Konsolidierung und Oberflächenschutz von Granit mit modifizierten Polysiloxan-Oligomeren für die Restaurierung des kulturellen Erbes

Warum die Rettung steinerner Denkmäler wichtig ist

Weltweit tragen Tempel, Felsreliefs und Steinstatuen Geschichten früherer Zivilisationen. In der chinesischen Provinz Fujian sind viele dieser Schätze aus Granit gehauen, einem Gestein, das gemeinhin als robust und dauerhaft gilt. Dennoch nagen saurer Regen, Feuchtigkeit und Umweltverschmutzung langsam an ihren Oberflächen, wodurch Abblätterungen, Verblassen und Detailverluste entstehen. Diese Studie untersucht neue Schutzbehandlungen, die geschwächten Granit von innen stabilisieren und gleichzeitig seine Oberfläche schonend schützen sollen, damit diese Kulturdenkmäler über Generationen hinweg erhalten und lesbar bleiben.

Wie Granitrelikte angegriffen werden

Der Granit in Fujian ist einer harten Mischung aus hoher Luftfeuchtigkeit, starken Niederschlägen und häufiger saurer Deposition ausgesetzt. Im Laufe der Zeit dringen Regen und luftgetragene Schadstoffe in winzige Poren und Risse des Steins ein. Chemische Reaktionen lösen Mineralien auf, während physikalische Belastungen durch Benetzung, Trocknung und Frost-Tau-Zyklen Körner auseinanderbrechen lassen. Das Ergebnis ist eine pulverige Oberfläche, verblassende Muster und abbröckelnde Partien. Restauratoren benötigen Behandlungen, die tief in dieses geschädigte Gefüge eindringen, lose Körner wieder zusammenbinden, Wasser abweisen und dennoch ermöglichen, dass der Stein „atmen“ kann, damit sich keine Feuchtigkeit einschließt.

Ein neues Gemisch steinstärkender Flüssigkeiten

Die Forschenden prüften eine Gruppe von Stoffen, die als modifizierte Polysiloxan-Oligomere bezeichnet werden, vermischt mit einem milden Lösungsmittel namens D40. Polysiloxane sind siliziumbasierte Moleküle, die in Steinporen eindringen und dort ein dünnes, nahezu unsichtbares Netzwerk bilden können, das Mineralkörner verkittet und Wasser abweist. Vier Mischungen wurden mit unterschiedlichen Polysiloxan-Konzentrationen hergestellt und als A (30 %), B (25 %), C (20 %) und D (15 %) bezeichnet. Diese wurden mit einem weit verbreiteten Handelsprodukt, S-130, verglichen. Granitblöcke aus einem Steinbruch in Fujian wurden zunächst künstlich mit Säure gealtert, um reale Relikte nachzuahmen, dann mit den Testlösungen behandelt und mittels einer breiten Palette von Messungen untersucht — von Härte und Ultraschallschallgeschwindigkeit bis zu Farbe, Glanz, Wasseraufnahme und mikroskopischer Bildgebung.

Was die Tests über Festigkeit und Schutz zeigten

Jede Mischung zeigte eigene Stärken. Lösung A mit dem höchsten Polysiloxan-Anteil drang tief ein und bildete ein starkes inneres Gerüst. Härte- und Schallgeschwindigkeitsmessungen durch den Stein zeigten, dass A die innere Kohäsion deutlich verbesserte und den zuvor lockeren, verwitterten Granit dichter und kompakter machte. Im Mikroskop waren Poren und winzige Risse teilweise ausgefüllt, ohne eine dicke Kruste an der Oberfläche zu bilden — wichtig, um das natürliche Erscheinungsbild des Steins zu bewahren und Dampfdurchgang zu ermöglichen. Lösung D mit geringerem Polysiloxan-Gehalt und höherem Lösungsmittelanteil floss leichter in feine Spalten und verteilte sich glatt über die Oberfläche. Sie lieferte hervorragende Wasserabweisung: behandelter Stein nahm deutlich weniger Wasser auf als unbehandelte Proben und sogar weniger als mit S-130 beschichtete Muster, wobei Farbveränderungen so gering blieben, dass sie mit bloßem Auge kaum wahrnehmbar waren.

Beständigkeit gegenüber rauem Klima im Labor

Um Jahrzehnte freier Witterungseinwirkung in kurzer Zeit zu simulieren, setzten die Forschenden behandelte und unbehandelte Steine intensiven „künstlichen Alterungs“-Zyklen aus. Diese umfassten ultraviolette Strahlung, heiße und feuchte Bedingungen, Säure- und Laugenbäder, Salzkristallisation sowie wiederholte Frost-Tau-Wechsel. Unbehandelter Granit und das Handelsprodukt zeigten unter diesen Belastungen Rissbildung, aufgeraute Oberflächen und Verlust von Mineralkörnern. Im Gegensatz dazu hielten die neuen Polysiloxan-Mischungen, besonders D, bemerkenswert gut stand. Oberflächen blieben glatter, das gesprenkelte Mineralmuster blieb erkennbar, und mikroskopische Aufnahmen zeigten weniger neue Risse und geringeren Mineralverlust. Messwerte für Härte, innere Schallgeschwindigkeit und Wasserabweisung sanken nur leicht gegenüber den Nachbehandlungswerten, was darauf hindeutet, dass das schützende Netzwerk den belastenden Bedingungen standhielt.

Ein praktisches Rezept zur Bewahrung von Graniterbe

Ausgehend von diesen Ergebnissen schlagen die Autoren eine einfache zweistufige Strategie für die Praxis vor. Zuerst Lösung A mehrmals auftragen, um geschwächten Granit tiefgehend zu verstärken und seine lockere innere Struktur in ein stärkeres, kontinuierlicheres Skelett zu verwandeln. Nachdem dies ausgehärtet ist, eine dünne Oberflächenschicht Lösung D aufbringen, um eine dauerhafte, wasserabweisende Haut zu schaffen, die weiterhin Wasserdampf durchlässt und das Erscheinungsbild des Steins kaum verändert. Labortests deuten darauf hin, dass diese Kombination sowohl das Innere stabilisieren als auch die Außenseite von Granitrelikten im anspruchsvollen Klima von Fujian schützen kann. Die Autoren betonen jedoch, dass es sich um vorläufige Befunde handelt: Langzeitversuche an weniger kritischen Denkmälern sind erforderlich, um zu bestätigen, dass die Behandlungen im Freien sicher und vorhersehbar funktionieren. Gelingen diese Tests, könnte dieser Ansatz zu einem wirkungsvollen Werkzeug werden, um geschnitzte Granitdenkmäler langfristig klar, lesbar und strukturell intakt zu erhalten.

Zitation: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

Schlüsselwörter: Konservierung von Granit, kulturelles Erbe, Steinschutz, wasserabweisende Beschichtungen, Polysiloxan-Behandlungen