Kunststein - Polystone

Definition, Klärung und Abgrenzung der verwendeten Fachbegriffe

Kunststein klingt fast so, als ob nur künstliche Materialien für die Herstellung verwendet würden. Dem ist nicht so. Jedoch handelt es sich bei Kunststein eben nicht um Naturstein aus natürlichen Lagerstätten, der "wie gewachsen" gewonnen und verbaut oder bearbeitet wird. Für die Herstellung von Kunststein kommen auch teure Mineralien wie Marmor und Granit zum Einsatz. Da sie in Form von Splittern oder Steinmehl bei der Bearbeitung von Naturstein sowieso anfallen, wird Naturstein auf diese Weise nahezu ohne Materialverlust genutzt. Kunststeine basieren also stets auf natürlichen Mineralien wie Sand, Kies oder Gesteinssplitt. Das Künstliche oder Kunstvolle daran ist die Bindung, die das Agglomerat zusammenhält. Dabei unterscheidet man zementgebundene Kunststeine und harzgebundenen Polystone. Beim Kunststein kommt Zement auf der Basis von kalkigen und tonigen Gesteinen als Bindemittel zum Einsatz. Wird Beton - das heißt Zement mit speziellen Zuschlagstoffen wie Schotter, Kies und Sand - verwendet, spricht man auch von Betonwerkstoffen.

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Bei den harzgebundenen Kunststeinen verwendet man flüssiges Kunstharz anstelle von Zement, um mehr oder weniger fein vermahlenes Gesteinsmehl zu binden. Die Bezeichnung Polystone weist darauf hin, dass bei der Fertigung Polyesterharze eingesetzt werden. Auch andere Gießharze (Vinylesterharz, Epoxidharz oder Acrylharz) können als Bindemittel für die Vernetzung der mineralischen Zuschlagstoffe dienen. Bekannte Beispiele für harzgebundene Kunststeine sind Agglo-Marmor, Polyresin und Quarzwerkstoffe. Dabei lässt sich aus dem Namen des jeweiligen Kunststeins oft schon erkennen, welches Mineral verwendet wurde. Quarzwerkstoff oder Quarzstein besteht zu mehr als 90 % aus Quarz (Siliziumdioxid). Das chemische Element Silizium und der englische Begriff für Stein ergeben zusammen das Kunstwort "Silestone" für den Quarzwerkstoff. Agglo-Marmor ist ein Agglomerat (Gefüge) auf der Basis von Marmorbruchstücken. Polyresin leitet sich vom englischen Wort "resin" für Harz ab. Die Vorsilbe "poly" zeigt, dass es sich beim Herstellungsprozess um Polymerisation handelt. Alternativ verwendet man die Begriffe Polystone und Polynature. Sie alle bezeichnen ein und dasselbe: Kunststein auf der Basis von Steinmehl und Kunstharz. Je nachdem, welches Gestein als Ausgangsmaterial diente, spricht man von Marmorit, Alabastrit oder Agglo-Granit. Markennamen wie Formstone oder Artstone deuten schon an, dass es sich dabei um geformten Kunststein handelt.

Bindebaustoffe lautet der Fachbegriff für anorganische Bindemittel, mit deren Hilfe die mineralischen Zuschlagstoffe verbunden werden. Man unterscheidet silikatische Bindebaustoffe wie Ton, Lehm und Zement sowie nichtsilikatische Bindemittel (Kalk, Gips). Je nach Art der verwendeten Ausgangsmaterialien erhält man Kunststein, künstliche Steine oder Beton und Mörtel. Zuschlagstoffe können Sand, Kies, Gesteinsplitt, Steinmehl aber auch Abfallprodukte wie Asche und Schlacke sein. Terrazzo ist ein Zement-Estrich mit geschliffener Oberfläche. Zement-Estriche bestehen aus Zement, Sand, Gesteinskörnungen, Wasser und den gewünschten Farbpigmenten. Da die fugenlosen Beläge direkt vor Ort in Mörteltechnik hergestellt werden, gelten sie nicht als Kunststein im eigentlichen Sinne. Zement oder Beton können zwar auch ohne mineralische Zuschläge als Zement- bzw. Betonsteine verarbeitet werden. Doch zählen diese dann ebenso wie Kalksandstein, Lehm- oder Luftziegel zu den künstlichen Steinen. Werden "Steine" aus Lehm oder Ton gepresst und anschließend gebrannt, erhält man Backsteine, Ziegel, Klinker und Schamotte. In künstlichen Steinen wie Marmorgips oder Marmorzement befindet sich kein einziges Körnchen Marmor. Es handelt sich dabei um doppelt gebrannten Gips, der zwischen dem Brennen mit Wasserglas oder Borax getränkt wurde.

