Christian Strub 1 Natursteine Memo Natursteine Einleitung Seit
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Christian Strub 1 Natursteine Memo Natursteine Einleitung Seit Menschengedenken ist der Naturstein als hervorragender Baustoff bekannt, welcher der Abnützung auch über längere Zeit trotzt. Kulturepochen wie z.B. die Ägypter haben den Glanz ihrer Kultur festgehalten. Diese Bauwerke stehen heute noch und können von uns bewundert werden. Es ist uns zwar gelungen, neue Baustoffe wie Beton und ähnliches zu entwickeln, doch es ist uns nicht gelungen, ein dem Naturstein ebenbürtiges Material zu finden. Allgemeines Durch die Abkühlung von Magma sind über Jahrmillionen gesteinbildende Mineralien entstanden. Aus den Mineralien wiederum haben sich die Natursteine gebildet. Querschnitt Erde 1 Christian Strub 1 Natursteine Die Entstehung der Alpen Vor 180 Millionen Jahren lag über Mitteleuropa noch ein Flachmeer, welches sich bis an die Küste Nordafrikas erstreckte (vergrössertes Mittelmeer). Am Grund dieses riesigen Meeres lagerten sich Schwemmmaterial ab und bildet mit der Zeit Mergel, Kalk, Sandstein und Ton. Starke Schubkräfte von Afrika aus drückten Nordwärts. An Schwachen stellen wurde die Erdkruste samt der darauf liegenden Sedimentgesteine (Sandstein, Kalk, Mergel und Ton) angehoben. Im Meer entstanden langgestreckte Inseln. Der weiter anhaltende Schub trieb die Falten weiter Nordwärts und lies sie immer mehr auftürmen. Dabei wurde der Verwitterungsschutt zum Teil zwischen den Schichten eingeklemmt. Grobes Material blieb am Alpenrand, feineres trieb durch Ur-Rohne und Ur-Rein weiter hinaus. Durch letzte Stösse drückten weiter auf die “Voralpen“ wodurch diese aufgebogen oder sogar aufbrachen. Diese Bewegungen wirkten sich aber bis ins heute Juragebirge aus. Die heftigen Schubkräfte führten dazu, dass sich die dort abgelagerten Kalkschichten aufütürmten und so die Jurakette bildeten. In den Alpen presste Magma den granitenen Untergrund empor. Dabei wurde der Kalkmantel aufgebrochen. Heute treten an diesen Stellen Granit auf, der Kalkmantel wurde über die Zeit abgetragen. Berge aus Granit und Gneis sind deshalb kennzeichnend für die Walliser und Tessiner Alpen. 2 Christian Strub 1 Natursteine Geologischer Aufbau der Schweiz Heute lässt sich die Schweiz in folgende “Gesteinsgebiete“ untescheiden. A: Im Mittelland gibt es vor allem Sandstein, Nagelfluh und Mergel B: Der südliche Streifen des Mittellandes besteht ebenfalls aus Sandstein und Nagelfluh jedoch Mergel der Molasse C: Das Juragebirge besteht hauptsächlich aus Kalkstein, Sandstein, Mergel und Tone D: gehört immer noch zur Jurakette und hat deshalb dieselben Gesteinsarten E: Der Voralpen bestehen vor allem aus Kalkstein, Dolomit, Tonschiefer und teils auch noch Sandstein F: Im Alpenkern findet man Tonschiefer, Quarzit, Marmor und Serpentin G: Ebenfalls in den Alpen findet man weiter Granit, Gneis, Glimmerschiefer H: Im Wallis und im Graubünden kommt nebst dem üblichen Alpengestein auch noch Kalkstein vor. J: Hier findet man Gneis, Glimmerschiefer und Quarzit K: Im Südlichen Tessin gibt es Marmorvorkommen L: Ebenfalls im Süden des Tessins gibt es hellen Granit 3 Christian Strub 1 Natursteine Naturkreislauf Eine Gruppierung der Gesteine kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden. Wissenschaftlich werden die Gesteine nach der Art der Entstehung eingeteilt. Dabei unterscheidet man in drei Hauptgruppen: Erstarrungsgesteine, Sedimentgesteine und Ablagerungsgesteine. 