Ueber die Prüfung der Gesteine auf ihre Wetterbeständigkeit mit besonderer Berücksichtigung der Sandsteine; von Werner Bolton. Bolton, über Wetterbeständigkeit der Steine. Während die Prüfung der natürlichen Bausteine auf ihre Druckfestigkeit gegenwärtig allgemein nach wissenschaftlich begründeten Methoden geschieht und durch Anwendung geeigneter Apparate einen gewissen Grad von Vollkommenheit erreicht hat, bleibt die Bestimmung der Wetterbeständigkeit erheblich hinter den berechtigten Anforderungen zurück. Im Wesentlichen beschränkt man sich hierbei auf folgende Untersuchungen: 1) Bestimmung der Wasseraufnahme; 2) Auslaugung durch Salzsäure; 3) Krystallisationsversuch mit Natriumsulfat. Wenn die Feststellung der Wasseraufnahme stets als ein wesentlicher Theil der betreffenden Untersuchung zu betrachten sein wird, so gestattet das gewonnene Resultat doch keineswegs einen direkten Schluſs auf die Wetterbeständigkeit des Materials. Jedem Techniker ist es bekannt, daſs eine groſse Zahl poröser Gesteine nichtsdestoweniger als sehr widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse sich erweist. Erst unter Berücksichtigung aller übrigen Eigenschaften des Gesteins wird in jedem einzelnen Falle der Einfluſs festzustellen sein, welchen die Porosität auf die Wetterbeständigkeit des Materials auszuüben vermag. Der Krystallisationsversuch mit Natriumsulfat soll nach dem Vorschlage von Brard dazu bestimmt sein, das Gefrieren des Wassers in den Poren nachzuahmen. Thatsächlich ist dieser Versuch völlig bedeutungslos, denn während das Wasser beim Gefrieren durch Volumenvergröſserung wirkt, nimmt das krystallisirte Glaubersalz einen kleineren Raum ein als seine Auflösung in Wasser. Hier wird also nur das wirkliche und häufiger wiederholte Gefrierenlassen des imprägnirten Wassers einen maſsgebenden Anhalt gewähren können, und die in neuerer Zeit auch in kleinerem Maſsstabe ausgeführten Eismaschinen dürften wohl geeignet sein, diese Versuche zu erleichtern. Was endlich die Behandlung mit Salzsäure betrifft, so werden fast alle Gesteine dabei mehr oder weniger angegriffen, am meisten die sedimentären Felsarten, wie namentlich die Sandsteine und Thonschiefer. Die Auslaugungsfähigkeit an sich vermag deshalb einen direkten Anhalt für die Feststellung der Wetterbeständigkeit nicht zu gewähren. Ein Kalk- oder Mergelsandstein kann ein recht wetterbeständiges Gestein darstellen, trotzdem dasselbe unter der Einwirkung von Salzsäure vollständig zerstört wird. Erst wenn reichlich Eisenkies oder andere derartige zersetzbare Mineralien als Imprägnation darin vorkommen, wird das Gestein der Einwirkung der Witterung nicht widerstehen können. Nicht auf die Auslaugungsfähigkeit des Gesteins durch Salzsäure, sondern auf die chemische Zusammensetzung des ausgelaugten Bestandtheiles wird deshalb das Augenmerk bei derartigen Untersuchungen zu richten sein, und da es zur Zeit an jeglichen Vorarbeiten für die Beurtheilung der einschlägigen Fragen fehlt, so erscheint es erforderlich, zunächst eine gröſsere Anzahl natürlicher Gesteine auf ihre chemische Zusammensetzung und zwar besonders auf die des in Salzsäure löslichen Bestandtheiles zu prüfen und die gewonnenen Resultate mit den Erfahrungen zu vergleichen, welche hinsichtlich der Wetterbeständigkeit jener Materialien bekannt geworden sind. Erst wenn auf diese Weise die Abhängigkeit der Wetterbeständigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Gesteines erfahrungsgemäſs festgestellt ist, wird es gelingen, eine allen wissenschaftlichen