigter Oberfläche 

(Pfeile). Charakteristisch 

für dieses Bindemittel 

sind Schwindrisse 

zwischen den 

„Gelplatten“. 

Als Pigment und Füllstoff 

wurde Ziegelmehl 

verwendet. 



Abb. 115: 

Detail aus Abb. 114 

(90° gedreht): 

Die Grundierung ist nicht 

überall vorhanden. Stellenweise 

befindet sich der 

Deckanstrich unmittelbar 

auf der Terrakotta. 

Die Gesamtschichtdicke 

schwankt zwischen 0,2 

und 0,4 mm. Die Pfeile 

markieren den Deckanstrich. 


Bildbreite ca. 0,7 mm]





(Typ III) 

Abb. 116: 

Detail der Oberfläche 

einer Terrakottaplatte 

nach Applikation der 

Silikasolschlämme. An 

mehreren Stellen sind 

Abplatzungen festzustellen. 

Abb. 117: 

Abgeplatzte Schlämme 

aus Abb. 116 als Querschnitt 

im Lichtmikroskop. 

Die Grundierung (helle, 

rissige Schicht ohne 

Ziegelmehl) ist nicht 

eingedrungen. 

Der helle Saum an der 

Unterseite der Terrakotta 

wird durch Klebstoffreste 

aus der Präparation hervorgerufen. 



Die mikroskopischen Untersuchungen der Schalenhaft- bzw. Anböschmörtel sowie der 

mineralischen Glättmörtel haben gezeigt, daß diese Materialien eine sehr gute Haftung, rißfreie 

Erhärtung und ein überwiegend gleichmäßiges Gefüge aufwiesen. 

Die in den Anwendungsbereichen dieser Systeme besonders ausgeprägten Oberflächen- und 

Gefügeschäden bilden einen komplizierten Untergrund, der aus Terrakotta, Gips sowie 

Schmutzfilmen oder -krusten bestehen kann. Nach mikroskopischen Bewertungskriterien sind 

die untersuchten Stoffsysteme sowohl für die Anböschung von Schalen als auch für die 

Behandlung rückgewitterter Oberflächen geeignet. 

Geringfügige Inhomogenitäten in den Anböschmörteln sind auf Entmischungen zurückzuführen, 

die durch die Applikationstechnik hervorgerufen werden (mehrlagiger Auftrag mit Spatel und 

Pinsel).


Bei den Schlämmen auf Silikasolbasis sind stellenweise bereits nach kurzer Zeit Schäden 

aufgetreten. Aus den mikroskopischen Untersuchungen können Hinweise auf einen Einfluß der 

Schichtdicke der Grundierung auf die Schadensentstehung abgeleitet werden. 

An der abgeplatzten Schale war nachweisbar, daß die Vorbehandlung der Oberflächen mit 

reinem Bindemittel (ohne Füllstoffe und Pigmente) zur Ablagerung dieser Grundierungsschicht 

auf der Terrakotta geführt hat. Ursache hierfür war möglicherweise eine eingeschränkte 

Saugfähigkeit des Untergrundes. Die große Schichtdicke hat wahrscheinlich zu Spannungen 

während der Erhärtung geführt. 

Die dabei auftretenden Scherkräfte hatten die Ablösung dünner Schalen zur Folge, wobei der 

Abriß in der geschädigten Terrakotta erfolgte. Damit war eine der grundlegenden Forderungen 

an die Glättmörtel oder Schlämmen, im Falle fortschreitender Schäden als Opferschicht zu 

dienen, nicht erfüllt. 

An den geschädigten Terrakotta-Medaillonplatten ist stets mit sehr unterschiedlichen Zuständen 

des Untergrundes zu rechnen. Ein System, daß empfindlich auf die Beschaffenheit des 

Untergrundes reagiert, ist für die Konsolidierung nicht geeignet. 

Die mikroskopischen Untersuchungen belegen diese Beeinträchtigung für die Silikasolschlämme. 

Daher ist dieses Material für den vorliegenden Anwendungsfall nicht zu empfehlen.

4. Untersuchungsergebnisse und Diskussion - Ziegelmauerwerk 115 

4.2 Ziegelmauerwerk des Kampischen Hofes in Stralsund 

4.2.1 Thematische Schwerpunkte der durchgeführten mikroskopischen 


Die Übersicht in Tabelle 13 zeigt, zu welchen Themenschwerpunkten am Ziegelmauerwerk 

des Kampischen Hofes mikroskopische Untersuchungen durchgeführt wurden. Außerdem 

wird auf die Gliederungspunkte verwiesen, in denen die Ergebnisse detailliert dargestellt und 

bewertet werden. 

Tabelle 13: Übersicht über die Themenschwerpunkte der mikroskopischen Untersuchungen 

am Ziegelmauerwerk des Kampischen Hofes in Stralsund 

Bauwerksbereich 

Themenschwerpunkte der 



Teilaspekt Gliederungspunkt 

Mikroskopische Charakterisierung des Ziegelmaterials 4.2.2 


Innenmauerwerk 


mikroskopische Schädigungsprofile 

(4.2.3) 

Auswirkungen der Witterung 

auf die NaCl-Kristallisation 

(4.2.4) 


mikroskopische Schädigungsprofile 

(4.2.5) 

Auswirkungen einer Raumklimatisierung 

auf die NaCl- 

Kristallisation (4.2.6) 

- Intakte mittelalterliche Ziegel mit 

Ausblühungen 

- Schädigung mittelalterlicher 

Ziegel durch Gips 

- Schädigung mittelalterlicher 

Ziegel durch NaCl 

- Schädigung der Reparaturziegel 

des 19. Jh. durch NaCl 

- Feuchte Witterung und ergänzende 

Laborversuche 

4.2.3.1 

4.2.3.2 

4.2.3.3 

4.2.3.4 

4.2.4.1 

- Trockene Witterung 4.2.4.2 

- Gips im Schadensbild der 

mittelalterlichen Ziegel 

- NaCl im Schadensbild der 


4.2.5.1 

4.2.5.2 

- Ausgangszustand 4.2.6.1 

- Zustand nach viermonatiger 

Klimatisierung 

Auswirkungen einer Kompressenbehandlung auf die Salze im 

oberflächennahen Porenraum 

Vergleich von Kryo-REM- und 

REM-Untersuchungen zur 

NaCl-Kristallisation (4.2.8) 

4.2.6.2 

4.2.7 

- Kryo-REM-Untersuchung 4.2.8.1 

- REM-Untersuchung 4.2.8.2 

Modell zum Schadensprozeß am Ziegelmauerwerk des Kampischen Hofes 4.2.9


4.2.2 Mikroskopische Charakterisierung des Ziegelmaterials 

Nach den von Heinecke (1993) und Holst (1995) durchgeführten bauhistorischen Untersuchungen 

und Kartierungen können am S-Flügel des Kampischen Hofes anhand visueller 

Kriterien verschiedene Bau- und Reparaturphasen unterschieden werden, denen jeweils 

bestimmte Ziegelvarietäten zuzuordnen sind. Die flächenmäßig größten Anteile nehmen 

mittelalterliche Ziegel und Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts ein. 

Zur Gefügecharakterisierung wurden visuell unterschiedliche Ziegel der wesentlichen Baubzw. 

Reparaturphasen (Mittelalter, 19. Jh.) im Polarisationsmikroskop untersucht. 

Mittelalterliche Ziegel 

In einer glasig-amorphen Grundmasse sind die mineralischen Komponenten eingebettet. Die 

Farben der Ziegelmatrix im mikroskopischen Präparat unterschieden sich trotz gleicher 

Schliffdicke. Sie variieren, auch innerhalb eines Präparates, von gelblich/grünlich über hellbraun 

bis dunkelbraun. Ursache hierfür sind wahrscheinlich Schwankungen im Erdalkaligehalt. 

Höhere Ca-Gehalte führen zu helleren, gelblichen Ziegelfarben. 

Hauptbestandteil der mineralischen Komponenten ist Quarz. Untergeordnet sind auch Feldspäte 

(Plagioklas, Mikroklin), Glimmer (überwiegend Muskovit, vereinzelt Biotit), Gesteinsbruchstücke 

und Hämatitknollen enthalten. Das Größtkorn dieser Magerungsbestandteile 

beträgt etwa 1 mm. Größere Mineralkörner sind meist gerundet, kleinere häufig kantig. 

Glimmer ist nur in einzelnen Proben mikroskopisch nachzuweisen. Franke und Tubbesing 

(1989) nehmen an, daß sich Glimmerbestandteile in Ziegeln bei Brenntemperaturen über 

850° C zersetzen. Ihre Anwesenheit könnte damit als Hinweis auf entsprechend niedrige 

Brenntemperaturen gewertet werden. 

Folgende Gesteinsbruchstücke waren in den untersuchten Ziegeln enthalten: Granit, 

Magmatit, Tonstein, Quarzit, Sandstein, carbonatische Gesteinsbruchstücke. 

Die mittelalterlichen Ziegel weisen charakteristische Gefügeinhomogenitäten auf. Der 

mikroskopisch erkennbare Porenanteil ist stark schwankend und besteht aus sehr unterschiedlichen 

Hohlraum- bzw. Porenformen variierender Größe. Poröse Bereiche mit höheren 

Anteilen grober Mineralkörner können unmittelbar neben dichten Gefügeabschnitten mit 

wenigen, meist kleinen Mineralkörnern vorliegen (Abb. 118). 

Stellenweise treten gerichtete Gefügemerkmale (Quetschstrukturen und Falten im Ton sowie 

Texturen aus länglichen Poren und eingeregelten Mineralkörnern) auf. Sie sind auf das 

Kneten bzw. Einschlagen des Tones während der Handformgebung zurückzuführen. 

Ein weiteres Merkmal der mittelalterlichen Ziegel sind Toneinschlüsse, sogenannte 

Tonlunker. Sie sind rotbraun bis schwarz gefärbt, rundlich bzw. unregelmäßig geformt und 

weisen häufig nur punktuelle Kontakte mit der umgebenden Ziegelmatrix auf (Abb. 119). 

Offenbar tritt an diesen mineralkornarmen Inhomogenitäten während des Ziegelbrandes eine 

starke Volumenkontraktion ein. Durch diese Brennschwindung der Tonlunker entstehen 

zusätzliche Hohlräume im Scherbengefüge. 

Ziegel des 19. Jahrhunderts 

Diese Ziegel, die für Ausbesserungen in geschädigten Partien des Außenmauerwerkes 

verwendet wurden, können mikroskopisch aufgrund ihres höheren Mineralkorngehaltes, der 

erheblich größeren Porosität und des gleichmäßigeren Gefüges von den mittelalterlichen 

Ziegeln unterschieden werden (Abb. 120). 

Der Mineralbestand der Magerungskomponenten ist mit dem der mittelalterlichen Ziegel 

weitgehend identisch.


Kampischer Hof in 

Stralsund 

Ziegelvarietäten 

Abb. 118: 

Mittelalterlicher Ziegel 

Poröses, inhomogenes 

Gefüge. Im rechten Teil 

des Bildes ist der Mineralkorngehalt 

geringer 

als in der linken Hälfte. 


Bildbreite ca.2,6 mm] 

Abb. 119: 


Beispiel für ein relativ 

dichtes Gefüge mit 

einzelnen, größeren 

Hohlräumen. Sie sind 

die Folge des starken 

Schwindens von Toneinschlüssen 

(im Bild 

dunkel) während des 

Ziegelbrandes. 


Bildbreite ca.2,6 mm] 

Abb. 120: 

Ziegel einer Reparatur 

des 19. Jahrhunderts 

Im Vergleich mit den 

mittelalterlichen Ziegeln 

(Abb. 118 und 119) 

wird der höhere 

Mineralkorngehalt und 

die erheblich größere 

Porosität deutlich. 


Bildbreite ca. 2,6 mm]


4.2.3 Gefügeveränderungen und mikroskopische Schädigungsprofile am 


Am Mauerwerk des Kampischen Hofes in Stralsund sind alle für Ziegelbauten des 

Mittelalters typischen Schadensbilder anzutreffen. Die auftretenden Formen wurden in 

speziellen Schadenskartierungen erfaßt (Seebach 1993). Die folgende Beschreibung der 

Schadensbilder an den Ziegeln basiert auf der Terminologie eines Kataloges von Rademacher 

und Seebach (1998), der speziell zur Kartierung von Ziegelmauerwerk erarbeitet 

wurde: 

Schadensform Kurzbeschreibung 

Konvexe Rückwitterung Randzonenverlust, teilweise mit Höckerbildung 

Konkave Rückwitterung Kernverlust 

Innerhalb dieser Hauptformen werden weitere Kriterien unterschieden: 

Abschuppen Ablösung kleiner Ziegelpartikel (Fläche < 1cm 2 ) 

Schalenbildung Ablösung dünner Schalen (Dicke < 1mm bis wenige mm) 

Ablösung dicker Schalen (Dicke mehrere mm bis cm) 

Absanden Ablösung kleiner, kompakter Ziegelpartikel 

Ausblühungen Lockere Aggregate kristalliner Salze 

Krusten Fest anhaftende Schicht an der Ziegeloberfläche 

- Schwarze Gipskrusten in geschützten Bereichen des 

Außenmauerwerkes 

- Salzkrusten am Innenmauerwerk 

Für die mikroskopischen Untersuchungen wurden kleine Stücke intakter sowie geschädigter 

Ziegel des Außenmauerwerks entnommen. Aus dem Probenmaterial wurden Dünnschliffe 

hergestellt und im Polarisationsmikroskop betrachtet. Außerdem erfolgte eine REM/EDX- 

Untersuchung an den mikrorauhen Sägeflächen der eingebetteten Ziegelstücke. An den 

stark geschädigten Reparaturziegeln des 19. Jh. wurden zusätzlich Kryo-REM-Untersuchungen 

nach vor Ort Kryo-Präparation durchgeführt. 

Die Erkenntnisse aus den umfassenden mikroskopischen Untersuchungen haben zu 

folgender Gliederung der Ergebnisse geführt: 

Intakte mittelalterliche Ziegel mit Ausblühungen (4.2.3.1) 

Schädigung mittelalterlicher Ziegel durch Gips (4.2.3.2) 

Schädigung mittelalterlicher Ziegel durch NaCl (4.2.3.3) 

Schädigung der Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts durch NaCl (4.2.3.4) 

4.2.3.1 Intakte mittelalterliche Ziegel mit Ausblühungen 

Diese Ziegel zeigen visuell keine Schäden. Die Oberflächen sind fest. Bei längerer Trockenheit 

im Sommer treten jedoch Salzausblühungen zutage. Dieser Zeitpunkt wurde mit den 

untersuchten Proben erfaßt. 


Im Polarisationsmikroskop ist eine etwa 50-100 µm dicke und kompakte Salzschicht an der 

Ziegeloberfläche nachweisbar (Abb. 121). Die Salzkruste verhält sich optisch isotrop, d.h. sie 

erscheint im einfach polarisierten Licht weiß (Abb. 121) und unter gekreuzten Polarisatoren 

einheitlich grau (Abb. 122). Die Polarisatoren sind in Abb. 122 nicht vollständig gekreuzt. 

Dadurch wird die Salzkruste nicht schwarz, sondern hellgrau wiedergegeben.


Diese Darstellung bietet den Vorteil, daß wichtige Details, z.B. die Unterscheidung der Salze 

vom Einbettungsmittel, besser erkannt werden können. 

In der REM-Untersuchung am Anschnitt zeigt die Salzkruste gegenüber der Ziegelmatrix 

einen sehr hellen Materialkontrast (Abb. 123). Die EDX-Analyse identifiziert das Salz als 

NaCl (Abb. 124). 

Bei den hellen Punkten im Ziegelgefüge handelt es sich nicht um Salz, sondern um 

Ziegelbestandteile (überwiegend Hämatit). 

Bei höherer Vergrößerung kann außerdem nachgewiesen werden, daß der oberflächennahe 

Porenraum salzfrei ist. Die harzgefüllten Poren erscheinen im Materialkontrast schwarz und 

können von den grauen bzw. weißen mineralischen Ziegelbestandteilen unterschieden 

werden (Abb. 125). 

In der PolMi-Aufnahme in Abb. 121 ist ein gelblicher Horizont unter der Oberfläche zu 

erkennen. Durch die REM/EDX-Untersuchung am Anschnitt wird ersichtlich, daß es sich 

hierbei nicht um einen (verdichteten) Salzhorizont handelt. Ursache der Farbunterschiede 

sind wahrscheinlich lokale Schwankungen im Erdalkaligehalt des Ziegels. 


Stralsund (Außenwand) 

Intakter mittelalterlicher 

Ziegel mit Ausblühungen 

Abb. 121: 

Kompakte NaCl-Kruste 

(weiße Schicht) auf intaktem 

Ziegel. Die gelbliche 

Färbung der Ziegelmatrix 

in Oberflächennähe wird 

durch Materialinhomogenitäten 

und nicht durch 

einen Salzhorizont hervorgerufen. 



