|
| |
| |
| |
5. Gebruik en behandeling van natuursteen
5.1. Toepassing
De bruikbaarheid van een bepaalde natuursteensoort in een bepaalde situatie hangt ervan af of de eigenschappen van de steen beantwoorden aan de eisen die de situatie stelt. De volgende eigenschappen kunnen daarbij een rol spelen: het groefleger, de hardheid, de taaiheid, de druksterkte, de slijtweerstand, het soortelijk gewicht, de porositeit, de splijtbaarheid, de duurzaamheid en de weerbestendigheid.
Vanaf het begin van het gebruik van natuursteen in de bouw heeft men leergeld betaald en de eerlijkheid gebiedt ons te zeggen, dat we dat nog steeds doen. Men moet de goede eigenschappen van de steen leren kennen en er gebruik van maken. Maar het is nog belangrijker ook de slechte eigenschappen te onderkennen en er rekening mee te houden. Zo heeft de ervaring geleerd dat trachiet ongeschikt is voor gewelfribben; bij ribben van ongeveer 1.20 m lengte bleken de randen en neuzen na korte tijd af te spatten. Verder zijn stijlen en traceringen van Gobertange ondenkbaar. In het algemeen kan men geen montants maken van steen met staand groefleger. Een steensoort opgebouwd uit grove korrels of puinstukjes (zoals de meeste tuffen) leent zich niet voor fijn beeldhouwwerk.
De hardheid wordt gedefinieerd als de indrukbaarheid door een stalen kogel van een bepaalde diameter. In het spraakgebruik echter verstaat men onder een harde steen een steen met een grote druksterkte gepaard aan een gering percentage open poriën.
Een steen is taai of stug als het niet gemakkelijk is een stuk ervan af te slaan; het tegenovergestelde is bros. Een taaie steensoort laat zich dus niet gemakkelijk bewerken.
De druksterkte van natuursteen is, vergeleken met die van hout, meestal zeer groot; de treksterkte echter zeer gering. Dit betekent, dat natuursteen vrijwel geen buigspanning kan opnemen en men er slechts kleine openingen mee kan overspannen. In het algemeen is het noodzakelijk de steen zodanig toe te passen, dat de druk loodrecht op het groefleger staat.
De splijtbaarheid kan in verschillende richtingen variëren; in de richting van het groefleger is hij het grootst.
Een aspect van de toepassing, dat ware rampen heeft veroorzaakt, is de verankering. In de loop der eeuwen zijn bijvoorbeeld voor doken de volgende materialen toegepast: eikehout, rotting, bamboe, pijpbeenderen, konijnebotjes, stukjes baksteen (klinker), lood, ijzer, roestvrij staal, koper en brons. De schade veroorzaakt door het roesten van ijzeren verankeringen is enorm. Het laatste decennium worden veel doken van serpentino gemaakt (o.a. aan de luchtbogen van de St.-Janskathedraal te 's-Hertogenbosch), een zeer goede en goedkope wijze van verankering. Ook worden hiervoor nu glasfiberstaven gebruikt, d.i. met glasvezel versterkte polyester (voor het eerst aan de Bakenessertoren te Haarlem in 1972).
Oorspronkelijk werden marmeren vloeren gelegd op een schelpenlaag van 5 à 8 cm dikte. Deze laag heft elk spanningsverschil met de ondervloer op, waardoor het mogelijk is, dat een marmeren vloer na eeuwen nog zonder scheuren of breuken in het werk ligt.
De verwerking van natuursteen in metselwerk is ook een zaak die met de nodige zorgvuldigheid dient te geschieden. De metselspecie moet na verharding van gelijke hardheid (druksterkte en porositeit) zijn als de steen, of iets zachter. Het verval van vele natuursteensoorten, die in de 19de eeuw werden gebruikt, is in de hand gewerkt door de komst en het onjuiste gebruik van het portlandcement.
