EIN PLATZREGEN MIT UNGEAHNTEN FOLGEN
Als nach einem Platzregen im August 2002 mehrere Gebäudeteile abstürzten, wurden zunächst Notmaßnahmen ergriffen: Absicherungen und Schutzgerüste waren erforderlich. Niemand dachte damals, dass bis August 2019 Teile der Breitenseer Kirche eingerüstet sein werden. Vorgespräche mit eb. Bauamt über Bauabschnitte, Finanzierung und Zeitplan geführt, Wirtschaftsratsbeschlüsse Erzdiözese Wien erwirkt, das Ausschreibungsverfahren für das Gerüst abgewickelt. Gleichzeitig bemühte man sich um die werbliche Verwertung der Gerüstflächen. Die Pfarre stellte ein Bauprovisorium für Strom zur Verfügung. Es folgten – gemeinsam mit Bundesdenkmalamt und der MA 25 – Zustandsfeststellungen und Gutachten.
Man begann mit einer Objektaufnahme und Schadensbefundung, erstellte ein Restaurierungs- und Konservierungskonzept zu den Natursteinelementen und Sichtziegelflächen, einen Kartierungsplan und führte eine Massenermittlung durch. Es folgte ein Ausschreibungsverfahren für die Vorarbeiten für die Fassadeninstandsetzung. Dafür wurden die Zeiger der Kirchturmuhr vorübergehend entfernt. Erst mit der Beendigung der Bauarbeiten erfolgte wieder deren Montage. Die Sichtziegelfassade und der Natursteins wurden im Bereich des Hauptturms und der beiden Turmanbauten gereinigt, die Schutzgitter vor den Kirchenfenstern hier entfernt.
ES WAR KLAR: EINE AUSSENRENOVIERUNG WAR NICHT MEHR AUFZUSCHIEBEN.
KREUZROSE INSTABIL
Nach den dramatischen Ergebnissen eines Gutachtens über die Kreuzrose musste die gesamte Sandsteinspitze im Dezember 2004 mit Hilfe eines 130-Tonnen-Mobilkrans aus statischen Gründen abgenommen werden. Für die Sperre der Kendlerstraße war eine Verkehrsverhandlung notwendig. Vor den Arbeiten wurde im obersten Bereich des Turmhelms ein Gerüstboden eingebaut. Auch das schadhafte Mauerwerk an der Spitze des Turmhelms musste entfernt werden. Danach wurde der Stumpf des Turms provisorisch abgedeckt.
DER TRAURIGE STUMPF SOLLTE FÜR ÜBER EIN JAHRZEHNT DAS BILD DER BREITENSEER KIRCHE PRÄGEN.
Es folgten Erschütterungsmessungen in der Kirche (schwingungsmesstechnische Überwachungen), eine Prüfung der Mauerwerksfestigkeit und eine orientierende Untersuchung der Frostbeständigkeit der Vorsatzschalenziegel. Gleichzeitig wurde auch bei Vergleichsbauwerken (Pfarrkirche Gersthof, 1180 Wien, und Marienkirche, 1170 Wien) und bei Neuziegel (Ersatzmaterial) solche Untersuchungen durchgeführt. Das ernüchternde Ergebnis ließ es nicht zu, sofort mit Sanierungsmaßnahmen zu beginnen.
Die Sandsteinspitze wurde im Dezember 2004 mit Hilfe eines 130-Tonnen-Mobilkrans abgenommen (Foto: Baier)
Sicher am Boden: der etwa 1 t schwere Teil der Kreuzrose (Foto: Baier)
GROSSANGELEGTES FORSCHUNGSPROJEKT
In Breitensee wurde ein auf zwölf Monate auslegtes von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gefördertes Forschungsprojekt in Angriff genommen, an dem das OFI-Institut für Bauschadensforschung (IBF), das Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen und das Institut für Ingenieurgeologie der Technischen Universität Wien beteiligt war.
WARUM WAR DIESES FORSCHUNGSPROJEKT NOTWENDIG?
