Allgemeines über Naturstein


Übersicht:

- Einleitung
- Allg. Gesteinsbeschreibung (Definition)
- Entstehung von Natursteinen wie z.B. Marmor und Granit
- Verwitterung von Natursteinen
- 1. Physikalische Verwitterungseinflüsse
- 2. Chemische Verwitterungseinflüsse
- Technische Eignung von Natursteinen


Einleitung

Bei einer Vielzahl der heute verfügbaren Gesteinssorten ist eine Beratung im Vorfeld des Einsatzes von Natursteinen unverzichtbar.
Natursteine wie Marmor und Granit sind technisch sehr hochwertig und eignen sich für fast jedes Anwendungsgebiet. Auch wenn Gesteine nicht unvergänglich sind und über Jahrhunderttausende und Jahrmillionen verwittern, übertreffen sie andere Werkstoffe wie Holz, Leder oder Metall – mit Ausnahme der Edelmetalle – bei weitem an Beständigkeit. Natursteinprodukt sorgen für ein besonders stilvolles Ambiente und sind aufgrund der Einzigartigkeit eines jeden Blocks in Farbe
und Struktur, ein Unikat.
Kaum ein anderes Material ist so beständig und in so vielen verschiedenen Produkten zu bekommen.

Aufgrund des weltweiten Handels sind Natursteine in fast jeder Farbe und Struktur
erhältlich.

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Allg. Gesteinsbeschreibung (Definition)


Gesteine sind in der Regel vielkörnige Mineralaggregate. Im Unterschied zu Mineralien sind Gesteine heterogene Naturkörper.
Ein Gestein wird durch seinen Mineralbestand und seinem Gefüge bestimmen. Denn dadurch ergeben sich seine Eigenschaften und technischen Werte. Unter Gefüge versteht man die Ausbildung und Anordnung der Mineralien im Gestein (z.B. Mosaikgefüge bei Tiefengesteinen, Porphyrisches Gefüge bei Ergussgesteinen, Anlagerungsgefüge bei Sedimentgesteinen, Parallelgefüge bei Metamorphen Gesteinen).
Gesteine werden nach der Art ihrer Entstehung in drei Hauptgruppen (ihrem genetischen System) eingeteilt:
Aus Mineralschmelzen (Magma/Lava) entstehen die Magmatischen Gesteine (Magmatite). Durch die Verfestigung von abgelagerten Verwitterungsprodukten (diagenetische Vorgänge) entstehen die Sedimentgesteine (Sedimentite).
Durch chemisch-physikalische Umwandlung (Kristallisation) unter erhöhten Drucken und/oder Temperaturen entstehen die Metamorphen Gesteine (Metamorphite).

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Entstehung von Natursteinen wie z.B. Marmor und Granit

Magmatische Gesteine (Magmatite) enstehen durch das Erstarren von Magma an der Erdoberfläche (Ergussgesteine oder Vulkanite) und durch das Erstarren von Magma unter hohem Druck, tief in der Erdkruste (Tiefengesteine oder Plutonite). Chemisch bestehen magmatische Gesteine hauptsächlich aus Silizium, dem zweithäufigsten Element unserer Erde. Die Salze und Ester des Siliziums (Silikate) verwandeln sich, wenn sie von über 1000° Celsius abkühlen. Weiter sind zur Vervollständigung die sog. Ganggesteine zu erwähnen. Sie sind durch eine schnelle Abkühlung einer Restschmelze in aufreißenden Klüften eines erkaltenden Plutons enstanden.

Sedimentgesteine (Sedimentite) entstehen durch die Verfestigung von Gesteinsablagerungen. Sie sind in Klastite, chemische und biogene Sedimentite eingeteilt.

Metamorphe Gesteine (Metamorphite) entstehen durch die chemisch-physikalische Umwandlung der anderen Gesteinsarten.
Metamorphe Gesteine sind Kristallgesteine, und entstand vor etwa 60 bis 600 Millionen Jahren aus Kalkstein. „Metamorphose“ ist ein chemisch-physikalische Vorgang. In der tiefen Kruste der Erde wird das feste, harte Gestein unter unvorstellbar hohem Druck und bei hohen Temperaturen umgewandelt. Dadurch kristallisiert das Gestein und ändert seine Struktur.

