Natursteinindustrie

Naturstein ist eines der nachhaltigsten Materialien für Bau-, Verkleidungs-, Pflaster- und andere Anwendungen. Seit der Entstehung der Moai-Statuen auf den Osterinseln steigt seine Beliebtheit wieder an, und mit der richtigen Ausrüstung ist der Gesteinsabbau erschwinglicher denn je.

In den letzten 20 Jahren hat die weltweite Produktion von Naturstein schnell zugenommen, insbesondere für Bauprojekte, bei denen Architekten die Vielfalt an Farben, Texturen und Oberflächen, die Naturstein bieten kann, zunehmend nutzen. Und während die Verwendung von Steinen zunimmt, hat unsere Fähigkeit, hartes Gestein effizienter zu schneiden und zu bearbeiten, zu einer wesentlichen Zunahme der Arten und Farben von Materialien geführt, die auf den Markt gebracht werden.

Neben dem Einsatz im Bauwesen wird Naturstein auch im Bau von Monumenten eingesetzt, als Rohstoff für Skulpturen, Denkmäler und Grabsteine. Heute sind sieben Länder – China, Indien, Türkei, Iran, Italien, Brasilien und Spanien – für rund zwei Drittel der weltweiten Produktion von Naturstein verantwortlich. Im Allgemeinen gibt es einen Trend zur Verwendung von Steinen, wann immer dies wirtschaftlich möglich ist, was eine Rückkehr zu traditionellen Praktiken bedeutet.

Infolge dieser steigenden Nachfrage besteht definitiv die Gelegenheit, die Natursteinindustrie weltweit zu fördern und auszubauen. Auch wenn die Aussichten günstig erscheinen, hängt die Entwicklung der Natursteinindustrie häufig von lokalen Faktoren wie Standort, Qualität und Eignung der Steinablagerungen und von der Verfügbarkeit von Finanzmitteln für den Auf- oder Ausbau von Steinbrüchen in geeigneter Größe sowie von logistischen Aspekten wie der Bereitstellung einer angemessenen Transportinfrastruktur zur Vernetzung von Steinproduzenten und Kunden ab.

Naturstein ist der Name für natürliches Gestein, das nach bestimmten Abmessungen oder Spezifikationen für den Einsatz im Bauwesen und bei der Herstellung von Skulpturen, Denkmälern und Gedenkstätten abgebaut und geformt wurde. Im Wesentlichen bezieht sich der Begriff auf jeden Stein, der in großen Blöcken abgebaut und anschließend zu Brammen, Blöcken, Fliesen oder Platten verarbeitet werden kann. In der Praxis gibt es eine gewisse Grauzone zwischen klassischen Natursteinen, die größtenteils als Ziersteine verwendet werden, und Naturbaumaterialien, bei denen die physikalischen Eigenschaften von Gesteinen zur Herstellung von regelmäßig geformten Bausteinen verwendet werden.

Aus historischer Sicht reicht die Produktion und Verwendung von Natursteinen lange zurück, da beispielsweise mesolithische und neolithische Monumente in Europa, im Nahen Osten und anderswo eindeutig mit Formsteinen gebaut wurden. Die klassische griechische und römische Architektur zeichnet sich durch ein hohes Maß an Geschick in der Verwendung von Natursteinen aus. So entdeckten und nutzten die Römer für ihren Kapitolinischen Tempel beispielsweise die weltweit einzige bekannte Quelle violetten Porphyrgesteins, um dekorative Säulen zu gestalten. Bei dieser Aufgabe wurde der Stein in den Red Sea Hills im Osten Ägyptens in säulengroßen Stücken abgebaut und anschließend über Land und Meer nach Rom transportiert. Auch Elemente der Großen Pyramide wurden aus großen Entfernungen bezogen, bevor sie auf genaue Maße bearbeitet wurden, während auf jedem Kontinent weitere Beispiele für hochwertiges Steinmauerwerk zu finden sind.

