Nachhaltige Bodenbeläge aus Naturwerkstein

Waren in den vergangenen Jahrzehnten überwiegend wirtschaftliche Kriterien bestimmend für die Wahl von Baustoffen für Beläge im Außenbereich, rücken in den letzenden Jahren zunehmend ökologische Kriterien in den Vordergrund. Die zunehmende Erderwärmung und die damit verbundenen Veränderungen des Klimas erfordern auch im Bauwesen ein Umdenken, und klimaschonende Bauweisen gewinnen an Bedeutung. Der Verzicht auf Materialien, die in ihrer Herstellung viel CO2 emittieren, tritt als wichtiges ökologisches Kriterium in den Vordergrund. Da der Bausektor einen großen Anteil an den globalen CO2-Emissionen und dem Energieverbrauch hat, sollen auch Bauprodukte in ihrer Herstellung und Nutzung bis hin zur Entsorgung unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte möglichst geringe Umweltauswirkungen aufweisen. Das führt zunehmend zu einer Rückbesinnung auf den ältesten Baustoff, den Naturstein.

Vorteile der Naturwerksteine

Naturwerkstein, der als Pflasterstein, Bodenplatte oder Bordstein bearbeitete Naturstein, bietet viele ökologische Vorteile:

• Naturstein steht als fertiger Baustoff aus der Natur bereit. Die Energie für seine Entstehung hat bereits die Natur zumeist vor vielen Millionen Jahren zur Verfügung gestellt.
• Naturwerkstein muss nicht mit hohem Energieaufwand aus aufbereiteten Zuschlagsstoffen und Bindemitteln zusammengefügt und unter hohen Temperaturen gebrannt werden. Er muss lediglich im Steinbruch gewonnen und das gewünschte Format zerkleinert werden. Der Energieaufwand hierfür ist nur gering.
• Naturstein steht als Baustoff unserer Erde in unerschöpflichen Mengen zur Verfügung. Die Menge an Natursteinen, die durch Abkühlung der Erdkruste, Vulkanausbrüche sowie Verwitterungs- und Ablagerungsprozesse neu entstehen sind weltweit wesentlich höher als die im Bauwesen benötigten Natursteinmengen.
• Als regionaler Baustoff mit kurzen Transportwegen sind Umweltbelastungen durch Transporte vermeidbar.
• Die Festigkeit und Dauerhaftigkeit der Natursteine ist extrem hoch, so dass lange Nutzungsdauern möglich sind.
• Naturwerksteine sind frei von Schadstoffen und können nach der Erstverwendung oftmals wiederverwendet oder zu Splitt und Schotter aufbereitet werden.
• Natursteinbeläge mit offenen beziehungsweise wasserdurchlässigen Fugen ermöglichen die Versickerung von Regenwasser und sind ein wichtiger Beitrag zur Realisierung des Schwammstadtprinzips.
• Helle Natursteinbeläge verhindern die ungewollte Erwärmung der Innenstädte
• Raue Pflasterbeläge führen zu reduzierten Fahrzeuggeschwindigkeiten und ermöglichen verkehrsberuhigte Zonen in Innenstädten.

Ökobilanzierung von Bodenbelägen

Der Deutsche Natursteinwerk-Verband (DNV) hat die Umweltkriterien verschiedener Baustoffe für Außenbeläge in einer Lebenszyklusanalyse untersuchen lassen. Gegenstand der vom Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart erstellten Studie ist die Ermittlung der ökologischen Performance unterschiedlicher Beläge für Verkehrswege im Außenbereich, die in öffentlichen und privaten Bereichen verwendet werden.

In der Nachhaltigkeitsstudie wurden die folgenden Bodenbeläge am Beispiel eines repräsentativen Vertreterprodukts beziehungsweise einer Vertreterproduktgruppe unter Berücksichtigung der Bettung und der erforderlichen Trag- und Frostschutzschichten bilanziert:

• Pflastersteine aus Naturwerkstein;
• Platten aus Naturwerkstein;
• Pflastersteine aus Betonwerkstein;
• Platten aus Betonwerkstein;
• Pflasterklinker;
• Asphaltdecke.