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Verwitterung von Natursteinen


Natursteine werden in der Atmosphäre physikalischen (mechanischen) und chemischen Zerstörungsprozessen ausgesetzt. Diese Zerstörungsprozesse nennt man Steinverwitterung. Die Verwitterung von Natursteinen hängt von Faktoren Klima (Temperaturen u. Luftfeuchtigkeit) und den Agenzien (Stoffe wie Sauerstoff, Spurengase, Säuren und Wasser) ab. Im Folgenden werden die, auf den Naturstein einwirkenden Faktoren aufgezeigt und beschrieben.

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1. Physikalische Verwitterungseinflüsse

Verwitterung durch Frostsprengung: Wasser besitzt bei einer Temperatur von 4°C seine höchste Dichte (geringstes Volumen). Darüber und darunter vergrößert es sein Volumen. Beim gefrieren von Wasser (H2O) verändert sich jedoch der Aggregatzustand von flüssig in fest. Es findet eine Volumenzunahmen von ca. 9% statt, die mit einer Sprengwirkung (2.100 kg/cm² bei -22°C) auf die mit Wasser gefüllten Poren und Kapillaren einwirken. Hierfür müssen die Poren und Kapillaren eines Natursteins jedoch mindestens mit 91% Wassergehalt gefüllt sein.

Temperaturverwitterung: Bei unterschiedlicher Materialaufheizung und einer damit verbundenenen, unterschiedlichen Ausdehnungen der Mineralien eines Gesteins durch Sonneneinstrahlung (sog. Insolation), enstehen Spannungen im Gefüge des Naturstein, die sein Gefüge schon bei den üblichen Temperaturschwankungen des Alltags zerstören.

Salzverwitterung: Durch die Kristallisation von Salzen in Haarrissen des Natursteins wird ein Druck (1000 kg/cm² ) auf den Naturstein aufgebaut, der sein Gefüge zerstört. So können die hydratisierte Kristalle einiger Salze, gegenüber ihrer wässrigen Lösungen, ihr Volumen um bis zu 300% vergrößern.

Verwitterung durch physikalisch-biologische Einflüsse:
Hier wird das Gestein durch Druckeinwirkung von z.B. Wurzelgeflechten pflanzlicher Zellen (›10 kg/cm²), dem sog. Turgordruck, zerstört.

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2. Chemische Verwitterungseinflüsse

Lösungsverwitterung: Hier werden die Mineralien (Salze) eines Natursteins von Wasser gelöst und führen zu seiner Zerstörung.

Kohlensäureverwitterung: Das Kohlendioxid in unserer Luft löst sich im Regen (pH-Wert ca. 5,6) und bildet so Kohlensäure. Kohlensäure reagiert chemisch mit Kalziumcarbonat (CaCO3). Dieses Kalziumcarbonat findet sich in vielen Natursteinen und trägt deshalb zu seiner Verwitterung bei.

Rauchgasverwitterung: Anthropogen Rauchgase, die durch Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdöl und Kohle entstehen, wie Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx) bilden in Verbindung mit Wasser Säuren. Diese Säuren lösen Mineralien aus den Natursteinen und zerstören dadurch sein Gefüge.

Oxidationsverwitterung: Der Sauerstoff aus der Luft und dem Wasser ist verantwortlich für die sog. Oxidation (z.B. führt Wasser auf Eisen zu Rost). Durch Oxidation werden Mineralien zersetzt und der Naturstein somit angegriffen, sein Gefüge zerstört.

Hydrolytische oder Silikatverwitterung: Natursteine bestehen aus Mineralien. Durch Wasseraufnahme im Kristallgitter eines Minerals (Hydratation) können Ionen durch Reaktion herausgelöst werden und zu Zerstörungen führen. Diese Art der chemischen Verwitterung tritt jedoch nur bei Silikaten auf.

Verwitterung durch chemisch-biologische Einflüsse: Hier werden die Mineralien von Natursteinen durch saure Ausscheidungen von Bakterien, Pilzen, Algen, Flechten etc. gelöst und das Gefüge des Natursteins somit zerstört.

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Technische Eignung von Natursteinen

Es gibt nicht nur die Natursteine Marmor und Granit, sondern noch viele andere verschiedene Sorten (Quarzit, Schiefer, Sandstein, Porphyr und Basaltlava). Doch werden sie vom Handel bezüglich ihrer technischen Eigenschaften in marmor- u. granitähnliche Gesteinsarten eingeteilt.
Durch die Art ihrer Entstehung sind die Gesteine in drei Hauptgruppen unterteilt (magmatische, sedimente und metamorphe Gesteine).

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