Zu den heute am häufigsten verwendeten Handelssteinen gehören Marmor, Granit, Schiefer und Sandstein, die alle in einer Vielzahl optischer und physikalischer Eigenschaften zu finden sind. Dies ist jedoch keineswegs eine vollständige Aufzählung, und Gesteinsarten wie Kalkstein, Basalt, Gabbro, Travertin und Tufa werden ebenfalls häufig dort eingesetzt, wo sie sich aufgrund ihrer Eigenschaften eignen. Vulkanischer Ursprung: Tufa ist im Wesentlichen ein sehr weiches Gestein, aber leicht zu verarbeiten. Die Anwendungsbeispiele reichen von Bau- und Verkleidungsmaterial für viele Gebäude in Armenien bis hin zu den riesigen Moai-Statuen auf der Osterinsel. Zu den wichtigsten Eigenschaften von Natursteinen, die über ihre Beliebtheit und Verwendung entscheiden, gehören Farbe, Muster und Textur, Haltbarkeit und Kontinuität der Versorgung. Unterschiedliche Märkte verlangen unterschiedliche Qualitätsmerkmale.

Naturstein wird abgebaut, indem große Steinblöcke durch Schneiden oder andere präzise Verfahren von der natürlichen Gesteinsmasse getrennt werden. Die Größe des einzelnen entstandenen Blocks hängt von einigen Faktoren ab, darunter von der Homogenität des Gesteins selbst, der Fähigkeit der Bediener, mit dem Rohstein umzugehen, sowie von dem Verwendungszweck des Steins, nachdem er geformt wurde. Eine typische Blockgröße kann etwa 6 m³ (200 ft³) betragen, was je nach Dichte einem Blockgewicht von 10–18 t entspricht. Die Art und Weise, wie ein individueller Steinbruch betrieben wird, kann sehr unterschiedlich sein.

Die physischen Eigenschaften der Gesteinsmasse (wie homogen sie ist und ob es definierte Schwachstellen wie regelmäßige Bruchbildung oder Laminierung gibt), die Größe des Rohstoffvorkommens und des Marktes für seine Produkte sowie die finanziellen Mittel des Betreibers spielen bei der Entscheidung über die Konstruktion und Kapazität des Steinbruchs eine Rolle. In einem Großbetrieb besteht die erste Stufe in der Produktion darin, einzelne Blöcke, die Tausende von Kubikmetern groß sein können, von Strossen mit einer Höhe von 10 m oder mehr zu lösen.

Umgekehrt kann die Produktion in einem kleinen Steinbruch, der Rohblöcke mit einem Gewicht von 5 bis 10 t produziert und niedrigere Strossen hat, deren Höhe an die verfügbare Produktionstechnologie angepasst ist, sehr begrenzt sein. Das Gesamtkonzept ist jedoch das gleiche: Rohblöcke zu produzieren, die dann zu einem höherwertigen Produkt verarbeitet werden können. Auf diese Weise betrachtet ist der Rohblock an sich ein wertvolles Gut und muss sorgfältig gehandhabt werden – kleine, unregelmäßig fragmentierte Blöcke sind weniger marktfähig als große. Dadurch werden hochwertige Blöcke schonend behandelt.

Einige Bediener verwenden beispielsweise ein „Kissen“ aus Erde oder Sand, um neu gelöste Rohsteinblöcke zu stützen, während sie im Steinbruch gehandhabt werden. Bei härteren Materialien wie Granit oder anderen Intrusivgesteinen werden die Steine normalerweise von der Steinbruchfläche getrennt, indem eine Linie aus dicht beieinander liegenden, genau ausgerichteten Löchern gebohrt wird, in die dann Keile und Scheiben (manchmal Stopfen und Federn genannt) eingesetzt werden. Wenn die Keile nacheinander in die Löcher getrieben werden, reißt das Gestein entlang der Lochlinie und der Block kann freigehebelt werden. Weicheres Gestein wie Marmor kann mit Diamant-imprägnierten Seilsägen geschnitten werden, während Blöcke aus weichem (aber nicht kristallinem) Kalkstein oft mit mechanischen Sägen ausgeschnitten werden. Große Mengen an Materialien wie Schiefer können durch den vorsichtigen Einsatz von energiearmen Sprengstoffen wie Schwarzpulver gelöst werden, das in vorgebohrten Löchern entlang einer Strosse platziert wird.

