Natursteine im Bau: Verwendung, Bearbeitung, Alterung und Schutz

1. Verwendungszwecke von Natursteinen

Seit der Antike Bauwerkstoff (Tempel, Forts). Beispiele: Taj Mahal, Rotes Fort, Jama Masjid, Parlamentsgebäude, Zentralsekretariat, Rashtrapati Bhavan (Delhi) und viele mehr. Heute Basis für Zementbeton und Ziegel.

Hauptanwendungen

• Tragwerk: Fundamente, Wände, Stützen, Stürze, Bögen, Dächer, Böden, Feuchtesperren.
• Fassadenverkleidung (Face-Work): Massive Optik. Ziegelmauerwerk mit Natursteinverkleidung in Wunschfarben → Verbundmauerwerk.
• Befestigung/Pflasterung: Fußböden (Wohnen, Gewerbe, Industrie), Straßen, Gehwege.
• Ausgangsmaterial: Zerkleinert für Zementbeton, Straßenkies, Kalke, Kunststeine, Hohlblocks.
• Sonstiges: Bahnschotter, Flussmittel in Hochofen, Blöcke für Brücken, Pfeiler, Widerlager, Stützmauern, Leuchttürme, Talsperren.

Gründe für rückläufige Beliebtheit

• Steinbearbeitung: mühsam, arbeitsintensiv, zeitaufwendig.
• Gewünschte Festigkeit/Qualität nicht einfach zu moderaten Preisen verfügbar (besonders in Ebenen).
• Alternativen (Stahlbeton, Stahl): stärker, schlanker, dauerhafter, besser für moderne Hochhäuser.
• Steintragwerke nicht rational berechenbar wie Stahlbeton/Stahl.

2. Natürliche Lagerung (Natural Bed)

Definition

Gesteine haben eine markante Trennfläche, entlang derer sie leicht spaltbar sind – die natürliche Lagerung (Schichtungsebene bei Sedimentgesteinen). Sie muss nicht horizontal sein. Bei Sedimentgesteinen leicht an Schichtflächen erkennbar. Bei Magmatiten wenig bedeutend/schwer bestimmbar.

Bedeutung

Grundregel im Steinmauerwerk: Natürliche Lagerung aller Sedimentsteine senkrecht (oder annähernd) zur Druckrichtung → maximale Festigkeit.

Erkennung: Wasser aufgießen, Schichtrichtung beobachten; Lupe; erfahrene Arbeiter am Meißelwiderstand. Steine brechen entlang der natürlichen Lagerung leichter.

Einbau nach Lagerung

• Bögen: Lagerung radial (Abb. 2-1) → Bogenstoß normal zur Lagerung.
• Gesimse, Sohlbänke etc.: Teils ungestützt → Lagerung vertikal. Nicht für Ecksteine (diese besser ohne ausgeprägte Lagerung).
• Wände: Lagerung horizontal (Abb. 2-1).

3. Steinbearbeitung (Dressing)

Nach Abbau auf Maß und Oberfläche bringen. Zwecke: gewünschtes Erscheinungsbild, leichterer/ökonomischerer Transport, Anpassung an Mauerwerksanforderungen, Nutzung ortsansässiger Fachkräfte am Steinbruch.

Ort der Bearbeitung

Steinbruchbearbeitung (Quarry Dressing): Grobvorrichtung vor Ort. Vorteile: billige Arbeitskräfte, Vorsortierung für verschiedene Verwendungen, Entfernung unregelmäßiger/rauher Partien → Gewichtsreduktion, leichterer Transport, natürliche Lagerung kenntlich machen, frisch gebrochene Steine enthalten Steinbruchfeuchte → weicher, leichter bearbeitbar.

Baustellenbearbeitung (Site Dressing): Feinbearbeitung vor Ort.

Oberflächenbearbeitungen (Finishes)