Abb. 122: 

Gleiche Probenstelle wie 

Abb. 121. 

Salzkruste unter nicht 

vollständig gekreuzten 

Polarisatoren. Das Salz 

erscheint einheitlich grau. 

Dieses optisch isotrope 

Verhalten ist ein 

deutlicher Hinweis auf 

NaCl. 


Bildbreite 1,3 mm]




Intakter mittelalterlicher 

Ziegel mit Ausblühungen 

Abb. 123: 

Die NaCl-Kruste zeigt im 

Unterschied zur Ziegelmatrix 

einen sehr hohen 

Materialkontrast (ersichtlich 

als heller Saum am 

linken Bildrand). Der 

oberflächennahe Porenraum 

ist nicht durch Salzkristallisation 

verdichtet. 


sägerauhen Anschnitt] 

Abb. 124: 

Elementspektrum der 

hellen Kruste in Abb. 123: 

Es sind nur Na und Cl 

nachweisbar. Dieser 

Elementbestand ist 

charakteristisch für NaCl. 


Abb. 125: 


Oberflächennaher Porenraum 

bei höherer Vergrößerung. 

Die Wegsamkeiten 

sind offen, die 

Poren (im Bild dunkel 

aufgrund des geringen 

Materialkontrastes des 

Einbettungsmittels) sind 

nicht durch Salze 

verstopft. 


sägerauhen Anschnitt]



Für die intakten mittelalterlichen Ziegel ist charakteristisch, daß bei trockener Witterung 

Salzausblühungen an den Ziegeloberflächen auftreten. Die Salzkrusten konnten im PolMi 

sowie mittels REM/EDX zweifelsfrei als NaCl identifiziert werden. 

Die Ziegelgefüge sind intakt und der Porenraum ist nicht durch Salze verdichtet. Es sind 

Wegsamkeiten bis zur Oberfläche vorhanden. Gips konnte in den untersuchten Proben 

mikroskopisch nicht nachgewiesen werden. 

Mit diesen Kenntnissen können die vorliegenden chemischen Salzanalysen interpretiert 

werden. Von Neumann (1993) wurde ein hoher Gehalt an leicht löslichen Salzen nachgewiesen, 

der im gesamten untersuchten Tiefenprofil (10 cm) etwa gleichbleibend hoch ist 

(Chlorid 1,3 M%, Nitrat: 0,3 M%). Der Gipsgehalt im oberflächennahen Tiefensegment 

(0-1,5 mm) ist sehr gering (




Schädigung mittelalterlicher 


Abb. 126: 

Schalenbildung an einem 

mittelalterlichen Ziegel. 

Das Schadensbild zeigt 

starke Analogien zum 

Stadium II der Terrakottaverwitterung 

(vgl. Abb. 67). 

In der abgelösten Schale im 

oberen Teil des Bildes sind 

zahlreiche helle Gipsbänder 

(markiert durch Pfeile) 

zwischen Ziegellamellen zu 

erkennen. 

Auch im Randbereich hinter 

der Schale ist bereits Gips 

im Ziegelgefüge vorhanden 

(kurze, helle Bänder, 

markiert durch Pfeile). 


Bildhöhe ca. 2,5 mm]






Abb. 127: 

Schalenbildung in der 

REM-RE-Darstellung. 

Das Ziegelgefüge ist an 

zahlreichen Stellen innerhalb 

der Schale sowie im 

Ziegel hinter der Schale 

verdichtet. Diese Bereiche 

weisen eine hohe 

Rückstreuintensität auf 

(hell). 



Abb. 128: 

Detail eines dichten 

Gefügebereiches aus 

Abb. 127. 

Die Verdichtung des 

Porenraumes wird durch 

Gipsabscheidung hervorgerufen 

(EDX-Analyse s. 

Abb. 130). 



Abb. 129: 

Detail eines unveränderten 

Gefügebereiches 

aus Abb. 127 (gleiche 

Abbildungsbedingungen 

wie Abb. 128). 

Im Materialkontrast erscheinen 

die vorhandenen 

Poren aufgrund der Tränkung 

mit organischem 

Harz schwarz. 









Abb. 130: 

Vergleich der integralen 

Elementspektren der Abb. 

128 (rote Kurve) und Abb. 

129 (blaue Kurve). 

Ca und S treten nur im 

Bildbereich von Abb. 128 

auf. Die Verdichtung des 

Porenraumes wird folglich 

durch Gips hervorgerufen. 


Abb. 131: 

Ziegelgefüge 2 cm 

unterhalb der Oberfläche 

(hinter der Schale). Es 

sind zahlreiche salzfreie 

Risse vorhanden, die 

wahrscheinlich durch 

Frosteinwirkung auf 

gestaute Feuchte entstanden 

sind. 

Durch die Schädigung ist 

eine Sekundärporosität 

entstanden (vgl. Abb. 129, 

gleiche Vergrößerung). 



Das vorgefundene mikroskopische Schadensbild ist durch die Ablösung einer dünnen, 

vergipsten Ziegelschale und erste Gefügeschäden durch Risse im Ziegel hinter der Schale 

gekennzeichnet. Derartige Profile wurden bereits an geschädigten Terrakotten im Fassadenbereich 

beobachtet und beschrieben (vgl. Gliederungspunkt 4.1.6.2). 

Die Gipsanreicherung im geschädigten Gefügeabschnitt wird durch die chemischen Salzanalysen 

von Neumann (1993) bestätigt. Im Tiefensegment 0-1,5 mm, also unmittelbar an 

der Oberfläche, beträgt der Gipsgehalt 9,5 M%. In 4,5 mm Tiefe liegt der Gipsgehalt bereits 

unter 0,1 M% und bleibt im Tiefenprofil auf diesem niedrigen Niveau. 

Der Gehalt an löslichen Salzen ist ebenfalls erhöht (Chlorid 0,5 M%, Nitrat 0,3 M%), zeigt 

aber eine fast gleichmäßige Verteilung über die gesamte analysierte Tiefe von etwa 12 cm. 

Aus den vorliegenden Gefügeschäden und der Gipsverteilung kann geschlossen werden, 

daß Frosteinwirkung auf hinter dem Gipshorizont gestaute Feuchte als Schadensursache 

anzusehen ist (vgl. hierzu Gliederungspunkt 4.1.8: Modell zum Schadensprozeß an Bauterrakotten 

im Fassadenbereich in Gegenwart von Gips).


4.2.3.3 Schädigung mittelalterlicher Ziegel durch NaCl 

Das visuelle Schadensbild der betroffenen Ziegel wird durch Absanden sowie durch die 

Ablösung feiner Schuppen bestimmt (Abb. 132). 

Ausblühungen treten an diesen Ziegeloberflächen auch bei länger anhaltender, trockener 

Witterung nicht auf. 


In der geschädigten Außenzone des Ziegels ist ein oberflächenparalleles Rißsystem vorhanden 

(Abb. 133). Der überwiegende Teil der Risse ist salzfrei. Bei höherer Vergrößerung 

ist jedoch zu erkennen, daß einzelne, schmale Teilbereiche der Risse am oberflächenabgewandten 

Ende des Rißsystems Salz enthalten (Abb. 134). Aufgrund seines optisch 

isotropen Verhaltens im PolMi kann das Salz als NaCl identifiziert werden. 

Gips war mikroskopisch nicht nachweisbar. 





Abb. 132: 

Schalen- und Schuppenablösung 

an einem mittelalterlichen 

Ziegel. 

Die mikroskopischen Untersuchungen 

wurden an einer 

Probe durchgeführt, die in 

der erkennbar geschädigten 

linken, unteren Ecke 

entnommen wurde.


Interpretation und Bewertung: 





Abb. 133: 

In der geschädigten 

Außenzone des Ziegels 

sind zahlreiche oberflächenparallele 

Risse 

vorhanden. Am linken 

Bildrand ist NaCl (weiß, 

markiert durch Pfeil) in 

einem Riß zu erkennen. 



Abb. 134: 

Oberflächenparallele 

Risse bei höherer 

Vergrößerung. Der durch 

die Bildmitte verlaufende 

Riß ist fast vollständig mit 

NaCl verfüllt (weißes 

Band, markiert durch 

Pfeile). 



Im Gegensatz zu intakten mittelalterlichen Ziegeln mit witterungsabhängigen Ausblühungen 

treten an den erkennbar geschädigten Ziegeln auch im Sommer meist keine Salze an den 

Ziegeloberflächen zutage. Die Salzgehalte sind jedoch in beiden Fällen etwa gleich hoch. An 

den intakten mittelalterlichen Ziegeln mit zyklischen Ausblühungen wurden Werte von 

1,6 M% und an den geschädigten mittelalterlichen Ziegeln Salzgehalte bis 1,5 M% (jeweils 

Chlorid + Nitrat) ermittelt (Neumann 1993 bzw. Freyburg 1996c). Die Gipsgehalte liegen in 

beiden Fällen unter 0,1 M%. 

Die Ursachen der unterschiedlichen Erhaltungszustände bei vergleichbaren Salzgehalten 

werden durch die mikroskopischen Untersuchungen deutlich: Der geschädigte Ziegel weist 

ein oberflächenparalleles Rißsystem auf, in dem NaCl kristallisiert. 

Damit konnte nachgewiesen werden, daß sich die Kristallisationsfront im geschädigten 

Abschnitt des Ziegelgefüges befindet. Zyklische NaCl-Kristallisation führt zu einem allmählichen 

Verlust von Ziegelschuppen bzw. dünnen Schalen.


4.2.3.4 Schädigung der Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts durch NaCl 

Diese Ziegel sind in einer größeren Teilfläche der S-Wand wahrscheinlich im Zuge von 

Reparaturarbeiten vermauert worden und zeigen als charakteristisches Schadensbild eine 

konvexe Rückwitterung durch Absanden und Abschuppen (Abb. 135). 

Salzausblühungen treten an den Oberflächen dieser Ziegelvarietät auch bei länger anhaltender, 

trockener Witterung nicht auf. 


Im Gliederungspunkt 4.2.2 wurde bereits gezeigt, daß diese Ziegel einen deutlich höheren 

Anteil an mineralischen Komponenten und eine höhere Porosität als die mittelalterlichen 

Ziegel aufweisen (Abb. 120). 

Erste Hinweise auf die Ursachen der dominierenden Schadensform Absanden liefern die 

Untersuchungen im Polarisationsmikroskop. Der oberflächennahe Gefügeabschnitt ist bis in 

eine Tiefe von etwa 1 mm durch eine starke Auflockerung gekennzeichnet (Abb. 136). Der 

Ziegel zerfällt in einzelne, sehr kleine Partikel, die untereinander kaum in Verbindung stehen. 

Salze sind in der stark zerstörten Außenzone jedoch nur sehr vereinzelt vorhanden. 

Im vergleichsweise intakten Gefüge hinter der stark gelockerten Außenzone ist in 2-3 mm 

Tiefe ein Salzhorizont nachweisbar (Abb. 137). Ein Großteil des Porenraums des Ziegels ist 

mit NaCl gefüllt. 

Gips war mikroskopisch nicht nachweisbar. 

Durch die Untersuchung des Anschnittes im REM wird neben den Gefügeschäden auch die 

Salzverteilung im Ziegel deutlich. Die vorgefundenen Verhältnisse sind durch 3 Abbildungen 

dokumentiert, die in unterschiedlicher Entfernung von der Oberfläche aufgenommen wurden. 

Im oberflächennahen Gefügeabschnitt (bis in 1 mm Tiefe) ist die Auflösung des Gefüges in 

einzelne Partikel zu erkennen (Abb. 138). Die Zwischenräume sind salzfrei. Hinter der stark 

geschädigten Außenzone ist in etwa 2 mm Tiefe ein NaCl-Kristallisationshorizont im noch 

überwiegend ungeschädigten Gefüge vorhanden (Abb. 139). Hieran schließt sich das 

intakte, salzfreie Gefüge an (Abb. 140). 

Schließlich wurde eine Kryo-REM-Untersuchung an einem vor Ort kryo-präparierten Ziegelstück 

durchgeführt. Der NaCl-Kristallisationshorizont ist deutlich erkennbar (Abb. 141). Er 

befindet sich unterhalb der Oberfläche in etwa 1 bis 2 mm Tiefe.




Schädigung der Rep.ziegel 


Abb. 135: 

Charakteristisches Schadensbild 

an den 

Reparaturziegeln einer 

Mauerwerksausbesserung 

um 1850: Konvexe 

Rückwitterung durch 

Absanden, stellenweise 

Schuppenbildung. 

Abb. 136: 

Mikroskopisches Schadensbild 

des sandenden 

Ziegels in Abb. 135. 

Das Ziegelgefüge zerfällt 

in der Außenzone in sehr 

kleine Partikel (Oberfläche 

links im Bild). Kristalline 

Salze sind nicht vorhanden. 



Abb. 137: 

Weitgehend intaktes 

Ziegelgefüge in etwa 2 mm 

Tiefe. 

Im Porenraum des gelbbraunen 

Bereiches im 

Zentrum des Bildes ist 

kristallines NaCl als weiße 

Zwickelfüllung erkennbar. 


Bildbreite 1,3 mm]






Abb. 138: 

Stark gelockertes Gefüge 

in der sandenden Außenzone. 

Zwischen den 

Ziegelpartikeln sind keine 

Salze vorhanden (vgl. Abb. 

139 und 140). 



Abb. 139: 

Ziegelgefüge hinter der 

stark gelockerten Außenzone 

(Tiefe etwa 2 mm). 

Es befinden sich erhebliche 

Mengen kristallines 

NaCl im Porenraum des 

noch intakten Gefüges 

(weiße Bereiche). 



Abb. 140: 

Intaktes, salzfreies Gefüge 

in 2 cm Tiefe. 

Der helle Bereich in der 

Nähe der Bildmitte ist ein 

Hämatitkorn. 








Abb. 141: 

Kryo-REM-Serie, 

aufgenommen an einer vor 

Ort kryo-präparierten 

Bruchfläche (Bildhöhe 

etwa 2,5 mm). 

Unmittelbar an der Oberfläche 

(im Bild oben) ist ein 

einzelnes NaCl-Aggregat 

vorhanden. Der größte Teil 

des NaCl kristallisiert 

jedoch im Inneren des 

Ziegels (Pfeile). 

Durch die Unterschiede im 

Materialkontrast kann das 

hell erscheinende NaCl gut 

vom dunkleren Ziegel 

unterschieden werden. 

Damit ist es möglich, die 

Lage der Kristallisationsfront 

im Inneren des 

Ziegels zu lokalisieren. 

[Kryo-REM-RE-Aufnahme, 




Die größten Schäden des gesamten Außenmauerwerkes treten im Bereich einer Reparatur 

des 19. Jahrhunderts auf. 

Das hierfür verwendete Ziegelmaterial weist eine hohe Porosität und Wasseraufnahme, 

einen hohen w-Wert (10-25 kg/m 2 h 0,5 ) sowie niedrige Festigkeiten auf und ist als nicht frostbeständig 

einzustufen (Freyburg 1997). 

In den chemischen Salzanalysen wurden in der Schadenszone sehr hohe NaCl-Konzentrationen 

bis 4,7 M% ermittelt (Neumann 1993). Der Feuchtegehalt zum Beprobungszeitpunkt 

betrug etwa 1,5 Gew.% und lag damit auf einem niedrigen Niveau. 

Durch die mikroskopischen Untersuchungen konnte die starke Rückwitterung dieser Ziegel 

auf folgende Ursachen zurückgeführt werden: 

Aus der hohen Porosität resultiert die Eigenschaft, rasch große Mengen Wasser bzw. Salzlösung 

aufzunehmen und zu transportieren. In umgekehrter Richtung kann eine Salzlösung 

rasch Wasser abgeben und damit übersättigen. 

Dieses spezifische Verhalten hat Einfluß auf die Lage der Kristallisationsfront. Ein Gleichgewicht 

zwischen der Verdunstungsrate der Salzlösung und dem Lösungstransport über das 

Kapillarsystem des Ziegels stellt sich bereits unterhalb der Ziegeloberfläche ein. Das hat zur 

Folge, daß NaCl nicht als Ausblühung an der Oberfläche, sondern im Porenraum des Ziegels 

kristallisiert. 

Wesentlich ist, daß die Kristallisation überwiegend hinter der stark geschädigten, sandenden 

Außenzone im noch weitgehend intakten Gefüge erfolgt. Unter den Bedingungen am 

Außenmauerwerk wird die Gleichgewichtsfeuchte von NaCl (75 %) vor allem im Sommer 

mehrfach durchlaufen. Bei der Überschreitung geht zuvor ausgeschiedenes NaCl in Lösung, 

bei Unterschreitung erfolgt NaCl-Kristallisation. Dabei entstehen zyklisch Drücke, die 

Gefügelockerungen und irreversible Dehnungen hervorrufen. Durch das sukzessive 

Absanden gelockerter Ziegelpartikel wandert die Kristallisationsfront kontinuierlich nach 

innen. Die vorliegenden Rückwitterungstiefen von über 9 cm belegen den sehr dynamischen 

Verlauf dieses Prozesses. 