Ook is het erg gevaarlijk een zachte steen te plaatsen op een harde, weinig poreuze steen. Aan de
| |
| |
Dom van Keulen heeft men het verweerde plint vervangen door basaltlava en de zachtere steen daarboven gehandhaafd. Nu vervalt die zachtere steen in versneld tempo. Het water daarin kan niet meer omlaag zakken en moet de steen aan de voorzijde verlaten. Hierdoor worden de opgeloste zouten naar buiten gedreven, waar zij het steenoppervlak verwoesten. Ditzelfde gebeurt bij toepassing van een te harde metselspecie (zie blz. 81).
Dit probleem speelde ook bij de restauratie (ca. 1950) van het zuidportaal van de St.-Stevenskerk te Nijmegen, opgetrokken van de zachte Baumberger steen. Om de kans op (mechanische) beschadigingen te beperken, was het gewenst het benedengedeelte van de kolommen van een hardere steensoort te maken; hiervoor is Weidenhahn-trachiet gebruikt. Hierop is Krensheimer Muschelkalksteen geplaatst als overgangsmateriaal naar de zachte Baumberger. Ondanks deze voorzorg begint de nieuwe Baumberger steen toch al tekenen van verval te vertonen.
Bij een natuurstenen water- of plintlijst in een bakstenen muur mag die lijst vooral niet te ver in het metselwerk steken, om schade aan de baksteen te voorkomen.
| |
5.2. Bewerking
Lit.: 12:178-185; 21:81-90; 23; 26; 35
De bewerkingsmogelijkheden worden bepaald door de eigenschappen van de steen en de beschikbare gereedschappen.
Over het algemeen verschillen de vroegere hamers en beitels niet veel van de tegenwoordige; enkele gereedschappen zijn echter verdwenen. De bijl ziet men niet meer in de steenhouwerij en de zwaaispits en de kamhamer, beide enkele kilo's zwaar, worden niet meer gebruikt. De grendel, een houder voor 8 tot 12 puntbeitels, veel gebruikt bij de zandsteenbewerking, is wegens de grote stofverspreiding verboden. De handzaag kennen we nog slechts van de prenten van Jan Luyken. Al deze gereedschappen zijn door de mogelijkheid van het machinale zagen overbodig geworden.
In de verschillende stadia van de handbewerking van natuursteen worden verschillende gereedschappen gebruikt.
De steen wordt gekliefd met behulp van spieën en kielen in voorgeboorde gaten, die ingeslagen worden met stalen mokers. Het afslaan van kleinere stukken van de steen gebeurt met de jop, die eveneens met een stalen moker of vuist geslagen wordt. Vervolgens wordt de randslag aangebracht met de kantbeitel of het bordijzer (die minder dan 4 cm breed is), die al naar de aard van de steen met een azijnhouten of beukehouten hamer geslagen wordt. Voor het spitsen of ruimen van de brute steen is er de spits- of puntbeitel (of -ijzer), die soms met de moker, maar meestal met de houten hamer geslagen wordt.
Als de steen kaal gespitst is, volgt het egaliseren met de bouchard of bouchardhamer met 16, 25 of 36 punten of met de tandbeitel of gradine. Het gebruik van bouchardhamers zwaarder dan 3,25 kg is verboden. Hierna komt de bewerking met het ceseel, een 4 tot 6 cm brede beitel, waarmee men scharreert of frijnt. Het scharreren gebeurt op de manier waarop de steenhouwer het gemakkelijkst voor zijn werk zit. Dikwijls maakt de richting van de slag een hoek van ongeveer 60 graden met de ondervoeg van het vlak. De slagen behoeven niet in elkaars verlengde te liggen. Men onderscheidt ook de bewerking fijn-scharreren. Frijnen, dat in zwang kwam met de renaissance, is veel netter; de frijnslagen staan haaks op de lintvoeg. Langs de randen wordt vaak een randslag van 1 of 1½ duim breedte aangebracht, die bij de hoeken omgaat. Bij frijnwerk wordt steeds het aantal slagen per decimeter aangegeven.
