natuursteen vervangen

Wanneer natuursteen is verweerd of op een andere manier is beschadigd, kan het nodig zijn het te vervangen. Meestal zal natuursteen door eenzelfde soort steen vervangen worden en niet door beton of baksteen, zeker bij incidentele of omvangrijke restauraties.
De informatie in dit artikel is voor een belangrijk deel afkomstig van Cultureel Erfgoed en het boek "Icoon in de steigers" over de restauratie van de Dom in Utrecht).

Meestal zal verwering de oorzaak zijn dat de steen vervangen moet worden, visueel of uit veiligheidsoverwegingen.
Ga na of reinigen (en niet vervangen) van de steen mogelijk is. 
Voor reinigen, beschermen en repareren zie de pagina natuursteen onderhoud.

In dit kader behandelen we:

• Verwering (vaak de hoofdoorzaak om steen te vervangen)

• Aspecten (wat komt er kijken voordat steen vervangen wordt)

• Vervangen van de natuursteen

• Overzicht steensoorten bij bouw en restauraties Domtoren Utrecht

 
Verwering

Verwering is het geleidelijk uiteenvallen van gesteente door:
- fysische processen, waarbij de mineralogische samenstelling van het gesteente niet verandert (o.m. door vorst-dooi, andere temperatuursverschillen, neerslag, ijs, wortels, stromend water, vooral in woestijngebieden kan door snelle temperatuurverschillen het gesteente aan de oppervlakte vergruizen, bij het bevriezen van water in poriën en kieren in een gesteente kan dat vergruisd worden, te harde mortel (cementvoeg i.p.v. kalkachtig))
- chemisch processen, waarbij de samenstelling verandert (o.m. door chemicaliën zoals zuur of zout in water en lucht, oplossen van kalksteen in water)
- mechanische processen (schurend, bonkend / kneuzend; o.m. door wind en zand, water uit de hemel of van de rivier, schoenen over een trap, ingroei van wortels en takken, gaten gemaakt door insecten, maar ook door harde slagen van hamers of beitels).

Iedere steen heeft zijn eigen vorm, kleur en tempo van verwering en is mede daardoor na te gaan om welk soort natuursteen het gaat.

Cultureel Erfgoed onderkent 7 factoren die bepalend zijn voor de mate van verwering:
- kwaliteit van de toegepaste steen (haarscheurtjes door winning, brandlagen, aders, delen met ander gesteente, fossielen, textuur, samenstelling)
- blootstelling (hemelwater, zonlicht en temperatuurverschillen)
- biodegradatie (algen en mossen scheiden zuren af, uitwerpselen van vogels en vleermuizen versnellen verwering)
- vochttransport (vocht moet steen makkelijk kunnen verlaten; te harde voeg of waterafstotende oppervlaktebehandeling houden verdampen van vocht tegen)
- zouten (als vocht de steen verlaat blijven zouten aan oppervlak achter; de zoutkristallen aan het oppervlak drukken de steenhuid weg; zout trekt vocht aan dus extra verwering)
- stukvriezen (poriën vangen vocht op maar teveel vocht kan bevriezen en de steen kapotdrukken)
- bewerking (scheuren en onzichtbare zwakke plekken door springstof bij winning, gebruik van te zwaar gereedschap zoals bouchardehamer bij trachiet, beeldhouwwerk heeft groter oppervlakte en dunnere stukken dus verwering heeft meer invloed dan bij vlak werk; goede afwatering of glad afwerken van de steen verkleint de kans op inwerking van schadelijke stoffen)

Overigens, verwering in de vorm van verkleuring wordt niet altijd als nadelig beschouwd, ze geeft ook karakter aan de steen. Als de steen verpulvert of anderszins uiteenvalt, zal meestal ingegrepen moeten worden.

In de 19e eeuw werd natuursteen veelal gepleisterd of geschilderd. Het uiterlijk van nieuwe natuursteen was toen niet zo belangrijk omdat het toch onder een bedekkende laag kwam. Vooral vanaf de tweede helft van de 20e eeuw zijn veel pleister- en verflagen verwijderd en zal men niet snel natuursteen op die manier bedekken. 
Nadelen van de "naakte" steen: 
- Verkleuringen en verwering van steen in het algmeen valt veel meer op. 
- Het uiterlijk van de nieuwe steen moet beter passen bij de oude steen waar ingeboet wordt, wat de keuze van vervangende steen belangrijker en lastiger maakt.

Verwering doet zich vooral voor in de buitenste schil (ca. 10 mm) wat vooral bij beeldhouwwerk esthetisch opvalt. Soms wordt verwering veroorzaakt door ene combinatie van factoren (bijvoorbeeld ingroei van wortels en bevriezen van hemelwater dat door de wortels de steen in wordt gebracht.
Verwering in de diepte kan grotere gevolgen hebben. 