Anforderungen entsprechende, praktische Untersuchungsmethode aufzustellen. Als ein Beitrag zu jenen Vorarbeiten mögen die nachfolgenden Sandsteinanalysen dienen, welche ich unter Berücksichtigung des gedachten Zweckes ausgeführt habe. Bekanntlich bestehen die Sandsteine im Wesentlichen aus Quarzkörnchen, die durch ein Bindemittel von mannigfacher Zusammensetzung cementirt sein können. Bestimmend für die Wetterbeständigkeit dieser Gesteine ist daher vor allem die chemische Natur des Bindemittels, dessen Zusammensetzung deshalb bei der Analyse besonders berücksichtig worden ist. Folgende Methode ist hierbei zur Anwendung gekommen: Von jedem Sandstein wurden auſser den Controlanalysen zwei verschieden Analysen ausgeführt: eine Analyse des Gesammtsteins und eine solche des in Salzsäure löslichen Bestandtheils. 1) Gesammtanalyse. Die staubfein gepulverte Substanz wurde in gröſserer Menge, zu 3g, abgewogen, da viele Bestandtheile nur in sehr geringer Meng vorhanden sind, und darauf mit reiner, unkrystallisirter Soda geschmolzen. In der salzsauren Lösung der Schmelze wurde zuerst die Kies säure durch mehrmaliges Eindampfen bestimmt und in dem von Kieselsäure befreiten Filtrat die löslichen Bestandtheile. 2) Analyse des in Salzsäure löslichen Theiles. Ungefähr 40g des staubfeinen Materials wurden mit rauchen Salzsäure gekocht und mehrmals eingedampft, der Rückstand auf gewogenem und getrocknetem Filter bestimmt, die löslichen Substanzen im Filtrat. Zur Bestimmung von Chlor und Phosphorsäure wurde die Soda schmelze des Minerals in Salpetersäure aufgelöst, mehrere Male zur Trockne gedampft und in der von der Kieselsäure befreiten Auflösung Chlor und Phosphorsäure bestimmt. Die Bestimmung der löslichen Kieselsäure geschah durch ein halbstündiges Kochen der feingepulverten Substanz mit einem groſsen Ueberschuſs an Salzsäure, worauf schnell in der Hitze filtrirt und durch mehrmaliges Eindampfen des Filtrats mit HCl die lösliche SiO2 bestimmt wurde. Die Bestimmung des Eisenoxyduls geschah durch Kochen der pulverigen Substanz in einem Kolben mit Bunsen'schem Ventil und Titriren mit KMnO4. Bei den folgenden Analysenresultaten ist der Procentgehalt der verschiedenen Substanzen in dem in Salzsäure löslichen Theil auf das Gewicht der in Salzsäure löslichen Menge der Substanz berechnet. Auſserdem sind die Bestandtheile des löslichen Theiles auch auf den Gesammtstein berechnet, was, von dem Procentgehalt des Gesammtsteins abgezogen, die Zusammensetzung des Rückstandes gab. Von jedem Sandstein wurden zur Controle drei Analysen ausgeführt. Chemische Analysen der Sandsteine. I. Gelber Sandstein von Alt-Warthau. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOCO2P2O5MnOClSO3AlkalienH2O bei 120° C.Glühverlust Proc.  96,663  0,24    0,925    1,108    0,134  0,12  0,18    0,029Spur–Spur    0,295    0,236  0,29    0,464 Proc.–  17,158–  22,749    2,991    7,895    2,631    2,105Spur–Spur    5,421  14,008  25,185– Proc.–0,24–  0,305  0,0420,11  0,037  0,029Spur–Spur  0,076  0,2360,29– Proc.96,663–  0,925  0,803  0,0920,01  0,143––––  0,219––  0,464 Summa 100,684 100,243   1,365 99,319 100,684 Proc. II. Weiſser Sandstein von Alt-Warthau. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5AlkalienClSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.  98,206    0,257    0,365    0,272    0,045    0,102  0,22–    0,009–    0,068    0,132    0,299  0,11    0,472 Proc.–      4,417–  14,75    2,92    16,102      2,409–      1,606–    11,887    22,747    22,056      2,497– Proc.