„Baukalk“ – Versionsunterschied
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'''Baukalk''' ist ein Sammelbegriff für im Bauwesen verwendete [[Baustoff]]e 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 [[Mauermörtel|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 [[Zement]]arten Portlandkalksteinzement und
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 [[Base (Chemie)|alkalisch]] wirken und
Um die Eigenschaften und Verarbeitbarkeit anzupassen, werden Luftkalkmörtel häufig mit [[Gips]] gemischt. Mischungen von hydraulischen Kalken mit Gips können hingegen zum ''Treiben'', also zum Aufbrechen des Mörtels durch Volumenzunahme führen.
== {{Anker|Hydraulefaktoren}} Herstellung und Abbinden ==
[[Datei:Sattelbach 5972.jpg|mini|Alter Kalkofen im [[Wienerwald]]]]
[[Datei:Überreste eines Kalkbrennofens in den Gardaseebergen.jpg|mini|hochkant|Überreste eines [[Brennofen|Kalkbrennofens]] bei [[Limone sul Garda]] ([[Italien]])]]
Es wird unterschieden zwischen Luftkalken, die nur an der Luft erhärten, und Kalk mit hydraulischen Eigenschaften. Luftkalk wird aus [[Kalkstein]] {{nowrap|(
{{Hauptartikel|Technischer Kalkkreislauf}}
'''Brennprozess (über 900 °C):'''<br />
<chem>CaCO3 -> CaO + CO2</chem>
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]] {{nowrap|(<chem>\mathrm{Ca(OH)_2}</chem>)}}, sogenanntes Kalkhydrat (auch Löschkalk), umwandelt und bei der Reaktion große Mengen Wärme abgibt. Wird genau so viel Wasser zugegeben, wie für die Umwandlung [[Stöchiometrie|stöchiometrisch]] nötig ist, spricht man vom Trockenlöschen. Nasslöschen ist hingegen eine Zugabe von mehr Wasser als stöchiometrisch nötig.
'''Löschprozess:'''<br />
<chem>CaO + H2O -> \begin{math}\mathrm{Ca(OH)_2}\end{math}</chem>
Dieser Herstellvorgang ist Teil des technischen Kalkkreislaufes. Die Wiedererhärtung des Baukalks findet statt, wenn sich das Kalkhydrat {{nowrap|(<chem>\mathrm{Ca(OH)_2}</chem>)}} unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Abgabe von Wasser (siehe „[[Trockenwohner|Trockenwohnen]]“) zu Calciumcarbonat (Kalkstein) verbindet.<ref name="Baukalk"/> 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):'''<br />
<chem>\begin{math}\mathrm{Ca(OH)_2}\end{math} + CO2 -> CaCO3 + H2O</chem>
=== Abbindevorgang ===
{{Siehe auch|Erstarren (Baustoff)}}
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 {{nowrap|(<chem>H2CO3</chem>)}}, die sich an die Kalkbase bindet und dabei Wasser abspaltet. Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:
<chem>\begin{math}\mathrm{Ca(OH)_2}\end{math} + H2CO3 -> CaCO3 + 2 H2O</chem>
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 [[Kreiden|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 <chem>CO2</chem> und der Vorgang kann zum Erliegen kommen.
Wird die <chem>CO2</chem>-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 [[Technischer Kalkkreislauf|Kalkkreislauf]] in folgender Form:
[[Datei:Kalkkreislauf.svg|mini|zentriert|600px|Der technische Kalkkreislauf]]
{{Absatz}}
== 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 [[Puzzolane]]n, wie etwa [[Schlacke (Metallurgie)|Schlacke]] aus der [[Eisenverhüttung]].<ref name="AiF">B. Joschko, S. Haas, M. Ivanov, D. Klein, S. Kuhnt, B. Middendorf, S.-O. Schmidt: [https://fg-kalk-moertel.de/files/2_2013_Schlussbericht_FL_final.pdf ''Forschungsbericht Nr. 2/13 - Einfluss der Zusammensetzung Formulierter Kalke (FL) auf die Mörteleigenschaften - Bildung eines Korrelationsmodells zur Mischungsoptimierung''], [[Industrielle Gemeinschaftsforschung|IGF]]-Vorhaben AiF 16855 N der Forschungsgemeinschaft/Forschungsvereinigung Kalk und Mörtel e. V. und der [[TU Dortmund]], Februar 2013</ref>
== 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 [[Setzung (Bauwesen)|Setzungen]] auftreten oder der Untergrund abhängig vom Feuchtegehalt quillt oder schwindet.