Ziel ist es hier natürlich, den Rohstein ausreichend zu lösen, ohne ihn zu fragmentieren, was ihn für Dachschiefer oder Denkmalherstellung nutzlos machen würde. Kleine Mengen an Sprengstoffen können auch verwendet werden, um Blöcke von härteren Materialien vom Steinbruchboden zu lösen. Die Steinblöcke werden mithilfe von großen Front- und Tiefladern vom Steinbruch zur Verarbeitungsanlage transportiert. Die Rohblöcke können dann im Steinbruch als Bestand gelagert oder sofort zur Verarbeitung in eine Fabrik gebracht werden. Diese werden oft in den Steinbruchbetrieb integriert oder befinden sich in der Nähe, um die Transportkosten zu senken.

Rohblöcke werden je nach Endprodukt einigen Verarbeitungsschritten unterzogen. Hierbei wird der Stein mithilfe von Diamant-imprägnierten Seilen oder Kreissägen in präzise dimensionierte Blöcke oder dünne Brammen geschnitten und gegebenenfalls–  poliert oder gehont.

Die Dicke der einzelnen Platten hängt wiederum von der Endanwendung ab, wobei architektonische Fassadenbekleidungen oder gewerbliche Pflastersteine einen dickeren Querschnitt erfordern als beispielsweise Material, das für die Verwendung als Innenboden- oder Wandfliesen im Wohnbereich vorgesehen ist. Individuelle Steinbrüche sind oft eher kleine Betriebe, die den lokalen Bedarf decken. Darüber hinaus besitzen Natursteinunternehmen manchmal mehrere Steinbrüche für verschiedene Steinarten oder Farben, die je nach Nachfrage nach einem bestimmten Gestein abwechselnd arbeiten. Unbrauchbarer Steinschutt wird zerkleinert und als Gesteinskörnung verkauft.

Flexibilität und Bohrpräzision sind Schlüsselfaktoren bei der Auswahl geeigneter Ausrüstung für die Produktion von Natursteinrohstoffen. Der Bedarf an Flexibilität ergibt sich aus der typischen Praxis des Natursteinabbaus, wobei einzelne Blöcke auf der Grundlage ihrer Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck ausgewählt werden. Auch die Wahrscheinlichkeit, dass der Block beim Trennen von der Steinbruchfläche intakt bleibt, spielt eine Rolle. Aus diesem Grund müssen Bohrgeräte sehr mobil und wendig sein und gleichzeitig die erforderliche Bohrgenauigkeit in Bezug auf Bohrlochgeradheit, -ausrichtung und -parallelität bieten, um genaue Bruchlinien für eine hochwertige Blockproduktion zu ermöglichen.

Die für Naturstein verwendeten Bohrlochdurchmesser liegen typischerweise unter 45 mm, da der Zweck der Löcher darin besteht, eine Schwächelinie innerhalb der Gesteinsmasse zum Sprengen zu schaffen, und nicht darin, Sprengstoffe zu halten, wie beim herkömmlichen Gesteinsabbau. Löcher müssen jedoch auch eng beieinander liegen, damit die Rissausbreitung zwischen ihnen verbessert wird, sobald der Trennprozess beginnt. Darüber hinaus muss die Bohrlochabweichung minimiert werden, um einen möglichst sauberen Bruch zu erzielen. Dies wiederum führt zu Einschränkungen bei der Bohrlochtiefe, die durch One-Pass-Bohren bei kleinen Durchmessern erreicht werden kann, wobei die Verwendung von Verlängerungsstangen mit höherer Wahrscheinlichkeit zu einer zunehmenden Abweichung bei der Tiefe führt, sofern keine strengen Kontrollsysteme vorhanden sind.