1. Axtfinish (Axed Finish): Harte Steine (Granit) mit Axt bearbeitet.
2. Bossen-/Treiberfinish (Boasted/Droved Finish): Bossiermeißel (Kante ~60 mm) erzeugt unregelmäßige parallele Spuren (horizontal, schräg, vertikal).
3. Meißelgezogene Kanten (Chisel-Draughted Margins): Für gleichmäßige Fugen: Kantenquadratisch, gekantet oder gefast.
4. Rundfinish (Circular Finish): Runde/zyklische Oberflächen (Säulen).
5. Gekämmtes Finish (Dragged/Combed Finish): Zahnschiene (Stahl mit Zähnen) in alle Richtungen gerieben (Abb. 2-12). Nur für weiche Steine.
6. Rillfinish (Furrowed Finish): 20 mm breiter Rand abgesenkt, Mittelteil ~15 mm vorstehend, darin 10 mm breite vertikale/horizontale Rillen (Abb. 2-13). Für hervorgehobene Eckquader.
7. Profilfinish (Moulded Finish): Beliebige Form zur optischen Aufwertung, per Hand oder Maschine.
8. Hammerzugfinish (Hammer-Dressed Finish): Mit Wallers Hammer grob quadratisch/rechteckig (Abb. 2-14). Keine scharfen Ecken, vergleichsweise ebene Fläche → guter Verbund im Mauerwerk.
9. Säge-/Meißelglatt (Plain Finish): Ca. glatt mit Säge oder Meißel.
10. Polierfinish (Polished Finish): Marmor, Granit etc. per Hand oder Maschine poliert.
11. Punzfinish (Punched Finish): Mulden durch Punze → Reihe von Höhlen und Rillen.
12. Netzfinish (Reticulated Finish): Netzartig (Abb. 2-15). 20 mm Rand markiert, unregelmäßige Vertiefungen (5 mm Tiefe), 10 mm Rand um Vertiefungen, spitzes Werkzeug für Tupfenmuster.
13. Geriebefinish (Rubbed Finish): Stein an Stein oder mit Maschine reiben, Wasser/Sand als Schleifmittel.
14. Klopffinish (Scabbling Finish): Unregelmäßige Vorsprünge mit Klopfhammer entfernen → grobe Vorrichtung.
15. Meißelfinish (Tooled Finish): Meißel, parallele kontinuierliche Spuren (horizontal/schräg/vertikal).
16. Naturoberfläche (Self-Faced/Rock-Faced/Quarry-Faced): Bereits glatte Bruchoberfläche → direkt verbauen.
17. Versetztes Finish (Sunk Finish): Oberfläche unter ursprüngliches Niveau abgesenkt (breite Rillen, Fasen, Schrägflächen).
18. Wurmfraßfinish (Vermiculated Finish): Wie Netzfinish, aber Vertiefungen stärker gekrümmt → wurmfraßartig.

4. Steinzerfall (Deterioration)

Freiliegende Steinflächen werden von atmosphärischen Einflüssen angegriffen.

Ursachen

1. Wechselnde Feuchte/Trocknung
2. Frost
3. Atmosphärische Verunreinigungen
4. Lebende Organismen
5. Chemische Migration
6. Mörtelart
7. Regenwasser
8. Temperaturschwankungen
9. Pflanzenwuchs
10. Wind

Details

Wechselnde Feuchte/Trocknung: Regen, Tau, Frost benetzen → Sonne trocknet. Beschleunigter Verschleiß.

Frost: Feuchte in Poren gefriert → Volumenzunahme → Sprengung.

Atmosphärische Verunreinigungen: Industrieabgase (Säuren, Dämpfe) greifen Calciumcarbonat an.

Lebende Organismen: Würmer, Bakterien bohren Löcher, schwächen Struktur, scheiden organische Säuren aus → Korrosion der Minerale.

Chemische Migration: Nebeneinander verbaute unterschiedliche Steine (z. B. Kalk- und Sandstein): Chemikalien aus dem einen (durch Atmosphäre gebildet) wandern auf den anderen über → Schädigung. Beispiel: Sandstein unter Kalkstein → Auswaschungen vom Kalkstein greifen Sandstein an. Granulärer Kalkstein + Magnesiumkalkstein → Magnesiumsulfataufnahme → Zersetzung.

Mörtelart: Chemische Reaktion zwischen Mörtel und Steinbestandteilen → Zersetzung.

Regenwasser: Physikalisch: Benetzen/Trocknen → Zerfall. Chemisch: CO₂, H₂S etc. aus Atmosphäre → Säurebildung → Steinangriff.

Temperaturschwankungen: Erwärmen → Ausdehnung, Abkühlen → Kontraktion. Häufige Wechsel → innere Spannungen → Zerfall.

Pflanzenwuchs: Ranken/Bäume in Fugen → Wurzeln ziehen Feuchte an, halten feucht, dehnen sich aus → beschleunigter Zerfall.

Wind: Feinstaub bei hoher Geschwindigkeit → Erosion. Wind treibt Regen in Poren → Gefrieren → Sprengung.