Die vorliegende Schadensform Absanden ist das charakteristische Erscheinungsbild einer 

Schädigung durch leicht lösliche Salze. 

Frost ist aufgrund der hohen Salzgehalte und der damit verbundenen Gefrierpunkterniedrigung 

als Schadensursache wahrscheinlich von untergeordneter Bedeutung. 

Der Gipsgehalt beträgt 0,3 M% und spielt im Schadensprozeß keine Rolle.


4.2.4 Einfluß der Witterung auf die NaCl-Kristallisation am Außenmauerwerk 

Für diese Untersuchungen wurden an der S-Wand des Kampischen Hofes Ziegelstücke der 

verschiedenen Varietäten bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen entnommen und 

nach vor Ort Kryo-Präparation im REM untersucht. 

Die Proben repräsentieren typische klimatische Verhältnisse am Bauwerk, deren Einfluß auf 

die Feuchte- und Salzverteilung in den Ziegeln zu bewerten war. 

Zusätzlich wurden an Teilstücken im Labor bestimmte Feuchtezustände erzeugt und anschließend 

mikroskopisch untersucht. 

Feuchte Witterung und ergänzende Laborversuche (4.2.4.1) 

• Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts (Salz- und Feuchtegehalt nicht bestimmt) 

Kryo-REM-Untersuchung nach vor Ort Kryo-Präparation 

• Mittelalterliche Ziegel (Salz- und Feuchtegehalt nicht bestimmt) 

Kryo-REM-Untersuchung nach 

- vor Ort Kryo-Präparation 

- Lagerung und damit Trocknung im Labor 

- Entsalzung und Einwirkung von Kondensationsfeuchte 

Trockene Witterung (4.2.4.2) 

• Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts (Chlorid 2,9 M%, Nitrat: 0,3 M%) 


• Mittelalterliche Ziegel (Chlorid 0,5 M%, Nitrat: 0,3 M%) 


4.2.4.1 Feuchte Witterung und ergänzende Laborversuche 

Die Probenentnahme erfolgte am zweiten Tag einer länger anhaltenden Niederschlagsperiode 

im Spätherbst bei einer Außentemperatur von etwa +3°C. Während der Beprobung 

fiel Regen, die Entnahmestellen waren jedoch nicht der direkten Beregnung ausgesetzt. 

Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts - Mikroskopische Beschreibung 

Im Porenraum der Reparaturziegel des 19. Jahrhunderts, die während einer Regenperiode 

entnommen, vor Ort kryo-präpariert und anschließend im Kryo-REM untersucht wurden, 

traten zahlreiche wabenförmige Strukturen auf (Abb. 142). Neben dieser auffälligen Form 

war die hohe Rückstreuintensität (Helligkeit) in der RE-Abbildung charakteristisch. Durch die 

EDX-Analyse konnten in den Waben hohe Na- und Cl-Gehalte nachgewiesen werden (Abb. 

143). NaCl-Formen mit erkennbaren Kristallflächen traten nicht auf. 

Mittelalterliche Ziegel - Mikroskopische Beschreibung 

Unmittelbar nach der Entnahme wurden die Ziegelproben in 3 Teile geteilt. 

Am ersten Teilstück erfolgte, nach Kryo-Präparation vor Ort, die Untersuchung im Kryo- 

REM:


Im Porenraum der mittelalterlichen Ziegel traten ähnliche Strukturen auf, die bereits an den 

Reparaturziegeln des 19. Jh. festgestellt wurden (Abb. 144). 

Kennzeichnend waren Menisken und schmale Stege, in denen erhöhte Na- und Cl-Gehalte 

nachweisbar waren. 

Ein zweites Teilstück wurde an der Laborluft gelagert und nach 7 Tagen auf herkömmliche 

Weise im REM untersucht: 

Im Porenraum dieses Ziegelstückes war an zahlreichen Stellen kristallines NaCl vorhanden 

(Abb. 145). Die hypidiomorphen Kristallformen näherten sich den Gleichgewichtsformen. 

Außerdem wiesen die Porenwandungen rauhere Oberflächen als die kryo-präparierten Teilstücke 

auf. Salzfilme waren fast nicht mehr vorhanden. 

Das dritte Teilstück wurde viermal 1,5 Stunden in 100 ml deionisiertem Wasser entsalzen 

und anschließend in einer teilweise wassergefüllten Box auf einem Gitter oberhalb des 

Wasserspiegels gelagert. Nachdem Kondenswasserbildung an der Ziegeloberfläche zu 

erkennen war, erfolgte nach Kryo-Präparation die Untersuchung einer frischen Bruchfläche 

im Kryo-REM. 

Auf den Wandungen größerer Poren konnten Wasserfilme erkannt und abgebildet werden 

(Abb. 146). Aufgrund ihrer geringen Rückstreuintensität erscheinen sie dunkler als der 

Ziegel. Charakteristisch ist auch der Elementbestand. In der EDX-Analyse zeigen Wasserfilme 

nur einen O-Peak (Abb. 147). 

Bei den gegebenen Feuchteverhältnissen waren größere Poren durch Wasserfilme ausgekleidet, 

d.h. oberflächlich benetzt. Kleinere Kapillarporen und feine Risse waren meist 

wassergefüllt. 

4.2.4.2 Trockene Witterung 

Die Probenentnahme erfolgte während einer längeren Trockenperiode im Sommer an den 

gleichen Ziegeln, die bereits bei regnerischem Wetter untersucht wurden. 

Mittelalterliche Ziegel mit geringerem Salzgehalt - Mikroskopische Beschreibung 

Bereits visuell waren an den Ziegeloberflächen starke Ausblühungen zu erkennen, die in der 

Regenperiode nicht vorhanden waren. 

Abb. 148 zeigt die Kryo-REM-Aufnahme einer Bruchfläche senkrecht zur Oberfläche. Die 

Ausblühungen liegen als kompakte, etwa 100 µm dicke Salzschicht auf dem Ziegel. Über die 

hohe Rückstreuintensität und die EDX-Analyse konnte nachgewiesen werden, daß es sich 

um eine NaCl-Kruste handelt. 

Im Gegensatz zur Feuchtperiode sind im Porenraum keine Salzwaben oder -stege 

vorhanden. Na und Cl sind mit der EDX praktisch überall nachweisbar, aber nicht lokalisierbar. 

Reparaturziegel 19. Jh. mit hohem Salzgehalt - Mikroskopische Beschreibung 

Dieses Ziegelmaterial zeigt trotz hoher Gehalte leicht löslicher Salze auch in Trockenperioden 

keine Ausblühungen. 

Im Unterschied zu den mittelalterlichen Ziegeln ist im Porenraum der Reparaturziegel des 

19. Jahrhunderts unter gleichen Beprobungs- und Untersuchungsbedingungen kristallines 

NaCl nachweisbar (vgl. Abb. 141).




Feuchte Witterung 

Abb. 142: 

Reparaturziegel 19. Jh. 

Charakteristisch sind 

wabenförmige Salzstrukturen 

im Porenraum 

des Ziegels (EDX-Analyse 

s. Abb. 143) 


Bruchfläche ⊥ Oberfläche] 

Abb. 143: 

Reparaturziegel 19. Jh. 

EDX-Spotmessung in den 

Waben in Abb. 142. 

Es sind hohe Na- und Cl- 

Gehalte nachweisbar. 

Folglich handelt es sich um 

NaCl-Strukturen. 


Abb. 144: 


Stege und Menisken 

(markiert durch Pfeile) im 

Porenraum. 

Auch in diesen, gegenüber 

Abb. 142 weniger 

ausgeprägten Strukturen, 

sind die Na- und Cl- 

Gehalte erhöht. 

[Kryo-REM-SE-Aufnahme, 

Bruchfläche ⊥ Oberfläche]




Probenlagerung im Labor 

und herkömml. REM-Unt. 

Abb. 145: 


NaCl-Kristalle im Porenraum. 

Die Porenwandungen 

sind rauh, Salzfilme 

oder Salzwaben treten 

nicht auf (vgl. Abb.144, 

gleiches Probenmaterial im 

Kryo-REM). 




Stralsund 

Kondensationsfeuchte 

Abb. 146: 


Wasserfilme am Boden 

einer aufgebrochenen, 

länglichen Pore. Aufgrund 

der geringen Rückstreuintensität 

unterscheiden 

sich die dunklen Strukturen 

des Wassers gut von der 

Ziegelmatrix (EDX-Analyse 

s. Abb. 147). 



Abb. 147: 


EDX-Spotmessung der 

dunklen Strukturen am 

Boden der Pore in Abb. 

146. 

In der EDX-Analyse zeigen 

Wasserfilme lediglich einen 

O-Peak. 

[EDX-Spektrum]





Trockene Witterung 

Abb. 148: 


Salzkruste an der Außenseite 

des Ziegels. Die 

kompakte NaCl-Kruste ist 

als helle Auflagerung an 

der Ziegeloberfläche zu 

erkennen. 



Länger anhaltende hohe Luftfeuchtigkeiten, die für Schlechtwetterperioden typisch sind, 

führen auch an nicht schlagregenexponierten Ziegeloberflächen zu einem Verschwinden der 

NaCl-Ausblühungen. 

Die Kryo-REM-Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die leicht löslichen Salze bei hohen 

Luftfeuchtigkeiten ins Innere der Ziegel zurückziehen. Im Porenraum treten Salzwaben bzw. 

Salzstege auf, deren Entstehung noch nicht geklärt ist. Möglicherweise handelt es sich um 

Entmischungsartefakte, die während des Einfriervorganges an gering gesättigten 

Salzlösungen entstanden sind. Aufgrund einer zu geringen Abkühlgeschwindigkeit konnte 

die Salzlösung nicht in situ fixiert werden. An einigen Stellen deuten Negativabdrücke von 

(Eis?)-Kristallen als Wabenformen darauf hin, daß Wasser aus der Lösung abgegeben 

wurde und zwischen den Salzstegen gefroren ist. 

Es bleibt die Frage offen, warum diese Eiskristalle in den Waben nicht vorgefunden wurden. 

Trotz hoher Luftfeuchtigkeit und hoher Salzgehalte war keine Salzlösung im Porenraum der 

Ziegel nachweisbar. Als Erklärung kann folgende Beobachtung während der vor Ort Kryo- 

Präparation herangezogen werden: Die ersten 2-3 mm der mittelalterlichen Ziegel wiesen ein 

hellere Färbung als der dahinter befindliche Scherben auf. Bei Raumtemperatur nahmen die 

Ziegel nach kurzer Zeit eine gleichmäßig helle Färbung an. Das bedeutet, daß die 

oberflächennahe Schicht bei der Probenentnahme trockener war als tiefere Materialabschnitte. 

Diese Vermutung wird durch die Untersuchungen von Neumann (1993) zur Salzverteilung 

gestützt, aus denen sich Anhaltspunkte für einen Rückzug der Salzlösung bei feuchter 

Witterung ins Innere der Ziegel ergaben. An einigen Proben traten im zweiten untersuchten 

Tiefensegment (5-10 mm) höhere Gehalte an leicht löslichen Salzen als im ersten Segment 

(0-5 mm) auf. 

Die Kryo-REM-Untersuchungen wurden jedoch stets im vordersten, trockeneren Ziegelstück 

durchgeführt (Segment 0-5 mm). 

Während der Trockenperioden führen die höheren Tagestemperaturen und die geringere 

Luftfeuchtigkeit zu NaCl-Ausblühungen an den Ziegeloberflächen. Bei diesen Witterungsverhältnissen 

treten im Porenraum keine Entmischungsartefakte in Form von Salzwaben 

oder -stegen auf. Na und Cl sind mit der EDX in geringen Mengen nachweisbar, aber nicht 

lokalisierbar.


Die Lagerung einer bei feuchter Witterung entnommenen Ziegelprobe im Labor hat zur 

NaCl-Kristallisation im Porenraum geführt. Die hypidiomorphen Formen der NaCl-Kristalle 

nähern sich den Gleichgewichtsformen und sind charakteristisch für Trocknungsartefakte. 

Damit unterscheiden sich die Ergebnisse dieser herkömmlichen REM-Untersuchung 

grundlegend von denen der Kryo-REM-Untersuchung. In Gegenwart leicht löslicher Salze 

und hoher Materialfeuchte führen Transport und Lagerung zu Veränderungen im Probenmaterial. 

Eine herkömmliche Probenbehandlung und REM-Untersuchung erfaßt bezüglich 

Salzmorphologien und Salzverteilung nicht die Verhältnisse, die zum Beprobungszeitpunkt 

im Porenraum des Ziegels vorgelegen haben. Die Folgen sind Fehlinterpretationen. 

Feuchtigkeit, die an der Ziegeloberfläche kondensiert und Wassertropfen bildet, wird vom 

porösen Ziegel kapillar aufgenommen und kann als Wasserfilm auf Porenwandungen sowohl 

morphologisch (SE-Abbildung) als auch durch den Materialkontrast (RE-Abbildung) und über 

das charakteristische EDX-Spektrum sicher nachgewiesen und von Ziegelbestandteilen oder 

Salzlösung unterschieden werden. 

An den Wandungen größerer Poren bilden sich Wasserfilme. Kleinere Kapillarporen und 

feine Risse sind meist wassergefüllt. 

4.2.5 Gefügeveränderungen und mikroskopische Schädigungsprofile am Innenmauerwerk 

Nicht nur an den Ziegeln des Außenmauerwerkes treten Schäden auf, sondern auch an 

denen der Innenwände. Es können folgende Hauptschadensbilder am Innenmauerwerk 

unterschieden werden: 

• Oberflächenparallele bis konkave Rückwitterungen durch Absanden, teilweise in Verbindung 

mit Schalen- oder Schuppenbildung. Im fortgeschrittenen Stadium betragen die 

Rückwitterungstiefen bis 5 cm. 

• Salzausblühungen (NaCl). Ziegel mit sehr geringen Ausblühungen und Ziegel mit 

flächendeckenden Salzkrusten befinden sich in umittelbarer Nachbarschaft. 

Zur Differenzierung dieser Schadensbilder wurden folgende Kriterien definiert, statistisch 

erfaßt und in Kartierungen dokumentiert: 

Nomenklatur Kriterium 

h bzw. d Einteilung der „Ziegelvarietäten“ in helle und dunkle Ziegel 

M bzw. O Unterscheidung von Ziegeln mit und ohne Materialverlust 

30, 30-70, 70 Grad der Salzausblühungen (prozentualer Anteil auf den Oberflächen; 

30: gering (< 30%); 30-70: mittel (30-70%); 70: stark (>70%) 

S Schalenbildung 

K Krusten 

T Texturen 

Damit war es möglich, ungeschädigte und geschädigte Ziegel unter Berücksichtigung 

vorhandener Ausblühungen nicht nur visuell zu unterscheiden, sondern auch quantitativ zu 

erfassen und gezielt zu untersuchen: 

O / x / h oder d bzw. M / x / h oder d (x : 30; 30-70, 70) 

Die detaillierte Darstellung der mikroskopischen Untersuchungsergebnisse zu den Schädigungsprozessen 

am Innenmauerwerk wird nach folgender Gliederung vorgenommen: 

Gips im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel (4.2.5.1) 

NaCl im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel (4.2.5.2)


Alle untersuchten Proben stammen von der südlichen, fensterlosen Innenwand des 

S-Flügels des Kampischen Hofes (1. und 2. OG). Dieser unbeheizte Gebäudeteil wurde in 

der Vergangenheit überwiegend als Speicher genutzt. Die Fensteröffnungen im Mauerwerk 

(N- und O-Wand) sind meist nicht verglast. Aufgrund des ungehinderten Zutritts der Außenluft 

ist im Winter also auch im Innenraum mit Frost zu rechnen. 

Durch mikroskopische Untersuchungen sollten Gefügeveränderungen festgestellt und 

beschrieben und hinsichtlich der Ursachen interpretiert werden. 

Aufgrund der Erfahrungen am Außenmauerwerk standen Kryo-REM-Untersuchungen nach 

vor Ort Kryo-Präparation im Vordergrund. Außerdem wurden von allen Proben Dünnschliffe 

angefertigt und im Polarisationsmikroskop untersucht. Die zugehörigen Anschnitte standen 

für REM/EDX-Untersuchungen zur Verfügung. 

