Baukalk ist ein Sammelbegriff für im Bauwesen verwendete Baustoffe aus Kalkstein. Baukalk ist ein sehr alter Baustoff und wurde schon in der Antike verarbeitet. Heutzutage werden Baukalke im Bauwesen hauptsächlich als mineralisches Bindemittel verwendet. Sie dienen der Herstellung von Kalkmörtel, welcher als Mauer- und Putzmörtel eingesetzt wird. Im Bereich der Baugrundverbesserung kann Baukalk zur Bodenverfestigung verwendet werden. Des Weiteren ist Baukalk in Form von Kalksteinmehl in den Zementarten Portlandkalksteinzement und gegebenenfalls Portlandkompositzement vorhanden. Durch den Kalksteinmehlanteil kommt es zu einer schnelleren Erhärtung und höheren Frühfestigkeit im Vergleich zu normalem Portlandzement.
Reiner Kalkmörtel besitzt bei gleichen Mischungsverhältnissen im erhärteten Zustand eine erheblich geringere Festigkeit als Zementmörtel. Jedoch lässt er sich vergleichsweise besser verarbeiten. Kalkputz hat eine gute Wasserdampfdurchlässigkeit und wird daher üblicherweise in Innenräumen verwendet.
Beim Umgang mit Baukalken ist zu beachten, dass diese Baustoffe stark alkalisch wirken und zur Verätzung von Haut und Schleimhäuten führen können. Die Reaktion beim „Löschen“ (Mischen mit Wasser) des Branntkalks verläuft exotherm und setzt viel Wärme frei.
Um die Eigenschaften und Verarbeitbarkeit anzupassen, werden Luftkalkmörtel (die nicht durch Schlagregen beansprucht werden) häufig mit Gips gemischt. Mischungen von hydraulischen Kalken mit Gips können hingegen zum Treiben, also zum Aufbrechen des Mörtels durch Volumenzunahme führen.
Herstellung und Abbinden mini|Alter Kalkofen im Wienerwald mini|hochkant|Überreste eines Kalkbrennofens bei Limone sul Garda (Italien)
Es wird unterschieden zwischen Luftkalken, die nur an der Luft erhärten, und Kalk mit hydraulischen Eigenschaften (Wasserkalk). Luftkalk wird aus Kalkstein (CaCO3) oder Dolomitgestein (CaCO3 . MgCO3) gewonnen. Ein aus Kalkstein hergestellter Kalk wird Weißkalk genannt, ein aus Dolomitgestein hergestellter Dolomitkalk. Natürliche hydraulische Kalke werden aus Kalkmergel hergestellt. Sie enthalten neben der unhydraulischen Base Kalk die sogenannte Hydraulefaktoren Kieselsäure (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3). Nach dem Abbau der Rohmaterialien werden diese gebrochen und gemahlen. Anschließend wird das Material in einem Schachtofen bei Temperaturen von 900 °C bis 1200 °C gebrannt. Beim Brennen zersetzt sich der Kalkstein (CaCO3) in Kohlenstoffdioxid (CO2) und Calciumoxid (CaO), sogenannten Branntkalk. Beim Brennen von mergelhaltigem Kalkstein bilden sich zusätzlich aus dem Calciumoxid und den Hydraulefaktoren sogenannte Klinkermineralien (Tricalciumaluminat, Dicaliumsilicat und Tetracalciumaluminatferrit).
Brennprozess (über 900 °C):
Branntkalk wird als ungelöschter Kalk in Form von Stückkalk oder Feinkalk verkauft. Er muss vor dem Verarbeiten noch gelöscht werden. Zum Löschen wird dem Calciumoxid Wasser beigegeben, wodurch es sich in Calciumhydroxid (Ca(OH)2), sogenanntes Kalkhydrat (auch Löschkalk), umwandelt und bei der Reaktion große Mengen Wärme abgibt. Wird genau so viel Wasser zugegeben, wie für die Umwandlung stöchiometrisch nötig ist, spricht man vom Trockenlöschen. Nasslöschen ist hingegen eine Zugabe von mehr Wasser als stöchiometrisch nötig.
Löschprozess:
Dieser Herstellvorgang ist Teil des technischen Kalkkreislaufes. Die Wiedererhärtung des Baukalks findet statt, wenn sich das Kalkhydrat (Ca(OH)2) unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Abgabe von Wasser (siehe „Trockenwohnen“) zu Calciumcarbonat (Kalkstein) verbindet. Damit schließt sich der Kreislauf. Die Auslösung dieser Reaktion benötigt die Anwesenheit von Wasser. Daher kann Kalkhydrat auch in Papiersäcken gelagert werden, ohne zu erhärten.