5. Verlangsamung des Zerfalls (Retardation)

Vorsorgemaßnahmen:

1. Kompakte Kieselsteine: Für Außenflächen wichtiger Bauwerke nur kompakte kieselsäurehaltige Steine (dichtes Kristallgefüge). Sandsteine mit kieselsäurehaltigem Bindemittel. Kalksteine/kalksandsteine mit offener Textur in Industriestädten außen vermeiden.
2. Außenputz/-verfugung: Bei gewöhnlichen Bauwerken beim Bau Außenputz oder Verfugung auftragen.
3. Fugen: Alle Fugen vollständig füllen → hohler, kavitätenfreier Verbund.
4. Natürliche Lagerung: Steine auf ihrer natürlichen Lagerung einbauen.
5. Steinqualität: Fertige, polierte, gut bearbeitete Steine rohen vorziehen.
6. Abgebundene Steine: Frisch gebrochene enthalten Steinbruchfeuchte → beschleunigen Zerfall → vor Einbau ausreichend ablagern/trocknen.
7. Steingröße: Möglichst große Formate → weniger Fugen (Schwachstellen, Feuchteeintritt).
8. Wasserreinigung: Sichtflächen regelmäßig mit Wasser waschen.

6. Steinschutz / Konservierung (Preservation)

Minderwertige Steine können durch Oberflächenbehandlung mit Konservierungsmitteln teilweise geschützt werden.

Ideale Konservierungsmittel-Eigenschaften

• Verhindert Feuchteeindringen
• Keine unschöne Farbänderung
• Ausreichend härtend gegen atmosphärische Angriffe
• Gute Penetration in Stein
• Wirtschaftlich
• Nicht korrosiv, unschädlich
• Langzeitwirkung nach Trocknung
• Einfache Applikation

Kein einzelnes Mittel für alle Steine geeignet. Wahl erfordert sorgfältige Prüfung: chemische Steinzusammensetzung, Einbauort. Jeder Fall individuell beurteilen.

Gängige Konservierungsmittel

1. Teeröl (Coal Tar): Schützt, aber unschöne Farbe, nimmt Sonnenwärme auf → selten, verschönt nicht.
2. Leinöl (Linseed Oil): Roh (erhält Farbton, jährliche Erneuerung) oder gekocht (länger haltbar, dunkelt nach).
3. Farbe (Paint): Schützt, ändert Farbe. Bei Tiefeindringen unter Druck auftragen.
4. Paraffin: Pur oder in Nafta gelöst. Ändert Farbe.
5. Alaun-Seifen-Lösung: 0,75 N Alaun + 0,50 N Weichseife auf 1 l Wasser.
6. Baryta-Lösung (Ba(OH)₂): Bei Calciumsulfat (CaSO₄)-bedingtem Zerfall. Reaktion: Ba(OH)₂ + CaSO₄ → BaSO₄ (unlöslich, wetterbeständig) + Ca(OH)₂ (bindet CO₂ → CaCO₃, festigt Stein).

7. Kunststeine (Artificial Stones)

Auch Gusssteine / Rekonstruktionssteine genannt.

Herstellungsverfahren

1. Naturstein auf < 6 mm zerkleinern.
2. Steinstaub entfernen.
3. Mischung: 1,5 Teile 3–6 mm, 1,5 Teile < 3 mm, 1 Teil Zement (Volumen).
4. Pigment für Wunschfarbe (max. 15 % des Zementgewichts).
5. Wasser zugeben, gründlich mischen.
6. In spezielle Formen füllen.
7. Erhärten lassen, Oberfläche feucht halten → Blockfertig.
8. Nach Bedarf polieren.
9. Weißzement für helle Farbtöne statt Normalzement.

Formen von Kunststeinen

• Zementbeton: Zement, Fein-/Großzuschlag, Wasser. Ort- oder Fertigbeton. Mit Stahl → Stahlbeton (RCC).
• Mosaikplatten: Fertigbetonplatten mit Marmorsplittern an der Oberfläche. Verschiedene Farbtöne, weit verbreitet.
• Terrazzo: Marmorsplitter + Zement. Bäder, Wohnbau, Tempel.

Vorteile von Kunststeinen

• Hohlräume für Leitungen (Rohre, Kabel) einplanbar.
• Nuten für Befestigungen beim Gießen integrierbar.
• Beliebige Formen für architektonische Ansprüche gießbar.
• Einzelstückfertigung → keine großen Natursteinblöcke für Stürze/Träger nötig.
• Höhere Festigkeit als Naturstein möglich.
• Günstig/ökonomisch (kleinere Steine gewinnbringend verwertbar).
• Gleich gute Beständigkeit gegen atmosphärische Angriffe (Regen, Frost).
• Höhere Dauerhaftigkeit als Naturstein.
• Keine natürliche Lagerung → keine Vorsichtsmaßnahmen bezüglich Lagerung nötig.