Die Ergebnisse der Laborprüfung der Mauerwerksfestigkeit und vor allem die Untersuchung der Frostbeständigkeit der Vorsatzschalenziegel durch das OFI (Österreichische Forschungsinstitut für Chemie und Technik), Institut für Bauschadensforschung, waren derart besorgniserregend, dass mit dem für Sommer 2005 geplanten Ausschreibungsverfahren für die Steinmetzarbeiten noch nicht begonnen werden konnte. Bereits ab dem 6. Frost-Tauwechsel mussten an den Ziegeln Schädigungen in Form von Rissbildungen, flächigen Abplatzungen und Abplatzungen an den Kanten festgestellt werden. Nach Abschluss des 25. Zyklus zeigten 19 (!) von 20 Prüfkörpern solche Schadensbilder. Vergleichsuntersuchungen an anderen Wiener Kirchen, die ebenfalls in Auftrag gegeben wurden, zeigten dort einen deutlich besseren Ziegelzustand.
Die Erzdiözese Wien entschloss sich daher, weitere Untersuchungen anzustellen. Man holte auch die Stadt Wien – hier insbesondere die Wiener Wasserwerke und die Wiener Linien (nachdem bei Aquädukten und etwa dem Straßenbahnmuseum oder den ehemaligen Stadtbahntrassen z. T. ähnliche Probleme auftreten) – mit ins Boot. Ziel des Projektes war unter anderem- die Analyse der Ursachen der Schäden an Sichtziegelmauerwerk;
- die Erfassung des Einflusses der Mörtel- bzw. Ziegelfestigkeit auf die Schädigung von Sichtziegelmauerwerk auf Basis der Messung der Dehnungen;
- das Sammeln von Erkenntnissen zur Hemmung der Schadensentwicklung an Sichtziegelbauwerken und
- die Erarbeitung von Grundlagen und Kriterien für die Entwicklung von Methoden und Materialien zur dauerhaften Instandsetzung von Sichtziegelmauerwerk.
Laboruntersuchungen des Ziegels (Foto: OFI)
Die Temparatur in der Klimakammer variierte von – 20 bis + 70 °C, zusätzlich fand eine Regensimulation statt. (Foto: Baier)
WORUM GING ES IN DEM FORSCHUNGSPROJEKT?
Bei dem Forschungsprojekt ging es unter anderem um den Einfluss der Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe auf die Dauerhaftigkeit von Sichtziegelmauerwerk. Dabei standen insbesondere das unterschiedliche Verhalten des Mörtels und des Ziegels im Blickpunkt, überlagert mit den thermischen Spannungen aufgrund der Sonnenbestrahlung und möglicher Salzbelastungen des Mauerwerks. Durch die Verdunstung des Wassers an der Oberfläche kristallisieren die gelösten Salze aus, dadurch kommt es zu Volumsvergrößerungen. Diese bewirken Spannungen an den – in Breitensee ohnehin in katastrophalem Zustand befindlichen – Ziegeln und Schäden, wenn die Druckspannungen größer sind als die Druckfestigkeit der Ziegel. Die Salze werden entweder aus der Luft (Regen) aufgenommen oder im unteren Turmbereich aus dem Erdreich durch aufsteigende Feuchtigkeit. Hinzu kommt noch die Problematik der Frost-Tau-Wechsel; der „Frostangriff“ erfolgt sozusagen direkt, nachdem Sichtziegelmauerwerk nicht durch eine „Putzschicht“ geschützt ist. Wenn das Mauerwerk durch andere Vorgänge schon vorgeschädigt ist, bewirkt ein wiederholter „Frost-Tau-Angriff“ das endgültige Absprengen der Ziegelköpfe, was auch in Breitensee zu den bekannten Schadensbildern führte.
Bei einigen Objekten – so etwa beim Aquädukt in der Liesinger Tullnertalgasse – wurden als Sanierungsmaßnahme die geschädigten Ziegelköpfe mit einem Diamantseil großflächig abgeschnitten. Davor wurde – mit sechs Zentimetern Abstand zum Tragwerk – ein zwölf Zentimeter starkes Vorblendmauerwerk aufgeziegelt. Die derart gemauerten 88.000 Klinkerziegel sind frostbeständig. Diese Sanierungsmethode ist jedoch nicht auf Objekte mit reich gegliederten Fassaden anwendbar. Alternativ dazu werden auch Hydrophobierungen eingesetzt, die allerdings bereits stattgefundene Schädigungen nicht beseitigen können und außerdem nur eine sehr beschränkte Wirkungsdauer haben.
