SANDSTEIN

ist ein Sekundargestein aus feinem Quarzsand und einem Kitt, der aus ganz verschiedenen Mineralien bestehen kann, da es durch oberflächliche Verwitterungs- und Ablagerungsprozesse gebildet wurde. Bei seiner Entstehung wurden bestehende Steine mechanisch zerbröselt und an anderer Stelle wieder abgelagert und "zusammengekittet".  Er ist geologisch weit verbreitet und in vielen Faben von gelb bis rot vorhanden.
Die wichtigsten Entstehungsräume für Sandsteine sind die Meere, dabei vor allem die küstennahen Flachmeere, die Schelfe. Der Sand stammt aber meist vom Festland und wird durch Flüsse und Meeresströmungen an seinen endgültigen Ablagerungsort transportiert. Es gibt aber auch zahlreiche Sandsteinvorkommen, die auf dem Festland entstanden sind. Dabei überwiegen die fluvialen, das heißt die von Flüssen abgelagerten Sandsteine deutlich über die vom Wind abgelagerten.

Im Meer abgelagerte Sandsteine finden sich in Deutschland zum Beispiel im Elbsandsteingebirge. Die in Deutschland weit verbreiteten Sandsteine des Buntsandsteins sind hingegen meist auf dem Festland abgelagert worden.
Durch den Auflastdruck der jüngeren, überlagernden Ablagerungen, durch den Druck und die natürlichen Chemikalien des Meer- oder Grundwassers und teilweise auch durch Beimischungen im Sandstein selbst kommt es zur Verfestigung (Diagenese) des Sandes. Dieser Prozess läuft unterschiedlich schnell ab und dauert zwischen wenigen Jahrzehnten und mehreren Millionen Jahren.
Eigenschaften als Baustoff
Sandstein ist ein verbreitetes Baumaterial und wurde oft zum Pflastern oder für Skulpturen verwendet. Sandsteinbauten findet man beispielsweise in Nürnberg oder in Dresden, wo die Mehrzahl der Barockbauten aus Sandstein besteht. Auch das Freiburger Münster ist größtenteils aus Sandstein erbaut. In Dresden verwendete man für den dekorativen Innenbereich den weichen Tonsandstein und für tragende Teile den Quarzsandstein von der Elbe, wie er heute noch von einer Firma in Pirna abgebaut wird. Die Farbe von Sandstein kann, genauso wie die von Sand, variieren, übliche Farben sind grau (ohne Beimengungen wie z. B. Ruhrsandstein aus Hohensyburg, gelb Ibbenbürener Sandstein (durch enthaltenes Limonit), braun, rot durch Hämatit wie bei rotem Wesersandstein und weiß (wie bei grau nur ist die Oberflächenreflexion eine andere), Beispiel Rackwitzer Sandstein. Grün ist der früher südlich des westfälischen Soest abgebaute Grünsandstein, der heute bei Anröchte abgebaute Glaukonitkalkstein ist etwas dunkler als der mittelalterliche Sandstein.
Tonsandstein ist zumeist ein vergleichsweise weiches Gesteinsmaterial und leicht zu bearbeiten, wenn er bruchfrisch ist. Quarzsandsteine sind dagegen "buckelhart" und z. T. schlechter zu bearbeiten als Granit. Gemeinsam ist allen Sandsteinen die fehlende Tausalzbeständigkeit. Die Frostfestigkeit ist je nach Sorte unterschiedlich. Durch die Ablagerungsrichtung unterscheidet man "im Lager" geschnitten, wenn es parallel zur Schichtung und "gegen das Lager", wenn es orthogonal zur Schichtung geschnitten wird. Die dabei entstehenden Texturen an den Sichtfächen können dabei sehr stark unterschiedlich sein. Der in unsere Gegend weit verbreitete  OBERNKIRCHENER SANDSTEIN ist zu 95% ein reiner Quarzsandstein, dessen Struktur von einem gleichmäßigen Feinstkorn in dichter Packung geprägt ist. Der Textur nach ist das Gestein so beschaffen, daß große Steinmetzstücke aus einem Block und großformatige Fassadenplatten hergestellt werden können. Das Gestein ist von weißlicher bis goldgelber und grauer Farbe.

