Baukalk

Baukalk ist ein Bindemittel, das im Bauwesen als Baustoff verwendet wird. Es dient zur Herstellung von Kalkmörtel, der als Mauer- und Putzmörtel eingesetzt wird. Im Bereich der Baugrundverbesserung kann Baukalk zur Bodenverfestigung verwendet werden. Des Weiteren wird er bestimmten Zementsorten beigegeben, um deren Eigenschaften zu verändern. Reiner Kalkmörtel besitzt bei gleichen Mischungsverhältnissen im erhärteten Zustand eine erheblich geringere Festigkeit als Zementmörtel. (Zum Vergleich: Druckfestigkeit von Luftkalkmörtel 1 N/mm², von hydraulischem Kalkmörtel (Wasserkalkmörtel) 5 N/mm², von C-25-Zementmörtel 25 N/mm²)

Beim Umgang mit Baukalken ist zu beachten, dass diese Baustoffe stark alkalisch wirken und zu Verätzungen der Haut führen können.
Kalk kann zur Erblindung führen, wenn er in die Augen gerät. Besondere Vorsicht ist im Umgang mit Branntkalk bzw. ungelöschtem Kalk (CaO) geboten, da dieser bei der Zugabe von Wasser, dem sog. "Löschen", eine besonders hohe Hitze freisetzt und heftig reagieren kann.

Herstellung

Alter Kalkofen im Wienerwald

Überrreste eine Kalkbrennofens bei Limone sul Garda (Italien)

Luftkalk wird aus Kalkstein (Calciumcarbonat) gewonnen, der bei ca. 900 °C gebrannt (Calciumoxid, 'Branntkalk') und anschließend gelöscht ('Löschkalk') wird. Beim Brennen entweicht das Kohlenstoffdioxid und man erhält Calciumoxid. Zum Löschen wird dem Calciumoxid Wasser beigegeben, wodurch es sich in Calciumhydroxid umwandelt und dabei große Mengen Wärme abgibt. Dieser Herstellvorgang ist Teil des technischen Kalkkreislaufes – die Wiedererhärtung des Baukalks findet statt, wenn sich das Calciumhydroxid anschließend erneut unter Wasserabgabe (siehe „Trockenwohnen“) mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft zu Calciumcarbonat verbindet.

Formen und Benennung des Kalks

Branntkalk wurde früher üblicherweise in Brockenform geliefert (Stückkalk) und auf der Baustelle 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 soll und wohl die heftige Lösch-Reaktion etwas abmildert.

Die Eigenschaften des gelöschten Kalks verbessern sich mit der Zeitdauer des „Einsumpfens“ (Sumpfkalk, Fettkalk), was besonders wichtig ist, wenn der Kalk nicht zur Herstellung von Mörtel, sondern als Kalkfarbe verwendet werden soll. Dieses geschah früher in Kalkgruben, die vielerorts vorhanden waren. Der Kalkbrei muss während des Einsumpfens immer unter einer Wasserschicht lagern. Sonst würde der Kalk beginnen, mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft zu reagieren.
Zur Mörtelherstellung werden heute inzwischen überwiegend pulvrige, mit Wasserdampf „trocken“ gelöschte Kalke (Kalkhydrat) verwendet.
Je nach Reinheit der Kalke spricht man von Weißkalk oder Graukalk bzw. Schwarzkalk, letzterer hat Anteile an Kohlenstoffen, was zu besserer Durchhärtung führt. Dolomitkalk ist aus Dolomit gebrannt, und zwar Hochweiß, aber magnesiahaltig.

Reine Kalkbrände werden Luftkalk genannt. Sie können nur in feuchter Umgebung unter gleichzeitiger Luftzufuhr erhärten, da das Kohlendioxid aus der Luft mit Wasser Kohlensäure bildet, welche zur Carbonatisierung des Calciumhydroxids gebraucht wird.

Hydraulisch härtende Bindemittel sind meist härter als Luftkalke.

Mit Wasserkalk wurden früher schwach hydraulische härtende Kalke bezeichnet, welche unterhalb von 1250 °C aus tonhaltigem Kalkstein (Kalkmergel) gebrannt wurden. Sie erhärten durch Carbonatisierung und durch Hydratation .

Hydraulische Kalke sind Mischungen von Calciumhydroxid mit sogenannten Hydraulefaktoren, wie etwa Calciumsilikate und Calciumaluminaten. Der hydraulische Anteil der Bindemittel kann auch unter Wasser aushärten, da kein Zutritt von Kohlendioxid notwendig ist. Stattdessen ermöglichen reaktionsfähige Oxide wie Silikate (z. B. SiO₂), Aluminate (z. B. Al₂O₃) und Eisenoxide (z. B. Fe₂O₃) die Erhärtung durch Hydratation. Um ein hydraulisch härtendes Bindemittel zu erhalten wird Kalk beispielsweise mit Zement (hydraulisch), Ziegelmehl, Hüttensand (latent hydraulisch) oder Puzzolanen (Trasskalke, Vulkanasche oder Flugasche) gemischt. Die Herstellungsweise von hydraulischem Baukalk aus Kalkstein und Vulkanerde ist schon seit der Antike bekannt.