Erhärtung (vereinfacht):
Abbindevorgang
Ein Kalkmörtel erhärtet durch Karbonatisierung. Diese exotherme Reaktion benötigt Wasser, welches zunächst in Form von zugefügtem Anmachwasser und später in Form von Wasserdampf in der Luft vorhanden ist. Das Wasser bildet zusammen mit Kohlendioxid aus der Luft Kohlensäure (H2CO3), die sich an die Kalkbase bindet und dabei Wasser abspaltet. Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:
Durch das langsame Abbinden von Luftkalkmörtel kann sich eine besondere mikrokristalline Struktur ausbilden. Ein auf stark saugendem Grund aufgetragener oder direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzter Kalkputz kann „aufbrennen“, das heißt, er trocknet aus, bevor er ausreichend abgebunden hat. Auch härtet Kalk nur bei Temperaturen von über 5 °C (Kalkanstriche bei über 10 °C) sauber aus und „erfriert“ bei Frost. In beiden Fällen bilden sich lose Kristalle ohne Verbund, so dass der Putz kreidet oder bröselt. Des Weiteren kann ein Wasserüberschuss im Mörtel verzögernd auf die Reaktion wirken. Ein weiteres Problem entsteht, wenn ein diffusionsdichter Anstrich zu frühzeitig auf die Mörtelschicht aufgetragen wird. Für die Reaktion fehlt dann die Zufuhr von CO2 und der Vorgang kann zum Erliegen kommen.
Wird die CO2-Konzentration in der Luft hingegen erhöht, beispielsweise durch die Aufstellung von Koksöfen, so beschleunigt sich die Erhärtung des Kalks. Dazu kommt, dass eine warme Umgebung ebenfalls eine Beschleunigung der Erhärtungsreaktion mit sich zieht.
Die Festigkeit von Luftkalkmörteln steigt in den ersten Jahren noch leicht an, weil die Carbonatisierung in der Regel sehr langsam verläuft.
Mit den technischen Bezeichnungen der Materialien zeigt sich der Kalkkreislauf in folgender Form: mini|zentriert|600px|Der technische Kalkkreislauf
Geschichte Die Verwendung von Kalk zur Herstellung von Gebäuden ist seit dem 7. Jahrhundert v. Chr. belegt. Die Römer erhöhten die Festigkeit und Wasserbeständigkeit der Kalkmörtel durch den Zusatz von natürlichen und künstlichen Puzzolanen, wie etwa Schlacke aus der Eisenverhüttung.B. Joschko, S. Haas, M. Ivanov, D. Klein, S. Kuhnt, B. Middendorf, S.-O. Schmidt: Forschungsbericht Nr. 2/13 - Einfluss der Zusammensetzung Formulierter Kalke (FL) auf die Mörteleigenschaften - Bildung eines Korrelationsmodells zur Mischungsoptimierung, IGF-Vorhaben AiF 16855 N der Forschungsgemeinschaft/Forschungsvereinigung Kalk und Mörtel e. V. und der TU Dortmund, Februar 2013
Eigenschaften Luftkalkmörtel sind deutlich elastischer als hydraulische Kalkmörtel sowie Zementmörtel und neigen darum weniger zur Rissbildung und zum flächigen Ablösen vom Untergrund (Schalenbildung), wenn etwa Wärmespannungen oder Setzungen auftreten oder der Untergrund abhängig vom Feuchtegehalt quillt oder schwindet.
Kalkmörtel sind besser zu verarbeiten und besitzen ein höheres Wasserrückhaltevermögen als Zementmörtel.
Reiner Luftkalkmörtel wurde in der gewerblichen Anwendung weitgehend von Mörteln mit Zusätzen von hydraulischen Kalken, Zement oder Kunstharzen verdrängt, da Luftkalk lange feucht gehalten werden muss, die Festigkeit sich nur sehr langsam entwickelt und der Mörtel nur erhärtet, wenn der Zutritt von Kohlendioxid gewährleistet ist, so dass Mörtel im Inneren von dicken Mauern oft nach Jahren noch nicht abgebunden hat. Außerdem erreichen hydraulische Kalke auch frühzeitiger eine Wetterbeständigkeit.
Formen und Benennung des Kalks Branntkalk wurde früher üblicherweise in Brockenform geliefert (Stückkalk) und auf der Baustelle nass gelöscht, um Kalkbrei zu erhalten, der dann mit Sand vermischt wurde. Teilweise wurde dem Stückkalk zur Mörtelherstellung schon vor dem Löschen Sand beigemengt, was zu besseren Mörteleigenschaften führen sollte und die starke Lösch-Reaktion etwas abmildert.
Als Wasserkalk wurden früher schwach hydraulische Kalke bezeichnet, welche unterhalb von 1250 °C aus tonhaltigem Kalkstein (Kalkmergel) gebrannt wurden. Sie erhärten sowohl durch Carbonatisierung als auch durch Hydratation.Baustoff-Skript (PDF; 568 kB) der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur, Leipzig
Hydraulische Kalke enthalten zusätzlich zum Calciumhydroxid sogenannte Hydraulefaktoren, etwa Silikate (z. B. SiO2), Aluminate (z. B. Al2O3) und Eisenoxide (z. B. Fe2O3), aus denen sich Calciumsilikate und Calciumaluminate bilden. Der hydraulische Anteil der Bindemittel kann auch unter Wasser aushärten, da kein Zutritt von Kohlendioxid notwendig ist.
