Mit hoher Flankenhaftung gegen Feuchtigkeit

Westturm des Schleswiger Doms saniert: Der St.-Petri-Dom zu Schleswig ist herausfordernden klimatischen Bedingungen ausgesetzt. An vielen Tagen im Jahr presst starker Wind das Regen­wasser mit hohem Druck auf das Ziegelmauerwerk. Die Vormauerschale des Westturms hielt diesen Belastungen auf Dauer nicht stand. Wassereintritt über die Fugen führte zu so starken Schäden, dass die Vormauer­schale grundlegend instand gesetzt und teilweise komplett neu aufgemauert werden musste. Entscheidend für das Sanierungskonzept war ein Fugenmörtel mit hoher Flanken­haftung, bei dem es auch unter der hohen witterungsbedingten Belastung zu keinen Flankenabrissen kommt.

Viele Jahrhunderte bestand der St.-Petri­Dom in Schleswig einzig aus einem mächtigen Kirchenschiff, das die Altstadt an der Schlei überragte. Ursprünglich im 12. Jahrhundert als romanische Basilika erbaut, verwandelte sich der Dom in den folgenden Jahrhunderten in eine gotische Hallenkirche. Der weithin sichtbare neogotische Westturm entstand erst zwischen 1888 und 1894. Mit ihm erhielten Schleswig und die gesam­te Region ein weithin sichtbares Wahrzei­chen.

 

 

Untersuchungen offenbaren Defizite früherer Sanierungsmaßnahmen

 

Im Laufe der Zeit zeigten sich immer mehr Schäden am Turm, sodass zwischen 1953 und 1956 umfangreiche Sanierungsmaßnahmen ausgeführt wurden. Dabei wurde die rund 30 Zentimeter dicke äußere Verblendschale des mehrschaligen Turmmauerwerks komplett zurückgebaut und der Turm mit einem neuen Ziegelmauerwerk verblendet. Gleichzeitig wurde er mit Stahl­betonkonstruktionen und -decken umfassend statisch gesichert. Aus Sicherheits- und Kostengründen verlor der 112 Meter hohe Turm im gleichen Zug einen Teil seiner neogotischen Verzierung aus Türmchen und Fialen. 

Schon damals standen umfassende Mörtel­analysen auf dem Plan und die Materialqua­lität wurde als entscheidender Schlüssel für eine dauerhafte Instandsetzung angesehen. Doch die aktuellen Untersuchungen brach­ten deutliche Defizite der damaligen Vorge­hensweise ans Licht.  

Beispielsweise wies der verwendete Mörtel besonders an den exponierten Eckvorlagen einen höheren Zementanteil auf als in der ursprünglichen Planung festgelegt worden war. Weitere Probleme ergaben sich durch nicht frostsichere Ziegelsteine sowie unter­schiedliche Steinformate von Verblend- und Kernmauerwerk. 

Eindringendes Wasser wurde als Hauptschadensursache erkannt

 

Trotz einer weiteren Instandsetzung in den 1990er-Jahren zeigten sich vor einigen Jah­ren erneut schwerwiegende Schäden am Westturm. Bereiche des Vormauer­werks lösten sich, gleichzeitig durchlief ein weitverzweigtes Risssystem die Steinflanken und Fugen der Vormauerschale. Deshalb be­traute die Evangelisch-Lutherische Kirche in Norddeutschland die Gebäudemanagement Schleswig-Holstein GMSH damit, eine weite­re umfassende lnstandsetzungsmaßnahme des Schleswiger Doms zu koordinieren.

Die Arbeiten starteten im Jahr 2017 und dauern noch an. Die konkreten Maßnahmen zur Bestandsuntersuchung, Planung und Durchführung übernahmen Krekeler Archi­tekten Generalplaner und HAZ Beratende Ingenieure für das Bauwesen.

Am Anfang stand eine umfassende Be­standsaufnahme und Analyse des Turm­mauerwerks. Ein Verblendmauerwerk um­schließt als äußere Schale ein Kernmauer­werk, das im unteren Teil eine Dicke von drei bis vier Metern erreicht und sich nach oben verjüngt, sodass es im oberen Bereich nur noch etwa einen Meter dick ist.

Eine entscheidende Erkenntnis ließ sich aus der Kartierung von Rissen im Ziegelmau­erwerk der äußeren Schale ableiten. Diese zeigten eine Häufung auf der Wetterseite und machten Feuchtigkeit als Schadensursa­che viel wahrscheinlicher als einen reinen Temperaturwechsel oder Salzbelastungen durch die Meeresluft. Die Sachverständigen betrachteten die häufigen Regenfälle als wichtigste Schadensursache. Oft peitschten diese unter starkem Wind auf den Turm, wo­bei Wasser in das Mauerwerk gedrückt wur­de. Viele Frost-Tau-Wechsel in den kälteren Jahreszeiten, teilweise mehrfach täglich und oft von starken Regenfällen begleitet, ver­stärkten das Schadenspotenzial. So hat die eingedrungene Feuchtigkeit Mörtel und Zie­gel geschädigt.

