Bei der Restaurierung historischer Gebäude werden wässrige Suspensionen mit winzigen Silikat-Teilchen eingesetzt, um poröses Gestein wie Sandstein zu stabilisieren. Was dabei genau passiert und welche Nanopartikel am besten dafür geeignet sind, war bisher allerdings unklar. Forscher in Wien und Oslo haben nun durch Experiment geklärt, wie der Härtungsprozess abläuft und welche Teilchen für mehr Festigkeit sorgen.
In Sandstein sind die Sandkörner relativ schwach miteinander verbunden. Daher verwittert das Material leicht und viele damit gebaute historische Gebäude wie der Wiener Stephansdom müssen aufwendig restauriert werden. Dazu wird eine Flüssigkeit mit fein verteilten winzigen Silikatpartikel verwendet. "Wenn diese Suspension in das Gestein gelangt, dann verdunstet der wässrige Anteil, die Nanopartikel bilden stabile Brücken zwischen den Sandkörnern und verleihen dem Gestein zusätzliche Stabilität", erklärte Markus Valtiner vom Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität (TU) Wien in einer Aussendung.
Ein Forschungsteam der TU Wien und der Universität Oslo konnte nun mittels extrem starker Röntgenstrahlung vom Synchrotron DESY in Hamburg und mit mikroskopischen Untersuchungen in Wien genau klären, wie dieser Härtungsprozess abläuft. Sie zeigten, dass sich die Nanopartikel beim Trocknen im Gestein in einer regelmäßigen Struktur, einem sogenannten kolloidalen Kristall, anordnen und dadurch neue Verbindungen zwischen den einzelnen Sandkörnern schaffen.
Entscheidend für die optimale Festigkeit ist dabei die Größe der Partikel, erklärte die Erstautorin der im Fachjournal "Langmuir" erschienenen Arbeit, Joanna Dziadkowiec, von der TU Wien und der Uni Oslo. "Je kleiner die Nanopartikel, umso mehr verstärken sie den Zusammenhalt zwischen den Sandkörnern", betonte die Forscherin. Durch kleinere Partikel entstehen mehr Bindungsstellen zwischen zwei Sandkörnern, und mit der Zahl der beteiligten Partikel steigt damit auch die Kraft, mit der sie die Sandkörner zusammenhalten. Wichtig sei daher auch die Partikelkonzentration in der Emulsion. Die Forscher hoffen, durch die neuen Erkenntnisse Restaurierungsarbeiten dauerhafter und zielgenauer machen zu können.
Service: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00486
(APA/red, Foto: APA/Dombausekretariat St.Stephan)