 

Zur Geschichte der Kunststeine

Im Gegensatz zur Kunststoffherstellung handelt es sich bei der Fertigung von Kunststein keineswegs um eine moderne Technologie. Das Prinzip des Steingießens ist seit der Antike bekannt, denn schon die Römer verwendeten Zement und Beton. Im 14. Jahrhundert benutzten Bildhauer Blöcke aus gegossener Steinmasse, die weit billiger waren als echter Marmor. Zudem lies sich Kunststein im Vergleich zum härteren Naturstein leichter bearbeiten. Eine andere Möglichkeit bestand darin, die Ausgangsmaterialien beim Steingießen direkt in die gewünschte Form zu bringen. Dafür wurden mineralische Bestandteile wie Marmormehl und Kalk mit Wasser vermischt und in Hohlformen gegossen. Die eigentliche Kunst war es nun, mit Hilfe von Farbpigmenten den Naturstein möglichst täuschend nachzuahmen. So setzte man Glassplitter zu, um eine glänzende Oberfläche zu erreichen. Die im Mittelalter beliebten großen Heiligenfiguren und die meisten der spätgotischen "Schönen Madonnen" entstanden ebenfalls im Steinguss. Die berühmten Madonnen-Plastiken im böhmischen Krumau und in der Horber Stiftskirche wurden dagegen aus Kalksandstein gefertigt. In der Folgezeit ersetzte dieser "künstliche Stein" zunehmend den Kunststein. Dass beide Begriffe eine Zeitlang nebeneinander verwendet wurden, macht die Zuordnung oft schwierig. Die Wiederentdeckung des Zements führte ab 1835 zu einer Renaissance des Steingießens. Anfang des 20. Jahrhunderts bedienten sich selbst renommierte Bildhauer wie Hans Arp dieser Technik. Auch moderne Künstler wie Claes Oldenburg schufen aus Sand, Kies, Zement und Wasser Skulpturen, die strenggenommen keine bildhauerischen Werke sind, sondern Abgüsse. Die Kunst dabei besteht darin, das Tonmodell für die Negativform aus Gips zu gestalten. Danach heißt es mit Geduld den schichtweisen Aufbau des Steingusses zu begleiten, der sich über eine Woche hinziehen kann.

Um die Jahrhundertwende setzte sich Kunststein auch in der Baubranche durch. Zum einen ist es schlichtweg kostengünstiger Fenstersimse und Türeinfassungen aus mineralisch gebundenem Kunststein zu fertigen. Zum anderen erlaubt das Material eine Form- und Farbgebung, die Naturstein nicht bieten kann. So wäre der Modernisme als katalanische Variante des Jugendstils mit seiner Fülle an verspielten und farbenfrohen Ornamenten ohne Steinguss wohl kaum denkbar gewesen. Besonders gelungene Beispiele findet man in den Gebäuden von Lluís Domènech i Montaner und Antoni Gaudí. Dessen Meisterwerk "Sagrada Familia" gilt heute als Wahrzeichen Barcelonas. Um 1980 erlebte dieser Architekturstil eine Wiedergeburt unter dem Wiener Künstler Friedensreich Hundertwasser. Seine organischen Formen sollten ganz bewusst "wie gewachsen" wirken. Deshalb gleicht kein Stein dem anderen, was das Gießen dementsprechend aufwändig gestaltete. Pionier auf dem Kunststein-Sektor in den USA war Albert Knight, der 1937 in Baltimore seinen "Formstone" zum Patent anmeldete. Dabei wurde ein Geflecht aus galvanisiertem Maschendraht mit der zementartigen Kunststeinmasse verfüllt. Zwanzig Jahre später waren in Baltimore fast alle Fassaden auf diese Weise verschönert. 1998 beleuchtete der Film "Little Castles" rückblickend das Phänomen Formstone. Doch da hatte längst der Zahn der Zeit diese Fassadenverkleidungen "zerfressen, deren Material vom Ziegelmauerwerk abbröckelte. Obwohl Formstone also nicht hielt, was Knight und Partner ihren Kunden versprochen hatten, war damit im wahrsten Wortsinn der Grundstein gelegt für die weitere Erfolgsgeschichte des Kunststeins.