Bij sierstenen en marmers is het polijsten meestal de laatste bewerking (afb. 13 op blz. 54). Het belangrijkste is de voorbewerking daarvan, t.w. het schuren met achtereenvolgens zoetsteen, puimsteen en doornsteen. Met de doorn- of laksteen worden de laatste krasjes weggenomen en verkrijgt de steen een eiglans. De klassieke manier van polijsten geschiedt met geraspt lood, aluin en amaryl als eerste bewerking. Napolijsten gebeurt dan met bloem van zwavel en tinas. Het is vlug verteld, maar goed handpolijsten is een vak apart.
| |
5.3. Aantasting
Lit.: 11:271-274; 21:12, 20-21; 37; 38; 39; 40
Wanneer een materiaal aan de buitenlucht wordt blootgesteld, begint de afbraak ervan, de verwering. Het tempo van die afbraak is niet voor alle natuursteensoorten gelijk en ook de wijze van verwering verschilt.
Het donker verkleuren van natuursteen kan voor een deel veroorzaakt worden door vuilaanslag: roet uit rookgassen en straatstof. Dat laatste pleegt veel
| |
| |
humus te bevatten en verder cement, zand, kleimineralen, olie, zouten, gelatine, koolstof en ijzeroxyde. Ook treinen, trams en trolleybussen kunnen hun bijdrage leveren (metaaldeeltjes van rails, remvoeringen en bovenleidingen, en koolstofdeeltjes van pantografen en trolley's). Het vuil op de steen kan waterdamp uit de lucht absorberen en dan zuur reageren; dit zuur zal de steen aantasten. Steen, die geen zonlicht krijgt en dus lang vochtig blijft, zal spoedig met algen en mossen bezet zijn, waardoor er zich ook meer vuil aan zal hechten.
Een tweede bron van chemische aantasting is gelegen in de luchtverontreiniging door rook- en verbrandingsgassen van fabrieken, verwarmingsinstallaties en het wegverkeer. Deze verontreiniging bestaat vaak uit zwaveldioxyde, dat met water en zuurstof reageert tot zwavelzuur. Dit lost calciumcarbonaat uit de steen op, waarbij onder volumevergroting gips ontstaat. Met roet en stof wordt dit op kalksteen een zwarte poreuze korst, die op den duur loslaat (afb. 57, 60, 64 en 65). Ook een aantal zouten als nitraten en chloriden kunnen met water zuur reageren en de calciumcarbonaten uit de steen oplossen. Hetzelfde geldt voor organische zuren, geproduceerd door zwammen, mossen en aanverwante organismen, die zich ontwikkeld hebben op vochtige steen, en voor humuszuren. Hierbij zouden ook bacteriën een rol kunnen spelen, nl. door het versnellen van chemische processen.
Een belangrijke oorzaak van aantasting komt voort uit de aanwezigheid van oplosbare zouten in de steen, die opgelost in water door de steen getransporteerd worden. Het water is afkomstig uit de bodem (optrekkend grond- en oppervlaktewater), uit lekkende goten, van regenslag tegen de muren of van condensatie van waterdamp in of op de muren. Bij het verdampen van dit water worden de zouten meegevoerd naar het steenoppervlak, waar ze uitkristalliseren. Door volumevergroting, die veroorzaakt wordt door het opnemen van kristalwater (hydratatie), bezwijken de wanden van de poriën, d.w.z. dat het steenoppervlak verpulvert. De schade is minder afhankelijk van de hoeveelheid zout dan van het aantal wisselingen in het opnemen en weer afstaan van kristalwater (zie blz. 86/87).
De zouten kunnen afkomstig zijn uit het grondwater, uit de lucht, van verontreiniging van de steen zelf en uit de ontleding van bepaalde minerale bestanddelen van de steen. Deze zouten kunnen ook oorzaak zijn van chemische aantasting van de steen, doordat zij door hydrolyse zuur gaan reageren.
Tenslotte kan water in de steen de oorzaak zijn van stukvriezen van de steen, vooral boven harde voegen, waar het water in de steen blijft staan. De schade is ook hier afhankelijk van het aantal wisselingen in bevriezen en ontdooien.
Het onderkennen van de vervuiling en verwering van natuursteen is geen zaak van vandaag of gisteren. In 1678 deed de Académie d'Architecture er al een onderzoek naar bij kerken en andere oude gebouwen van Parijs en omgeving. Een interessante conclusie was, dat de aangetaste stenen, zowel hardere als zachtere, dat slechts waren door de slechte kwaliteit van elke steen afzonderlijk en niet door de aard van de soort. Die slechte eigenschappen konden voortkomen uit een verkeerde keuze in de groeve, door verkeerde bewerking of door het verkeerd stellen door ondeskundigheid van de verwerkers.