Je nach Verwendungszweck des Rohblocks ist es absolut möglich, herkömmliche Bohrgeräte zu verwenden, wie z. B. das hydraulische Bohrgerät FlexiROC T15 R von Epiroc, das über einen einzelnen Ausleger verfügt und sowohl für die Maschine selbst als auch für die Positionierung des Auslegers ein hohes Maß an Manövrierfähigkeit bietet. Die Anwendung ist natürlich etwas begrenzt, da nur jeweils ein Loch gebohrt werden kann und die Ausleger- und Lafettenneigung für jedes Loch nacheinander genau zurückgesetzt werden muss. Der nächste Schritt, um diese Art von Problem zu lösen, besteht darin, die sondergefertigten, spezialisierten Naturstein-Bohrsysteme zu nutzen, die in Epirocs Produktpalette enthalten sind, wie das SpeedROC 1F. Dieses ist ebenfalls ausgestattet mit einem einzelnen Ausleger, aber auch komplett eigenständig. Es unterscheidet sich von dem eher als Allzweckgerät einsetzbaren FlexiROC T15 R dadurch, dass sein Ausleger einen Führungsrahmen trägt, der eine seitliche Bewegung des Außenhammerlafette ermöglicht.

Aus diesem Grund kann die Maschine mit einer Konfiguration eine 3,5 m lange Reihe von Löchern in der Strosse bohren, wodurch Pausen reduziert werden und die Bohrgenauigkeit auf Bohrlochtiefen von bis zu 2,4 m in einem Durchgang oder 9 m mit Verlängerungsstangen sichergestellt wird. Die Möglichkeit, länger während einer Schicht zu bohren, bedeutet natürlich eine höhere Produktivität, da das SpeedROC 1F bis zu 400 lineare Meter pro Tag bohren kann. 

Um eine noch höhere Produktivität zu erreichen, muss immer noch mehr als eine Lafette auf einem Bohrgerät verwendet werden, wie es bei dem SpeedROC 2F und dem SpeedROC 3F von Epiroc der Fall ist. Die Maschine ist größer als das SpeedROC 1F und verfügt über zwei beziehungsweise drei separate hydraulische Gesteinsbohrhämmer auf ihrem 4 m breiten Führungsrahmen, wodurch das Potenzial zum Bohren von bis zu 1000 linearen Metern pro Tag besteht. Es ist ein Single-Pass-Bohren von bis zu 4 m möglich, wobei die maximale Bohrlochtiefe wieder 9 m beträgt. Der ausfahrbare Ausleger ermöglicht das Bohren paralleler Bohrreihen entlang einer Strosse mit einer einzigen Konfiguration, wobei das Bohrgerät über eine maximale Flächenabdeckung von fast 260 m² verfügt, ohne bewegt zu werden. Die erforderliche Bohrlochtiefe hängt von der Größe des abzubauenden Blocks ab, und es gibt Umstände, in denen Bohren und Spalten einfach nicht möglich sind, entweder weil der Block zu groß wäre oder weil das Gestein nicht fest genug ist, um den beim Spalten auftretenden Kräften standzuhalten. In diesem Fall und unter der Annahme, dass das Gestein nicht zu hart oder zu abrasiv ist, kann das Sägen mit Diamant-imprägniertem Seil eine Lösung sein.

SpeedROC 1F, SpeedROC 2F, SpeedROC 2FA und SpeedROC 3F können auch für Sekundärarbeiten an Blöcken verwendet werden, die aus einer Strosse entnommen wurden, entweder durch Bohren von Lochreihen auf dem gesamten Block oder durch erneutes Durchschneiden. In jedem Fall besteht das Ziel darin, die Ausbeute eines Blocks zu maximieren und gleichzeitig die Abfallmenge zu minimieren, wobei Löcher mit kleinem Durchmesser und dünne Seile erheblich dazu beitragen.