Was fehlt, sind daher (möglichst) dauerhafte Methoden zur Hemmung des Schadensfortschritts und zur Reparatur von Schäden, sodass nach der Instandsetzung widerstandsfähigere Oberflächen entstehen, die eine nachhaltige Wirkung der eingesetzten Mittel garantieren.
In dem Forschungsprojekt wurde nun nach entsprechenden Voruntersuchungen an der Nordfassade der Kirche Ende Juli 2007 eine Art „Klimakammer“ errichtet, um definierte Randbedingungen für die Versuche schaffen zu können. Dabei wurde schon 2006 eine Fläche mit Trockeneis gereinigt. Ein Teil wies eine neue Verfugung mit einem Kalk-Trass-Mörtel auf, ein Teil die damals vorhandene Zementmörtel-Verfugung aus den siebziger Jahren. In der Klimakammer wurden thermische und hygrische Beanspruchungen des Mauerwerks simuliert: Die Temperatur schwankte zehn Wochen hindurch zwischen – 20 bis + 75 °C, rund 50 Frost-Tau-Wechsel wurden simuliert. Das entspricht in etwa vier bis fünf Winterperioden in Wien. Zusätzlich wurde die Versuchsfläche zwischenzeitlich beregnet. Ergänzend wurden neben dem Rahmen an vier Stellen in drei verschiedenen Tiefen Proben für die Salzanalyse entnommen.
Das Forschungsprojekt, das auf 200.000 Euro ausgelegt war, wurde zur Hälfte aus Mitteln der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gefördert.
WELCHE ERGEBNISSE BRACHTE DAS FORSCHUNGSPROJEKT?
Analyse der Mineralogie und des Carbonatgehalts, makroskopische Untersuchung
Eine makroskopische Untersuchung der Ziegel war für eine genaue Analyse des Schadensbildes erforderlich. Besonders auffällige, abgerundete faltenähnliche Schichtungen, die durch Lagen unterschiedlicher Korngröße hervorgerufen werden, konnten dabei beobachtet werden. Diese Kornklassendifferenzierung ist auf Sedimentationsprozesse in der Tonsuspension zurückzuführen, was entweder auf einen unzureichenden Homogenisierungsprozess oder einen zu hohen Wassergehalt in der Suspension hinweist. Auch die Risse folgen im Wesentlichen diesem Schichtenverlauf und dürften schon primär beim Brennvorgang angelegt worden sein.
Die Ziegelanalyse mittels Röntgendiffraktometrie am Institut für Angewandte Geologie der Universität für Bodenkultur brachte nur unauffällige Ergebnisse. (Grundsätzlich zeigt Röntgenstrahlung die gleichen Beugungserscheinungen wie Licht und andere elektromagnetische Wellen. Die Röntgenbeugung ist eine der Standardmethoden zur Strukturaufklärung insbesondere von Kristallen.)
Zur Analyse der Mineralogie und des Carbonatgehalts der Ziegel wurden Ziegelproben entnommen, ebenso wurde Feuchte und Salzbelastung des Mauerwerks vom OFI – Institut für Bauschadensforschung – untersucht. An drei der vier Probestellen ist nahe der Oberfläche die Sulfatbelastung sehr hoch, was sich vermutlich durch die Lage im Einzugsbereich der Müllverbrennungsanlage Flötzersteig und die historische Luftbelastung erklären lässt. Aufgrund der Höhe der Probestellen war aufsteigende Feuchtigkeit als Ursache der Salzbelastung auszuschließen.
Schlechter Ziegel und falscher Mörtel
Die Beanspruchung der Ziegelköpfe wird aber auch von der Mörtelfestigkeit stark beeinflusst. Der auch in Breitensee bei der Sanierung zu Beginn der 1970er Jahre verwendete Zementmörtel als „Saniermörtel“ erwies sich im Nachhinein als besonders kontraproduktiv. Zur Hemmung der weiteren Schadensentwicklung mussten diese Zementverfugungen im Rahmen der Generalsanierung auf jeden Fall entfernt und durch weichere Kalkmörtel ersetzt werden.