Die ökologischen Auswirkungen der Tragschichten, Bettungen und Deckschichten der unterschiedlichen Belagskonstruktionen wurden in einem Screening-Verfahren über den gesamten Lebenszyklus betrachtet. Grundlage der Datenerhebung sind öffentliche Umweltprodukterklärungen (EPD) der verschiedenen Baustoffhersteller und Daten aus der Plattform ÖKOBAUDAT des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BMI).

Nachstehende Indikatoren werden im Rahmen der Nachhaltigkeitsstudien ermittelt:

• Primärenergie (erneuerbar und nicht erneuerbar) in MJ
• Treibhauspotential (GWP - Global Warming Potential) in kg Kohlendioxid – Äquivalent (CO2-Äq.)
• Ozonabbaupotential (ODP - Ozone Depletion Potential) in kg Referenz-FCKW - Äquivalenten (R11-Äq.)
• Versauerungspotenzial (AP - Acidification Potential) in kg in Schwefeldioxid – Äquivalent (SO2-Äq.)
• Eutrophierungspotenzial (EP - Eutrophication Potential) in kg Phosphat – Äquivalent (PO4-Äq.)
• Sommersmogpotential (POCP – Photochemical Ozone Creation Potential) in kg Ethen-Äquivalent (C2H4-Äq.)

Ein Vergleich aller Bodenbeläge zeigt, dass Pflaster und Platten aus Naturwerkstein insgesamt in den Wirkungskategorien Treibhauseffekt (GWP), Versauerungspotenzial (AP), Eutrophierungspotenzial (EP), Photooxidanzienbildung (POCP) und der erforderlichen Gesamtprimärenergie deutlich niedrigere Werte durch Produktion, Errichtung und Nutzung aufwiesen als Pflaster und Platten aus Betonwerkstein sowie Außenbeläge mit Pflasterklinker und Asphalt.

In der besonders wichtigen Wirkungskategorie Treibhauspotenzial (GWP) weisen die Bodenkonstruktionen mit Pflastersteinen und Platten aus Naturstein in der Herstellung und Nutzung deutlich niedrigere CO2-Äquivalente auf als die anderen Belagsmaterialien. Mit 29,5 kg CO2-Äqvuivalente sind dem GWP der Pflastersteine aus Naturwerkstein in der Herstellung die geringsten Emissionen zuzuordnen.

Der Primärenergiebedarf bei der Verwendung von Naturwerksteinplatten für eine Verkehrsfläche mit 1000 m² beträgt beispielsweise in einem Betrachtungszeitraum von 100 Jahren lediglich circa 505.000 MJ. Im Vergleich dazu benötigt man für die gleiche Fläche mit Betonwerksteinplatten circa 2 136.000 MJ Primärenergie. Legt man einen Richtwert für den Stromverbrauch eines durchschnittlichen Zwei-Personen-Haushaltes von 2700 kWh im Jahr zugrunde, könnten mit der eingesparten Energie rund 170 Zwei-Personen-Haushalte für ein Jahr mit Strom versorgt werden. Gegenüber Pflasterklinker könnten mit der eingesparten Primärenergie etwa 360 Zwei-Personen-Haushalte und bei Asphalt circa 480 Zwei-Personen-Haushalte für ein Jahr mit Strom versorgt werden.

Die Nachhaltigkeitsstudie für Bodenbeläge im Außenbereich kann kostenfrei als PDF-Dokument auf der Internetseite des DNV heruntergeladen werden.