Seit den 1960er Jahren verwendet man zementgebundene Kunststeinplatten für Grabeinfassungen und Sockel. Bis heute bestehen preiswerte Grabsteine oft aus "falschem Marmor", dessen Vorderseite mit einer echten Natursteinplatte veredelt wird. Besonders in der ehemaligen DDR machte Not erfinderisch. Naturstein war rar und unbezahlbar, was der Produktion von Kunststein zu einem regelrechten Boom verhalf. In Westdeutschland verdrängten dagegen billige Natursteinimporte aus Fernost zunehmend die weniger haltbaren Imitate. Neuen Aufwind erhielt Kunststein erst wieder durch den Einsatz von Gießharz bzw. Kunstharz als Bindemittel. 1968 meldete die Firma Breton ihr Verfahren für die Produktion von Steinplatten mit Hilfe von Polyesterharz zum Patent an (Breton Stone). Dabei war es nicht mehr notwendig, die gegossenen Steinblöcke zu Platten zu zersägen. Die gewünschten Formen konnten von Steinmetzbetrieben und Fliesenlegern direkt vor Ort eingepasst werden. Mit Einführung neuer Technologien und Entwicklung der harzgebundenen Quarzwerkstoffe Mitte der 1980er Jahre ist die Nachfrage nach Kunststein nun wieder deutlich gestiegen.

 

Herstellung und Bearbeitung der verschiedenen Kunststein-Arten

A.) Zementgebundene Kunststeine und Betonwerkstoffe

Zur Herstellung zementgebundener Kunststeine werden in der Regel zwei mineralische Mischungen unterschiedlicher Zusammensetzung benötigt. Die erste Komponente besteht aus Gesteinssplitt, Zement sowie der gewünschten Zementfarbe in Form von mineralischen Pigmenten und wird trocken angemischt. Man gibt Wasser hinzu und füllt die "erdfeuchte" Masse in Negativformen aus Metall, Gips oder Holz. Gipsformen müssen vorher gewässert, Holzformen gewachst werden, um die Entnahme der Abgüsse zu erleichtern. Durch manuelles Stampfen oder Rütteln wird die Mischung in die Form gepresst. Anschließend kommt die zweite Mischung aus Zement und Kies hinzu. Deshalb bezeichnet man diese Art von Kunststein auch als Betonwerkstoff. Als weiterer Zuschlagstoff dient Sand. Je nach Korngröße ergibt sich eine unterschiedliche Struktur und Festigkeit des Endprodukts. Zum Schluss wird Wasser hinzugefügt. Als Richtschnur für das Verhältnis von Wasser zu Zement dient der sogenannte W/Z-Wert. Dieser Wasser/Zement-Wert sollte 0,6 nicht überschreiten, was 600 ml Wasser auf ein Kilo Zement ergibt.

Als Alternative zur modernen Zwei-Phasen-Technik findet im künstlerischen Bereich sowie bei kleinen Stückzahlen in handwerklicher Fertigung weiterhin der traditionelle Steinguss Anwendung. Der muss dann wesentlich länger aushärten, als dies bei der Zugabe von Beton der Fall wäre. Beim Steingießen vermischt man die Zuschlagstoffe (Sand, Kies, Splitt), Farbpigmente und eventuelle Fließmittel ebenfalls trocken mit dem Zement. Im nächsten Schritt wird Wasser hinzugegeben. Vor dem Befüllen werden die Negativformen erst mit Zementleim ausgestrichen. Dabei handelt es sich um mit Wasser verrührten, dünnflüssigen Zement. Dann wird die eigentliche Gussmasse eingefüllt. Zement und Beton benötigen Wasser zum Aushärten, egal ob man mit nur einer mineralischen Mischung arbeitet oder im Zwei-Phasen-Verfahren. Daher müssen die gegossenen Kunststeine unbedingt vor dem Austrocknen geschützt werden. Je nach Ausgangsmaterial kann dieser Reifungsprozess zwischen einem Tag und einer Woche dauern. So lange sind die Formen zu verschließen oder mit Folie abzudecken und/oder während des Aushärtens regelmäßig zu begießen. Um diesen Prozess besser zu steuern, verwendet man heute oft spezielle Erstarrungsverzögerer. Auch die Art des Wassers beeinflusst die Festigkeit des Kunststeins. Im Vergleich zu normalem Leitungswasser sorgt demineralisiertes oder destilliertes Wasser für höhere Festigkeit.