Vom Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen der Technischen Universität Wien wurden nach verschiedenen Laborversuchen Dehnungsmessungen sowohl bei gereinigten als auch ungereinigten Ziegelköpfen sowie bei Zementmörtel- und an einer Probefläche bereits verwendeten Kalk-Trass-Mörtelfugen durchgeführt und die Deformation von Ziegel und Fugenmaterial mittels induktiver Wegaufnehmer erfasst. Dabei zeigte das weichere Fugenmaterial (Kalk-Trass-Mörtelfuge) größere Dehnungen. Die Steifigkeit der Mörtelfugen hat wiederum Auswirkungen auf die Beanspruchung der Ziegel (-köpfe). Das bekannte Schadensbild des flächigen Abplatzens der Ziegelköpfe zeigte sich auch bei den Versuchen. Außerdem wurden an der Versuchsfläche bei den Zementfugen ein Abreißen des Zementmörtels von den Ziegeln festgestellt. In den Zwischenraum kann dann vermehrt Wasser eindringen und es kommt verstärkt zur Frost-Tau-Beanspruchung der Ziegelköpfe. Aufgrund von vorhergehenden Untersuchungen war bekannt, dass der verwendete Ziegel kaum mehr Frost-Tau beständig ist. Aber auch bei der Kalk-Trass-Verfugung wurde bemerkt, dass sich der Mörtel abzulösen beginnt.
Bei den Neuverfugungen war daher ein Fugenmörtel mit einem deutlich geringeren Elastizitätsmodul zu wählen als der E-Modul der Ziegel – je geringer der E-Modul desto größer ist die Verformbarkeit des Materials; daraus folgt auch eine geringere Beanspruchung der Ziegelköpfe aufgrund der Temperaturschwankungen.
Sanierungsvarianten
Aufgrund der Ergebnisse wurde die Verwendung von Kalkmörtel (sogenannter NHL-Kalke) als Fugenmaterial – ohne Trassanteil – empfohlen, weil dadurch sonst wieder Salze in das Mauerwerk eingebracht werden.
Eine Sanierung durch Hydrophobierungen bzw. die Verwendung von chemischen Verfestigungsmitteln etwa Kieselsäureester (Kieselsäureester werden im Bautenschutz zur Festigung und Konservierung von Naturstein und Putz verwendet, da sie bei der Hydrolyse, z. B. durch Luftfeuchtigkeit, Siliziumdioxid bilden, das feinste Risse und Spalten im Stein mit einem Kieselgel-Film auskleidet) erschien nach heutigem Wissensstand nicht sinnvoll und wurde auch aus Sicht der Denkmalpflege abgelehnt, weil derartige Maßnahmen nicht reversibel sind und zusätzlich zu Frostschäden führen können, da eindringendes Wasser nicht mehr entweichen kann. Auch die Eindringtiefe beträgt dabei nur wenige Millimeter, tiefer liegende Risse können somit nicht „geklebt“ werden.
Ist der Ziegel stark geschädigt, kommt nur der Austausch gegen Klinker als dauerhafte Lösung in Betracht.
VORARBEITEN UND PROBESANIERUNG
Nachdem Versuche eines deutschen Unternehmens, die Verfugung maschinell zu entfernen gescheitert waren, entfernte man die Zementverfugung an einer Versuchsfläche manuell und verfugte mit ausgewählten Fugenmörteln. Auf der Basis der vorliegenden Daten wurden zunächst Grobkostenschätzungen erstellt.
Nach langen Diskussionen begann das Ausschreibungsverfahren für die Renovierung eines repräsentativen Baukörpers – gemeinsam mit dem erzbischöflichen Bauamt einigte man sich auf den südlichen Turmanbau. Subventionen (Bundesdenkmalamt, Magistratsabteilung 7 – Kulturabteilung) wurden beantragt, Kostenübersichten erstellt. Beim Hauptdach mussten durch die mittlerweile 6-jährige Stehzeit des Gerüsts offenen Blechanschlüsse in den Dachanschlussbereichen provisorisch saniert werden. Die Gerüstlagen des Hauptturms wurden – ohne dass hier Restaurierungsmaßnahmen stattgefunden hätten – von Ziegelschutt und nicht wiederversetzbaren Steinteilen gesäubert. Die Sanierung des Turms ließ weiter auf sich warten ...