Nomenklatur nach DIN

In Deutschland wird gemäß Norm bei Baukalken grundsätzlich zwischen Luftkalk und hydraulischem Kalk unterschieden. Luftkalke werden weiterhin unterschieden in Weißkalk (Kurzzeichen CL) und Dolomitkalk (Kurzzeichen DL).

Zu den hydraulischen Kalken (Kurzzeichen HL) kommt noch die Untergruppe der natürlichen hydraulischen Kalke (Kurzzeichen NHL) hinzu. Im Fall einer Beimengung des hydraulischen Stoffes Puzzolan erhält das Material die Bezeichnung natürlicher hydraulischer Kalk mit puzzolanischen Zusätzen (Kurzzeichen NHL-Z).

Sumpfkalk versus Kalkhydrat

Traditionell wurde Kalk bis zu 3 Jahre vor Gebrauch als Sumpfkalk gelagert. Heute soll gelöschter Kalk wenigstens einige Wochen, besser aber Monate einsumpfen. Zu kurz gelagerter Sumpfkalk kann noch ungelöschte Partikel enthalten, welche sich bei der Verarbeitung zu Putzmörtel oder Kalkfarbe bemerkbar machen.

Durch das Einsumpfen verbessert sich die Plastizität des Kalkbreis. Ursächlich hierfür ist wohl die veränderte Morphologie und die Größe der Calciumhydroxid-Kristalle.

Bei trocken gelöschtem Kalkhydrat in Pulverform hingegen genügt eine eintägige Lagerung unter Wasser. Danach tritt keine offenbar weitere Veränderung mehr ein .

Ein Chemiebuch erklärt die Vorgänge so: "Beim Ablöschen von Brandkalksteinen mit Wasser entsteht Kalziumhydroxid, welches in Form eines Hydrogels vorliegt, weswegen wesentlich mehr Wasser zum Löschen benötigt wird, als sich aus dem stöchiometrischen Verhältnis ergibt.
Dieses Hydrogel bewirkt, dass das Hydroxid wesentlich reaktiver ist, als das kristalline Hydroxid, was durch Eindampfen von Kalkwasser entsteht. Das gleiche Hydroxid entsteht wohl auch beim Löschen von Brandkalk mit Wasserdampf zwecks Herstellung von Weißkalkhydrat.

Weißkalkhydrat bildet durch vorheriges Einweichen kein Hydrogel, aber die Aufschlemmung wird verbessert."

Verwendung

Abbindevorgang

Beim Luftkalkmörtel ist ein langsames Abbinden von besonderer Bedeutung, damit sich eine saubere mikrokristalline Struktur ausbilden kann. Ein auf stark saugendem Grund aufgetragener oder direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzter Kalkputz kann „aufbrennen“, d.h. er trocknet aus, bevor er ausreichend abgebunden hat. Auch härtet Kalk nur bei Temperaturen von über 4 °C sauber aus und „erfriert“ bei Frost. In beiden Fällen bilden sich lose Kristalle ohne Verbund, so dass der Putz kreidet oder bröselt.
Luftkalkmörtel ist elastischer als andere Mörtel und kann leichte Bewegungen im Untergrund, die beispielsweise durch Wärmespannungen, durch das Quellen und Schwinden bei Nässeeinwirkung oder Setzungserscheinungen hervorgerufen werden, bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, ohne zu reißen.
Die Festigkeit von Luftkalkmörteln steigt in den ersten Jahren noch leicht an.
Da Kalk geringfügig in Wasser löslich ist, lagert sich das Bindemittel in von Regen beaufschlagten Putzfassaden langsam um, so dass feine Risse im Putz über lange Zeiträume hinweg wieder "zuwachsen" können.
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.

Mit den technischen Bezeichnungen der Materialien zeigt sich der Kalkkreislauf in folgender Form:

Der technische Kalkkreislauf

Baukalkprodukte

Je nach Menge der Wassergabe spricht man von Kalkfarbe, Kalkmilch oder Kalkschlämme; diese werden als weiße Farbe zum Kalken von Wänden verwendet.

Gibt man zum Fettkalk, Kalkhydrat oder Hydraulkalk Sand und gegebenenfalls Kies (Gesteinskörnung), erhält man Kalkmörtel, einen der ältesten Baustoffe überhaupt.
Löschkalk verbindet die Sandkörner und festigt die Masse, der billige Sand sorgt für die nötige Druckfestigkeit und reduziert die Menge des benötigten Kalks. Brechsand aus Kalkstein ist weniger druckfest als Quarzsand, doch kristallisiert der Kalk direkt an der Zuschlagoberfläche aus und verklebt nicht nur mechanisch mit dem Zuschlag.

Normen und Standards

• DIN VEN 459-1 – Baukalk
• DIN 1060 -1

Einzelnachweise