Das Wasser ist sowohl über den Turmhelm als auch über das Fugennetz eingedrungen. Als Schwachpunkte erwiesen sich verwitter­te Fugen und zahlreiche Flankenabrisse zwi­schen Ziegel und Mörtel. Von außen war der Grad der Durchfeuchtung nicht zu erkennen, aber Kernbohrungen gaben darüber Auf­schluss, dass sowohl Mörtel als auch Steine in der Tiefe feucht waren. 

Im oberen, stark dem Wetter ausgesetzten Abschnitt fanden sich neben der Feuchtigkeit auch deutliche Frostschäden. Im unteren Be­reich hatte die Feuchtigkeit stellenweise das gesamte drei bis vier Meter dicke Kernmauerwerk durchdrungen und zu Salzablagerungen auf den Innenwänden geführt.

Eine Folge der Feuchtigkeit war, dass der Fugenmörtel aus den 1950er-Jahren aufzuquellen begann. Diese Quelldehnung des Mör­tels, parallel zu den Steinlagen, löste horizontale Zugspannungen in den Steinen aus, was an vielen Stellen vertikale Risse und Abplatzun­gen verursachte. Dennoch lag keine statische Überlastung durch das Eigengewicht der Mauern oder den Wind vor.

Einige wesentliche Eckpunkte für das lnstandhaltungskonzept des Turmes kristallisierten sich heraus: 

  • Allen Maßnahmen übergeordnet stand das Ziel, zukünftig die Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk fernzuhalten. 
  • Im Turmbereich der Glockenstube wurde die Westwand in voller Mauerdicke, also inklusive Kernmauerwerk und Vorsatzschale, zu­rückgebaut und neu aufgemauert. 
  • In den vollständig durchfeuchteten unteren Bereichen der West­fassade wurde nur die Vorsatzschale zu rückgebaut und eine neue aufgemauert. Zudem wurde das Mauerwerk von innen getrocknet. 
  • An den weiteren Flächen wurden alle geschädigten Steine aus­getauscht und die gesamte Verfugung erneuert. Zudem wurden hier Risse mit einer Vernadelung und mineralischen Injektionen gesichert.

Fugenmörtel speziell rezeptiert und Applikations­technik festgelegt

 

Die Leitung und Durchführung sämtlicher Arbeiten rund um den Aus­tausch und die Ausbesserung des Mauerwerks übernahm die Firma wibbeke denkmalpflege. Auf der Suche nach einem passenden Fu­genmörtel, legte sie im Vorfeld mit einer Reihe von Mörteln Muster­flächen an und ließ diese im Labor auf ihre Tauglichkeit testen. Gerade in den Bereichen, in denen die Vorsatzschale erhalten blei­ben soll, ist der vorhandene Mauermörtel schadensanfällig und übt mit seinen Quelleigenschaften Druck auf die Ziegel aus. Um dieser Belastung entgegenzuwirken, soll die neue Verfugung möglichst we­nig Wasser zum Bestandsmörtel durchlassen. Dabei ist die Flanken­haftung des Mörtels das A und 0. Es darf auch unter hoher Belastung keine Flankenabrisse geben. Der Mörtel muss den häufigen Frost­Tau-Wechseln in den kälteren Jahreszeiten ebenso widerstehen wie der hohen Wind- und Feuchtigkeitsbelastung.

Als am besten geeignet erwies sich ein speziell rezeptierter, auf den Bestand und die Bedingungen vor Ort abgestimmter Trass-Kalk-Fu­genmörtel. Deutlich wurde bei den Tests auch, dass das Applika­tionsverfahren sowie eine handwerklich sorgfältige Ausführung eine wichtige Rolle spielen, um das Potenzial des Mörtels tatsächlich im Mauerwerk umzusetzen.

Der Fugenmörtel sollte auf die Festigkeit der Ziegel abgestimmt und daher der Festigkeitsklasse MS gemäß DIN EN 998-2 zugeordnet sein, das heißt, er sollte einen Druckfestigkeitswert von 5,0 N/mm2 nicht zu stark überschreiten. In Absprache mit der Objektberatung des Mörtelherstellers wurde dieser Wert etwas nach oben korrigiert, um mit einer höheren Druckfestigkeit auf die exponierte Lage des Turmes zu reagieren, die eine gesteigerte Anforderung an die Be­ständigkeit des Mörtels mit sich brachte. 

Mit 7,5 N/mm2 lag der empfohlene Wert etwas über der anvisierten Mindestdruckfestigkeit, jedoch deutlich unter den schadensträchti­gen Werten des Bestandsmörtels, die sich zwischen 18 und 33 N/mm2 erstreckten.