4.2.5.1 Gips im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel 


Die unterschiedlichen Erscheinungsformen des Gipses und deren Auswirkungen werden an 

den folgenden 3 Beispielen dargestellt: 

1. Abb. 149 zeigt einen mittelalterlichen Ziegel, an dessen Oberfläche stellenweise Salzausblühungen 

vorhanden sind. Bei der Untersuchung im Polarisationsmikroskop stellte 

sich heraus, daß hier eine zweischichtige Kruste vorliegt (Abb. 150 und 151). Unmittelbar 

auf dem Ziegel befinden sich leistenförmige, idiomorphe Gipskristalle (Kristallitgröße bis 

0,1 mm), die von einer NaCl-Schicht überlagert werden. Durch die charakteristischen 

morphologischen und kristalloptischen Eigenschaften der beiden Salze ist die Identifizierung 

und Unterscheidung bereits im PolMi möglich. NaCl ist optisch isotrop und 

erscheint unter gekreuzten Polarisatoren einheitlich grau, während der doppelbrechende 

Gips aufgrund der verschiedenen Orientierungen der Kristallindividuen Färbungen 

zwischen weiß und dunkelgrau aufweist (Abb. 151). 

Durch die Untersuchung des Anschnittes im REM wird deutlich, daß im Porenraum des 

Ziegels unter der Salzkruste keine Salzanreicherungen vorliegen (Abb. 152). 

2. Gipsanreicherungen treten auch in Gefügeinhomogenitäten auf. Dabei ist Gips überwiegend 

in Rissen, größeren Poren und Hohlräumen lokalisiert (Abb. 153). Charakteristische 

Morphologien sind leistenförmige, hypidiomorphe bis idiomorphe Kristalle. Die 

Porosität der umgebenden Ziegelmatrix ist nicht reduziert. 

Häufig ist in den betreffenden Hohlräumen neben Gips auch kristallines NaCl vorhanden 

(Abb. 153). 

3. Grundlegend andere Verhältnisse bezüglich der Lokalisierung des Gipses und seiner 

Auswirkungen zeigt das folgende Beispiel: 

Im Polarisationsmikroskop ist kein Gips an der Ziegeloberfläche nachweisbar (Abb. 154). 

Die Helligkeitsunterschiede der Ziegelmatrix sind angesichts der häufig auftretenden 

Farbschwankungen der mittelalterlichen Ziegel kein spezifischer Nachweis für Gips. 

Durch die Untersuchung des zugehörigen Anschnittes im REM kann, aufgrund des 

Materialkontrastes in der RE-Abbildung, eine Verdichtung des oberflächennahen Porenraumes 

erkannt werden (Abb. 155 und 156). Aus der EDX-Analyse ist ersichtlich, daß in 

den Poren des Ziegels feinkristalliner Gips abgeschieden wurde (Abb. 157). Der betroffene 

Gefügeabschnitt beginnt 0,5 mm unter der Oberfläche und ist 2-3 mm breit. 

Weder innerhalb des gipsverdichteten Abschnittes noch in den angrenzenden Ziegelbereichen 

liegen Gefügeschäden vor (Abb. 158).



Stralsund (Innenwand) 

Gips im Schadensbild der 


Abb. 149: 

Mittelalterliche Ziegeloberfläche 

mit einzelnen 

Salzausblühungen. Der 

Pfeil kennzeichnet die 


In der Umgebung des 

Bohrloches (Trockenbohrung) 

sind eventuell 

vorhandene Ausblühungen 

durch Bohrmehl verdeckt. 

Abb. 150: 

Salzkruste (weiß) auf 

Ziegel. 

Bereits im einfach polarisierten 

Licht sind morphologische 

Unterschiede 

innerhalb der Salzkruste zu 

erkennen. Der Porenraum 

des Ziegels und der 

ziegelnahe Teil der Kruste 

sind porös (eingefärbt 

durch blaues Harz). 



Abb. 151: 

Bildbereich aus Abb. 150 

unter (nicht vollständig) 

gekreuzten Polarisatoren: 

Über den leistenförmigen 

Gipskristallen unmittelbar 

an der Ziegeloberfläche 

(weiß bis grau) befindet 

sich eine einheitlich graue 

NaCl-Schicht. 


Bildbreite 0,7 mm]






Abb. 152: 

Abfolge von links: NaCl- 

Kruste (hell) / Gipskruste 

(dunkel, mit markiertem 

Feld) / Ziegel. 

Das Gefüge hinter der 

Kruste zeigt keine Schäden. 

Der Porenraum des 

Ziegels ist frei, es liegen 

keine Salzhorizonte vor. 



Abb. 153: 

Im linken oberen Teil des 

Bildes sind leistenförmige 

Gipskristalle in einer 

großen Pore zu erkennen 

(weiß-grau, linker Pfeil). 

Der übrige Teil dieser Pore 

ist mit NaCl gefüllt 

(gleichmäßig graue Fläche, 

rechter Pfeil). 



Abb. 154: 

Querschnitt eines stark 

gipsbelasteten Ziegels 

(Oberfläche im Bild links): 

Der Gips ist im PolMi nicht 

erkennbar. Der farbliche 

Unterschied zwischen 

linker und rechter Bildhälfte 

ist ein Indiz für eine 

mögliche Vergipsung, aber 

kein spezifischer 

Nachweis. 


Bildbreite 1,3 mm]






Abb. 155: 

Gleiche Probe und gleiche 

Orientierung wie Abb. 154: 

In der rechten Bildhälfte 

(heller Bereich) ist der 

Porenraum durch Abscheidung 


Gipses stark verdichtet 

(Detail s. Abb. 156). 



Abb. 156: 


Übergangsbereich 

zwischen unverdichtetem 

und durch Gips verdichtetem 

Ziegelgefüge. Der 

Rahmen kennzeichnet das 

Meßfeld einer EDX- 

Analyse (vgl. Abb. 157). 



Abb. 157: 

Vergleich des integralen 

Elementbestandes eines 

unvergipsten Gefügeabschnittes 

(blaue Kurve) und 

eines vergipsten Bereiches 

(rote Kurve) in Abb. 155 

bzw. 156. 

Durch die erhöhten Caund 

S-Gehalte kann Gips 

als Ursache der Verdichtung 

des Porenraumes 

ermittelt werden. 

[EDX-Analyse]


Bewertung und Interpretation 





Abb. 158: 

Auslaufender 

Gipshorizont etwa 3 mm 

unter der Oberfläche. Im 

Ziegel (rechte Bildhälfte) 

sind keine 

Gefügeschäden 

vorhanden. 



Gips wurde mikroskopisch in allen Proben der Innenwand nachgewiesen. Bezüglich der 

Menge und der Lokalisierung im Gefüge traten jedoch erhebliche Unterschiede auf. 

Folgende Fälle konnten unterschieden werden: 

1. Dünne Gipssäume an den Ziegeloberflächen 

Die Schichtdicken können bis 0,1 mm betragen. Charakteristisch sind die hypidiomorphen 

bis idiomorphen Kristallformen. Häufig werden die dünnen Gipssäume von NaCl-Krusten 

überlagert. 

Geschlossene, größere Flächen bedeckende Gipskrusten, sind auf den Ziegeln des 

Innenmauerwerkes nicht vorhanden. 

2. In Rissen, größeren Poren und Hohlräumen 

In größeren Poren und Hohlräumen oder auf den Flanken von Rissen sind hypidiomorphe, 

teilweise idiomorphe Gipskristalle nachweisbar. Es handelt sich um sekundär 

gebildete Gipsnester, die vor allem in oberflächennahen Inhomogenitäten der mittelalterlichen 

Ziegel auftreten. 

In einigen Fällen sind die Hohlräume vollständig salzgefüllt. In diesen Fällen ist neben 

Gips fast immer auch NaCl vorhanden. 

3. Im oberflächennahen Porenraum 

Der Gips befindet sich als feinkristalline Ausscheidung im oberflächennahen Porenraum 

des Ziegelgefüges. Dieser Gipsanreicherungshorizont ist 2-3 mm breit und hat eine 

Reduzierung der Porosität zur Folge. Diese Verdichtungen haben Auswirkungen auf die 

Tiefenprofile der leicht löslichen Salze (Tabelle 14).


Tabelle 14: Ausgewählte Ergebnisse der chemischen Salzanalysen an Ziegeln des 

Innenmauerwerks des Kampischen Hofes in Stralsund (aus Steiger und 

Neumann 1995) 

Nomenklatur 

Tiefensegment 0-5 mm Tiefensegment 5-10mm 

Gips [M%] ΣNitrat+Clorid [M%] Gips [M%] ΣNitrat+Clorid [M%] 

1 M / 30 / h 5,7 2,3 0,7 8,0 

2 M / 30-70 / h 11,0 3,7 2,3 15,0 

3 M / 70 / d 0,2 4,7 0,1 4,5 

Aus den chemischen Analysen in Tabelle 14 kann zunächst entnommen werden, daß die 

höchsten Gipsgehalte immer im oberflächennahen Tiefensegment 0-5 mm vorliegen. Die 

stark schwankenden Gipsmengen (errechnet aus dem Sulfatgehalt) liegen zwischen 0,2 

und 11 M%. 

Die Werte in Zeile 3 repräsentieren eine Salzverteilung, die nicht durch einen 

Gipshorizont beeinflußt wird. Der Gipsgehalt ist sowohl im oberflächennahen Segment 

(Tiefe 0-5 mm) als auch im Abschnitt 5-10 mm gering (0,2 bzw. 0,1 M%). Auch die 

Gehalte an leicht löslichen Salzen sind in beiden Tiefensegmenten etwa gleich hoch (4,7 

bzw. 4,5 M%). 

Demgegenüber ist aus den Werten der Zeilen 1 und 2 ersichtlich, daß sehr hohe Gipsgehalte 

in Oberflächennähe (5,7 bzw. 11 M%) zu einem signifikanten Anstieg der leicht 

löslichen Salze (ΣNitrat+Clorid = 8,0 bzw. 15,0 M%) im zweiten Tiefensegment (5-10 mm) 

führen. 

Durch den mikroskopischen Nachweis des oberflächennahen Gipshorizontes kann die 

Ursache der hohen Gehalte an leicht löslichen Salzen im Tiefensegment 5-10 mm geklärt 

werden. Die Gefügeverdichtungen behindern den Transport der Salzlösung in Richtung 

Ziegeloberfläche. Diese Transportblockade hat stark erhöhte Salzkonzentrationen hinter 

dem Gipshorizont zur Folge. 

Dieser „Stau“ von leicht löslichen Salzen im Inneren hat nicht zu stärkeren Schäden an 

den betreffenden Ziegeln geführt. Auch eine Korrelation zwischen hohen Gipsgehalten 

und starker Schädigung läßt sich am Innenmauerwerk nicht nachweisen. 

Verdichtungen des oberflächennahen Porenraumes durch Gipsausscheidungen wurden 

bereits am Außenmauerwerk des Kampischen Hofes nachgewiesen (vgl. Gliederungspunkt 

4.2.3.2). An der Fassade haben diese Gefügeveränderungen bei Gipsgehalten um 

10 M% Schäden in Form von Schalenbildung aufgrund thermisch-hygrischer Beanspruchungen 

des Ziegel-Gips-Gefüges zur Folge. 

Demgegenüber sind am Innenmauerwerk des Kampischen Hofes bei vergleichbar hohen 

Gipsgehalten keine Gefügeschäden vorhanden, die direkt oder indirekt auf Gipskristallisation 

zurückzuführen sind. 

Diese Feststellung ist ein Hinweis, daß wesentliche Faktoren, die an der Fassade zu einer 

Schädigung in Gegenwart von Gips führen, im Innenraum nicht vorhanden sind. Das 

betrifft vor allem Frostsprengung als Schadensursache. Obwohl aufgrund der baulichen 

Situation bei entsprechender Witterung auch im Innenraum Frost auftritt, wird durch die 

Gefrierpunkterniedrigung aufgrund der hohen Gehalte an leicht löslichen Salzen keine 

Eiskristallisation stattfinden (vgl. Gliederungspunkt 4.2.5.2).


4.2.5.2 NaCl im Schadensbild der mittelalterlichen Ziegel 

Die starken Salzausblühungen sind eines der wesentlichen Probleme am Innenmauerwerk 

des S-Flügels des Kampischen Hofes. Die Oberfläche des Ziegels in Abb. 159 ist fast vollständig 

von einer weißen Salzschicht bedeckt. 



NaCl im Schadensbild der 


Abb. 159: 

Starke Salzausblühungen 

auf dem Mauerwerk der 

südlichen Innenwand des 

S-Flügels des 

Kampischen Hofes. Die 

Ziegeloberfläche ist 

vollständig von einer 

NaCl-Kruste bedeckt. 

An verschiedenen Stellen der Innenwand wurden kleine Ziegelproben entnommen und nach 

vor Ort Kryo-Präparation im Kryo-REM untersucht. Zusätzlich erfolgten Dünnschliffuntersuchungen 

im Polarisationsmikroskop. 


In den Kryo-REM-Untersuchungen wurde übereinstimmend nachgewiesen, daß die Salzausblühungen 

und -krusten ausschließlich aus NaCl bestehen. Auffällig sind die vielfältigen 

Morphologien, wobei folgende, häufig auftretende Formen zu unterscheiden waren: 

Ansprache Charakteristika der NaCl-Formen 

Salzpusteln Salzaggregate aus gedrungenen, überwiegend hypidiomorphen 

oder xenomorphen Kristallen 

Lockere Krusten lockere Verwachsungen xenomorpher Kristalle unterschiedlicher 

Form und Größe, nur sehr vereinzelt Whisker. 

Kompakte Krusten eng verwachsene, xenomorphe Kristalle (Krustendicke bis 100 µm), 

stellenweise aufgewölbte Salzplatten (Krustendicke bis 500 µm) 

Faserkrusten überwiegend parallele, senkrecht zur Ziegeloberfläche orientierte 

kurzstengelige bis gedrungene Kristalle (Palisadenkrusten, Dicke 

100-400 µm) 

Mehrlagige Krusten feinkristalline Schichten aus kleinen, eng verwachsenen Kristallen 

wechseln lagenweise mit freistehenden, stengeligen bis säuligen 

Kristallen (Gesamtkrustendicke bis 2 mm)


Abb. 160 zeigt eine kompakte NaCl-Kruste auf einem Ziegel. Die Salzschicht an der Oberfläche 

ist etwa 100 µm dick. Einzelne Kristallindividuen sind kaum zu unterscheiden. 

Eine mehrlagige NaCl-Ausblühung ist in den Abb. 161 und 162 dargestellt. Die NaCl- 

Morphologien wechseln innerhalb der Kruste mehrfach. Im Verlauf des Krustenwachstums 

sind dünne, kompakte NaCl-Schichten entstanden, die durch einzeln stehende, stengelige 

Kristalle miteinander verbunden sind. 

Die Präparation von Salzkrusten einschließlich angrenzendem Ziegel ermöglichte neben den 

Krustenbetrachtungen auch Untersuchungen der Kontaktzone Salzkruste / Ziegel sowie des 

Porenraumes unter der Salzschicht. 

Der Querschnitt der Grenzfläche einer mehrlagigen NaCl-Kruste mit dem Ziegel ist in Abb. 

162 zu sehen. In dieser Aufnahme wird deutlich, daß sich die Kruste zum Zeitpunkt der 

Probenentnahme in engem Kontakt mit dem Ziegel befindet. Weiterhin fällt auf, daß 

unmittelbar unter der Kruste keine oder nur eine sehr eingeschränkte Porosität im Ziegel 

vorhanden war. 

Im Porenraum unter der Salzschicht dominieren glatte, filmartige Strukturen (Abb. 163). Nur 

sehr vereinzelt sind innerhalb dieser Filme 500 nm- bis 1 µm-kleine Kristalle erkennbar (Abb. 

164). Die EDX-Analysen dieser Filme bzw. Kristalle zeigen gegenüber dem Ziegel erhöhte 

Na- und Cl-Gehalte (Abb. 165). Der würfelförmige Habitus der kleinen Kristalle entspricht 

weitgehend der Gleichgewichtsform des NaCl. Daher ist es wahrscheinlich, daß es sich um 

NaCl handelt. 

Eine Erhöhung der Tischtemperatur im Kryo-REM bis zum Sublimationspunkt des Wassers 

unter Hochvakuumbedingungen (-130°C → -80°C) hat nur vereinzelt zu morphologischen 

Veränderungen der überwiegend filmartigen Strukturen im Porenraum geführt, wobei 

einzelne, feine Risse in den Salzfilmen entstanden. 

Die Untersuchungsfläche einer Kryo-REM-Probe ist auf etwa 5x5 mm beschränkt. Ziegel mit 

Schalen- und Schuppenbildung können mit dieser Methode kaum untersucht werden, da 

lockere Teile bei der Dimensionierung der Probe durch den Brechvorgang meist abplatzen. 