RENOVIERUNG DES SÜDLICHEN TURMANBAUS ALS REPRÄSENTATIVER BAUKÖRPER
Man begann hier mit Instandsetzungsmaßnahmen der Sichtziegelfassade inklusive der Verfugung: So wurde das gesamte bestehende Fugenmaterial bis zu einer Mindesttiefe von 3 cm entfernt: Dabei handelt es sich immerhin allein bei diesem Baukörper um mehr als 3,5 km Fugenlänge! Die Neuverfugung erfolgte entsprechend der vereinbarten Rezeptur und freigegebenen Musterflächen. Sämtliche Ziegeln des Abschnitts wurden auf Schädigungen durch optische Prüfung und händisches Abklopfen untersucht, insgesamt wurden 1.002 Ziegeln ausgetauscht. 50 Sichtziegelsteinen mit Sonderformen wurden hergestellt, geliefert und versetzt. Der Naturstein (Gesimse, Konsolen etc.) wurde durch den Einbau von über 30 Vierungen restauriert. Zuletzt wurden nach Abschluss sämtlicher Professionistenleistungen Sichtziegel- und Natursteinflächen gereinigt. Auf den Sandsteinteilen wurde eine dünne Schlämme zur Egalisierung von Farbunterschieden und als dünne Verschleißschicht aufgebracht.
Glaserarbeiten an den Fenstern des südlichen Turmanbaus Spenglerarbeiten im Dachbereich des südlichen Turmanbaus wurden durchgeführt.
Ruinöse Gesimsteile (Foto: Baier)
Allein bei der Sanierung des südlichen Turmanbaus mussten 3,5 km Fugen ausgestemmt werden. Am gesamten Bau sind es 107 km. (Foto: Baier)
WEITER WARTEN AUF DEN START DER GENERALSANIERUNG
Für den Start der Generalsanierung gab es aber weiterhin kein grünes Licht. So wurden zunächst nur all jene Steinteile, die vom Gerüst aus erreichbar waren, überprüft und absturzgefährdeten Teile abgenommen. Die für Probeentnahmen entfernten Ziegeln in der Fassade des nördlichen Turmanbaus und in der Fassade des Hauptturms wurden wieder ergänzt und verfugt, die Zeiger der Turmuhr wieder montiert. Das Fassadengerüst beim Hauptturm wurde unverrichteter Dinge entfernt, die Schutzgerüste aber erweitert: über den Eingangsbereichen der Kirche (Sakristei, Kuefsteingasse), deren Verlängerung bis zur Ecke vis à vis des Hauses Laurentiusplatz 1/Kuefsteingasse; auch das Schutzgerüsts im Haupteingangsbereich wurde Richtung Norden verlängert. Dafür waren Verkehrsverhandlung mit dem Magistrat (Verkehrsorganisation und technische Verkehrsangelegenheiten, Straßenverwaltung, Öffentlichen Beleuchtung) und dem Bürgerdienst) sowie dem Verkehrsamt der Bundespolizeidirektion Wien, der Bezirksvorstehung und der Wirtschaftskammer Wien notwendig.
Auch die Verbindungswege in West-Ost-Richtung entlang der Kirche wurden aus Sicherheitsgründen auf Jahre gesperrt.
SANIERUNGSKONZEPTE UND KOSTENSCHÄTZUNGEN
Nach langen Diskussionen über Sanierungskonzepte und Kostenschätzungen für die Generalsanierung der Pfarrkirche entschied man sich für die Umsetzung der Sanierung entsprechend der bereits ausgeführten Mustersanierung (südlicher Turmanbau). Die Generalsanierung wurde 2014-18 anberaumt, eine Kostenschätzung der Bauabschnitte durchgeführt.
