Hexahydrit

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Hexahydrit{{{Footnote}}}
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Mineralogische Salzbezeichnung	Hexahydrit
Chemische Bezeichnung	Magnesiumsulfathexahydrat
Trivialname
Chemische Formel	Mg[SO4]•6H2O
Hydratformen	Kieserit (MgSO4•H2O) Sanderit (MgSO4•2H2O) Starkeyit (MgSO4•4H2O) Pentahydrit (MgSO4•5H2O) Epsomit (MgSO4•7H2O) Meridianiit (MgSO4•11H2O) Magnesium 12-Hydrat
Kristallsystem	{{{Kristallsystem}}}
Deliqueszenzfeuchte 20°C
Löslichkeit(g/l) bei 20°C	{{{Löslichkeit}}}
Dichte (g/cm³)	1,76 g/cm3
Molares Volumen	132,6 cm3/mol
Molare Masse	228,46 g/mol
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Spaltbarkeit	vollkommen bis deutlich
Kristallhabitus	tafelige, faserige oder nadelige Kristalle; körnige, massige Aggregate
Zwillingsbildung
Phasenübergang
Chemisches Verhalten	schlecht wasserlöslich
Bemerkungen
Kristalloptik
Brechungsindices	α = 1,426 β = 1,453 γ = 1,456
Doppelbrechung	Δ = 0,030
Optische Orientierung	zweiachsig negativ
Pleochroismus
Dispersion	38°
Verwendete Literatur
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Autoren: Hans-Jürgen Schwarz, Tim Müller, NN....

Hexahydrit ist eine Hydratstufe des Magnesiumsulfates. Aufgrund der verschiedenen Hydratstufen ist das Vorkommen von Magnesiumsulfaten besonders schädlich für Bauwerke. Die Hydratisierung und die damit verbundene Volumenveränderung erzeugt Spannungen in den Baustoffen, wodurch die Materialien während häufiger Lösungs- und Kristallisationsvorgänge und Phasenumwandlungen zermürbt werden. Die Eigenschaften, die Schadenswikung, das Vorkommen und auch der Nachweis von Hexahydrit werden behandelt. Abbildungen, Mikroaufnahmen und Beispiele aus der Praxis ergänzen und veranschaulichen das Dargelegte.

Einleitung

Hexahydrit ist eines der häufiger vorkomenden bauschädlichen Salze. Es kommt in unterschiedlichen Formen und Ausprägungen an vielen Objekten am Außenbau vor und auch in Innenräumen ist er häufig zu finden.

Allgemeines

Vorkommen von Hexahydrit

Epsomit bildet in der Natur selten Einzelkristalle aus. Das Magnesiumsulfathydrat kommt in Lagerstätten zusammen mit Sylvin und Steinsalz vor, diese finden sich in den Allpen und in Norddeutschland, Italien (Vesuv), Arizona (Bisbee), Nevada, Whashington (Mt. Kruger). Häufiger kommt Epsomit als Ausblühung an Gesteinswänden magnesiumhaltiger Gesteine vor, dabei handelt es sich meist auch um Gesteine mit hohem Karbonatanteil (Kalzit oder Dolomit). Außerdem bildet es sich bei dem Eindampfen von Gewässern oder als Sekundärmineral bei der Oxidation von Eisensulfiden. An Oberflächen von Bauwerken kommt es ebenfalls vor, wo es zu gravierenden Schäden führen kann.

Angaben zu Herkunft und Bildung von Hexahydrit an Baudenkmalen:

Magnesiumsulfate bilden sich an Baustoffen, sofern diese eine Quelle für Magnesiumionen darstellen. Diese können verschiedene Baustoffe bilden.

• Kalk mit dolomitischem Anteil:

Dolomit ist ein Doppelsalz, das sowohl Kalzium als auch Magnesium beinhaltet. Der negative Ladungsträger wird durch das Karbonation gebildet. Für die Mörtelherstellung wird Kalk verwendet, der Dolomit enthalten kann. Durch das Brennen und Löschen entstehen reine Salze (CaCO₃ und MgCO₃). Die Löslichkeit des Magnestis (1,76 g/l) ist deutlich höher als die des reinen Kalzits (0,014 g/l) oder des Dolomits (0,078 g/l). Tritt in dem Baustoff Feuchte auf, können die Magnesiumverbindungen gelöst werden und bei dem Entzug der Feuchtigkeit wieder als Salze ausfallen. Hierbei können die Sulfate gebildet werden, insbesonder wenn durch die Verwendung von Gipshaltiger Produkte am selben Objekt die Sulfationen zur Verfügung gestellt werden.

CaMg[CO₃]₂ -> CaCO₃ + MgCO₃

MgCO₃ + n H₂O -> Mg²⁺ aq + CO₃^2- aq

Mg²⁺ + SO4^2- -> MgSO₄

• Magnesiabinder:

Magnesiabinder beinhaltet ebenfalls Magnesiumverbindungen, die hygroskopische Salze bilden können. Diese stellen eine Magnesiumquelle dar, und können in Verbindung mit Sulfationen zu Magnesiumsulfaten umgebildet werden.