Um Aussagen zu Gefügeveränderungen und -schäden bis in größere Tiefen treffen zu 

können, wurden aus größeren Teilstücken der Ziegel Dünnschliffe hergestellt und im Polarisationsmikroskop 

untersucht. 

Hierbei wurde festgestellt, daß selbst an Ziegeln, die bereits einige cm abgewittert waren, 

keine tiefgreifenden Gefügelockerungen vorhanden waren. Erst in unmittelbarer Oberflächennähe 

treten Risse auf, die teilweise oder vollständig mit NaCl gefüllt sind (Abb. 166). 

In Gegenwart von Salzkrusten sind aus dem Gefügeverband gelöste Ziegelpartikel von den 

Salzkristallen der Kruste umschlossen (Abb. 167). 

Ein fortgeschrittenes Stadium einer Schädigung in Gegenwart von NaCl zeigt die Abb. 168. 

Mehrere Ziegelpartikel werden abgedrückt. Bei höherer Vergrößerung ist in einem Riß hinter 

der Ziegelschuppe zu erkennen, daß eine schmale NaCl-Schicht von stengeligen NaCl- 

Kristallen angehoben wird (Abb. 169). Im dahinter liegenden Gefüge sind noch keine 

Schäden erkennbar.






Abb. 160: 

Ziegel mit kompakter NaCl- 

Kruste (hellgrau). Die 

Salzschicht befindet sich in 

engem Kontakt mit dem 

Ziegel. Einzelne 

Kristallindividuen können 

innerhalb der Kruste nicht 




Abb. 161: 

Mehrlagige NaCl-Kruste 

mit wechselnden Kristallmorphologien 

von einer 

Ziegeloberfläche (gleiche 

Vergrößerung wie Abb. 

160). 

Dünne, feinkristalline 

Salzschichten werden von 

stengeligen Kristallindividuen 

angehoben 

(Übersicht s. Abb. 162). 



Abb. 162: 

Gleiche Probe wie in Abb. 

161 in der Übersicht. 

Die Kruste befindet sich in 

engem Kontakt mit der 

Ziegeloberfläche. Der 

Porenraum unter der 

Kruste wirkt dicht. 

Durch die Präparation von 

Kruste und Ziegel können 

sowohl der Ziegel als auch 

die Salzschicht untersucht 

werden. 








Abb. 163: 

Porenraum unterhalb der 

NaCl-Kruste in Abb. 162. 

Es ist keine Porosität 

erkennbar. Die Gefügebestandteile 

sind von einem 

Salzfilm überdeckt (vgl. 

Abb. 164 und 165) 



Abb. 164: 

Salzfilme im oberflächennahen 

Porenraum unterhalb 

einer NaCl-Kruste. In 

den Filmen am Boden 

einer Pore sind 500 nm bis 

1 µm kleine, idiomorphe 

NaCl-Kristalle zu erkennen 

(Pfeile). Das zugehörige 

EDX-Spektrum zeigt Abb. 

165. 



Abb. 165: 

Elementspektrum einer 

Spotmessung im Bereich 

der idiomorphen Kristalle in 

Abb. 164. Es handelt sich 

sehr wahrscheinlich um 

NaCl-Kristalle. Die 

Elementanalyse dieser 

kleinen Strukturen wird 

durch die Ziegelmatrix 

überlagert. 

[EDX-Spektrum]






Abb. 166: 

Querschnitt eines rückgewitterten 

Ziegels (Oberfläche 


In der NaCl-Kruste (weiß) 

ist ein brauner Ziegelpartikel 


Etwa parallel zur Oberfläche 

ist ein NaCl-gefüllter 

Riß zu erkennen (Pfeile). 



Abb. 167: 

Querschnitt eines rückgewitterten 

Ziegels (Oberfläche 


Lockere, teilweise hohl 

liegende NaCl-Kruste auf 

Ziegel. Innerhalb der 

Kruste sind Ziegelpartikel 

eingeschlossen, die seit 

ihrer Absprengung vom 

Ziegel mit der Kruste 

transportiert werden. 



Abb. 168: 

Ecke eines rückgewitterten 

Ziegels im Querschnitt 

(Oberfläche im Bild oben 

und links). 

Lockere Ziegelpartikel an 

der Oberfläche. In den 

Rissen hinter den Partikeln 

sind stengelige NaCl- 

Kristalle zu erkennen 

(Detail s. Abb. 169). 


Bildbreite 5,2 mm]







Abb. 169: 


Absprengung einer 

Ziegelschuppe durch 

NaCl. 

Eine dünne NaCl-Schicht 

wird von stengeligen 

NaCl-Kristallen angehoben. 

Durch das Kristallwachstum 

wird Druck auf 

die Ziegelschuppe ausgeübt. 



Nach REM-Untersuchungen an Ausblühungen auf Bauwerksoberflächen gelangen Charola 

und Lewin (1979) zu der Einschätzung, daß aus der Zusammensetzung von Ausblühungen 

und deren Morphologie Schlußfolgerungen zu den chemischen Wechselwirkungsprozessen 

und kristallographischen Vorgängen gezogen werden können, die zu ihrer Entstehung 

geführt haben. 

Die südliche Innenwand des S-Flügels des Kampischen Hofes ist im Gegensatz zur 

Außenwand ganzjährig von starken Salzausblühungen bedeckt. Die hieran durchgeführten 

Kryo-REM-Untersuchungen haben eine trocknungsartefaktfreie Abbildung der Salze auf den 

Ziegeloberflächen ermöglicht. Es handelt sich ausschließlich um NaCl, wobei sehr 

unterschiedliche Morphologien auftreten. 

Basierend auf den Modellvorstellungen von Arnold und Zehnder (1989) kann aus den 

vorgefundenen Salzmorphologien auf unterschiedliche, aber durchweg niedrige Substratfeuchten 

geschlossen werden. 

Kompakte Salzschichten bzw. Faserkrusten sind aus einem dünnen Salzlösungsfilm an der 

Ziegeloberfläche nach außen gewachsen. 

Das Auftreten mehrlagiger Krusten deutet auf Schwankungen der Substratfeuchte. Die 

lagenweise wechselnden Salzmorphologien sind die Folge zyklischer Änderungen der 

Kristallisationsbedingungen. Dabei ist für das Wachstum der stengeligen NaCl-Kristalle eine 

geringere Substratfeuchte anzunehmen, wobei nur punktuell ein ausreichendes Angebot an 

Salzlösung für das Kristallwachstum vorhanden ist. 

Die am Innenmauerwerk des Kampischen Hofes mikroskopisch nachgewiesenen Formen 

der NaCl-Ausblühungen und die Salzfilme im Porenraum zeigen Analogien zu Ergebnissen 

von REM-Untersuchungen, die Eswaran et al. (1980) an NaCl-Krusten von ariden Böden 

durchgeführt haben. Die Autoren treffen folgende Unterscheidungen und Bewertung: 

1) Faserkrusten sind typisch für Ausblühungen auf ariden Böden. Durch röntgenographische 

Einkristall-Untersuchungen (Gandolfi-Kamera) wurde nachgewiesen, daß die 

Kristalle in [110]-Richtung wachsen.


2) Feinstkristalline Aggregate 

3) Dünne amorphe Salzfilme werden als Hauptform in den Salzhorizonten arider Böden 

bezeichnet. Die Filme umhüllen dabei Bodenbestandteile, Halitaggregate oder kleine 

würfelförmige NaCl-Kristalle. 

Die Ursachen dieser unterschiedlichen Morphologien werden in der Zusammensetzung der 

Salzlösung, vor allem aber in den mikroklimatischen Verhältnissen gesehen. 

Durch Kryo-REM-Untersuchungen konnten Salzlösungsfilme im Porenraum der Ziegel des 

Innenmauerwerkes des Kampischen Hofes nachgewiesen werden. Die Intensität dieser 

Filme auf den Porenwandungen korreliert mit dem Grad der Ausblühungen, d.h. sie treten 

verstärkt im oberflächennahen Porenraum von Ziegeln mit starken bis flächendeckenden 

Ausblühungen auf. Häufig sind feine Poren vollständig gefüllt. 

Die EDX-Analysen der Salzfilme deuten auf Na und Cl als Hauptbestandteile. Chemische 

Salzanalysen, die parallel zu den mikroskopischen Untersuchungen durchgeführt wurden, 

ergaben jedoch, daß neben hohen Chloridgehalten (2,0 bis 7,5 M%) auch hohe Nitratgehalte 

vorliegen (0,3 und 1,7 M%). 

Tabelle 15 zeigt zwei Analysebeispiele aus dem oberflächennahen Tiefensegment (0-5 mm). 

In diesem Ziegelabschnitt wurden auch die Kryo-REM-Untersuchungen durchgeführt. 

Tabelle 15: Beispiele der Zusammensetzung des Salzgemisches im Innenmauerwerk des 

Kampischen Hofes (aus Steiger und Neumann 1995) 

SO4 2- 

Zusammensetzung des Salzgemisches [mg/kg] 

Anionen Kationen 

NO3 - 

Cl - 

Na + 

K + 

Mg 2+ 

Ca 2+ 

1 2.451 5.884 30.209 17.620 1.936 1.131 3.320 

2 1.339 14.373 75.050 40.090 5.777 876 5.727 

Aus Tabelle 15 ist ersichtlich, daß im Innenmauerwerk des Kampischen Hofes ein 

Salzgemisch komplexer Zusammensetzung vorliegt. Hauptbestandteile auf der Anionenseite 

sind Chlorid und Nitrat, als Kationen sind Natrium, Kalium und Calcium enthalten. 

Feuchtemessungen am Ziegelmauerwerk ergaben Werte zwischen 3,2 und 7,7 Gew.% 

(Ganß 1994 und Freyburg 1996c). Diese mäßig erhöhten Feuchtegehalte sind aufgrund 

der hohen Salzgehalte und der Salzzusammensetzung (Nitrate und Chloride) sehr 

wahrscheinlich zum überwiegenden Teil auf eine hygroskopische Wasseraufnahme des 

Salzgemisches zurückzuführen. 

Die Kryo-REM-Untersuchungen bestätigen diese Annahme. In den Salzfilmen sind nur sehr 

geringe Wassergehalte nachweisbar. Einzelne, idiomorphe NaCl-Kristalle, die von Salzfilmen 

umgeben sind, deuten auf eine Sättigung der Salzlösung. 

Zur Überprüfung dieser Beobachtungen wurden zwei Modellrechnungen durchgeführt. 

Nach Steiger und Zeunert (1996) kann das Verhalten eines Salzgemisches auf der Basis der 

thermodynamischen Eigenschaften der wässrigen Elektrolytlösungen analysiert werden. 

Diese Berechnung der Phasengleichgewichte basiert auf dem Modell von Pitzer (1991), in 

dem das thermodynamische Verhalten von Lösungen beschrieben wird.


Den thermodynamischen Berechnungen, die von Steiger (2001) durchgeführt wurden, liegen 

folgende Annahmen zugrunde: 

1. Aufgrund der größeren Wahrscheinlichkeit, gelöstes Salz im Porenraum vorzufinden, 

wurde die niedrigere Salzkonzentration (Zeile 1 in Tabelle 15) mit dem höchsten am 

Innenmauerwerk gemessenen Feuchtewert (7,7 Gew.%) kombiniert. 

Diese Annahme ist erforderlich, weil aufgrund abweichender Meßstellen die genauen 

Ziegelfeuchten, die zu den Salzanalysen in Tabelle 15 gehören, nicht bekannt sind. 

2. Der in den Ionenbilanzen (Angabe in meq/kg, nicht dargestellt) auftretende Calciumüberschuß 

wird als Calcit betrachtet. 

3. Die gesamte Sulfatmenge liegt als Gips vor. 

4. Calcit und Gips können aufgrund ihrer geringen Löslichkeit unberücksichtigt bleiben. 

5. Es wird eine Raumtemperatur von 20°C angenommen. 

Zunächst wurde das theoretische Kristallisationsverhalten des Salzgemisches ermittelt. Im 

Ergebnis ist festzustellen, daß ein Salzgemisch der angenommenen Zusammensetzung mit 

einer relativen Luftfeuchtigkeit von 73,1% im Gleichgewicht steht. Bei Unterschreitung dieses 

Wertes beginnt NaCl zu kristallisieren. 

Aus der Berechnung geht weiterhin hervor, daß unterhalb 61,3% r.F. die Kristallisation von 

KNO3 beginnt. 

Wird zusätzlich die Materialfeuchte berücksichtigt, ergeben die Berechnungen, daß sich das 

Salzgemisch im oberflächennahen Porenraum des Ziegels mit einer Luftfeuchtigkeit von 

71,3% im Gleichgewicht befindet. Dieser Wert ist niedriger als die Gleichgewichtsfeuchte. 

Das bedeutet, daß bereits ein Teil des NaCl in kristalliner Form vorliegen müßte. 

75 

73,1 

71,3 

70 

NaCl 

Na+ (Lsg.) 

65 

Relative Luftfeuchte [%] 

693,0 

377,3 

Abb. 170: Gehalt an Salzlösung sowie kristallinem NaCl in Abhängigkeit von der relativen 

Luftfeuchtigkeit (im Intervall 75% bis 60%) 

60 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Gehalte [mmol/kg]


Der Darstellung in Abb. 170 ist sowohl der Anteil an Na-Ionen in der Salzlösung (blaue 

Kurve) als auch der Anteil an kristallinem NaCl (rote Kurve) im Luftfeuchtebereich zwischen 

75% und 60% zu entnehmen. 

Aus dem Verlauf der roten Kurve ist ersichtlich, daß bei 73,1% r.F. die NaCl-Kristallisation 

beginnt. Weiterhin wird deutlich, daß bei der Luftfeuchte, die sich über dem Salzgemisch im 

Porenraum eingestellt hat (71,3% r.F.), bereits 377,3 mmol/kg (= 54%) des enthaltenen 

Natriums als kristallines NaCl neben einer NaCl-gesättigten Lösung vorliegen müßten. 

In den Kryo-REM-Untersuchungen sind jedoch fast ausschließlich Salzfilme nachweisbar. 

Hieraus muß geschlossen werden, daß im Porenraum der Ziegel eine übersättigte Salzlösung 

vorliegt. NaCl wird in amorpher oder kryptokristalliner Form aus der Salzlösung 

ausgeschieden. Das bedeutet, daß ein großer Metastabilitätsbereich zwischen Übersättigung 

und Keimbildung existieren muß und eine geringe Keimbildungsrate und ein geringes 

Kristallwachstum anzunehmen sind. Wahrscheinlich werden die Keimbildung und das 

Kristallwachstum sowohl durch die Lösungsgenossen als auch durch die hohe spezifische 

Oberfläche der Porenwandungen behindert. 

Kristallines NaCl ist – abgesehen von Ausblühungen - nur in den sichtbar geschädigten 

Ziegeln nachweisbar. Die NaCl-Kristalle befinden sich in rohstoff- und fertigungsbedingten 

Inhomogenitäten (Brennschwindsäume, Hohlräume und größere Poren) bzw. in Rissen. 

Trotz erheblicher Rückwitterungen (bis 5 cm) sind mikroskopisch keine tiefgreifenden 

Gefügeschäden nachweisbar. 

Arnold und Zehnder (1989) haben in Laborversuchen an keramischem Material festgestellt, 

daß die Salzkristallisation in größeren Poren beginnt. Im nächsten Schritt entstehen feine 

Risse, die sich mit Salzlösung bzw. Salzkristallen füllen und dabei allmählich erweitert 

werden. Dieser Prozeß setzt sich fort und führt zu einer kontinuierlichen Rißverbreiterung 

und zu einer signifikanten Morphologieänderung der kristallisierenden Salze. Es treten 

zunehmend stengelige Formen auf. 

Dieses Modell kann grundsätzlich auf die Erklärung der Ziegelschädigung am Innenmauerwerk 

des Kampischen Hofes übertragen werden. Durch das Wachstum von NaCl- 

Kristallen aus einem Salzlösungsfilm werden Ziegelpartikel zunehmend gelockert und 

schließlich vom Restmaterial abgetrennt. Aufgrund der geringen Kristallisationsneigung der 

Salzlösung sind für das Kristallwachstum jedoch sehr hohe Übersättigungen erforderlich, die 

nur in oberflächennahen Hohlräumen und Rissen einzelner Ziegel geringer Festigkeit und 

wahrscheinlich ungünstiger Porositätseigenschaften erreicht werden. 

Eine weitere thermodynamische Berechnung wurde zur Bestimmung der Gefrierpunkterniedrigung 

durchgeführt. Hierfür wurden die Annahmen 1. bis 4. unverändert zugrunde 

gelegt (s.o.), die Temperatur (5.) jedoch variiert. Die Berechnungen haben ergeben, daß bei 

sinkenden Raumtemperaturen folgende Stufen durchlaufen werden: 

-5°C Umwandlung des NaCl in Hydrohalit (NaCl • 2 H2O) 

-19,3°C Beginn der Kristallisation von KNO3 

-25,8°C Beginn der Kristallisation des Wassers 

Es ist davon auszugehen, daß Temperaturen von -20°C auch in strengen Wintern in den 

Innenräumen des Kampischen Hofes nicht erreicht werden. 

