Wichtiger fachlicher Hinweis: Dies ist ein archivierter Lehrtext, keine aktuelle Spezifikation, Prüfnorm, Konservierungsplanung oder Anleitung für Auswahl, Einbau und Schutz von Stein. Gesteinsart, Wasser, Salz, Frost, Untergrund, Mörtel, Bearbeitungsverfahren und Schutzbeschichtung sind für das konkrete Bauwerk nach geltenden Vorschriften, Herstellerunterlagen und Beratung durch geeignete Fachleute zu beurteilen.
Naturstein, Beschichtungen und Konservierungsarbeiten gehören nicht zum aktuellen öffentlichen Angebot von Savo Kusić. Der heutige Produktionsschwerpunkt besteht aus Holzfenstern, Holz-Aluminium-Fenstern und kundenspezifischen Türen.
Allgemeine Konzepte
Es ist Aufgabe von Ingenieuren und Architekten, den für den jeweiligen Zweck am besten geeigneten Stein auszuwählen; bei der Steinauswahl für besonders wichtige Bauwerke darf nicht vergessen werden, dass die Materialprüfung in Zusammenarbeit mit Geologen und Mineralogen wertvolle Hilfe leistet.
Geologen unterteilen Gesteine in folgende Gruppen: magmatische Gesteine mit den Untergruppen Tiefengesteine und Ergussgesteine (z. B. Granit, Diorit, Gabbro, Porphyr, Diabas, Basalt), Sediment- oder Schichtgesteine (z. B. Sandstein, Jurakalkstein, Konglomerate) und schließlich metamorphe oder umgewandelte Gesteine (z. B. Gneis, Schiefer). Mineralogen untersuchen das Gefüge der Gesteine (Art und Form der Kristallite, deren Größe und Umwandlung, Frische, Art des Bindemittels usw.). Ingenieure beurteilen Farbe, Farbverteilung, Gefüge, Gewinnungsverfahren, Bearbeitbarkeit, Witterungsbeständigkeit und Festigkeit.
Struktur und chemische Zusammensetzung von Stein
Soll das Material witterungsbeständig sein oder wird der Stein für besondere Zwecke, beispielsweise in der chemischen Industrie, ausgewählt, sind Gefüge und Zusammensetzung des Steins zu berücksichtigen. Dicht gefügte und gut verbundene Kristallite mittlerer Größe sind unter anderem ein Merkmal guten Granits; Granit mit viel blättrigem Glimmer und teilweise zersetztem Feldspat eignet sich hingegen nicht für wichtigere Bauwerke. Sandstein aus gleich großen Quarzkörnern mit Hohlräumen, die nur wenig Bindemittel enthalten, ist wasserdurchlässiger als Gestein mit kompaktem Gefüge (also mit wenigen oder keinen Hohlräumen) oder Gestein, dessen Gefüge durch ein Bindemittel verdichtet ist. Die Zusammensetzung des Bindemittels im Sandstein ist für seine Beständigkeit gegen die am Einbauort zu erwartenden chemischen Einwirkungen von großer Bedeutung.
Festigkeit des Steins
In der Terminologie und Prüfung des Bauwesens gibt es verschiedene Festigkeitsarten: Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Biegefestigkeit usw. Zur Prüfung der Steinfestigkeit werden Druckbeanspruchungen (für Baustein), seltener Zugbeanspruchungen, Biegebeanspruchungen, Schlagbeanspruchungen (für Pflasterstein) und schließlich Abriebprüfungen (wiederum für Pflasterstein, Gehwegplatten und Treppen) durchgeführt.
1. Druckfestigkeit
Für die Druckfestigkeit von Steinen – ermittelt an Würfeln mit einer Kantenlänge von mindestens 4 cm – wurden am Forschungsinstitut für Bauingenieurwesen der Technischen Universität Stuttgart folgende Werte für Bausteinproben ermittelt:
Die folgende Tabelle zeigt Richtwerte für die Auswahl und Bewertung von Natursteineigenschaften. Die Normen fordern für verschiedene Aufgaben des Bauwesens Mindestwerte hinsichtlich Richtwerten; Bisher musste beispielsweise für die Pflastersteine von Nationalstraßen die Druckfestigkeit mindestens in der oberen Hälfte der Referenzwerte liegen und mindestens 2000 kg/cm2 betragen. Für den Bau ist es in der Regel nicht erforderlich, die Festigkeit des Steins zu begrenzen. Die Druckfestigkeit des Steins nimmt erheblich ab, wenn der Stein im Wasser belassen wird.
2. Biegefestigkeit
Es wird an mit einer Säge geschnittenen Steinprismen getestet (Test im selben Institut wie die Druckfestigkeit); Als Biegefestigkeit wurde ermittelt:
Es wird empfohlen, für Beton, der eine hohe Biegefestigkeit erreichen muss, nur Steine mit einer Biegefestigkeit von mindestens 100 kg/cm2 zu verwenden. Im Übrigen siehe Richtwerttabelle zur Auswahl und Bewertung von Natursteinen (oben).
3. Schlagfestigkeit
Der Test wird an Würfeln mit einer Kantenlänge von 4 cm durchgeführt. Gemessen wird die Arbeit, die erforderlich ist, um einen Steinwürfel unter bestimmten Bedingungen zu zerstören. In Stuttgart sind unter anderem folgende Werte etabliert:
4. Abriebfestigkeit
Die Prüfung erfolgt durch Schleifen; In Stuttgart wurden folgende Werte etabliert:
Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass Druckfestigkeit und Abriebfestigkeit nicht in einem regelmäßigen Verhältnis zueinander stehen; man kann nicht ohne Weiteres erwarten, dass ein Stein mit guter Druckfestigkeit auch eine gute Abriebfestigkeit aufweist. Stein für Betonstraßen durfte nach den Anweisungen für den Bau von Betonfahrbahndecken einen Abrieb von höchstens 0,2 cm (10 cm3) je 50 cm2 aufweisen. Darüber hinaus ist auch der Abrieb von mit Wasser benetztem Stein für Fahrbahnen und Betonstraßen zu bestimmen, weil dabei größere Abriebunterschiede auftreten. Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich so für praktische Anwendungen eine bessere Beurteilung ergibt als mit den üblichen Prüfungen an trockenem Stein.