Voorbeelden van verwering zijn: 
verkleuring / patina (zwarte gipskorst van kalksteen), verlies van het hoofdmateriaal of juist van kristallen en fossielen e.d., pokdalig uiterlijk (o.m. uitspoelen van bims bij tufsteen), afschilferen van lagen, verpoedering, fijne scheuren (micro-scheuren) of groter en dieper, scholvorming en afbrokkeling. 

Oorzaken van verwering zijn bijvoorbeeld: 
oplossen van bestanddelen (kalk, leem of bims door water), vorst-dooi (de poriënstructuur van de steen speelt hier ook een rol), zout, kalk, roestend ijzer van hekwerk of harnas of dook o.d. (ook oxidatie van ijzer of magnesium als bestanddeel van de steen, gebruik dan rvs of brons i.p.v. ijzer), schuren van water of zand of andere materialen (hemelwater, wind, maar ook mechanische schade schoeisel op stenen trap), chemicaliën bij eerdere restauraties toegepast, mos en algen en andere hechtende planten of schimmels (plantenwortels leiden water de steen in waardoor vorst-dooi grotere gevolgen kan hebben), insecten of vogels o.d. (gaatjes of gangen in steen), verkleuren (onder invloed van zonlicht of chemicaliën, als de verkleuring "mooi" of acceptabel karakteristiek wordt gevonden dan heet dit patina), hardhandig winnen en bewerken van steen kan haarscheurtjes geven (springstof tijdens winnen van de steen, boucharderen als afwerking), breuk door te hoge druk bovenliggend bouwdeel.

Voor specifieke verwering per steensoort, zie de betreffende steensoort: 
basalt, graniet, kalksteen, marmer, mergel, trachiet, tufsteen, zandsteen.

Meer over verwering bij Cultureel Erfgoed. 

 
Aspecten bij het vervangen van natuursteen

Bij het vervangen van natuursteen kunnen de volgende aspecten naar voren komen:

• Maak duidelijk wanneer natuursteen aan vervanging toe is (welke criteria zijn er? steensoort? ouderdom? locatie i.v.m. veiligheid van voorbijgangers e.d.). Dit geldt zowel voor bestaande steen die (nog) niet vervangen wordt als voor de nieuwe steen. Als een volgende restauratie pas over 50 of 100 jaar plaats mag vinden, dan zullen de eisen strenger zijn dan wanneer er eerder een volgende restauratie gepland is (die 50 of 100 jaar wordt soms de "restauratiehorizon" genoemd).

• Bepaal of er steen mag worden toegevoegd of niet (glad of gebeeldhouwd). Er is een tijd geweest dat historiserend restaureren gebruikelijk was, d.w.z. er werden toevoegingen gedaan waarvan men vermoedde dat die in de bouwtijd van het monument hadden moeten of kunnen plaatsvinden.

• Maak duidelijk om welke steensoorten het gaat, hoe die aangetast zijn, of herstel mogelijk is of dat vervanging nodig is.

• Bepaal of er technieken toegepast kunnen worden om de steen te reinigen is zodat (a) duidelijker wordt hoe de fysieke toestand is (die diepte van de verwering en scheurtjes worden beter zichtbaar) (b) de steen wellicht in situ geconsolideerd kan worden (dus niet vervangen hoeft te worden, waardoor de originele steen behouden blijft en tijd en geld bespaard worden).

• Bepaal of "herstel" in situ mogelijk is i.p.v. vervanging:
  - "Scheuren en steken, die met name voorkomen in de donkere Belgische kalkgesteenten, kunnen worden geïnjecteerd met lijm of worden dichtgezet met reparatiemortel" (bijvoorbeeld de restauratiemortel RC Amonit van Reynchemie geeft een goede imitatie van bestaande natuursteen omdat er veel kleurvarianten zijn en gemalen natuursteen een onderdeel is waardoor er "natuurlijke spikkels" zijn; niet geschikt voor marmer en graniet).
  - Toepassen van een steenversteviger voor verweerd gesteente (bijvoorbeeld voor poreuze materialen of "zuigende minerale natuurstenen" zoals zandsteen, kalksteen, tufsteen: de op kiezelzuurester gebaseerde steenverstevigers KSE 100 voor zandsteen en KSE 300 HV voor kalksteen (beide van Remmers), of de Stenenversteviger K van Akemi, of de steenversteviger HMK S741 van Moeller; de meeste steenverstevigers zijn niet-hydrofoberend).
  - Soms is het voldoende ervoor te zorgen de invloed van water beperkt wordt, zodat hemelwater niet onmiddellijk op het steen komt of niet langdurig op het steen blijft staan (bijvoorbeeld door lekkages te reapreren of goten en waterlijsten e.d. (weer) goed te laten werken).
  - Probeer te vermijden dat grote aantallen vogels hun uitwerpselen op de steen kunnen deponeren.
  - Zorg ervoor dat mossen, wortels, takken e.d. geen vat meer hebben op de steen.
  - Een enkele keer kan het afschermen van de steen een oplossing zijn om verdere verwering tegen te gaan, bijvoorbeeld door een overkapping aan te brengen of de steen (deels) te bedekken met lood (mits die historisch / architectonisch / esthetisch verantwoord is).