Damit kann Frost als Schadensursache am Innenmauerwerk ausgeschlossen werden. 

Mit KNO3-Kristallisation ist bei konstanten oder sinkenden Temperaturen nicht zu rechnen, 

solange die relative Luftfeuchte konstant bleibt oder steigt. Bei Werten unter 61,3%, beginnt 

KNO3 aus dem Salzgemisch zu kristallisieren. Bei häufigen Luftfeuchteschwankungen um 

diesen Wert ist mit einer verstärkten Schädigung des Ziegelmauerwerkes zu rechnen.


4.2.6 Auswirkungen einer Raumklimatisierung auf die NaCl-Kristallisation am 


Zur Überprüfung der Auswirkungen eines veränderten Raumklimas auf das stark salzbelastete 

Mauerwerk erfolgte die Simulation eines möglichen Nutzungsklimas (KIEßL 1998). 

Hierzu wurden vom Institut für Bauphysik Holzkirchen (IBP) und dem Wilhelm-Klauditz- 

Institut für Holzforschung (WKI) begehbare, hoch wärmegedämmte und diffusionsdichte 

Klimakammern entwickelt, die an drei verschiedenen Stellen vor jeweils etwa 12 m 2 große 

Teilflächen der Innenwände montiert wurden. Über spezielle Regel- und Meßeinrichtungen 

wurde in den Kammern eine konstante Lufttemperatur von 22°C realisiert. Einmal pro Stunde 

erfolgte ein Luftwechsel. 

Damit bestand die Möglichkeit, die Auswirkungen einer gegenüber der bisherigen 

Nutzungssituation (ungeheiztes Speichergebäude) erhöhten Raumtemperatur auf die 

vorhandenen Salze mikroskopisch zu untersuchen. Hierzu wurden an ausgewählten Ziegeln 

wiederholt Proben entnommen. Die ersten Untersuchungen zur Erfassung des 

Ausgangszustandes erfolgten wenige Tage nach der Inbetriebnahme. Eine weitere 

Probenentnahme fand nach viermonatiger Betriebszeit der Klimakammer statt. 

Alle Proben wurden vor Ort kryo-präpariert und anschließend im Kryo-REM untersucht. 

4.2.6.1 Ausgangszustand 


Im Ausgangszustand waren an den Ziegeloberflächen etwa 100 µm starke NaCl-Ausblühungen 

vorhanden. Abb. 171 zeigt eine kompakte, palisadenartige NaCl-Kruste. 

Im Materialkontrast der Rückstreuabbildung sind an den Oberflächen der Salzschicht dunkle 

Flächen erkennbar, aus denen punktuell NaCl-Kristalle als helle Spitzen herausragen (Abb. 

172). Eine Erhöhung der Tischtemperatur im Kryo-REM bis zum Sublimationspunkt des 

Wassers (-130°C → -80°C) führt zu starken morphologischen Veränderungen (Risse an der 

Oberfläche der Salzschicht) und zu geringeren Helligkeitsunterschieden im Rückstreubild 

(Abb. 173). Ein Vergleich der EDX-Spektren, die vor und nach der Sublimation 

aufgenommen wurden (Abb. 174), zeigt einen deutlich geringeren O-Gehalt nach erfolgter 

Sublimation. Es handelt sich um dünne Salzlösungsfilme im Bereich der NaCl-Krusten. Im 

Porenraum der Ziegel unter den Krusten sind nur die in 4.2.5.2 detailliert beschriebenen 

Salzfilme nachweisbar. 

4.2.6.2 Zustand nach viermonatiger Klimatisierung 


Nach viermonatiger Betriebszeit der Klimakammer hatten die Salzausblühungen an der 

Wandfläche deutlich zugenommen. 

Mikroskopisch waren verschiedene Veränderungen feststellbar. Die Dicke der Krusten hat 

sich auf 300 µm erhöht und damit etwa verdreifacht (vgl. Abb. 171 und 175). Außerdem sind 

an den Krusten auch morphologische Veränderungen festzustellen. Es treten zunehmend 

stengelige Kristalle auf, die sich zwischen der Kruste und dem Ziegel befinden (Abb. 175). 

An den Oberflächen der NaCl-Krusten ist keine Salzlösung vorhanden. 

Die Salzfilme auf den Porenwandungen treten gegenüber dem Ausgangszustand wesentlich 

stärker in Erscheinung (Abb. 176). Feinporen sind nicht mehr zu erkennen. 

Mit Hilfe der EDX können im Bereich der Filme Na und Cl als ziegelfremde Bestandteile 

ermittelt werden (Abb. 177). Der Feuchtegehalt der Filme ist gering, eine Anhebung der 

Kryo-REM-Tischtemperatur von -130°C auf -80°C führt nicht zu morphologischen Veränderungen.




Raumklimatisierung 

(Ausgangszustand) 

Abb. 171: 

Krustenmorphologie im 

Ausgangszustand (vgl. 

Abb. 175). 

Kompakte NaCl-Kruste auf 

Ziegel. Auf der Krustenoberfläche 

sind dunkle 

Strukturen zu erkennen 

(Pfeil, Detail s. Abb. 172). 



Abb. 172: 

Die Krustenoberfläche ist 

fast vollständig mit einem 

Salzlösungsfilm bedeckt 

(dunkle Bereiche). Nur die 

Kanten einiger NaCl- 

Kristalle ragen als helle 

Spitzen heraus (Tischtemperatur 

-130°C). 

EDX-Spektrum s. Abb. 

174. 



Abb. 173: 

Gleicher Bildausschnitt wie 

Abb.172 nach Sublimation 

des Wassers (Tischtemperatur 

-80°C). Die starken 

Veränderungen sind die 

Folge der Sublimation des 

Wassers aus der Salzlösung. 

EDX-Spektrum s. 

Abb. 174. 






Raumklimatisierung (nach 

4 Monaten Betriebszeit) 

Abb.174: 

Vergleich des integralen 

Elementbestandes in den 

Abb. 172 (rote Kurve) und 

Abb. 173 (blaue Kurve). 

Der signifikante O-Peak 

wird durch den hohen 

Wassergehalt der Salzlösungsfilme 

in Abb. 172 

hervorgerufen. 


Abb. 175: 

Krustenmorphologie nach 4 

Monaten Klimatisierung 

(vgl. Abb. 171): 

Die Krustendicke hat sich 

verdreifacht und morphologisch 

verändert: Sie ist 

porös und nur noch punktuell 

mit der Ziegeloberfläche 

im Kontakt. Im 

entstandenen Hohlraum 

dominieren stengelige 

NaCl-Kristalle. 



Abb. 176: 

Oberflächennaher Porenraum 

eines Ziegels nach 

viermonatiger Betriebszeit 

der Klimakammer: 

Gesättigte Salzfilme auf 

den Porenwandungen. 

Kantige Strukturen sind 

durch den Filmüberzug 

„geglättet“. EDX-Spektrum 

s. Abb. 177. 







Raumklimatisierung (nach 

4 Monaten Betriebszeit) 

Abb. 177: 


Salzfilme in Abb. 176: 

Angesichts der morphologischen 

Dominanz 

dieser Strukturen in der 

REM-Aufnahme ist der 

Na- und Cl-Gehalt sehr 

gering. 


Durch die Kryo-REM-Untersuchungen wurde nachgewiesen, daß in der Klimakammer zu 

Beginn der Betriebszeit erhebliche Mengen Feuchtigkeit an der Oberfläche des Ziegelmauerwerks 

vorhanden waren. Auf den NaCl-Krusten bzw. auf Kluftflächen zwischen NaCl- 

Kristallen war sowohl morphologisch als auch mittels EDX-Analyse Salzlösung nachweisbar, 

die, im Gegensatz zu den übersättigten Filmen im Porenraum, hohe Wassergehalte aufwies. 

Im Porenraum war diese gering konzentrierte Salzlösung nicht nachweisbar. Hieraus kann 

geschlossen werden, daß es sich um Kondensationsfeuchte an den Ziegeloberflächen 

handelt. Diese Wassereinwirkung auf die NaCl-Krusten hat zu oberflächlichen Anlösungen 

der Salzkristalle geführt. 

Nach viermonatiger Betriebszeit der Klimakammer sind mikroskopisch erhebliche Unterschiede 

gegenüber dem Ausgangszustand nachweisbar. 

Aus der Zunahme der Salzkrusten auf den Ziegeln kann geschlossen werden, daß die 

Temperierung des Innenraumes der Klimakammer auf 22°C einen verstärkten Transport von 

Salzen aus der Wand an die Oberfläche zur Folge hat. 

Im Rahmen des interdisziplinären Untersuchungsprogrammes wurden vor und während der 

Betriebszeit der Klimakammer Gammasondenmessungen im Mauerwerk durchgeführt 

(Hoyer 1996). Mit diesem Verfahren können durch Verwendung einer Gabelsonde, die 

schrittweise in zwei parallele Mauerwerksbohrungen eingeführt wird, Dichteänderungen 

entlang der Meßstrecke zwischen den Bohrungen nachgewiesen werden. Die Messungen 

können beliebig oft wiederholt werden. Eine Trennung zwischen Feuchteänderungen und 

anderen die Dichte beeinflussenden Stoffänderungen, z.B. verstärkten Salzkristallisationen, 

ist mit diesem Meßverfahren jedoch nicht möglich. 

In Abb. 178 ist auf der x-Achse die Meßtiefe im Mauerwerk dargestellt. Der Punkt 0 entspricht 

der Ziegeloberfläche. Die Kurven setzen bei 5 mm Tiefe ein, d.h. das Meßverfahren 

liefert keine Informationen zum oberflächennahen Ziegelsegment 0-5 mm. 

Der Nullpunkt der y-Achse entspricht der Materialdichte zum Ausgangszeitpunkt der 

Messungen, im vorliegenden Fall der Inbetriebnahme der Klimakammern.


Dargestellt ist der Verlauf der Dichteänderung über einen Meßzeitraum von einem Jahr. 

Nach einem Monat wurde eine Abnahme der Dichte festgestellt, die mit einer Trocknung des 

Mauerwerks erklärt wird (Hoyer 1996). Für alle folgenden Meßzeitpunkte ist eine kontinuierliche 

Erhöhung der Dichte in Oberflächennähe ersichtlich. 

Abb. 178: Auswirkungen einer Raumklimatisierung (konstante Temperierung auf 22°C) auf die 

Ziegeldichte über einen Meßzeitraum von 12 Monaten (Gammasondenmessung des WKI 

Braunschweig in einer Klimakammer des Kampischen Hofes in Stralsund; aus Hoyer 

1996) 

Im Ergebnis der Gammasondenmessung ist die Dichteerhöhung nach viermonatiger 

Betriebszeit der Klimakammer noch relativ gering. Trotz des geringen Meßeffektes kann 

mikroskopisch bereits nachgewiesen werden, daß die Intensität der Salzfilme im 

oberflächennahen Porenraum gegenüber dem Ausgangszustand erheblich zugenommen 

hat. Die Dichteänderung kann folglich mit einer Verlagerung von Salzen erklärt werden. 

Angesichts der starken Filmbildung kann davon ausgegangen werden, daß Feinporen 

wahrscheinlich vollständig mit Salzlösung gefüllt sind. Auch bei Untersuchungsbedingungen 

im Kryo-REM, die zur Sublimation von Wasser führen würden, zeigen die Salzfilme keine 

morphologischen Veränderungen. Das bedeutet, daß der Wassergehalt sehr gering ist. Es 

handelt sich folglich um hoch konzentrierte Salzlösung. 

Aufgrund der mikroskopischen Beobachtungen ist für den untersuchten oberflächennahen 

Bereich (0-5 mm) Grenzflächendiffusion (Kriechen) einer hoch konzentrierten Salzlösung als 

maßgeblicher Transportprozeß anzunehmen. 

Die Na- und Cl-Gehalte in den EDX-Analysen der Salzfilme sind auffällig niedrig. Aufgrund 

der chemisch ermittelten hohen Nitratgehalte (0,3 bis 1,7 M%; Steiger und Neumann 1995) 

ist davon auszugehen, daß in den Salzfilmen auch Nitrat in nennenswerten Mengen 

enthalten ist. 

Die Pt-Bedampfung der Proben hat sich bezüglich der EDX-Analysen der Salzfilme als 

nachteilig erwiesen. Durch die Absorption der leichten Elemente in der Pt-Schicht wird die 

Detektion von NaCl behindert und der Nachweis von Nitrat vollständig unterbunden.


4.2.7 Auswirkungen einer Kompressenbehandlung auf die Salze im 

oberflächennahen Porenraum 

Es erfolgte eine zweistufige Kompressenbehandlung der Wandoberfläche in einer Klimakammer. 

Zunächst diente eine sogenannte Befeuchtungskompresse dazu, Wasser in das 

versalzene Mauerwerk einzubringen. Im zweiten Schritt wurde versucht, über eine verdunstungsaktive 

Kompresse möglichst viel Salzlösung aus dem Mauerwerk zu entfernen. 

Das Ziel war, den Salzgehalt im Bereich der Ziegeloberfläche kurzzeitig soweit zu verringern, 

daß konservatorische Arbeiten durchgeführt werden konnten (Strukturelle Festigung der 

Ziegel und Anlegen von Putztestflächen). 

Die sichtbare Folge der Kompressenbehandlung war das vollständige Verschwinden von 

Salzausblühungen von den Ziegeloberflächen und eine Farbsättigung der Ziegel. 

2 Tage nach Abnahme der zweiten Kompresse wurden kleine Ziegelproben entnommen, vor 

Ort kryo-präpariert und anschließend im Kryo-REM untersucht. 


Im oberflächennahen Porenraum der Ziegel konnten zwei Zustände unterschieden werden: 

1) Es traten zahlreiche Salzwaben auf (Abb. 179). Diese Strukturen wurden bereits bei 

feuchter Witterung an hoch NaCl-belasteten Proben des Außenmauerwerkes beobachtet 

(vgl. Abb. 142). Die Stege der Waben bestehen aus NaCl. 

2) Es konnte Salzlösung im Porenraum des Ziegels nachgewiesen werden, die sich von den 

hoch konzentrierten Salzfilmen (vgl. Abb. 176) unterscheidet. 

Die Salzlösung weist eine geringe Filmbildung und eine größere Rauhigkeit auf (Abb. 

180). Im Materialkontrast der RE-Abbildung erscheint sie dunkler als der Ziegel. Bei 

Erhöhung der Kryo-REM-Tischtemperatur in den Bereich des Sublimationspunktes des 

Wassers (von -130°C auf -80°C) traten für Salzfilme ungewöhnlich starke morphologische 

Veränderungen auf (Abb. 181). Deutliche Unterschiede sind auch in den EDX-Spektren 

vorhanden. Der Vergleich in Abb. 182 zeigt einen hohen O-Peak, der für gering 

konzentrierte Salzlösungen typisch ist. Die Sublimation führt zu einer signifikanten 

Verringerung des O-Peaks. Die Na- und Cl-Gehalte hingegen bleiben unverändert. 

Stellenweise waren in feinporigen Bereichen des Ziegelgefüges auch hoch konzentrierte 

Salzfilme vorhanden. 



Kompressenentsalzung 

Abb. 179: 

Wabenförmige Salzstrukturen 

im Porenraum 

eines Ziegels nach der 

Kompressenentsalzung der 

Innenwand. In den Waben 

sind Na und Cl 

angereichert (vgl. auch 

Abb.142). 






Kompressenentsalzung 

Abb. 180: 

Salzlösung (Pfeile) auf den 

Wandungen größerer 

Poren (Tischtemperatur 

-130°C). 

Die dunklen Strukturen 

können im Materialkontrast 

gut vom Ziegel 




Abb. 181: 

Gleicher Bildausschnitt wie 

Abb. 180 nach der 

Sublimation des Wassers 

(Tischtemperatur -80°C). 

Die Helligkeitsunterschiede 

im Materialkontrast sind 

geringer. Am Boden der 

Poren sind rissige 

Salzformen mit Relikten 

der Pt-Besputterung 

erkennbar. 

(EDX s. Abb. 182) 



Abb. 182: 

Vergleich der EDX- 

Spektren, aufgenommen 

im Bereich der Salzlösung 

in den Abb. 180 (rote 

Kurve) und 181 (blaue 

Kurve). Durch die Sublimation 

verringert sich nur 

der Wassergehalt in der 

Salzlösung. Die beiden 

Spektren unterscheiden 

sich deutlich in der Höhe 

des O-Peaks. 