Um ein hydraulisch härtendes Bindemittel zu erhalten, kann Kalk auch mit Zement oder mit latent hydraulischen Zusätzen wie Metakaolin, Ziegelmehl, Hüttensand und Puzzolanen (Trasskalke, Vulkanasche oder Flugasche) vermischt werden. Die Herstellungsweise von hydraulischem Baukalk aus Kalkstein und Vulkanerde (Tuff) ist schon seit der Antike bekannt.
Sumpfkalk versus Kalkhydrat
Der Unterschied zwischen Sumpfkalk und Kalkhydrat ist das verwendete Löschverfahren und der Aggregatzustand. Kalkhydrat (gelöschter Kalk) wird durch Trockenlöschung mit Wasserdampf hergestellt. Dabei wird nur so viel Wasser verwendet, wie der ungelöschte Kalk aufnehmen kann, sodass das resultierende Kalkhydrat ein Pulver ist. Sumpfkalk hingegen entsteht durch eine Nasslöschung mit stöchiometrisch überproportional viel Wasser. Das Resultat, der Sumpfkalk, ist eine breiige Masse.
Die Eigenschaften (z. B. Plastizität) verbessern sich mit der Zeitdauer des „Einsumpfens“ (Sumpfkalk, Fettkalk), was besonders wichtig ist, wenn der Kalk als Kalkfarbe verwendet werden soll. Zu kurz gelagerter Sumpfkalk kann noch ungelöschte Partikel enthalten, die später nachlöschen. Das ist problematisch, weil mit dem Löschen eine Volumenvergrößerung von circa 70 % einhergeht und die Partikel somit eine sprengende Wirkung entfachen können (Kalktreiben).
Traditionell wurde Kalk mehrere Monate bis mehrere Jahre vor Gebrauch als Sumpfkalk gelagert. Eingesumpft wurde früher in Kalkgruben, die fast jeder Bauernhof besaß. Auch auf Baustellen war es üblich, vor der Aufnahme der Arbeiten zunächst den Kalk einzusumpfen. Der Kalkbrei sollte während des Einsumpfens stets unter einer Wasserschicht lagern, um nicht mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft zu reagieren. Manche Hersteller von Branntkalk machen Vorgaben zur empfohlenen Einsumpfdauer.
Zur Verwendung von trocken gelöschtem Kalkhydrat in Pulverform als Malmittel genügt bereits eine eintägige Lagerung unter Wasser. Danach tritt offenbar keine weitere Veränderung mehr ein.Kalkmörtel, von Elert, K.; Cazalla, O.; Rodriguez. C.; Hansen, E.; Sebastian, E.; Quelle: Restauro, 2002.
Zur Mörtelherstellung werden heute überwiegend pulverförmige, mit Wasserdampf in Löschtrommeln „trocken“ gelöschte Kalke (Kalkhydrat) verwendet und meist ohne vorheriges Einsumpfen angerührt. Nassgelöschter Sumpfkalk wird in Ausnahmen für Putze oder Anstriche eingesetzt.
Nomenklatur nach DIN In Deutschland wird gemäß der Kalknorm DIN EN 459-1 (zuvor DIN 1060) bei den genormten Baukalken grundsätzlich zwischen Luftkalk und Kalk mit hydraulischen Eigenschaften unterschieden.
Luftkalke werden weiterhin unterschieden in Weißkalk (Kurzzeichen CL) und Dolomitkalk (Kurzzeichen DL). In der normgerechten Bezeichnung eines Luftkalks folgt auf das Kurzzeichen eine Zahl. Bei Weißkalk gibt diese Zahl den Gesamtgehalt an Calciumoxid (CaO) und Magnesiumoxid (MgO) an. In der Norm gibt es die Weißkalke CL 90, CL 80 und CL 70.
Darüber hinaus gibt es eine Klassifizierung nach ihrer Lieferform als ungelöschte Kalke (Q), Kalkhydrate (S), Kalkteig (S PL) oder Kalkmilch (S ML).
Von Dolomitkalk gibt es die Arten , , , . Wie beim Weißkalk gibt die erste Zahl den Gesamtgehalt an CaO und MgO an. Die zweite Zahl gibt den Mindestgehalt an Magnesiumoxid (MgO) an. Ferner wird Dolomitkalk nach Lieferform in ungelöschten Kalk (Q) oder Kalkhydrat (S) klassifiziert. Halbgelöschtes Dolomitkalkhydrat wird als (S1) klassifiziert.