Große Bedeutung kam den Verarbeitungseigenschaften zu. Nur mit einer guten Verarbeitbarkeit ließ sich eine gleichbleibend hohe handwerkliche Leistung erzielen, um den Mörtel mit der gewünsch­ten Flankenhaftung zu applizieren. Als Verarbeitungstechnik wurde ein manuelles Kartuschenspritzverfahren gewählt. Eine Verfugung mit Kartuschen bietet in der Regel zwar nicht die höchs- te Festigkeit des Mörtels, aber er lässt sich besser plastisch einstellen und vergüten, sodass Flankenhaftung und Verarbeitungseigenschaf­ten optimiert werden können.

Mit Kartuschenpistolen kann eine homogen dichte Fuge von hinten nach vorne aufgebaut werden. Nach dem Ansteifen des Mörtels wird die Fuge oberflächlich abgestreift und verdichtet. So entsteht eine Fuge mit guter Verdichtung über die gesamte Fugentiefe.

Für diesen Zweck wurde der gewählte Fugenmörtel in kartu­schengängiger Form mit einem Größtkorn von einem Millimeter produziert. Er ist wasserhemmend eingestellt, wobei die reduzierte Wasseraufnahme durch eine dosierte Zugabe von Hydrophobierungsmit­teln erzielt wird. Durch den guten Verbund zum Ziegel werden hohe Haftscherfestigkei­ten erreicht.  

Es wurde auf gute Vor- und Nachbereitung geachtet

 

Auch bei der Vor- und Nachbereitung gab es einiges zu beachten. Vor der Verfugung ein­zelner Abschnitte musste das Mauerwerk gründlich gereinigt werden. Die Arbeiten selbst durften nicht bei zu heißen Tempera­turen ausgeführt werden, damit der Mörtel nicht austrocknet. Auch starker Wind erfor­derte den einen oder anderen Arbeitsstopp, um ein „Verbrennen" des Mörtels durch zu schnellen Wasserentzug zu verhindern. Als Nachbehandlung wurden die Fugen in den ersten Tagen feucht gehalten. 

Neue Schal mit Verankerung an das Kernmauerwerk angebunden Die komplett neu aufgemauerten Bereiche der Vorsatzschale wurden durch regelmäßi­ge Verankerungen gut an das Kernmauer­werk angebunden. Das wurde allerdings da­durch erschwert, dass für das Vormauerwerk aus den 1950er-Jahren ein anderes Stein­format gewählt worden war als das Kern­mauerwerk aufweist. Deshalb liegen die Fugen nicht auf einer Höhe. Alle Bohrungen für die Ankerbefestigungen im Kernmauer­werk mussten deshalb genau ausgemessen werden, um mit der Fugenlinie der äußeren Schale übereinzustimmen. Für etwas Spiel­raum sorgten biegsame Luftschichtanker mit einer leicht flexibel angelegten Lage­rung im Kernmauerwerk. Auch die größeren, in etwas weiteren Abständen an­gebrachten Ankerplatten sind flexibel kon­struiert.

 

 

Vernadelung rettet Teile der alten Verblendschale

 

Einige Bereiche, an denen das Bestands­mauerwerk der Vormauerschale weitge­hend erhalten werden konnte, mussten zu­sätzlich gesichert werden. Neben dem Aus­tausch einzelner Steine, dem Beheben von Schadstellen und der Neuverfugung wurde das Mauerwerk vernadelt. Die Öffnungen für die circa 60 Zentimeter langen Metallstä­be wurden schräg von unten nach oben in das Mauerwerk gebohrt. Für das Verpressen wurden pro Bohrloch etwa drei Liter eines speziellen Anker- und lnjektionsmörtels be­nötigt, der über an den Metallstäben be­festigte Röhrchen manuell mit einer Hand­hebelpumpe injiziert wurde.  

 

 

Kupferplatten werden Strebepfeiler des Turms schützen

 

Allein für die Sanierung des Westturms wurden im Verblendmauerwerk insgesamt 120.000 Ziegel ausgetauscht oder komplett neu aufgemauert. Die gesamten Arbeiten umfassen weitere Bereiche und sollen bis Ende Oktober 2021 abgeschlossen sein. Bis dahin wird sich das Erscheinungsbild des Turmes deutlich verändern. Denn die Strebe­pfeiler des Turmes werden eine Verblendung aus Kupferplatten erhalten, um die Pfeiler dem direkten Einfluss von Wind und Schlag­regen zu entziehen. 

Das Projekt im Detail

Projektrahmen

Standort:Schleswiger Dom, Schleswig
Bauzeitraum:2017 – 2021

Partner

Bauherr:Evangelisch-Lutherische Kirche in Norddeutschland 
Projektleitung und Projektsteuerung:GMSH/Gebäudemanagement Schleswig-Holstein AöR, Kiel
Generalplanung:Krekeler Architekten Generalplaner GmbH, Brandenburg in Zusammenarbeit mit HAZ Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Kassel
Bauhauptarbeiten und Fassungsrestaurierung:wibbeke denkmalpflege GmbH, Geseke 

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