In 1852 verscheen een publicatie over hetzelfde onderwerp in de Revue Générale d'Architecture, aangevuld met aantekeningen van Viollet-le-Duc (zie ook bijlage 1, blz. 84 e.v.). In Duitsland verscheen in 1910 een publicatie van dr. M. Kaiser over ‘De chemische veranderingen in natuursteen en de oorzaken daarvan’ en in 1929 een nieuw rapport van dezelfde auteur met dezelfde conclusies. In Engeland werd in 1922 het ‘Comité van onderzoek van de verweringsvormen en mogelijkheden tot de instandhouding van natuursteenwerk’ opgericht. In 1945 werd in Parijs een gemengde commissie ingesteld door het ‘Directoraat voor de Architectuur en het Nationaal Centrum voor wetenschappelijk onderzoek’ om het probleem van de natuursteen aan gebouwen te bestuderen. Vier jaar later werd een voorlopig resultaat van deze onderzoekingen gepubliceerd in de Annales de l'Institut Technique du Bâtiment et des travaux publics. In België heeft ir. C. Camerman, ingenieur van de Geologische Dienst van België, zich jarenlang met deze materie bezig gehouden.
| |
5.4. Reiniging
Lit.: 20:49-51; 41; 42
Het schoonmaken van natuursteen kan gewenst zijn uit esthetische overwegingen of omdat het vuil als reservoir van schadelijke chemische bestanddelen fungeert. Ook kan het nodig zijn de verflagen te verwijderen, waaronder in de loop der tijden het ornament is bedolven. De keuze van de schoonmaakmethode is echter erg belangrijk, omdat het gebruik van verkeerde methoden en middelen zeer schadelijk kan zijn, evenals het onoordeelkundig
| |
| |
gebruik van methoden en middelen. Bij elke schoonmaak gaan echter belangrijke gegevens verloren die de restaurateur nodig heeft voor een juiste reconstructie van allerlei onderdelen als kruisbloemen, kapitelen, profiellijsten, baldakijnen en beelden.
Bij het schoonmaken van de gevel van het Brusselse stadhuis gebeurde het, dat onder elke schoongemaakte verticale baan een berg van enkele kubieke meters puin lag. Als men zich dan ook realiseert welke hoeveelheid water in de muur is gebracht, dan kan de angst voor een plotseling invallende vorst ons wel eens om het hart slaan. Ook zal een schoongemaakte gevel, die nogal eens bijgewerkt is, er lang niet altijd uitzien als men verwacht had; vaak blijkt het een lappendeken te zijn geworden.
Het verwijderen van de donkere patinering van zandsteen is ongewenst, omdat die een beschermende laag vormt, die na verwijdering niet opnieuw ontstaat, zodat de steen dan versneld vergaat. Wel kan men van zandsteen de eventuele vuilaanhang verwijderen.
Als eerste reinigingsmethode moet het verstuiven, sproeien of spuiten met water genoemd worden, al dan niet tezamen met het afborstelen met een stevige nylon- en kokosborstel (geen staalborstel, wegens de verkleuring door roest van achterblijvende ijzerdeeltjes!). Aan het water kan men stoffen (surfactants of detergenten, zoals bijv. zepen) toevoegen, die de oppervlaktespanning verminderen, zodat het water zich beter over het steenoppervlak verspreidt. Zepen hebben bovendien het vermogen de vuildeeltjes in het water te verspreiden. Het gebruik van te grote hoeveelheden water moet vermeden worden; in het algemeen zal het een tijd duren voor de steen het ingedrongen water weer afgegeven heeft. Bij reinigen met stoom komt minder vocht in de muur, hoewel de hoeveelheid vocht door condensatie in de muur toch aanzienlijk kan zijn.