4 Christian Strub 1 Natursteine Gliederung Im folgenden Schema kann unter anderem Erkannt werden, welche Umwandlungsgesteine aus welchen “Grundsteinen“ bestehen. 5 Christian Strub 1 Natursteine Minerale Minerale sind natürlich vorkommende Feststoffe mit einer einheitlichen chemischen Zusammensetzung. Alle Gesteine der Erde und sonstigen Himmelskörper sind aus Mineralen aufgebaut. Der spezifische Mineralinhalt eines Gesteins liefert Informationen über die Entwicklung unserer Planeten. Zu den 30 wichtigsten Gesteinsbildnern gehören unter anderem: - Quarz (Bergkristall) - Gips - Diamant - Glimmer - Steinsalz Der Stein erhält durch die Art der Mineralien seine Eigenschaften wie: porös, dicht, körnig, glasig, blätterig usw. Die Mineralien spielen in der Natur und der Technik eine bedeutende Rolle. So ja überall auf, wo Stein oder mineralische Produkte irgendwie beteiligt sind. Gewinnung im Steinbruch Unter Gewinnung versteht man das Lösen und Fördern von Blöcken aus dem Gebirge. Oft werden beim Abbau mehrere Verfahren kombiniert. Dies sind die wichtigsten Verfahren: Bohrverfahren Dabei wird Loch an Loch gebohrt und der Stein so vollständig vom Fels abgetrennt. Sprengverfahren Der Sprengstoff, meistens Schwarzpulver, wird in Bohrlöcher angebracht. Bei der Explosion wird das Gestein durch wohldosierte Sprengungen vom Fels gelöst. Keilspaltverfahren Die Keile werden in Bohrlöcher getrieben, um dadurch Blöcke vom Fels abzutrennen. Das Verfahren kann von Hand mit Stahlkeilen oder hydraulisch mit Hydraulik-Spaltkeilen ausgeführt werden. Seilsägeverfahren Dabei wird ein Stahlseil mittels Umlenkrolle auf das Gestein gedrückt. Heute werden meistens diamantbesetzte Stahlseile eingesetzt (Diamant ist das härteste bekannte Mineral). Wasser wird zum Kühlen verwendet. Oberflächenbearbeitung Grobbearbeitung Grobe Bearbeitungstechniken finden im Innenbereich nur selten Anwendung. Sie werden z.B. für die Wiederherstellung von denkmalgeschützten Gebäuden verwendet. Gespitzt Mit dem Spitzeisen, angetrieben mit dem Fäustel (spezieller Hammer) wird die Oberfläche grob egalisiert. Je nach Anzahl und Grobheit der Hiebe unterscheidet man zwischen gespitzt und fein gespitzt. Scharriert Mit dem Scharriereisen werden parallele Rillen in die Gesteinsoberfläche eingearbeitet. Gestockt Mit dem Stockhammer wird eine raue Oberfläche erzeugt. Geflammt Mit einem Sauerstoffbrenner werden oberflächlich die Mineralien zum Platzen gebracht. Dabei entsteht eine relativ gleichmässige Struktur. Dieses Verfahren wird praktisch nur bei Hartgesteinen 6 Christian Strub 1 Natursteine angewandt. Geflammte Oberflächen zeichnen sich durch eine hervorragende Rutschsicherheit und eine schlechte Reinigungsfähigkeit aus. Sandgestrahlt Je nach Körnung und Druck und Gesteinszusammensetzung kann eine sehr grobe bis sehr feine Oberfläche erzeugt werden. Feinbearbeitung Schleifen Schleifen war früher eine richtige Knochenarbeit. Heute sind in den Steinbetrieben moderne Maschinen im Einsatz. Geschliffene Oberflächen zeigen immer Schleifspuren im Gegenlicht. Je nach Mineralgehalt