[EDX-Spektren]



Die Kryo-REM-Untersuchungen wurden an Ziegelproben durchgeführt, die zwei Tage nach 

Entfernung der verdunstungsaktiven Kompressen aus dem Mauerwerk entnommen wurden. 

Im oberflächennahen Porenraum der Ziegel waren Salzwaben vorhanden, wie sie bereits bei 

Untersuchungen am Außenmauerwerk nach Beprobung hoch NaCl-belasteter Ziegel bei 

feuchter Witterung auftraten (vgl. Gliederungspunkt 4.2.4.1). Die Wabenwandungen 

bestehen aus NaCl. 

Es ist ein ursächlicher Einfluß hoher Feuchtigkeit im Porenraum auf die Entstehung dieser 

Strukturen anzunehmen. Durch den hohen Wassereintrag mit der ersten Kompresse kommt 

es zu Konzentrationserniedrigungen der Salzlösung im Porenraum. Möglicherweise ist die 

Abkühlgeschwindigkeit bei der Kryo-Präparation in Teilbereichen der Proben nicht ausreichend 

gewesen, um ein „Ausfrieren“ des Wassers aus der Salzlösung zu verhindern. Es 

wird angenommen, daß hierbei die wabenförmigen Salzstrukturen entstehen. 

Andererseits konnten wasserreiche Salzlösungen weitgehend artefaktfrei abgebildet werden. 

Im Porenraum waren Übergänge von Salzlösung zu Salzfilmen im Ergebnis zunehmender 

Trocknung der Ziegel zu beobachten. 

Die vor und nach der Kompressenbehandlung an einzelnen Steinen durchgeführten 

Salzanalysen (Steiger und Neumann 1996) belegen eine Verringerung des Gehaltes an 

leicht löslichen Salzen um etwa 75 %. 

Ein Abbau der Salzanreicherungen ist auch aus den Dichteveränderungen abzulesen, die 

durch Gammasondenmessung ermittelt wurden (Abb. 183). Vor der Entsalzung lag eine 

Dichteerhöhung im Ziegel von über 20% vor, die auf Salzanreicherung im Porenraum als 

Folge der Klimatisierung zurückzuführen ist (vgl. Gliederungspunkt 4.2.6). Zum Ende der 

Kompressenbehandlung ist der Ausgangswert „Null“ wieder erreicht. 

Abb. 183: Auswirkungen der Kompressenentsalzung auf die Ziegeldichte (Gammasondenmessung 

des WKI Braunschweig in einer Klimakammer des Kampischen Hofes in Stralsund; aus 

Hoyer 1996) 

Im Ergebnis der mikroskopischen Untersuchungen muß die Salzbelastung im Hinblick auf 

konservatorische Maßnahmen trotz Kompressenbehandlung als hoch eingeschätzt werden. 

Im oberflächennahen Porenraum und teilweise auch an der Oberfläche sind nach wie vor 

erhebliche Salzmengen, insbesondere NaCl, vorhanden. Die Belegung der Porenwandungen 

mit Salzlösung oder -filmen verändert die Grenzflächeneigenschaften des Ziegels und hat 

damit möglicherweise negative Auswirkungen auf die Anbindung und Haftung von 

Konservierungsmaterialien oder Putzen.


4.2.8 Vergleich von Kryo-REM- und REM-Untersuchungen zur NaCl- 

Kristallisation am Innenmauerwerk 

Durch vergleichende mikroskopische Untersuchungen sollte überprüft werden, inwieweit 

herkömmliche Probenentnahme, Transport und REM-Untersuchung, also der Verzicht auf 

die aufwendige Kryo-Technik, ausreichen, um Morphologie und Verteilung der Salze im 

Porenraum der Ziegel artefaktfrei zu erfassen. 

Die Ergebnisse werden an einer repräsentativen Probe beschrieben, die unmittelbar nach 

der Entnahme geteilt wurde. An einem Stück erfolgte die sofortige Kryo-Präparation (Bruchfläche 

senkrecht zur Oberfläche einschließlich Grenzfläche Ziegel / Salzkruste) und spätere 

Kryo-REM-Untersuchung (4.2.8.1). Ein anderer Teil der Probe wurde, wie allgemein üblich, 

in eine Kunststoffschachtel verpackt und einige Tage später im Labor präpariert und danach 

auf herkömmliche Weise im REM untersucht (4.2.8.2). 

4.2.8.1 Kryo-REM-Untersuchung 


Die Bruchfläche des mittels Kryo-Methoden untersuchten Ziegelteilstückes ist in Abb. 184 

dargestellt. Es ist praktisch keine Porosität erkennbar. Der Porenraum ist fast vollständig mit 

hoch konzentrierter Salzlösung gefüllt. Die zugehörige EDX-Analyse zeigt die bekannten 

Peakverhältnisse (Abb. 185). Neben den für Ziegel charakteristischen Elementen sind 

zusätzlich Na und Cl nachweisbar. In den Salzfilmen wahrscheinlich vorhandenes Nitrat wird 

aufgrund der Absorption durch die Pt-Bedampfung mit der EDX nicht erfaßt. 

Die Salzkruste war zum Zeitpunkt der Probenentnahme mit Salzlösungsfilm bedeckt. Im 

Materialkontrast der RE-Aufnahme (Abb. 186) ist dieser Film als dunkler Belag auf den 

hellen Kluftflächen der Salzkristalle zu erkennen. 

4.2.8.2 REM-Untersuchung 


Abb. 187 zeigt den oberflächennahen Porenraum des auf herkömmliche Weise untersuchten 

Ziegelteilstückes der gleichen Probe. Vergrößerung und Abbildungsbedingungen in Abb. 184 

und 187 sind identisch. Es ist deutlich zu erkennen, daß der Porenraum des nicht kryobehandelten 

Teilstückes dünnere Salzfilme und eine wesentlich höhere Porosität aufweist. 

Die bei der Präparation gezielt erzeugte „frische“ Bruchfläche ist von Salzkristallen übersät 

(Abb. 188). Bei höherer Vergrößerung wird ersichtlich, daß es sich um überwiegend 

idiomorphe NaCl-Kristalle handelt, die in ihrer Gleichgewichtsform (Würfel) kristallisiert sind 

(Abb. 189). 

Schließlich sind zwischen den Proben auch wesentliche Unterschiede im Bereich der 

Salzkrusten vorhanden. Die Abb. 186 und 190 können aufgrund gleicher Vergrößerung und 

Abbildungsbedingungen wieder direkt miteinander verglichen werden. Abb. 190 zeigt eine 

gegenüber der Kryo-Probe wesentlich porösere Kruste aus stark angelösten NaCl-Kristallen. 

Salzlösung ist nicht vorhanden.




Kryo-REM ↔ REM 

Abb. 184: 

Kryo-REM-Untersuchung 

Durch Salzfilme verdichteter, 

oberflächennaher 

Porenraum. Die feineren 

Strukturen des keramischen 

Scherbens sind 

aufgrund des Salzüberzuges 

nicht erkennbar. 

EDX-Analyse s. Abb. 185. 

[Kryo-REM-SE-Aufnahme, 


Abb. 185: 


EDX-Analyse der Salzfilme 

in Abb.184. 

Na und Cl gehören nicht 

zum Elementbestand der 

Ziegelmatrix. Sie sind den 

Salzfilmen zuzuordnen. 

Nitrat (N) kann aufgrund 

der Absorption leichter 

Elemente durch die Pt- 

Bedampfung nicht 

nachgewiesen werden. 


Abb. 186: 


Salzkruste (NaCl) und 

Kontaktzone Kruste / 

Ziegel. Auf den Kluftflächen 

zwischen den NaCl- 

Kristallen der Salzkruste 

sind dunkle 

Salzlösungsfilme vorhanden. 







Abb. 187: 

REM-Untersuchung 

Gegenüber der Kryo-REM- 

Aufnahme (vgl. Abb. 184) 

ist der Ziegel wesentlich 

offenporiger. Details des 

keramischen Scherbens 

sind erkennbar. Salzfilme 

sind nur noch vereinzelt als 

dünne Relikte vorhanden. 



Abb. 188: 


NaCl-Ausblühungen (helle 

Kristalle) auf der im Labor 

„frisch“ erzeugten Bruchfläche. 



Abb. 189: 


NaCl-Ausblühungen (helle 

Kristalle) auf der im Labor 

„frisch“ erzeugten Bruchfläche 

bei höherer Vergrößerung. 

Die idiomorphen 

Formen sind typisch für 

Artefakte. 








Abb. 190: 

REM-Untersuchung: 

Gegenüber der Kryo-REM- 

Aufnahme (vgl. Abb. 186) 

ist die NaCl-Kruste stark 

verändert. Sie bildet ein 

poröses Haufwerk aus 

kleinen, stark angelösten 

NaCl-Kristallen. 



An NaCl-haltigen Ziegelproben, die unmittelbar nach der Entnahme aus dem Mauerwerk 

geteilt und mittels Kryo-Technik sowie auf herkömmliche Weise im REM untersucht wurden, 

ließen sich folgende Unterschiede nachweisen: 

Im Bereich der NaCl-Ausblühungen an den Ziegeloberflächen waren zum Untersuchungszeitpunkt 

Salzlösungsfilme vorhanden, die nur mittels Kryo-REM erkannt und identifiziert 

werden konnten. Durch Anlösung von NaCl-Kristallen (nach Kondensation von Wasser auf 

der Wandoberfläche) ist Salzlösung entstanden und in Poren und Hohlräume der Salzkruste 

eingedrungen. 

Die Morphologien der NaCl-Kristalle in den Ausblühungen zeigen ebenfalls eine 

Abhängigkeit von der Präparations- und Untersuchungsmethode. Die starken Anlösungen, 

die beim Verzicht auf die Kryo-Technik vorgefunden wurden, sind die Folge von Feuchteeinwirkung 

während des Transportes und der Lagerung der Probe. 

Die konzentrierten Salzfilme im Porenraum hoch salzbelasteter Ziegel konnten nur im Kryo- 

REM erkannt und abgebildet werden. Ein erheblicher Teil der Feinporosität ist durch diese 

Salzfilme verschlossen. Bei herkömmlicher REM-Untersuchung kriecht ein Teil des NaCl zur 

präparierten Bruchfläche und kristallisiert dort in überwiegend idiomorphen Kristallformen. 

Salzkristalle dieser Morphologie an frischen Bruchflächen sind typische Artefakte. 

Bei diesem Umlagerungsprozeß wird der Porenraum in erheblichem Maß geöffnet, nur sehr 

vereinzelt bleiben Relikte der Salzfilme erhalten. 

Der Vergleich zwischen Kryo-REM und REM hat gezeigt, daß zur artefaktfreien Erfassung 

und Abbildung eines bauwerksspezifischen Salzgemisches in seinen unterschiedlichen 

Konzentrationen und lokalen Verteilungen der Einsatz der Kryo-Technik unverzichtbar ist. 

Eine herkömmliche Präparation und REM-Untersuchung von Ziegeln, die NaCl und 

Feuchtigkeit enthalten, führt zu erheblichen Veränderungen im Probenmaterial. Die NaCl- 

Morphologien und die Verteilung des Salzes im Porenraum, die im REM vorgefunden 

werden, entsprechen nicht den Verhältnissen, die zum Zeitpunkt der Probenentnahme im 

Ziegel vorgelegen haben. Fehlinterpretationen sind die Folge.


4.2.9 Modell zum Schadensprozeß am Ziegelmauerwerk des Kampischen Hofes 

Aus den Ergebnissen der kombinierten mikroskopischen Untersuchungen (PolMi, REM, 

Kryo-REM) können, unter Verwendung von Daten aus Feuchte- und Salzanalysen, 

wesentliche Schlußfolgerungen zu den Schädigungsprozessen gezogen werden. 

Anhand charakteristischer mikroskopischer Schadensbilder kann unterschieden werden, ob 

Gips und Frost oder NaCl-Kristallisation zu den vorliegenden Schäden geführt haben. Die 

Wirkungsweise gleicher Salze ist aufgrund der klimatischen Unterschiede am Außen- bzw. 

Innenmauerwerk teilweise verschieden, so daß beide Fälle getrennt behandelt werden. 


Eine maßgebliche Beteiligung von Gips am Schadensprozeß ist makroskopisch aus der 

Ablösung dünner, oberflächenparalleler Schalen ersichtlich. Mikroskopisch sind Schalen mit 

einer Paralleltextur aus Ziegel und Gips nachweisbar. An den betroffenen Ziegeln wurden 

Gipskonzentrationen im vordersten Gefügeabschnitt bis etwa 10 M% ermittelt. Die Gehalte 

an leicht löslichen Salzen sind mit 0,5 M% Chlorid und 0,3 M% Nitrat vernachlässigbar 

gering. 

Die makroskopischen und mikroskopischen Schadensbilder entsprechen denen, die an 

geschädigten Terrakotten im Außenbereich festgestellt wurden (s. Gliederungspunkt 4.1.6). 

Damit kann auf vergleichbare Ursachen und Schadensprozesse geschlossen werden, die für 

Terrakotten im Gliederungspunkt 4.1.8 dargelegt wurden. Durch Frosteinwirkung auf gestaute 

Feuchtigkeit bzw. durch thermisch-hygrische Beanspruchungen von Gipshorizonten 

entstehen aufgefächerte, durch Gips sekundär stabilisierte Paralleltexturen, die sich als 

dünne Schalen ablösen. 

Ziegelschäden infolge NaCl–Kristallisation sind makroskopisch durch sandende bis schuppende 

Oberflächen, teilweise mit erheblichen Rückwitterungstiefen, zu erkennen. Aus den 

mikroskopischen Untersuchungen konnte ein ursächlicher Zusammenhang zwischen auftretenden 

Schäden und der Lage der Kristallisationsfront abgeleitet werden. Stehen 

Lösungstransport und Verdunstungsrate an der Oberfläche im Gleichgewicht, treten trotz 

hoher Gehalte an leicht löslichen Salzen (1,3 M% Chlorid, 0,3 M% Nitrat, Gips



Obwohl es sich um einen ungeheizten Speicherraum handelt, in dem im Winter zeitweise 

Frost herrscht, treten die für Gips-Frost-Prozesse typischen Schadensbilder – Ablösung 

dünner Schalen oder größerer Partikel - am Innenmauerwerk nicht auf. 

Gips ist jedoch in der gleichen Größenordnung wie am Außenmauerwerk nachweisbar (0,2 

bis 11 M%). Aus den mikroskopischen Untersuchungen ist ersichtlich, daß bei hohen Gipskonzentrationen 

2-3 mm breite, oberflächennahe Gipshorizonte vorhanden sind, in denen 

der Porenraum des Ziegels durch feinkristallinen Gips verstopft ist. 

Am Außenmauerwerk führen diese Gefügeveränderungen zu einer Trocknungsbehinderung 

und damit zu einer Erhöhung der Frostanfälligkeit. Es entstehen zunächst Risse und im 

weiteren Verlauf aufgefächerte Paralleltexturen aus Ziegel und Gips. 

In den Gipshorizonten der Ziegel des Innenmauerwerkes sind keine Risse vorhanden. Die 

Gipskristallisation hat weder direkt noch indirekt zu einer Gefügeschädigung geführt. Damit 

kann die Rolle des Gipses im Schadensprozeß der Ziegel des Innenmauerwerkes trotz 

hoher Gipsgehalte vernachlässigt werden. Hauptursache dieses Unterschiedes ist der 

Umstand, daß die Gipshorizonte im Innenraum nur geringen thermisch-hygrischen 

Beanspruchungen ausgesetzt sind. 

Die Verdichtung des oberflächennahen Porenraumes durch Gipsausscheidung führt zu 

einem signifikanten Anstieg der Konzentrationen leicht löslicher Salze unmittelbar hinter dem 

vergipsten Abschnitt. Die Chlorid- und Nitratgehalte steigen auf das Vierfache der üblichen 

Werte und betragen 8-15 M%. Aufgrund der hohen Konzentrationen leicht löslicher Salze 

kann Frost als Schadensfaktor für die Ziegel des Innenmauerwerkes ausgeschlossen 

werden. Thermodynamische Berechnungen auf der Basis eines realen Salzgemisches 

ergaben eine Gefrierpunkterniedrigung auf ca. -25° C. 

