Entwicklung der Feuchtetransporteigenschaften von Zementmörtel unter mariner Salznebel-Umgebung

Warum Meeresluft alte Gebäude schädigen kann

Viele der historischen Städte der Welt liegen am Meer, wo salzhaltige Luft ständig Stein, Ziegel und Putz umspült. Im Laufe von Jahren und Jahrzehnten kann dieser unsichtbare Nebel die winzigen Poren in Baustoffen unbemerkt umgestalten und dadurch verändern, wie sie Feuchtigkeit aufnehmen, speichern und wieder abgeben. Diese Studie betrachtet einen häufig verwendeten Werkstoff — Zementmörtel — genauer, um zu untersuchen, wie Salz aus marinem Sprühnebel den Wasserdampftransport durch ihn verändert und was das langfristig für den Erhalt küstennaher Baudenkmäler bedeutet.

Salz in der Luft, Salz in den Wänden

In Küstenzonen wirbeln Wellen und Wind einen feinen Nebel mit aufgelöstem Salz hoch, vorwiegend gewöhnliches Natriumchlorid. Wenn dieser Sprühnebel auf Wände trifft und trocknet, bleiben Salzkristalle zurück. Durch wiederholtes Befeuchten und Trocknen dringen diese Kristalle mit der Zeit tiefer in die Poren des Materials ein. Zementmörtel, der häufig als Putz und Reparaturmaterial an historischen Gebäuden verwendet wird, galt lange als robust gegenüber diesem Effekt. Die Praxis der Denkmalpflege zeigt jedoch, dass Salz dennoch Poren verstopfen, den Wassertransport verändern und letztlich zu Rissbildung und Oberflächenschäden beitragen kann. Die Autoren wollten diese Effekte unter kontrollierten, realitätsnahen Bedingungen messen.

Ein natürlicher Prozess wird beschleunigt

Um Jahre der Meereswitterung im Labor nachzuahmen, setzten die Forscher Mörtelproben in eine Kammer, die sie mit einem salzigen Nebel aus einer 5%-igen Salzlösung besprühte, und trockneten sie dann aus; diesen Zyklus wiederholten sie bis zu 35 Mal. Nach ausgewählten Zykluszahlen konditionierten sie die Proben sorgfältig und bestimmten, wie leicht Wasserdampf jeweils unter zwei Bedingungen hindurchtreten kann: einem Trockenversuch mit auf einer Seite deutlich trockenerer Luft und einem Feuchtversuch mit sehr feuchter Luft auf einer Seite. Parallel untersuchten sie die innere Porenstruktur mittels Quecksilberintrusion, die Porengröße und -volumen ermittelt, sowie durch Rasterelektronenmikroskopie, die das Wachstum von Salzkristallen in und auf dem Mörtel sichtbar macht.

Zwei gegensätzliche Verhaltensweisen bei trockener und feuchter Luft

Die Ergebnisse zeigten eine auffällige Zweiteilung. Unter trockenen Bedingungen ließ salzbeladener Mörtel weniger Dampf passieren: die Wasserdampfdurchlässigkeit nahm mit zunehmender Zahl an Salznebelzyklen kontinuierlich ab. Die Mikroskopie lieferte die Erklärung. Salzkristalle bildeten sich vor allem in mittleren Poren nahe der Oberfläche und verringerten das Gesamtporenvolumen in einem kritischen Größenbereich um bis zu etwa 40%. Diese Kristalle wirkten wie winzige Verstopfungen, zwangen den Wasserdampf zu verschlungenen Wegen oder blockierten ihn teilweise vollständig. Unter feuchten Bedingungen kehrte sich das Bild jedoch um. Sobald die Umgebungsluft feucht genug war, nahmen dieselben Salzkristalle Wasser auf und verwandelten sich in dünne Schichten salziger Flüssigkeit, die benachbarte Poren verband. Diese flüssigen Pfade förderten den Feuchtetransport, sodass die gemessene Dampfdurchlässigkeit mit zunehmendem Salzgehalt deutlich anstieg.

Eine einfache Regel zur Vorhersage des Feuchtetransports

Um diese Beobachtungen in etwas umzusetzen, das Planer und Restauratoren nutzen können, entwickelten die Forschenden ein mathematisches Modell, das die Dampfdurchlässigkeit des Mörtels mit zwei Hauptgrößen verknüpft: dem angesammelten Salzgehalt und der Luftfeuchte. Da sich das Material unterhalb und oberhalb der Feuchte, bei der Salz zu lösen beginnt, unterschiedlich verhält, verwendet das Modell zwei getrennte Gleichungen — eine für den "Kristallzustand" und eine für den "Laugenzustand". Mit nur den Basisdaten eines sauberen Materials und einer Schätzung des Salzgehalts kann das Modell standardisierte Werte anpassen und vorhersagen, wie tatsächlich salzbelastete Wände unter verschiedenen Klimabedingungen reagieren, ohne dass jedes Mal die vollständige, aufwändige Messreihe wiederholt werden muss.

Was das für Küstendenkmäler bedeutet

Für die nichtfachliche Leserschaft ist die Kernbotschaft: Meerluft bewirkt mehr als nur weiße Salzflecken an Wänden. Sie verändert die mikroskopische "Haustechnik" in Baustoffen. Bei trockener Luft verstopfen angesammelte Kristalle Poren und verlangsamen die Feuchtigkeitsabgabe, wodurch Feuchte tiefer in der Wand eingeschlossen werden kann. Bei feuchter Luft können dieselben Kristalle verflüssigen und schnelle Wege für Feuchte öffnen. Diese Studie liefert ein klareres Bild dieses unsichtbaren Zusammenspiels und Werkzeuge, um vorherzusagen, wie historische Wände sich bei sich ändernden Klimabedingungen verhalten. Solche Erkenntnisse können Restauratoren helfen, bessere Reparaturen zu planen, kompatible Materialien auszuwählen und Belüftungs- sowie Dämmstrategien so zu gestalten, dass wertvolle Küstenbauten länger erhalten bleiben und unangenehme, teure Überraschungen seltener auftreten.

Zitation: Li, B., Dai, X., He, S. et al. Evolution of moisture transport properties in cement mortar under marine salt spray environment. npj Herit. Sci. 14, 291 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02562-z

Schlüsselwörter: küstennaher denkmalgeschützter Gebäude, Salzverwitterung, Zementmörtel, Feuchtetransport, mariner Salznebel