Bauen mit Naturwerkstein

Unter allen Baustoffen nimmt Naturstein eine herausragende Stellung ein: Bauteile aus Naturwerkstein sind Unikate, die sich untereinander und mit vielen anderen Materialien kombinieren lassen. Es gibt kaum einen Baustoff, der so viele Farben und Strukturen zeigt, wie Naturwerkstein: Diese Vielfalt wird durch verschiedene Oberflächenbearbeitungen nahezu unbegrenzt.

Nach der Art der Entstehung werden die Natursteine in drei Gruppen unterschieden:

1. Magmatische Natursteine

Diese Natursteine entstehen bei der Abkühlung von flüssigem Magma. Das Gefüge der Natursteine ist abhängig von der Geschwindigkeit der Abkühlung und damit vom Bildungsraum: Bei langsamer Abkühlung im Erdinneren steht genügend Zeit für das Wachstum sich verzahnender, großer grobkörniger Kristalle zur Verfügung, die kennzeichnend für Intrusivgesteine (Plutonite) sind, beispielsweise Granit, Syenit, Gabbro.

Eine rasche Abkühlung an der Erdoberfläche führt bei den Effusivgesteinen (Vulkanite) zur Ausbildung eines feinkristallinen Gefüges oder im Extremfall zu einer glasigen Grundmasse. Solche Gesteine entstehen, wenn Lava aus Vulkanen austritt, beispielsweise Basalt, Basaltlava oder Rhyolit (Porphyr).

Aufgrund der sehr hohen Festigkeit und Witterungsbeständigkeit werden überwiegend magmatische Naturstein für den Straßenbau verwendet.

2. Sedimentäre Gesteine

Sedimentgesteine entstehen aus Verwitterungsprodukten anderer Gesteine und/oder aus verschiedenen Resten von Organismen. Sie bilden sich an der Erdoberfläche in Form von Schichten aus locker gelagerten Teilchen wie Sand, Schluff oder auch aus Skelett- und Schalenbruchstücken von Organismen die Sedimentgesteine.

Sedimentgesteine werden unterteilt in:

• Klastische Sedimente (aus verwitterten Gestein bestehend; z. B. Sandstein)
• Organogene Sedimente (aus organogenen Stoffen bestehend; z. B. Kalkstein)
• Chemische Sedimente (aus chemischen Niederschlägen bestehend; z. B. Salz- und Gipssteine)

Sedimentgesteine weisen je nach Vorkommen sehr unterschiedliche Festigkeiten und Witterungsbeständigkeiten auf, so dass deren Verwendung im Außenbereich nur bei ausreichenden Erfahrungen beziehungsweise Nachweisen durch Prüfzeugnisse erfolgen sollte.

3. Metamorphe Gesteine

Höhere Temperatur- und Druckbedingungen (und damit auch sich verändernde chemische Bedingungen) führen in beliebigen Ausgangsgesteinen zu einer Änderung der Mineralzusammensetzung und Kristallstruktur. Als Ergebnis dieser Prozesse entstehen die metamorphen (umgewandelten) Gesteine wie Marmor, Gneis oder Quarzit.

Viele metamorphe Gesteine sind wie die magmatischen Gesteine sehr gut für die Verwendung im Außenbereich geeignet.

Oberflächenbearbeitung

Aufgrund der rutschhemmenden Eigenschaften sind im Außenbereich raue Oberflächenbearbeitungen wie beispielsweise gestrahlt, gestockt oder geflammt zu bevorzugen. Sehr porenreiche Natursteine wie die Basaltlava können auch mit geschliffen oder nur gesägten Oberflächen verwendet werden. Wenn die Rautiefe (Abstand der Hochpunkte zu den Tiefpunkten in der Oberfläche) weniger als 1 mm beträgt, sollte die rutschhemmenden Eigenschaften über eine Prüfzeugnis nachgewiesen werden.

Hinweise und Planungsgrundlagen für Pflaster- und Plattendecken für befahrene und begangene Flächen in ungebundener und gebundener Ausführung sowie der Mischbauweisen enthält die Richtlinie des DNV.