sind auch Glanzunterschiede nicht vermeidbar. Polierte Oberflächen Die polierte Oberfläche zeigt die attraktivste Seite eines Natursteins. Im Normalfall ist ein Hartgestein (Granit, Syenit oder Basalt) so weit ausgeschliffen, dass keine Schleifspuren mehr erkennbar sind. Vorteile der Polierten Oberflächen sind nebst der Optik auch eine bessere Reinigungsfähigkeit. Geflammt und gebürstete Oberfläche Durch das Flammen sieht eine Oberfläche wie ein mikroschroffes Gebirge aus. Durch Bürsten, in deren Borsten Schleifkörner eingearbeitet sind, wird die Oberfläche geglättet. Die Oberfläche fühlt sich samtweich an. Einige Anwendungsbereiche von Naturstein Im Hochbau Wohnungsbau Bodenbeläge, Wandbekleidung, Küchenabedeckung, Treppentritte Bürobauten Bodenbeläge, Wandbekleidungen, Treppentritte, Fassadenbekleidungen Historische Bauten Früher wurden Natursteine sehr oft als Bausteine verwendet. Heute vor allem noch bei Renovationen von solchen Gebäuden. Umgebungsarbeiten Gartenplatten, Bruchsteinmauern, Grabsteine 7 Christian Strub 1 Natursteine Im Tiefbau Strassenbau Randsteine, Bordsteine, Pflästerungen, Schotter, Unterbau in Form von frostsicherem Kies Uferverbauungen Bei Bächen, Flüssen und Seen Stützmauern Ganze Naturstein, Bruchsteinmauerwerk Brücken Heute meistens nur noch als Verkleidungen Erstarrungsgesteine (Magmatite) Erstarrungsgesteine werden auch Magmatite genannt. Man unterscheidet zwischen: Tiefengesteine, auch Plutonite genannt In tieferen Zonen der Erdkruste langsam abgekühltes Magma führt zu regelmässiger Kristallisation. Es entstehen körnige, kompakte Gesteine, ohne Schichtungen. Ganggesteine In Gängen in den höheren Lagen der Erdkruste abgekühltes Magma. Ergussgesteine, auch Vulkanite genannt Magma erstarrt relativ schnell auf dem Weg oder bereits an der Oberflläche. Die Kristallbildung wird dabei im Wachstum gehemmt, dadurch entstehen feinkörnige Gesteine. Je nach dem können infolge von Wasserkontakt viele Blasen entstehen. Dies führt zu leichten, porösen Gesteinen. 8 Christian Strub 1 Natursteine Tiefengesteine (Plutonite) Granit Granit besteht aus den Mineralien Feldspat, Quarz und Glimmer. Der Granit ist ein massiger, fein- bis grobkörniger Naturstein. Seine Farbe geht von hellgrau bis blauschwarz. Je nach Region kann er auch grünlich, rötlich oder sogar gelblich sein. Der Granit ist hart, druckfest und hat eine hohe Abriebfestigkeit. Er ist frost, witterungs- und säurebeständig. Man kann ihn auch polieren. Verwendung findet der Granit an sehr vielen Orten. Sei es als Randstein, Wand- Bodenplatten, Küchenabdeckungen oder Fassadenbekleidungen. Granit gibt es in der Schweiz vor allem im Alpenraum. Zum Beispiel im Gotthardgebiet, Graubünden, Grimsel usw. Syenit Syenit besteht aus den Mineralien Feldspat, Hornblende und Augit. Der Syenit kann fein- bis grobkörnig sein. Seine Farbe geht von dunkelgrau bis blauschwarz. Je nach Herkunft kann er auch rötlich sein. Der Syenit hat dieselben Eigenschaften wie Granit, ist aber nicht ganz so hart. Man kann ihn sehr fein polieren. Dabei kommen seine schön schillernden kristallinen Einschlüsse hervor. Der Syenit wird als geschliffene, polierte Platte oft als Boden- oder Wandplatte verwendet. Auch als Fassadenbekleidung, Küchenabdeckungen und Grabsteine finde er oft Verwendung. In