Zudem hat das Wasser Einfluss auf den Farbton. Je mehr Wasser zum Einsatz kommt, desto heller wird der Kunststein. Die Farbgebung selbst entsteht wie eingangs beschrieben durch den Zusatz mineralischer Pigmente. Auch der verwendete Sand bestimmt die Farbe. Für sehr hellen Kunststein benötigt man weißen Zement. Wird "fetter" feinkörniger Sand verwendet, erhält man eine sehr glatte Oberfläche, die fast an Porzellan erinnert und sich leicht nachbearbeiten lässt. Dagegen verleiht das typische Zementgrau in verschiedenen Schattierungen dem Endprodukt die beliebte Natursteinoptik. Für die täuschend ähnliche Struktur sorgt "scharfer" Sand von grober Körnung, die jedoch die spätere Weiterbearbeitung etwas erschwert. Eventuelle Löcher oder Risse lassen sich mit Zementmörtel füllen. Danach muss der Kunststein wieder ein bis zwei Tage "nachreifen". Normalerweise aber kann man die gegossenen Steine nach der Entnahme ohne weitere Nachbearbeitung verwenden. Störende Gussnähte werden durch Schleifen der Oberfläche oder durch Sandstrahlen entfernt. Der anschließende Feinschliff soll die Struktur von Naturstein perfekt nachahmen. Für zusätzlichen Glanz sorgt Polieren mit Leinölfirnis. Auch die Lasur mit Kalkkasein-Farben ist bei zementgebundenem Kunststein möglich.

 

B.) Harzgebundene Kunststeine, Quarzwerkstoffe und Polystone

Für Agglo-Marmor nimmt man entweder Marmorbruchstücke oder andere Kalksteine unterschiedlicher Körnung sowie die gewünschten Farbpigmente. Diese mineralischen Zuschlagstoffe werden direkt in der Form in flüssiges Kunstharz eingegossen. Verdichtet wird die Masse durch Pressen unter Vakuum im Rütteldichtungsverfahren. Wie beim Schleuderguss sorgt auch diese Vibroguss-Technik für ein weitgehend porenfreies Gefüge von hohem Reinheitsgrad. Anschließend erhitzt man die Formen in speziellen Öfen. Dabei polymerisiert die Mineral-Harz-Mischung. Nach dem Aushärten werden die Blöcke mit Steinsägen in Tafeln zerteilt. Diese Rohtafeln können nun auf die gewünschten Maße zugeschnitten und wie Naturstein weiterbearbeitet werden. Ebenso wie bei der Verarbeitung von zementgebundenem Kunststein kommen auch hier mittlerweile hochmoderne CAD-Verfahren zum Einsatz.

Eine Neuentwicklung bei den harzgebundenem Agglomeraten stellen die sogenannten Aspolith-Crystallized Glass Panels dar. Gefertigt werden diese Kunststeine mit Glasmatrix aus Quarz, Quarzmehl, Gesteinskörnung sowie Bindemittel. Die genaue Rezeptur ist Firmengeheimnis; die Produktion erfolgt mit modernsten CNC-Maschinen. Durch Erhitzen der Mischung auf 1500 °C wird die Oberfläche mit einer hauchdünnen Glasmatrix "versiegelt", was die Materialeigenschaften dieses Quarzwerkstoffs erheblich verbessert. Die neuartigen Paneele sind säurebeständig, kratzfest, verschleißfrei und pflegeleicht. Es gibt sie poliert oder feingeschliffen. Aspolith Panels lassen sich als Bodenplatten, Treppenstufen, Arbeitsflächen für Küchen und im Sanitärbereich einsetzen. Bei Fliesen, Duschtassen und Badewannen wird mittels Laserbearbeitung eine rutschhemmende Oberfläche erzielt.

 

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