–  0,257–  0,086  0,017  0,093  0,014–  0,009–  0,068  0,132  0,1280,11– Proc.98,206–  0,365  0,186  0,028–  0,206–––––  0,171–  0,472 Summa 100,557   101,391   0,914 99,443 100,557 Proc. III. Graugelber Sandstein von Alt-Warthau. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5AlkalienClSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.94,07  0,17  2,29–  0,13    0,223  0,38–  0,01–    0,042–    0,524    0,1070,8 Proc.–    32,102––    15,374      5,096     2,547–    2,003–    8,051–  13,559  20,408– Proc.–  0,17–    0,085    0,027    0,013–  0,01–    0,043–    0,072    0,1070,8– Proc.94,07–  2,29–    0,045    0,196  0,25–––––  0,452–– Summa   98,746 99,14     0,527 98,219 98,746 Proc. IV. Heuscheuer Sandstein von Cudowa. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOCO2P2O5MnOClSO3AlkalienH2O bei 120° C.Glühverlust Proc.  98,302    0,108    0,419    0,266    0,048  0,03    0,112    0,058Spur–Spur    0,246–    0,096    0,408 Proc.–  20,632–  16,235    3,607    5,555  14,195  11,041Spur–Spur  26,746–    2,863– Proc.–  0,108–  0,085  0,019  0,029  0,074  0,058Spur–Spur0,19–  0,096– Proc.98,302–  0,419  0,183  0,029–  0,038––––0,056––0,408 Summa 100,093 100,874   0,659 99,334 100,093 Proc. V. Weiſser Sandstein von Rackwitz. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5ClAlkalienSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.96,94–    1,256    0,437    0,059Spur    0,048–    0,028SpurSpur–    0,697  0,06  0,62 Proc.–––  17,251    2,694Spur8,31–6,09SpurSpur–  58,172    8,157– Proc.–––  0,437  0,011Spur0,04–  0,028SpurSpur–  0,3030,06– Proc.96,94–    1,256–    0,048–    0,008–––––    0,394–  0,62 Summa 100,145 100,674   0,879 99,52 100,093 Proc. VI. Heller Sandstein von Cotta. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5ClAlkalienSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.92,447  0,221  3,544  0,338  0,115  0,473  0,576–Spur  0,016––  0,326 0,407  1,152 Proc.–    6,565–  16,015    8,008    2,535Spur–Spur    0,671––  12,68453,21 Proc.–  0,221–0,34  0,1140,07Spur–Spur  0,016––  0,312  1,559 Proc.92,447–  3,544––  0,403  0,576–––––  0,014–– Summa 99,615   98,688   2,632 96,984 99,615 Proc. VII. Gelber Sandstein von Cotta. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5ClAlkalienSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.91,09–    4,494    1,056    0,152    0,209    0,234–    0,066    0,149Spur–    0,189    0,475    1,384 Proc.–––  45,357    7,689    1,924    3,596–    2,877    6,475Spur–    4,316  28,637 Proc.–––  1,0590,16  0,044  0,083–  0,066  0,149Spur–  0,103 1,859 Proc.91,09–    4,494––    0,165    0,151–––––    0,086–– Summa   99,498 100,871   3,523   95,986 99,498 Proc. VIII. Grauer Sandstein von Postelwitz. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5ClAlkalienSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.  97,006–    0,804    0,998    0,073    0,016    0,513Spur    0,034SpurSpur    0,082  0,13    0,085    0,285 Proc.–––42,393  3,475  3,64310,118Spur8,09SpurSpur20,569Spur11,054 Proc.–––0,26  0,021  0,016  0,042Spur  0,034SpurSpur  0,082Spur0,36 Proc.97,006–  0,8040,7380,052–  0,471–––––0,13–– Summa 100,026 99,342   0,815 99,201 100,026 Proc. IX. Grüner Sandstein von Baierfeld. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5ClAlkalienSO2H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.  97,006  73,203  13,208    0,076    1,665    1,233    0,742  0,36    0,042    0,067–Spur  0,58    1,279  2,04 Proc.––26,62211,427  0,66613,9275,51  0,441  3,705  0,352  0,569–Spur  1,21334,396 Proc.