der Schweiz kommt der Syenit in den Zentralalpen vor, wird dort aber nicht ausgebeutet. Ganggestein Porphyr Der Porphyr besteht aus den Mineralien Feldspat, Quarz und Glimmer. Er kann fein- bis grobkörnig sein. Seine Farbe ist rötlich, kann aber auch von grau bis ins schwarze gehen. Oft weist er eine bräunliche Sprenkelung auf. Der Porphyr ist ein harter, druckfester und wetterbeständiger Naturstein. Man kann ihn auch polieren. So wird er für Pflastersteine, Bodenbeläge oder Bruchsteinmauerwerke verwendet. In der Schweiz kommt er im Tessin und im Graubünden vor. Ergussgesteine (Vulkanite) Basalt Der Basalt besteht aus den Mineralien Feldspat, Augit und Olivin. Er ist feinkörnig mit kleinen runden Blasenhohlräumen. Seine Farbe ist Dunkelgrau bis grauschwarz. Der Basalt ist ein fester, aber schlecht teilbarer Naturstein. Er wird für Steinwolle, Fassadenbekleidungen und Bodenbeläge verwendet. In der Schweiz gibt es keine nennenswernne Basaltvorkommen. Bimsstein Der Bimsstein besteht aus den Mineralien Feldspat, Quarz und Hornblende. Er ist schaumig und blasig. Seine Farbe geht von weiss über hellgrau bis ins gelbliche. Der Bimsstein ist ein leichter, frostbeständiger und relativ gut wärmedämmender Naturstein. Er ist wegen den vielen Blasen aber nur wenig druckfest. So dient er als Leichtzusatzstoff für Leichtbeton und Bausteine. In der Schweiz gibt es keine nennenswerten Bimsvorkommen. Ablagerungsgesteine (Sedimente) Ablagerungsgesteine werden auch Sedimentgesteine genannt. Man unterscheidet zwischen: Ausfällungsgesteine Gewisse Mineralien zersetzten sich durch äussere Einflüssen und werden zu neuen Stoffen umgebildet. Die Minerale gelangen durch Bäche und Flüsse in Gewässer eine Ablagerung erfolgt. Die Gesteine können Versteinerungen enthalten. Mechanische oder klastische Sedimente Durch Verwitterung werden Gesteine zertrümmert. Durch Wasser, Eis und Wind werden sie an 9 Christian Strub 1 Natursteine anderen Orten wieder abgelagert. Die kleinsten Teilchen werden im Meer als Tone abgelagert. Bei der Vermischung mit Kalkschlamm entsteht Mergel. Die losen Gesteinstrümmer werden bei der Ablagerung verfestigt. Biogene Sedimente Biogene Sedimentgesteine entstehen, wenn Ausscheidungen von Organismen mitwirken. Dies können Muschelschalen, Skelettreste usw. sein. Muschelkalk ist z.B. ein biogenes Sedimentgestein. Ausfällungsgestein Kalkstein Der Kalkstein besteht hauptsächlich aus dem Mineral Kalkspat. Der Kalkstein ist meistens ein dichter Stein. Er kann aber körnig sein. Seine Farbe ist je nach Fundort sehr verschieden. Im Jura ist er gelblich bis grau, in den Alpen dunkelgrau bis Schwarz. Durch Verunreinigungen ist er oft in vielen Farben gefleckt oder von Adern durchzogen. Der Kalkstein ist wetterbeständig, gut zu bearbeiten und polierbar. Er ist allerdings sehr empfindlich gegen Feuer. Verwendung findet Kalkstein als Platten für Boden- und Wandplatten, Fassadenbekleidung und Grabmäler. Auch Stützmauern, Uferböschungen oder Randsteine können aus Kalkstein sein. Tuff Tuff entsteht aus Kalkausscheidungen aus Süsswasserquellen und Ablagerungen von Pflanzenteilen und Algen. Bei der Ablagerung werden die Pflanzenteile eingeschlossen. So entsteht ein sehr poröser Naturstein. Durch die vielen Löcher ist er schwammig und luftig. Seine Farbe