Aan het water kan men ook chemicaliën toevoegen, die het vuil afbreken. De meeste chemische reinigingsmiddelen bevatten echter oplosbare zouten of vormen met de steen oplosbare zouten, die, zoals we al zagen, schade kunnen veroorzaken. Het gebruik van zuren moet in het algemeen worden afgeraden, omdat ze calciumcarbonaat oplossen. Ook brengt men de chemicaliën met water en een absorptiepoeder (bijv. zetmeel, houtmeel, krijt, magnesiumsilicaat) als een pasta op het te reinigen oppervlak aan. Het reinigen op deze wijze moet stap voor stap gebeuren en de behandelde plaatsen moeten zorgvuldig met water worden afgespoeld. In Frankrijk wordt sinds enige jaren gebruik gemaakt van produkten op basis van fluorammonium (NH4HF2), waarmee goede resultaten mogelijk lijken te zijn op kalksteen. Naspoelen met water is echter onontbeerlijk.
Roodverkleuring van natuurstenen onderdelen veroorzaakt door ijzertrioxyde (wat bijv. voor kan komen bij mergel, Ledesteen en Bentheimer zandsteen) kan men verwijderen door reductie met behulp van oxaalzuur of wijnsteenzuur. Het ijzertrioxyde wordt daarbij omgezet in een vrijwel kleurloze tweewaardige verbinding.
Hardhandiger methoden van reinigen zijn het gritstralen (droog of nat), het afslijpen met een roterende carborundum-schijf en het ophakken met hamer en beitel. Zij zijn te verwerpen, omdat de oorspronkelijke bewerking van het oppervlak ermee verloren gaat (zie ook blz. 89).
Wanneer verflagen van zandsteen verwijderd moeten worden, zijn de laatst genoemde methoden eveneens af te keuren, terwijl het aflogen (met caustic soda) blijvende schade aan de steen kan veroorzaken, ook na neutralisatie van het loog met verdund azijnzuur en naspoeling met water. Zonder schade aan de steen toe te brengen kan het gebeuren door gebruik te maken van een afbijtmiddel, waarvan alleen methyleenchloride het werkzame bestanddeel is. Ook kan men het doen d.m.v. stoomstralen, maar dit moet vakbekwaam geschieden.
| |
5.5. Conservering
Lit.: 20:51-52; 36; 38; 39; 40; 42; 49
De conserveringsmethode, die vanouds is toegepast, is beschildering; deze is echter meestal uit esthetische overwegingen aangebracht. Bij diverse gebouwen zijn aan de buitenzijde op natuurstenen onderdelen resten van kleur aangetroffen. Aan de toren van de Grote kerk te Naarden waren de tufstenen blindtraceringen van omstreeks 1400 goudokerkleurig geschilderd; hetzelfde was het geval met de Ledestenen onderdelen van de sacristie van de Grote kerk te Goes, die kort na 1500 gebouwd werd. In Maastricht wordt dikwijls vooral op mergel een rode verfstof aangetroffen, o.a. aan de Dominicanenkerk (ca. 1300), het Dinghuis (ca. 1470) en de toren van de St.-Janskerk (14de en 15de eeuw). De rode kleur heeft zich verbonden met de mergel en is zo behouden gebleven. Aangenomen moet worden, dat ook de Namense steen rood ge- | |
| |
schilderd is geweest. Zandsteen is vaak in zijn eigen kleur geschilderd, welke kleur herhaaldelijk in olieverf overgeschilderd pleegt te zijn. Ook zijn zandsteen en andere natuursteensoorten wel geschilderd om hem duurder te laten schijnen; zo is hij aan de St.-Nicolaaskerk te Amsterdam (1885-'87) in hardsteenkleur geschilderd en elders gemarmerd.
Wanneer men nu bij restauraties natuursteen wil schilderen, moet dat geschieden met goed hechtende en ademende verf, eisen waaraan mineraalverven zonder toegevoegde organische stoffen voldoen. Kunststofdispersieverven, zoals de texverven, moeten in het algemeen afgewezen worden.
Er zijn tegenwoordig verscheidene chemische conserveringsmiddelen op de markt, meestal onder een handelsnaam. Wanneer deze gebruikt worden zonder de oorzaken van het verval van de steen te onderkennen, kunnen ze onbevredigend, nutteloos of zelfs schadelijk zijn. Vaak dringen deze vloeistoffen niet diep genoeg in de steen. Ze moeten daar reageren met een later ingebrachte stof of verdampen met achterlating van een netwerk van droge stof. Wanneer veel oplosbare zouten in de steen aanwezig zijn is de conservering een bijzonder moeilijke zaak.