In den sichtbar geschädigten Ziegeln des Innenmauerwerkes wurden geringe Gipsmengen 

(

5. Zusammenfassung 167 

5 ZUSAMMENFASSUNG 

Die über zehnjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Baustoffanalyse mittels Licht- und 

Elektronenmikroskopie waren der Anlaß zur Darstellung der mikroskopischen Methodik und 

der auf diesem Wege erreichbaren Erkenntnisse - und zwar am Beispiel keramischer 

Materialien von vier berühmten Baudenkmälern: 

1. Terrakotten (19. Jh.) am Schweriner Schloß 

2. Terrakotten (19. Jh.) am Holstentor in Lübeck 

3. Terrakotten (14. Jh.) an der Johanniskirche in Tartu (Estland) 

sowie 

4. Ziegel (14. und 19. Jh.) am Kampischen Hof in Stralsund 

Für die historischen Terrakotten mit ihrem vielfältigen Spektrum unterschiedlicher 

Schadensbilder in eng benachbarten Oberflächenbereichen war der Einsatz mikroskopischer 

Methoden aus zwei Gründen zwingend erforderlich. Erstens wegen der starken Beschränkungen 

auf unauffällige Probengrößen und zweitens wegen der dadurch vertretbaren großen 

Probenzahl zwecks statistischer Sicherheit der wissenschaftlichen Aussagen. 

Als besonders hilfreich erwies sich die Baustoffmikroskopie auch für die stufenweise 

Erfassung der Auswirkungen einzelner Konservierungsschritte auf die geschädigten Gefüge 

als Grundlage für eine Dauerhaftigkeitsprognose sanierter Bereiche. 

Für die Ziegel des Kampischen Hofes ergab sich als wesentliche Aufgabe die 

Interpretation der mikroskopischen Verwitterungsbilder im Zusammenhang mit den Feuchteverhältnissen 

und der Salzwanderung unter dem Einfluß klimatischer Schwankungen bzw. 

Unterschiede am Innen- und Außenmauerwerk. 

Hierzu mußte die mikroskopische Schadensanalyse durch die Beobachtungen dynamischer 

Veränderungen am Objekt und in Simulationsversuchen im Labor erweitert werden. 

Die Erfassung der sehr komplexen Transport- und Kristallisationsvorgänge leicht löslicher 

Salze (Chloride und Nitrate) auf Oberflächen und im Inneren unterschiedlich stark gebrannter 

Ziegel erforderten eine Probenfixierung durch Kryo-Schock vor Ort und die entsprechende 

Weiterbehandlung der Proben einschließlich Untersuchung in der Kryo-Probenkammer des 

Rasterelektronenmikroskops. 

Der Vorteil der umfassenden mikroskopischen Analyse verwitternder Baustoffe liegt in 

der Ablesbarkeit der Entwicklungsstadien des eigentlichen Schadens, unabhängig von 

augenfälligen, aber wenig aussagekräftigen Merkmalen des makroskopischen Bildes. 

Voraussetzung hierfür ist jedoch die Kombination der verschiedenen mikroskopischen 

Abbildungs- und Analysetechniken. Nur auf diese Weise können Einzelaspekte, die im 

Lichtmikroskop, REM bzw. Kryo-REM erkannt werden, zu einem sich ergänzenden Gesamtbild 

umfassender Aussagefähigkeit vereint werden. 

Dazu folgende Beispiele aus den Untersuchungen an historischen keramischen Baustoffen: 

Terrakotten 

Lokale Farbunterschiede der Terrakotten lenkten zunächst den Verdacht auf Anstriche 

oder Engobierungen. Mikroskopisch konnten jedoch oberflächennahe Materialinhomogenitäten 

im Scherbengefüge (Schwankungen im Ca/Fe-Verhältnis) als Ursachen nachgewiesen 

werden.


Unter schwarzen Oberflächen von Terrakotten wurden im Lichtmikroskop Reste von 

Farbschichten sichtbar, deren Pigmente (Gelbe und Rote Ocker) am gleichen Präparat 

mittels EDX-Analyse im REM bestimmt werden konnten. Zusätzlich wurde im mikroskopischen 

Bereich eine Langzeitschutzwirkung der alten Fassung für die Terrakottaoberfläche 

ableitbar. 

Abbildung und EDX-Analyse von mikrometerfeinen Auflagerungen und Krusten an 

Oberflächen und Bruchflächen ermöglichten Rückschlüsse auf die Entstehung, z.B. die 

Mobilisierung von Vanadiumverbindungen aus dem keramischen Scherben. 

Gleichzeitig konnte an Dünnschliffen (senkrecht zu Verwitterungsfläche und Brennhaut) die 

Reduzierung offener Oberflächenporen erkannt und auf eine Verminderung der Verdunstungsgeschwindigkeit 

geschlossen werden. 

Der Vergleich von Terrakottaproben verschiedener Objekte hat gezeigt, daß identische 

Belastungssituationen (Gips und Frost) charakteristische Gefügeveränderungen zur Folge 

haben. Damit können allgemein wirksame Einflüsse von örtlichen Besonderheiten 


Nicht nur an Terrakotten, sondern für die meisten Baudenkmäler stellt sich immer wieder die 

Frage: Führt die alleinige Gipskristallisation direkt zu einer Schädigung ? Für die untersuchten 

Terrakotta-Objekte kann diese Frage eindeutig verneint werden. Durch die 

Abscheidung feinkristallinen Gipses im oberflächennahen Porenraum werden jedoch 

Bedingungen geschaffen, die aufgrund ihrer Wirkung als Trocknungsblockade bei gleichzeitig 

lokal verringerter Frostbeständigkeit häufig schadensauslösend sind. 

Die Existenz solcher Gipshorizonte an äußerlich intakten Terrakotten ist daher als Vorschädigung 

anzusehen. 

Ziegel 

Auch an den Außenwänden der Ziegelmauern des Kampischen Hofes treten durch Gipsausscheidungen 

begünstigte Frostschäden auf. 

Dagegen zeigen stark vergipste Ziegel der Innenwände keine Gefügezerstörungen, die auf 

Gips/Frost-Prozesse zurückführbar sind. Eiskristallisation als wesentlicher Faktor dieses 

Prozesses entfällt aufgrund der Gefrierpunkterniedrigung durch hohe Konzentrationen leicht 

löslicher Salze. 

Schadensprozesse mit leicht löslichen Salzen erfordern mikroskopische Momentaufnahmen. 

Diese gelingen durch blitzartiges Einfrieren des augenblicklichen Zustandes 

mittels Kryoschock, anschließender Kryofixierung und Untersuchung im REM mit Kryo- 

Zusatz. 

Anderenfalls, z.B. bei herkömmlicher Präparation und REM-Untersuchung, ist bereits bei 

geringen Feuchtegehalten mit Umlagerungs- und Kristallisationsprozessen im Probenmaterial 

zu rechnen, die zu Fehlinterpretationen führen können. 

Schäden durch NaCl-Kristallisation stehen in direktem Zusammenhang mit der Lage der 

Kristallisationsfront. Sie wird bestimmt durch die Porosität, bereits vorhandene Gefügeschäden, 

den Feuchte- und Salzgehalt und die klimatischen Verhältnisse. An Ziegeln mit 

homogenem, offenem Porengefüge, dessen Wegsamkeiten nicht durch schwer lösliche 

Salze verstopft oder durch Rißsysteme unterbrochen sind, treten lediglich Ausblühungen auf.


In Gegenwart oberflächenparalleler Risse und an hoch porösen Ziegeln erfolgt - bei gleicher 

Salzbelastung - die NaCl-Kristallisation innerhalb oder hinter dem vorgeschädigten Gefügeabschnitt. 

Vor allem zyklische Beanspruchungen (Lösung und anschließende Kristallisation 

des NaCl) führen zu Gefügelockerungen und in die Tiefe fortschreitenden Schäden. 

Die artefaktfreie Abbildung von Ausblühungen leicht löslicher Salze mittels Kryo-REM 

erlaubt Rückschlüsse auf die derzeitige Substratfeuchte im vorderen Mauerwerksabschnitt. 

Aus den Morphologien der NaCl-Ausblühungen (kompakte Krusten, Faserkrusten bzw. 

einzelne stengelige Kristalle) ist auf eine geringe Feuchte im Ziegel bzw. auf konzentrierte 

Salzlösungen zu schließen. Lagenweise wechselnde Kristallformen innerhalb einer Kruste 

sind die Folge zyklischer NaCl-Transportschübe, ausgelöst durch Feuchteschwankungen. 

Proportional zur Stärke der Ausblühungen an den Oberflächen treten Salzfilme im 

Porenraum der Ziegel auf. Aus chemischen Salzanalysen geht hervor, daß im Salzgemisch 

NaCl dominiert und in untergeordneter Menge Nitrate enthalten sind. Thermodynamische 

Berechnungen ergaben, daß die Salzfilme stark übersättigt sind. Es konnte noch nicht 

geklärt werden, inwieweit Keimbildung und Kristallwachstum gehemmt sind und/oder ein 

hoher Metastabilitätsbereich für das Salzgemisch vorliegt. 

Die Auswirkungen langfristiger oder kurzzeitiger Klimaereignisse auf die Feuchte- und 

Salzverteilung im vorderen Abschnitt der Ziegel können durch Kryo-REM-Untersuchung 

erfaßt werden. 

Kondenswasserniederschläge infolge Taupunktunterschreitung führten zu Anlösungen der 

Salzausblühungen. 

Eine mehrmonatige Temperierung einer Innenwandfläche auf 22°C hatte einen Salztransport 

in Richtung Oberfläche über Grenzflächendiffusion (Kriechen) zur Folge, was zu 

verstärkten Ausblühungen führte. Im Porenraum der betreffenden Ziegel wurde zwar eine 

Zunahme der Salzfilme beobachtet, aber kein vermehrtes Kristallwachstum. 

Entgegen der verbreiteten Auffassung, daß in einem porösen, mit der Raumluft in Verbindung 

stehenden System keine übersättigten Lösungen zu erwarten sind, konnten mittels 

Kryo-REM - gestützt durch thermodynamische Berechnungen - übersättigte Salzlösungen 

im Porenraum von Ziegeln nachgewiesen werden. In diesen Salzfilmen sind jedoch nur 

einzelne, sehr kleine NaCl-Kristalle vorhanden, so daß hohe Kristallisationsdrücke, wie sie 

von CORRENS UND STEINBORN (1939) für stark übersättigte Salzlösungen postuliert werden, 

nicht zu erwarten sind. Eine gefügeschädigende Wirkung der Salzfilme kann aus den 

durchgeführten Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Hinweise auf Scherspannungen, 

die nach der Theorie von PÜHRINGER (1983) durch Verformungen von Salzfilmen infolge 

zyklischer Trocknung bzw. Wasseraufnahme entstehen und zu Schäden am keramischen 

Scherben führen sollen, liegen nicht vor. 

Der Einfluß der Salzzusammensetzung auf das Kristallisationsverhalten der Salzfilme ist 

noch nicht geklärt. Aussagen, inwieweit Keimbildung und Kristallwachstum gehemmt sind 

bzw. ein hoher Metastabilitätsbereich für das Salzgemisch charakteristisch ist, erfordern 

vertiefende Untersuchungen. 

Die umfassende Deutung des mikroskopischen Untersuchungsmaterials erfolgte stets 

im Vergleich mit Ergebnissen bauphysikalischer und chemischer Untersuchungen sowie mit 

thermodynamischen Berechnungen. 

Umgekehrt bedürfen auch die Bauphysik und die Baustoff-Chemie der Unterstützung durch 

die Analyse mikroskopischer Schadensbilder in ihren Entwicklungsstadien.

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STEIGER M. und NEUMANN H.-H. (1996): Zwischenbericht über vergleichende Salzmessungen 

in Klimakammer III vor und nach der Entsalzungsmaßnahme. Unveröffentlichte 

Laborergebnisse, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie der Universität 

Hamburg 

STEIGER M. und ZEUNERT A. (1996): Crystallization properties of salt mixtures: Comparison of 

experimental results and model calculations. In: Riederer J. (Hrsg.): International Congress 

on Deterioration and Conservation of Stone - Proceedings. Möller Druck und Verlag GmbH, 

535-544 

STEIGER M. (1998): Untersuchungen zur Salzbelastung des Ziegelmauerwerks am 

Kampischen Hof. In: Pilotobjekt Kampischer Hof Stralsund. Broschüre zum Kolloquium 

„Forschung für den Denkmalschutz 1985 bis 1998, Brauweiler, 1.-2. Sept. 1998, Hrsg.: 

Deutsches Zentrum für Handwerk und Denkmalpflege Fulda e.V., 9-14 

STEIGER M. (2001): Unveröffentlichte Modellrechnung. Institut für Anorganische und 

Angewandte Chemie der Universität Hamburg 

SUNAGAWA I. (1981): Characteristics of crystal growth in nature as seen from the morphology 

of mineral crystals. Bull. Minéral. 104, S. 81-87 

THOMAS, W.N. (1938): Building Research Station Technical Paper No.5. H. M. Stationary 

Office, London 

VOSKUIL J. (1958): Mikroskopische Untersuchungen an niederländischen Ziegeln. Die 

Ziegelindustrie 24, 776-779 

WALLASCH S. (1995): Das Forschungsprojekt „Erhaltung historischer Terrakotta“-Schadenserfassung, 

Materialuntersuchung, Konservierung. In: Denkmalschutz und Denkmalpflege in 

Mecklenburg-Vorpommern, Heft 2, 41-49 

WATSON A. (1957): Surface growth of salt crystals as a contributory cause of frost damage to 

bricks. Brit. Ceramic Soc. Trans. and Journal, 56 (7), 366-368 

WEISS G. (1992): Die Eis- und Salzkristallisation im Porenraum von Sandsteinen und ihre 

Auswirkungen auf das Gefüge unter besonderer Berücksichtigung gesteinsspezifischer 

Parameter. (Dissertationsschrift) In: Münchner Geowissenschaftliche Abhandlungen, Reihe B 

(Allgemeine und Angewandte Geologie), Verlag F.Pfeil, München 

WENDLER E. (1994): Erhaltung historischer Terrakotten, Schloß Schwerin: Zustandserfassung. 

Versuche zur Entsalzung und Festigung (Musterfläche 1). Unveröffentlichter 

Bericht, Fachlabor für Konservierungsfragen Dr. Wendler, München 

WENDLER E. (1995): Erhaltung historischer Terrakotten, Schloß Schwerin: Zustandserfassung. 

Versuche zur Entsalzung und Festigung (Musterfläche 2), Unveröffentlichter 

Bericht, Fachlabor für Konservierungsfragen Dr. Wendler, München 

WENDLER E. (1997): Erhaltung historischer Terrakotten, Schloß Schwerin: Objektanwendung 

von Schlämmsystemen (Musterfläche 2), Unveröffentlichter Bericht, Fachlabor für 

Konservierungsfragen Dr. Wendler, München


WILIMZIG M., FAHRIG N., MEYER C., BOCK, E. (1993): Biogene Schwarze Krusten auf 

Gesteinen. Bautenschutz und Bausanierung, 16, 22-25 

WITTENBURG CH. (1995): Entsalzungsversuche an Terrakotta-Reliefplatten des Schweriner 

Schlosses. Unveröffentlichter Bericht, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie der 

Universität Hamburg, 1995 

WOLF B. (1992): Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen am Schweriner Schloß 

vom 6.-8.4.1992. Unveröffentlichter Untersuchungsbericht, Institut für Chemie und Biologie 

des Meeres, AG Geomikrobiologie der Universität Oldenburg 

ZEHNDER K. (1982): Verwitterung von Molassesandsteinen an Bauwerken und in Naturaufschlüssen. 

In: Beitr. Geol. Schweiz, Geotech. Ser. 61

Lebenslauf 

Persönliche Daten 

Name Frank Schlütter 

Geburtsdatum: 20.07.1957 

Geburtsort: Erfurt 

Familienstand: verheiratet, 1 Tochter 

Wissenschaftlicher Werdegang 

04/2002 Promotion an der Bauhaus-Universität Weimar 

09/1983 - 08/1988 Studium der Kristallographie an der Karl-Marx-Universität Leipzig 

Abschluß: Diplom-Kristallograph 

09/1980 - 04/1982 Abitur an der Volkshochschule Erfurt 

09/1964 - 07/1974 Allgemeinbildende Oberschule in Erfurt 

Berufstätigkeit 

seit 01/1990 Amtliche Materialprüfungsanstalt Bremen (MPA) am 

Institut für Werkstofftechnik (IWT) in Bremen 

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 

• Materialkundliche Untersuchungen in denkmalbezogenen 

Forschungsprojekten 

• Licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen an 

baulichem Kunst- und Kulturgut 

• Gutachterliche Tätigkeit 

09/1988 - 09/1989 Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar 

(heute: Bauhaus Universität Weimar) 

Sektion Baustoffverfahrenstechnik, Wissenschaftsbereich Chemie 

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 

• Chemische Untersuchungen zu Kristallisationsvorgängen in 

gipsgebundenen Baustoffen 

• Lehrtätigkeit 

VEB Nachrichtenanlagenbau Leipzig 

09/1974 - 12/1976 Berufsausbildung 

Facharbeiter für Nachrichtentechnik 

01/1977 - 08/1983 Aufbau, Inbetriebnahme und Wartung von Nachrichtenanlagen

Dissertation - Amtliche Materialprüfungsanstalt

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