ist graugelb bis aschgrau. Der Tuff kann in nassem Zustand gesägt werden. Er ist relativ Wetterbeständig. Durch die vielen Löcher ist er nicht sehr druckfest, wirkt aber wärmedämmend. Der Tuff findet vor allem Verwendung als Wandbekleidung und als Füllstoff für Mauersteine. Es gibt viele kleine Tuffvorkommen im Mittelland. Travertin Travertin beseht wie der Tuff aus Kalkausscheidungen und Pflanzenteilen. Er ist aber kompakter und älter. Er hat dennoch viele Poren und Löcher. Seine Farbe ist gelblich bis bräunlich. Man kann den Travertin sägen und polieren. Er ist zwar wetterbeständig, aber Rauchgasempfindlich. Verwendung findet der Travertin als Wand- und Bodenplatten. Findet ebenfalls Anwendung als Fassadenbekleidung und Treppenbekleidung. In der Schweiz gibt es keine nennenswerten Vorkommen. Mechanische oder klatische Sedimente Sandstein Sandstein besteht aus Quarzkörnern und den Mineralien Feldspat und Kalkspat. Der Sandstein ist ein sandiger, sehr feinkörniger Naturstein. Die Farbe variiert je nach Fundort stark. So ist Berner Sandstein gelbgrünlich, Basler Sandstein ist rötlich und Sandstein aus der Alpenregion ist grauschwarz. Je nach Qualität kann die Wetterbeständigkeit stark variieren. Sandstein ist aber sehr gut bearbeitbar (das zeigen die unzähligen Strukturen aus Altstädten). Sandstein ist zwar Sägbar, aber nicht polierbar. Man verwendet Sandstein für Denk- und Grabmäler, Stützmauern und für feinste Steinmetzarbeiten wie z.B. am Münster. Nagelfluh Nagelfluh besteht aus runden Gesteinstrümmern und sandigen Zwischenmassen. Nagelfluh kann fein oder grobkörnig sein, die Farben können sehr verschieden sein. Nagelfluh ist kaum bearbeitbar, die einzelnen Steine fallen aus dem Gestein. Früher wurde aus Nagelfluh Mauern, Brücken usw. gemacht, heute findet man kaum mehr Verwendung von Nagelfluh. In der Schweiz gibt es vor allem in den Alpen und Voralpen Nagelfluhablagerungen. 10 Christian Strub 1 Natursteine Tonschiefer Tonschiefer besteht aus Tonmineralien, Glimmerschüppchen, Quarz und Kalk. Schiefer kann auch aus Umwandlungsgesteinen entstehen. Tonschiefer ist wetterbeständig und bricht in Platten. Man verwendet Tonschiefer als Bodenbelag, Schreibtafeln und Dachschiefer. Auch Treppenstufenabdeckungen sind möglich. Tonschiefervorkommen gibt es in der ganzen Schweiz verstreut. Biogene Sedimente Muschelkalk Muschelkalk besteht aus Kalk und eingeschlossenen Muschel- und Schalenstücken. Muschelkalk ist grobkörnig und seine Farbe geht von Hellgrau über graugelb bis ins grünliche. In feuchtem Zustand kann Muschelkalk gesägt werden. Es ist ausserdem schleif- und polierbar. Der Muschelkalk ist wetterbeständig. Die Vorkommen in der Schweiz sind vor allem im Mittelland. Umwandlungsgesteine (Metamorphite) Umwandlungsgesteine nennt man auch Metamorphite. Man unterscheidet zwischen: Magmatische Metamorphite Gesteine mit magnetischem Ursprungs werden unter Druck und hohen Temperaturen umgeformt. Dabei kristallisieren gewisse Mineralien neu. Dabei wiederum entstehen schiefrige Gesteine. Sedimentäre Metamorphite Als Ursprungsgestein dienen Ablagerungsgesteine. Unter Druck und hohen Temperaturen werden die Ursprungsgesteine umgeformt. Dabei kristallisieren gewissen Mineralien neu. Dabei wiederum entstehen schiefrige Gesteine. Magmatische