Klinker

Klinker sind Ziegelsteine, die unter so hohen Temperaturen gebrannt sind, dass durch den beginnenden Sinterprozess eine glasartige Oberfläche entsteht. Klinker nehmen kaum Wasser auf und sind sehr widerstandsfähig. Der Name rührt daher, dass sie beim Zerschlagen einen hellen Klang haben.

Klinker bestehen aus Schamotte, Feldspäten und weiß- oder rotbrennenden Tonen. Durch verschiedene Zuschläge zur Rohmasse lassen sich vielfältige Farbnuancen erreichen. Die Ausgangsstoffe werden als Teig angerührt und im Strangpressverfahren geformt. Soll der Klinker später für Wärmedämmung tauglich sein, werden dabei durch Einsatz entsprechender Ziegelpressen Luftkanäle gelassen. Bei der nachfolgenden Trocknung reduziert sich der Wassergehalt auf ca. 3 %. Danach werden Klinker bei 1.100 bis 1.300°C im Tunnelofen gebrannt, im Gegensatz zu 800 bis 1.200 °C bei normalen Ziegeln.

Neben dem Einsatz in Unterwasserbauwerken, Brückenpfeilern, gemauerten Sielen oder Schächten werden Klinker häufig als Pflasterklinker oder für Fassaden verwendet. Hier lassen sich vielfältige Formenelemente aufmauern. Neben den üblichen Backsteinformaten lassen Architekten auch Sondermaße zur Fassadengestaltung herstellen.

Mauerziegel - Mauerstein

Der Ziegelstein, auch Backstein oder kurz Ziegel (vom lateinischen tegula, eigentlich Dachziegel, zu tegere "decken") ist der älteste künstliche Mauerstein. Es ist ein keramischer Werkstoff: Er wird aus tonhaltigem (fettem) Lehm gebrannt. Im weiteren Sinn werden auch Lehmziegel (Adobe), die durch Trocknen von geformtem Lehm gewonnen werden, als Ziegelsteine bezeichnet. Terrakotta wird von einfachem gebrannten Ton häufig nach der Qualität des verwendeten Tons unterschieden. In Architektur- und Kunstgeschichte werden Terrakotten von Ziegelsteinen jedoch nur durch Maß und Form unterschieden. Terrakotten sind dann dekorativ gestaltete Ziegelelemente, die erheblich größer als die traditionellen (Form-)Ziegelsteine sind.

Ziegel werden mit Mörtel zu Mauerwerk gefügt. Das Aussehen des Mauerwerks wird durch die Art des Mauwerwerksverbandes und die Fugen bestimmt.
Frühe Hochkulturen  [Bearbeiten]Lehmziegel sind das erste in den frühesten menschlichen Siedlungen in der Jungsteinzeit also ca. 10.000 bis 8.000 v.Chr. verwendete Baumaterial. Gegenüber Lehmwänden aus ungeformten Lehm haben Wände aus Ziegelstein viele Vorteile. Ziegelsteine sind leichter zu transportieren als ungeformter Lehm. Mauern aus Ziegelsteinen sind stabiler als Wände aus ungeformten Lehm, und man benötigt bei der Errichtung keine Schalung. Die ältesten Ziegel wurden 1952 bei Grabungen unter Leitung in Jericho gefunden.

Die Technik des Brennens von Ton war zwar für Gefäße bereits in der Jungsteinzeit bekannt, aber wurde nicht für Ziegelsteine eingesetzt.

Die ersten Ziegelsteine (Lehmziegel) waren handgeformt und unregelmäßig in der Form. Ziegelsteine mit glatt gestrichener Form sind etwa seit 6.300 v. Chr. aus Mesopotamien bekannt. Dort wurde auch zwischen 5.900 und 5.300 v. Chr. die Verwendung von Formschablonen entwickelt, ab 3.100 bis 2.900 v. Chr. erstmals in großem Umfang gebrannter Ton als Ziegelstein verwendet und die Tecknik des Glasierens entwickelt und perfektioniert. Das Ischtar-Tor ist ein herausragendes Beispiel für den in babylonischer Zeit erreichten Entwicklungsstand der Techniken. Es wurde unter Nebukadnezar II. (604 - 562 v. Chr.) gebaut.
Ziegel werden seit Jahrtausenden auch von Hand geformt, indem Lehm in einen oben und unten offenen Formrahmen oder nur oben offenen Kasten gepresst, das überstehende Material abgestrichen und dann die Form gestürzt wird - dies ergibt die Handstrichziegel, die als sichtbares Merkmal typische Quetschfalten aufweisen.