• Zement:

Auch in Zement ist Magnesium enthalten. Um Schäden vorzubeugen ist in Zement laut DIN 1164 nu ein Höchstgehalt von 5M% zugelassen, weil das Magnesium auch aus dem Zement herausgelöst werden und Sulfate bilden kann. Eine weitere Quelle für Magnesiumionen in einer Lösung kann Streusalz bilden, weil dieses oft geringe Mengen von MgCl2 enthält. Des weiteren können auch Ionen aus der Bodenlösung ein Problem darstellen, sofern diese durch kapillaren Aufstieg an die Oberfläche transortiert werden.

Angaben zum Schadenspotential und zur Verwitterungsaktivität von Hexahydrit

Lösungsverhalten

Die Wasserlöslichkeit von Hexahydrit ist 660 g/l bei einer Temperatur von 20 °C [Steiger und Asmussen,2008], damit zählt es, wie alle beschriebenen Magnesiumsulfathydratformen, mit einer Löslichkeit von deutlich über 100 g/l (bei 20 °C) zur Gruppe der leichtlöslichen Salze. Damit ist im Prinzip eine große Mobilität des Salzes und eine häufige Verlagerung der Anreicherungszonen im Materialgefüge verbunden. Mit dem Temperatureifluss auf die Löslichkeit kann die Gefahr eines Ausfallens gelöster Salze bei raschem Temperaturabfall verbunden sein. [Mainusch, 2001]

Figure 1:Wasserlöslichkeit von Magnesiumsulfat [www.salze-im-porenraum.de]

Hygroskopizität

Die geringe Hygroskopizität des Reinsalzes Epsomit, die in dem hohen Wert der Gleichgewichtsfeuchte im Bereich 88-90 % r.F. deutlich wird, kann nicht isoliert betrachtet werden. In Mischsystemen, d.h. unter dem Einfluss von Fremdionen, liegt der Sorptionspunnkt tiefer. Die Möglichkeit der hygroskopischen Feuchteaufnahme mit den damit verbundenen Problematiken ist trotz des hohen Deliqueszenzpunktes durchaus gegeben. [Mainusch:2001]Titel: Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung
Autor / Verfasser: Mainusch, Nils

Kristallisationsdruck

Aufgrund der leichten Löslichkeit des Salzes treten bei entsprechenden Feuchteverhältnissen Lösungs- und Rekristallisationsvorgänge ein. Der dabei (theoretisch berechenbare) Kristallisationsdruck liegt bei Epsomit zwischen 10,5-12,5 N/mm² - MPa und bei Hexahydrit 26 MPa (25°C) zwischen 11,8-14,4 N/mm² - MPa. Im Vergleich mit anderen Bauschädlichen Salzen liegen diese Werte im unteren Drittel einer berechneten Werteskala, die insgesamt von 7,2 bis 65,4 N/mm² reicht. [Mainusch:2001]

Verglichen mit dem Hydratationsdruck ist der Kristallisationsdruck eher gering. Bei der Hydratation von Kieserit zu Hexahydrit kann bei entsprechender Luftfeuchte ein Hydratationsdrück von 57 MPa entstehen. [Steiger et al., 2008]

Hydratationsverhalten

Als stabile Verbindungen sind die oben aufgelisteten sechs Hydratstufen des Magnesiumsulfates belegt. Mit der Ausnahme des Magnesiumsulfat-12-Hydrates wurden alle oben aufge führten Kristallwasserstufen des Magnesiumsulfates an Baudenkmalen nachgewiesen, wobei im wesentlichen jedoch nur Epsomit, Hexahydrit, Pentahydrit und Kieserit auftreten.

Hexahydrit ist das Magnesiumsulfat hexahydrat. Es kann durch die Hydratisierung von Kieserit oder die Dehydratisierung von Epsomit entstehen. Bei der Umwndlung kommt es zu einer Volumenzunahme, durch die Einlagerung von Wasser oder zu einer Volumenreduzierung durch die Abgabe von Wasser. Mit zunehmender Relativen Luftfeuchte nimmt auch der Hydratwassergehalt innerhalb des Magnesiumsulfates zu. Bei Raumtemperatur (25°C) ist bis zu einer RF. von ca. 42 % Kieserit stabil, darüber findet die Umwandlung zu Hexahydrt oder Epsomit statt. Hexahydrat ist bis unterhalb von 51 % RF stabil, darüber bildet sich Epsomit. Die Phasenumwandlung kann direkt erfolgen oder über die Lösung und Rekristallisation. Hierbei kommt es zur metastabielen Existenz der wasserärmeren Phase bis zu ihrer Deliquiszenzfeuchte, oberhalb dieser RF löst sich die Phase und es entsteht eine überkritische Lösung, aus der die hydratisierte Phase auskristallisiert. [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke

Weblinks

http://webmineral.com/data/Hexahydrite.shtml

http://www.mindat.org/min-1891.html

http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Hexahydrit

Literatur

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Die Deliqueszenzfeuchte beschreibt die Höhe der relativen Luftfeuchte, oberhalb der z. B. ein Salz Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Lösung geht.

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

relative Luftfeuche

Als Phase wird ein stofflicher Zustand bezeichnet, der in sich, makroskopisch betrachtet, homogen ist.