• Ga na welke de technische eigenschappen zijn van de betreffende steensoorten, om vervangen te vergemakkelijken. Het ideaal is waarschijnlijk dat de nieuwe steen technisch én esthetisch compatibel is met de te vervangen steen.

• Als het om grotere partijen gaat: bezoek een groeve van de vooralsnog gekozen steen om een goede indruk te hebben van de variaties, kleuren, hoeveelheid, dikte van lagen e.d.

• Vaak zal een steensoort uit een bepaalde groeve niet meer beschikbaar zijn (groeve is uitgeput of uit commercieel oogpunt gesloten of de steen in de groeve heeft slechtere karakteristieken).

• Dezelfde steensoort uit een andere tijd of uit een iets ander gebied kan verschillende karakteristieken hebben en ander gedrag kan vertonen.

• Denk bij het uiterlijk aan kleur, mineralen, aders, aanwezigheid van fossielen e.d.

• Denk bij het gedrag aan weerbestendigheid i.v.m. wateropname, vorst-dooi, gevoeligheid voor erosie door hemelwater of chemische bestanddelen in de lucht of uitslijten door schoeisel (trap), specifieke verwering als gevolg van andere materialen in de steen of in de voeg (aanwezigheid kalk o.d.)

• Overweeg of juist het nieuwe steen meer of minder moet verschillen van het oude steen, om aan te geven dát er steen is vervangen (plaats eventueel het restauratiejaartal op één of meer nieuwe stenen).

• Probeer zoveel mogelijk de voeg van hetzelfde materiaal en uitstraling gelijk te houden aan de oorspronkelijke voeg.

• Denk bij het vervangen van andere materialen dan steen aan de invloed van corrosie van ijzer e.d.

• Van oude steen kan de gelaagdheid ervoor zorgen dat er steeds een laagje afbrokkelt wat gevaarlijk kan zijn voor voetgangers e.d.

• Bij monumenten is het terugplaatsen van de uitgenomen oude steen historisch belangrijk (ook al is die steen verweerd). Hergebruik bij voorkeur op dezelfde plaats of bijvoorbeeld binnenshuis als de steen zo aangetast / verweerd is dat herplaatsen onder weersinvloeden niet gewenst is.

• Bij wat omvangrijker vervangingen kan het nodig zijn een digitaal model van de vóór-situatie te maken (laser-scans) en in BIM te plaatsen zodat iedere betrokkene de gegevens kan controleren en de gewenste gegevens er uit kan halen.

• De exacte bepaling van maat, locatie en omvang van de ingreep komt in een registratiesysteem. Markeer eventueel de te vervangen stenen met een krijtkruis o.d. (als dat niet spoedig weg kan regenen).

• Bij omvangrijker projecten: maak proefrestauraties om na te gaan of e.e.a. past in de (oude) context (voorbeelden: past het nieuwe steen visueel in de deels oude omgeving, zijn de eigenschappen wat betreft weerbestendigheid e.d. ongeveer gelijk). Evalueer de proefrestauratie, óók om te achterhalen of de verschillende betrokkenen zich allen kunnen vinden in het resultaat (ieder benadert een restauratie vanuit zijn iegen gezichtspunt).

 
Vervangen van natuursteen

Wanneer vervanging van de steen noodzakleijk wordt geacht en de steen is niet meer in dezelfde soort verkrijgbaar of de duurzaamheid van die steensoort voldoet niet meer, dan zijn er vaak vervangende steensoorten mogelijk. 

De vetgedrukte steensoorten in de tabel hieronder geven de voorkeur aan; vervangers worden vermeld voor bepaalde typen kalksteen, trachiet, tufsteen en zandsteen.

Teveel aangetast beeldhouwwerk wordt soms vervangen door beeldhouwwerk in Kirchheimer of Krensheimer Muschelkalk (Muschelkalksteen uit Würtzburg Duitsland; de kleuren van deze kalkstenen verschillen iets).

Overzicht van steensoorten wanneer toegepast bij bouw en restauraties van de Domtoren in Utrecht

uit ouderlingen en nieuwelingen aan de domtoren - 700 jaar steengebruik, van timo g. nijland; klik voor groter!

Verg. erosie.