Nach Pressung und Trocknung der Ziegel an der Luft werden die Ziegelformen in einem Meiler aufgeschichtet. Zwischen den Ziegeln wird Kohle (im unten stehenden Bild grau) hinzugefügt. Der Meiler wird abschließend mit Lehm und Ziegeln minderer Qualität abgedeckt. Nach ca. 14 Tagen ist der Brennvorgang abgeschlossen. Anschließend werden die fertig gebrannten Ziegel nach der Qualität sortiert.

Granit

Granite (von ital. granito, „gekörnt") sind massige, relativ grobkristalline, magmatische Tiefengesteine (Plutonite), die reich an Quarz und Feldspäten sind, aber auch dunkle Minerale, zum Beispiel Glimmer, enthalten. Der Merksatz Feldspat, Quarz und Glimmer, die drei vergess' ich nimmer gibt die Zusammensetzung von Granit etwas vereinfacht wieder.
Granite entstehen durch die Erstarrung von Gesteinsschmelzen (Magma) innerhalb der Erdkruste, meistens in einer Tiefe von mehr als 2 km unter der Erdoberfläche. Im Gegensatz dazu stehen die vulkanischen Gesteine, bei denen das Magma bis an die Erdoberfläche dringt. Granit ist deshalb ein Tiefengestein (Fachausdruck: Plutonit). Gesteine, die sehr nahe an der Erdoberfläche (weniger als 2 km) erstarren, nennt man hingegen Subvulkanite, Übergangsmagmatit oder Ganggestein.

Granite entstehen in den meisten Fällen nicht aus dem flüssigen Material des Erdmantels, sondern aus aufgeschmolzenem Material der unteren Erdkruste. Für die Entstehung von Magmakammern muss mit Zeiträumen von 10 - 15 Millionen Jahren gerechnet werden (ZEIL, 1984).

Aufschmelzung

Granitisches Magma entsteht meistens in der unteren Kruste unserer Erde, so z. B. in Bereichen der Wurzel von Gebirgen. Dort kann es durch die Bewegung von Magmaströmen im oberen Erdmantel zu einer erhöhten Wärmezufuhr in die untere Erdkruste kommen. Durch Hebungen, Senkungen oder Horizontalbewegungen der Erdkruste kommt es punktuell zu einer Druckentlastung. Dadurch sinkt die Schmelztemperatur des Magmas und führt zur Bildung der meistens zähflüssigen granitischen Gesteinsschmelzen.

Magmenaufstieg (Intrusion)

Tektonische Verwerfungen, die durch Bewegungen der Erdkruste entstehen, dienen den Magmen als leichte Aufstiegswege von der unteren in die obere Kruste. Man bezeichnet den Aufstieg derartiger Magmablasen nach oben als „Intrusion". Dabei bilden sich in der Erdkruste große, oft riesige Magmenkörper. Sie erreichen beträchtliche Ausmaße von mehreren Kilometern bis hin zu mehreren 100 Kilometern Länge und einer entsprechenden Breite. Diese Körper nennt man Pluton oder Batholith.

Durch tektonische Prozesse kann es zu einer Abschnürung der Magmenaufstiegswege kommen. Es entsteht dann eine isolierte Magmenkammer. Häufig bleiben aber auch die Aufstiegswege in Verbindung mit dem Intrusionskörper. Daneben tritt aber auch der Fall auf, dass Magmen beim Aufstieg aufgehalten werden, da sie ihre Temperatur durch die teilweise Aufschmelzung des umgebenden Gesteins verlieren. Häufig enthalten sie dann Relikte von unaufgeschmolzenem Gestein, sogenannte Xenolithe (Fremdgestein).