–    5,988  1,48    0,076    1,595    0,652    0,0520,4    0,042    0,067–Spur    0,143    1,279– Proc.73,203–11,888–0,07  0,5810,69–––––  0,437–2,04 Summa 100,483 98,828   11,774 88,709 100,483 Proc. X. Rother Sandstein von Dornberg. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOCO2P2O5MnOClSO3AlkalienH2O bei 120° C.Glühverlust Proc.80,947–  4,013  4,815  1,235  2,215  0,267  0,206  0,351–  0,033  0,491  2,504  0,376  1,455 Proc.––1,7228,454  9,812Spur5,784,32  6,807–  0,766  3,24619,00220,054– Proc.––  0,8381,35  0,465Spur  0,257  0,206  0,351–  0,033  0,1551,15  0,376– Proc.80,947–  3,175  3,4651,17  2,2150,01––––  0,346  1,354–  1,455 Summa 98,908 99,961   5,181 93,727 98,908 Proc. XI. Rother Sandstein von Annweiler. Bestandtheile Gesammt-analyse Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gewichtdes gelösten Analyse des inHCl löslichenBestandtheiles,berechnet aufdas Gesammt-gewicht Rückstand unlösliche SiO2lösliche SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOMnOCO2P2O5AlkalienClSO3H2O bei 120° C.Glühverlust Proc.87,22    0,188    8,386    0,005  0,74–    0,705Spur  0,62    0,164––  0,12  0,26  1,25 Proc.–  5,55133,953  0,21715,809–19,656Spur15,337  4,058––  3,1732,21– Proc.–  0,188  1,374  0,005  0,639–0,71Spur0,62  0,164––  1,1190,26– Proc.87,22–    7,012–    0,101–––––––––  1,25 Summa   99,658 99,964   4,079   95,583 99,658 Proc. Aus den vorstehenden Analysen ersieht man die chemische Zusammensetzung des Gesammtsteins, seines in Salzsäure löslichen Bestandtheiles und des Rückstandes. Bestimmte Gesetze für die Wetterbeständigkeit lassen sich nach den Analysen allein aber nicht aufbauen: es müssen mit denselben auch die praktischen Erfahrungen verglichen werden, die mit den betreffenden Steinen gemacht worden sind. So ist z.B. der gelbe Rackwitzer Sandstein, aus dem ein Theil der Technischen Hochschule in Charlottenburg aufgebaut ist, an vielen Stellen auf der Oberfläche ganz verwittert und es lösen sich Schichten wie Papier von dem Steine ab. Worin ist nun die Ursache für diese Erscheinung zu suchen? Betrachten wir die chemische Analyse, so fällt es sogleich auf, daſs in dem Stein viel Schwefelsäure und Thonerde vorhanden sind. Traſs und Mörtel, welche beim Zusammenfügen der Steine zwischen die Fugen gegossen worden sind, enthalten aber eine beträchtliche Menge, bis zu 4 Proc., Alkalien. Der poröse Stein saugt das alkalihaltige Wasser in sich auf und die Alkalien verbinden sich mit der Schwefelsäure des Steines, die an Eisen gebunden ist, bei der Auslaugung aber zum Theil frei wird, zu Kalium- und Natriumsulfat, die ihrerseits die Thonerde des Bindemittels heftig angreifen, wodurch das Abbröckeln der Oberfläche bewirkt wird. Es ist derselbe Prozeſs, der bei der Brard'schen Probe vor sich geht, denn das krystallisirende Glaubersalz sprengt nicht den Stein, sondern es zerstört die Thonerde desselben. Hieraus ersieht man also, daſs es auch nothwendig ist, beim Bau einen Traſs oder Mörtel anzuwenden, der dem Bindemittel des Sandsteins nicht gefährlich wird. Auf diese Weise wird man dazu gelangen, aus der chemischen Zusammensetzung des Steines auf seine Beständigkeit Schlüsse zu ziehen und auf dieselben bestimmende Gesetze aufzubauen. Den Herren Professoren Dr. Hirschwaldt, Dr. Rüdorff und H. Koch, sowie den Herren Dr. von Knorre und Dr. A. Müller sage ich für die mir gewährte Hilfe meinen besten Dank, ebenso auch den Hoflieferanten Herren P. Wimmel und Co. für das mir bereitwilligst zur Verfügung gesellte Material zur Analyse.