Metamorphite Orthogneis Der Ursprung von Orthogneis ist Granit. Die Farbe von Orthogneis geht von weiss über grau bis ins Schwarz. Es ist ein harter, druckfester, frost-, säure- und witterungsbeständiger Stein. Man kann ihn sägen, schleifen und polieren. Da der Stein geschichtet ist, kann er gut zu Platten verarbeitet werden. Man verwendet Orthogneis für Garten- und Mauerabdeckungen. Wird auch für Küchenabdeckungen verwendet. In der Schweiz gibt es Orthogneisvorkommen im Graubünden und dem Wallis. Glimmerschiefer Als Ursprung für Glimmerschiefer dient Granit und Sandstein. Glimmerschiefer ist ein körniger, geschichteter Naturstein. Seine Farbe ist grau glänzend. Glimmerschiefer kann sehr dünnplattig hergestellt werden. Er hat viel Glimmer und ist sehr wetterbeständig. Auch gegen Feuer ist der Glimmerschiefer widerstandsfähig. Man verwendet Glimmerschiefer für Dacheindeckungen und Bruchsteinmauern. In der Baustoffindustrie wird Glimmerschiefer für Vermiculit verwendet. Serpentin Als Ursprung für Serpentin dient Peridotit. Serpentin ist ein dichter, feinblätteriger Naturstein. Beim Bruch entsteht eine splitterige Kante. Der Serpentin weist an der Oberfläche Adern und Knötchen auf. Seine Farbe geht von dunkelgrün bis ins schwarze. Man kann Serpentin sehr gut bearbeiten. Man kann ihn sägen, fräsen, schleifen, polieren. Er ist feuer- und wetterbeständig. Verwendung findet der Serpentin als Fassadenbekleidung, als Wand- und Bodenplatte. Eine spezielle Art von Serpentin ist der Speckstein. So findet der Speckstein nebst dem Werkstein auch Verwendung als Grillplatte. In der Schweiz kommt der Serpentin vor allem im Gotthardgebiet und dem Graubünden vor. 11 Christian Strub 1 Natursteine Sedimentäre Metamorphite Paragneis Als Ursprung für Paragneis dienen tonige bis sandige Sedimente. Die gesprenkelte Farbe vom Paragneis geht von weis über grau bis schwarz. Der Paragneis ist stark geschichtet und daher gut für Platten geeignet. Man kann ihn spalten, sägen, schleifen und polieren. Er ist mechanisch widerstandsfähig, druckfest, frost- und witterungs- und säurebeständig. Verwendung findet der Paragneis als Gartenplatte, Brauchsteinmauerwerk, Dacheindeckung, Bodenbeläge und Fassadenbekleidungen. In der Schweiz kommt der Paragneis vor allem im Tessin vor. Quarzit Als Ursprung für den Quarzit dient der Sandstein. Seine Farbe geht von grün, über gelbbraun bis grau. Der Quarzit ist sehr gut spaltbar, und hart. Ausserdem ist er wetter- und frostbeständig. Man kann ihn gut bearbeiten. Er ist säge-, fräss-, schleif- und polierbar. Verwendung findet der Quarzit als Gartenplatte, Dacheindeckung, Wand- und Bodenbeläge und Fassadenbekleidung. In der Schweiz kommt Quarzit vor allem im Wallis, Tessin und dem Graubünden vor. Marmor Als Ursprung für den Marmor dient reiner, dichter Kalkstein. Beim Marmor wird zwischen dem weissen Reinmarmor und dem farbigen Buntmarmor unterschieden. Der Marmor ist wetterbeständig. Man kann ihn sehr gut und fein bearbeiten. Er ist säge-, fräs-, schleif- und polierbar. Achtung!: Marmor ist nicht säurebeständig, daher nicht als Küchenabdeckung geeignet. Ansonsten wird der Marmor für Fassadenbekleidungen, Wand- und Bodenbeläge, Grab- und Denkmäler und Treppen verwendet. In der Schweiz kommt Marmor nur im Tessin und im Wallis vor. 12