Die Witterungsbeständigkeit des Steins
Bei Stein, der der Witterung ausgesetzt wird, ist die Frostbeständigkeit zu prüfen, also ob er ohne sichtbare Schäden bleibt, nachdem er im wassergesättigten Zustand 25-mal eingefroren und wieder aufgetaut wurde. Wird Stein mit natürlicher Feuchte eingebaut, ist Vorsicht geboten; in diesem Fall ist der Stein mit natürlichem Feuchtegehalt und nicht im wassergesättigten Zustand zu prüfen. Darüber hinaus wird von Stein für Außenwände, Denkmäler usw. eine ausreichende Witterungsbeständigkeit verlangt, damit er zusätzliche Beanspruchungen durch Sonneneinstrahlung, Wechsel von Befeuchtung und Trocknung, atmosphärische Ablagerungen und Einwirkungen aus der Luft lange aushält. Bei der Auswahl eines Steins sollte der Rat erfahrener Fachleute eingeholt werden.
Bei der Formgebung von Baustein ist darauf zu achten, dass Regen- und Spritzwasser möglichst schnell abfließen kann, damit es möglichst wenig Gelegenheit hat, in Stein und Mauerfugen einzudringen. Stein mit Vorsprüngen sowie grob behauener Stein kann Ruß, Schnee, Wasser usw. zurückhalten, wodurch schädliche Einwirkungen deutlich stärker werden als bei glatten Oberflächen. Polierte Oberflächen sind der Ablagerung von Staub und Ruß sowie der Ansiedlung pflanzlicher Organismen am wenigsten ausgesetzt. Die Art der Bearbeitung beeinflusst daher die Dauerhaftigkeit von Stein unter Witterungseinflüssen.
Schichtsteine müssen schichtweise verarbeitet werden, d. h. die Schichten müssen horizontal gestapelt werden, da sonst Wasser und damit aggressive Stoffe in schwache und spaltbare Schichten eindringen; Schäden sind schneller zu erwarten, als wenn der Stein fachmännisch behandelt würde.
Grundwasser kann durch Kapillarkräfte und Diffusion aufsteigen. Dabei können bestimmte Salze Stein und Mörtel angreifen. In der Verdunstungszone des aufsteigenden Wassers kristallisieren die Salze und erzeugen Innendrücke, die zur Zerstörung führen. Auch hier geht es darum, das Eindringen von Wasser in den Stein zu verhindern, was in diesem Fall durch eine Abdichtung zum Erdreich erreicht wird.
Im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Mauern wird viel über die Wahl des Mörtels beim Bau von Natursteinmauern diskutiert. Wenn die Wand nicht der Witterung ausgesetzt ist und trocken bleibt, kann die Wahl des Mörtels ausschließlich nach seiner Verarbeitbarkeit, Festigkeit und seinem Aussehen erfolgen. Bei den Außenwänden wird berücksichtigt, dass das in die Wand eindringende Regenwasser die Inhaltsstoffe des Mörtels aufnimmt und diese beim Trocknen der Wand an die Oberfläche bringt und dort ablagert. Wenn beispielsweise eine poröse Sandsteinwand durch undurchlässige Fugen unterteilt ist, sammelt Wasser über den Fugen Salze an, was zu einer erhöhten Spannung im Stein führt.
Stein erfährt, wie alle anderen Materialien auch, aufgrund von Temperaturänderungen größere oder kleinere Volumenänderungen, die beispielsweise bei Kalkstein deutlich geringer sind als bei Quarzitstein. Unter normalen Bedingungen sind diese Volumenänderungen zweitrangig, wenn sie bei der Verwendung von Stein berücksichtigt werden. Probleme können an Gesimsen unter Dächern, an Vorsatzplatten von gemauerten Brücken usw. auftreten. Für Bauelemente, die extrem hohen Temperaturen ausgesetzt sind, empfiehlt es sich, einen Stein zu wählen, der bei einer Temperatur von 500-1000oC eine geringe und allmähliche Ausdehnung aufweist, wie z.B. klumpige Schlacke oder gesinterter Ton.
Vorbeugung von Steinschäden
Heutzutage gibt es verschiedene Schutzmaterialien (Lacke, Beschichtungen), die polierte und raue Steine vor Witterungseinflüssen und anderen Einflüssen schützen. Beschichtungen basieren auf Silikon, Wachs oder anderen Materialien, die eine Barriere zwischen dem Stein und der Umgebung bilden. Durch die regelmäßige Reinigung des Steins wird verhindert, dass sich im Laufe der Zeit Staub und Schmutz ansammeln, die auch den Stein selbst beeinträchtigen können. Durch die Platzierung von Steinflächen im überdachten Bereich wird die Möglichkeit verringert, dass Wasser dort eindringt. Grundsätzlich gilt: Das Wichtigste ist, sich mit Experten beraten zu lassen und den richtigen Stein auszuwählen, um etwaigen Schäden bestmöglich vorzubeugen.
Anwendungshinweis: Historische Werte, Prüfverfahren und Beschichtungsempfehlungen ersetzen keine aktuellen Normen, Laborprüfungen, Probeflächen, Materialverträglichkeitsprüfungen und keinen Instandhaltungsplan für das konkrete Bauwerk.