Erstarrung

Wie alle Plutonite erstarrt auch Granit sehr langsam in größeren Tiefen von mehreren Kilometern. Entsprechend der Schmelztemperaturen beginnen sich die ersten Kristalle zu bilden. Dabei besitzen die dunklen Minerale - die auch meistens eine hohe Dichte haben - den höchsten Schmelzpunkt und erstarren zuerst. Erst danach kristallisieren Feldspäte und Quarz. Die zuerst gebildeten schweren Mineralien, wie Hornblende oder Pyroxen, die auf Grund ihres höheren spezifischen Gewichts und ihres höheren Schmelzpunktes bei dem Abkühlungsprozess früher ausgeschieden werden, sinken in der noch flüssigen Restschmelze ab und sammeln sich im unteren Bereich einer erstarrenden Magmakammer. Quarz oder Kalifeldspat hingegen reichern sich auf Grund ihrer geringeren Dichte in der Schmelze an und haben im Dachbereich der Magmenkammer oft deutlich erhöhte Gehalte. Diesen Prozess nennt man Differentiation.

Kontakt zum Nebengestein

Der Kontakt mit dem Nebengestein führte in den Randbereichen des Magmas zu "Verunreinigungen" und zu einem rascheren Erkalten des Magmas. Häufig entstehen dabei besonders ausgefallene Gesteinsvarietäten und Minerale. Dieses trifft zum Beispiel auf den bläulichen Kösseine-Granit aus dem Fichtelgebirge zu, bei dem es durch Vermischung der Schmelze mit tonigem Nebengestein zur Bildung von feinen Cordieritkristallen kam, welche die bläuliche Einfärbung verursachen.

Weiterhin wird auch das Nebengestein durch die hohe Temperatur und durch die Materialzufuhr aus dem heißen Magma deutlich verändert und in ein metamorphes Gestein umgewandelt. Bekanntestes Beispiel sind die Hornfelse.

Nach der Erstarrung

Durch weitere Bewegungen der Erdkruste und Abtragung des darüber befindlichen Gesteins gelangt dann der erstarrte Granit an die Erdoberfläche. Dabei kann sich der Granit durch tektonische oder hydrothermale Prozesse deutlich verändern. Mit dem Erreichen der Erdoberfläche setzt außerdem die Verwitterung und Abtragung des Granits selbst ein. Bei genügend langer Zeitdauer und warm-feuchten Klima kann die Verwitterung mehr als 100 m in die Tiefe reichen. In der Sprache der Steinmetze gilt daher der Spruch: „Jeder Granit wird gelb". Ob eine für den Abbau vorgesehene Partie eines derartigen Gesteins „gesund" ist, kann ein Mineraloge oder Petrograph ohne Schwierigkeit bestimmen.

Aussehen 
Im Allgemeinen ist Granit mittel- bis grobkörnig. Er besitzt eine homogene Mineralverteilung und die daraus resultierende relativ gleichmäßige Optik. Die Größe der Kristalle schwankt meistens zwischen 1 mm und mehreren cm. Man kann für gewöhnlich alle Kristalle mit bloßem Auge erkennen.

Das Farbspektrum reicht bei Graniten von hellem Grau bis bläulich, rot und gelblich. Dabei spielen die Art der Erstarrung und Umwelteinflüsse, denen das Gestein ausgesetzt war, ebenso eine Rolle, wie der Mineralgehalt. Die gelbe Farbe angewitterter Granite kommt von Eisenhydroxidverbindungen (Limonit), die infolge von Verwitterungseinflüssen aus primär im Granit enthaltenen Eisen führenden Mineralen entstanden sind.
Granite bestehen hauptsächlich aus Quarz, Feldspäten und dunklen, mafischen Mineralen, die etwa 20-40 % der Masse einnehmen. Meistens handelt es sich dabei um Glimmer (Biotit, Muskovit), seltener um Amphibole oder andere mafische Minerale. Bei den Feldspäten überwiegt der Kalifeldspat über die Plagioklase. Als Akzessorien (Nebenbestandteile) führen sie Zirkon, Apatit, Titanit, auch Magnetit, Rutil, Ilmenit oder auch andere Erzmineralien, die z. T. aus überprägten Zonen stammen können.