Toegepaste conserveringsmiddelen zijn silicaten (die met het koolzuur uit de lucht geleren en de kwartsdeeltjes aan elkaar binden), fluorwaterstof (dat met calciumcarbonaat reageert waarbij onoplosbaar calciumfluoride neerslaat, maar dat gevaarlijk is voor de verwerker), fluorosilicaten of fluaten (waarbij eveneens calciumfluoride neerslaat en bovendien siliciumoxyde), silikon-esters (waarbij een gel gevormd wordt, dat kwartspartikels verbindt) en synthetische polymeren (die verdamping aan de oppervlakte verhinderen en daarom voor buitenmuren niet geschikt zijn). Het injecteren heeft vaak tot gevolg, dat de porositeit kleiner wordt en de druksterkte groter, ongewenste bijverschijnselen, die binnen de perken dienen te blijven.
| |
5.6. Reparatie en restauratie
Voor reparatie van aangetaste of beschadigde natuursteen kan het nodig zijn gaten te vullen of nieuwe stukken steen in te passen. Hiervoor bestaan diverse lijmen en vulmiddelen. Vulmiddelen zijn o.a. zwavel en zand, schellakstopsel, Meyer-mastiek (magnesiet en loog) en steenstof en cement; als lijmen kunnen schellak (als schilfer of opgelost in spiritus) en de kunstharslijmen genoemd worden.
Bij reparatie van poreuze steen in buitenwerk moeten horizontale kunstharslijmnaden vermeden worden. Hiermee zouden ondoorlaatbare lagen ontstaan, die de oorzaak worden van stukvriezen. Ook blijft een reparatie, zelfs met kunstharslijm, niet onbeperkt goed. Daarom is een verankering (of bij lijsten het conisch maken) van het reparatiestuk dan ook geboden; wanneer de lijm het begeeft, moet het reparatiestuk op zijn plaats blijven.
Aanvullingen aan niet-kristallijne gesteenten kunnen worden uitgevoerd met reparatiemortels zoals Minéros, dat als poeder in zakken van 50 kg in de handel is. Met één zak kan ongeveer 18 dm3 versteend materiaal gemaakt worden. Het materiaal wordt door de fabrikant samengesteld aan de hand van een monster van de te repareren steen (ter bepaling van korrelgrootte, kleur en porositeit). Het moet op ruw gehakte vlakken aangebracht en in verband met de krimp behoorlijk worden verankerd met roestvrije materialen, terwijl de opgebrachte laag niet dunner mag zijn dan ± 2 cm. Op deze wijze kan veel authentiek materiaal worden gehandhaafd, dat anders vernieuwd zou moeten worden.
Moeten aanvullingen van nieuwe natuursteen worden gemaakt, dan kan zich het probleem voordoen, dat de desbetreffende steensoort niet meer verwerkt mag worden (zandsteen) of niet meer leverbaar is (bv. Drachenfels-trachiet). Er zal dan omgezien moeten worden naar een vervangende natuursteensoort. Deze zou eigenlijk dezelfde structuur, korrelgrootte, porositeit, kleur, verweringsvorm en -kleur moeten hebben als de oude. Dat is natuurlijk niet te bereiken. Zandsteen neemt gemakkelijk water op en staat het ook weer vrij gemakkelijk af aan de buitenlucht. Kalksteen, die de zandsteen in structuur en kleur aardig kan benaderen, neemt water wel gemakkelijk op, maar geeft het minder snel weer af.
Zandsteen mag sedert het zandsteenbesluit van 1951 niet meer bewerkt, verwerkt en vervoerd worden. Dispensatie kan verleend worden door de Arbeidsinspectie; bij de uitvoering moet dan aan verscheidene voorwaarden (zoals stofafzuiging) worden voldaan. De zandsteencommissie, een adviescommissie, beoordeelt de wenselijkheid van restauratie met zandsteen.
|
|
Auteursrechtelijk beschermd