ENDLICH GRÜNES LICHT
Nach langen Diskussionen wurden die 4 Bauabschnitte schrittweise durch diözesanen Wirtschaftsrat genehmigt. Ein Ziviltechnikerwerkvertrag für Architektenleistungen für die Kostenermittlungsgrundlage, technische, geschäftliche Oberleitung, örtliche Bauaufsicht, Planungs- und Baustellenkoordination wurde abgeschlossen, Ausschreibungsunterlagen und Leistungsverzeichnisse erstellt.
AUFTRAGSVERGABE AN DREI DUTZEND UNTERNEHMEN
An zwei Musterflächen an der Nordost-Ecke der Apsis (neben dem Seiteneingang Kuefsteingasse) wurde die mechanische Fassadenreinigung von zwei möglichen Auftragnehmern durchgeführt, die beiden Flächen wurden u. a. durch einen Vertreter des Bundesdenkmalamts begutachtet. Das Ergebnis der Begutachtung floss in den Vergabevorschlag für dieses Gewerk ein.
Zwei weitere Musterflächen für die Baumeisterarbeiten wurden an der Nordseite von zwei möglichen Auftragnehmern erstellt, auch diese beiden Flächen wurden u. a. durch einen Vertreter des Bundesdenkmalamts begutachtet. Auch dieses Ergebnis floss in den Vergabevorschlag ein.
Verkehrsverhandlungen mit dem Magistrat (Verkehrsorganisation und technische Verkehrsangelegenheiten, Straßenverwaltung, Öffentlichen Beleuchtung) und dem Bürgerdienst) sowie dem Verkehrsamt der Bundespolizeidirektion Wien, der Bezirksvorstehung und der Wirtschaftskammer Wien über die Errichtung des Fassadengerüsts fanden statt, gleichzeitig kümmerte man sich um das Einholung diverser Bewilligungen (Genehmigungsnachweise)
Nach der Durchführung von Vergabegesprächen und Erstellung von Vergabevorschlägen erfolgten schrittweise die Auftragsvergaben für die Gerüstung, die mechanische Fassadenreinigung, Baumeister-, Naturstein- und Dacharbeiten (Zimmerer, Spengler, Dachdecker), die Glaserarbeiten, die Erneuerung der elektronischen Läuteanlage, die begleitende statische Kontrolle, die Instandsetzung der Blitzschutzanlage, den innenliegenden Leiternaufstieg im Turmhelm, die Tischler- und Metallarbeiten, die Einmessung der Turmspitze, die Restaurierung der drei Glasmosaiken, die Turmeindeckung der beiden Stiegenhaustürme, die Ausbesserungsarbeiten an den neun Fensterlaibungen der Apsiden, Zusatzleistungen und das Innengerüst beim nördlichen Stiegenhausturm, zwei elektrische Fensterflügel, die Neuanfertigung der Naturstein-Balustraden, die statische Sanierung von zwei Strebepfeilern, eine Regelungsanlage für die Belüftung, die Neuanfertigung und das Versetzen der Krabben der Sandsteinfialen, Malerarbeiten, die Erneuerung des Wartungsstegs im Dachstuhl, die Elektroinstallationen für die Dachrinnenheizung bei der zusätzlichen Turmentwässerung, den Anschluss der Lüftungsflügel bei der Orgelempore und den E-Durchlauferhitzer und die Infrarotheizung in der Sakristei und die Malerarbeiten im Kircheninnenraum, die Ausreinigung der Orgel (inkl. Leihinstrument) und die Vorrichtung für eine Transparentmontage am südlichen Turmanbau.
Die Arbeiten erfolgten in vier Bauabschnitten und begannen jeweils mit der Gerüstung der Fassaden und der Fassadenreinigung.
Erster Schritt der Renovierung: die mechanische Reinigung der Fassade. Die Ziegelflächen wurden mit einem sensibel angewandten Wirbelstrahlverfahren von Oberflächenverunreinigungen und -belegen sowie Sinterschichten gereinigt. Die mechanische Reinigung erfolgte mittels Niederdruckstrahlgerät unter größtmöglicher Schonung der bestehenden Oberflächen - des Sichtziegelmauerwerks wie auch des Natursteins. Als Strahlgut wurde Aluminiumsilikat verwendet. (Foto: Baier)