Granite weisen oft eine natürliche Radioaktivität auf, da sie Spuren von Uran, Rubidium und anderen radioaktiven Elementen enthalten können. Ein weiterer möglicher Träger der Radioaktivität sind die in den Feldspäten und Glimmern vorkommenden radioaktiven Isotope verschiedenster Elemente, vor allem Kalium. Die Stärke der Radioaktivität kann selbst innerhalb eines geologischen Aufschlusses sehr stark schwanken.

Vorkommen 
Granite gehören zu den häufigsten Gesteinen innerhalb der kontinentalen Erdkruste. Sie finden sich auf allen Kontinenten. Sie entstehen im Rahmen der Plattentektonik primär an Subduktionszonen: die abtauchende (ozeanische) Platte erwärmt sich, der hohe Wassergehalt lässt Sedimente aufschmelzen, dabei entsteht saures, granitisches Magma, das bei der Abkühlung im Erdinneren Granit bildet. Bei orogenen (gebirgsbildenden) Prozessen entsteht ebenfalls Granit.
Granite haben wegen ihrer hohen Widerstandskraft, Härte und Wetterfestigkeit und wegen ihrer guten Schleif- und Polierbarkeit eine große wirtschaftliche Bedeutung im Bauwesen. Sie finden sich:

im Straßenbau als Pflasterstein, Bordstein, Schotter,
im Bahnbau als Schotter,
im Hochbau als Außenwandbekleidung, Bodenbelag,
im Innenausbau als Wandbekleidung, Treppenbelag, Fensterbank, Tischplatte,
im Gartenbau als Pflasterstein, Rabattenstein, Brunnen, Vogeltränke, etc.
Granit wird weltweit in vielen Steinbrüchen gewonnen. Dabei gelten grob folgende Regeln: Gelbe Granite sind meistens technisch schlechter als graue. Sie wurden zum Teil in Tonminerale umgewandelt, was mit einem deutlichen Rückgang der Festigkeitseigenschaften verbunden ist. Vor allem die Feldspäte sind dann oft in Tonminerale umgewandelt worden. In manchen gelben Graniten ist die Intensität der Feldspatumwandlung noch zu tolerieren. Stark verwitterte gelbe Granite lassen sich aber noch bei einer Stärke von 2 cm wie ein Hartkeks von Hand brechen. Je nach Materialqualität kann die Zeit bis zur „Vergelbung" eines Granits von 4 Wochen nach Verlegung bis 30.000 Jahre dauern.

Granite enthalten oft Erzminerale, die einen Verfärbungsprozess stark beschleunigen können, ohne dass sich die technischen Eigenschaften messbar verändern. Dabei kommt es sehr darauf an, um welches Erzmineral es sich handelt. Pyrit (FeS2) zersetzt sich sehr rasch. Magnetit (Fe3O4) ist dagegen relativ verwitterungsresistent. Die erste Maßnahme nach der groben Entscheidung über die gewünschte Optik , sollte eine polarisationsmikroskopische Untersuchung der ausgewählten Gesteine sein. Dabei kann ein Geowissenschaftler ungewünschte Beimengungen und auch den Verwitterungszustand erkennen. Sollte ein Material bereits bei dieser relativ preiswerten Prüfung (ca. 350 €) durchfallen, erübrigen sich die Kosten für weitere Untersuchungen. Nachfolgend ist ein typisches Anforderungsprofil mit Normprüfungen für belastete Bereiche aufgeführt:

Wasseraufnahme nach DIN 52103 < 0,32 Gewichtsprozent

Druckfestigkeit nach DIN 52105 > 160 N / mm²

Biegezugfestigkeit nach DIN 52112 > 13 N / mm²

Abrieb nach DIN 52108 < 6,5 cm³

Frost- Tausalzbeständigkeit nach Önorm B3303 / 3306

Dichte: 2800 kg/m3

Dass Granit nicht immer grau sein und eine „Pfeffer und Salz - Optik" besitzen muss, zeigen uns Materialien aus dem Norden Europas. Zu den bekanntesten Vertretern der farbigen Granite gehören die als Baltic Braun und Baltic Rot bekannten Rapakiwi-Granite aus Finnland oder Karelien. Beide Materialien werden mit einer geflammten Oberfläche häufig in Außenbereichen eingesetzt.

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