Kalkmörtel sind besser zu verarbeiten und besitzen ein höheres Wasserrückhaltevermögen als Zementmörtel.<ref name="AiF" />
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.
Mit ''Wasserkalk'' wurden früher schwach hydraulische Kalke bezeichnet, welche unterhalb von 1250 °C aus tonhaltigem Kalkstein (Kalk[[mergel]]) gebrannt wurden. Sie erhärten sowohl durch Carbonatisierung als auch durch [[Hydratation]].<ref>Baustoff-[https://web.archive.org/web/20170901064103/http://www.imn.htwk-leipzig.de/~stich/Bilder_BI/II.II.pdf Skript] (PDF; 568 kB) der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur, Leipzig</ref>
''[[Bindemittel#Baustoffe|Hydraulische Kalke]]'' enthalten zusätzlich zum [[Calciumhydroxid]] sogenannte ''Hydraulefaktoren'', etwa [[Silikat]]e (z. B.
Um ein hydraulisch härtendes Bindemittel zu erhalten, kann Kalk auch mit [[Zement]] oder mit latent hydraulischen Zusätzen wie [[Metakaolin]], [[Ziegelmehl (Baustoff)|Ziegelmehl]], [[Hüttensand]] und ''[[Puzzolane]]n''
=== Sumpfkalk versus Kalkhydrat ===
{{Hauptartikel|Sumpfkalk|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 [[Stöchiometrie|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 bis zu drei Jahre vor Gebrauch als Sumpfkalk gelagert. Eingesumpft wurde früher in Kalkgruben, die vielerorts vorhanden waren. Auch auf Baustellen war es üblich, als erstes den Kalk einzusumpfen. Der Kalkbrei muss während des Einsumpfens immer unter einer Wasserschicht lagern, um nicht mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft zu reagieren. Heute soll gelöschter Kalk wenigstens einige Wochen, besser aber Monate einsumpfen. Die Vorgaben des Herstellers zur Mindesteinsumpfdauer sind einzuhalten.
Bei trocken gelöschtem Kalkhydrat in Pulverform hingegen genügt eine eintägige Lagerung unter Wasser. Danach tritt offenbar keine weitere Veränderung mehr ein.<ref>''Kalkmörtel'', von Elert, K.; Cazalla, O.; Rodriguez. C.; Hansen, E.; Sebastian, E.; Quelle: Restauro, 2002. {{ISSN|0933-4017}}</ref>
Zur Mörtelherstellung werden heute überwiegend pulverförmige, mit Wasserdampf in Löschtrommeln „trocken“ gelöschte Kalke (Kalkhydrat) verwendet. Nassgelöschter Sumpfkalk wird in Ausnahmen für Putze oder Anstriche eingesetzt.
=== {{Anker|Nomenklatur}}Nomenklatur nach DIN ===
In Deutschland wird gemäß der ''Kalknorm'' [[Normenliste DIN 1 bis DIN 499|DIN EN 459-1]] (
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
Die Gruppe der Kalke mit hydraulischen Eigenschaften umfasst laut Norm den hydraulischen Kalk (Kurzzeichen HL), den
Bei formuliertem Kalk ist zusätzlich der Massenanteil an verfügbarem Kalk als [[Calciumhydroxid|<chem>\mathrm{Ca(OH)
Entsprechend der [[DIN]] wird wie folgt unterschieden:
Zeile 54 ⟶ 91:
!Kurzbezeichnung
!Handelsform
|Beispiele und alternative Bezeichnungen
|Erstarrungszeitraum
|-
| rowspan="
| rowspan="
| rowspan="
|[[Calciumoxid|Ungelöschter Kalk]] (Q)
|Branntkalk
| rowspan="9" |<!-- leer -->
|-
|[[Kalkhydrat]] (S)
|Weißkalkhydrat
|-
|[[Sumpfkalk]]
|-
|Kalkmilch (S ML)
| rowspan="4" |<!-- leer -->
|-
| rowspan="3" |Dolomitkalk (DL)
| rowspan="3" |DL 90-30<br />DL 90-5<br />DL 85-30<br />DL 80-5
|[[Calciumoxid|Ungelöschter Kalk]] (Q)
|-
|Halbgelöscht (S1)
Zeile 81 ⟶ 118:
|Kalkhydrat (S)
|-
| rowspan="
|Hydraulischer Kalk (HL)
|HL 2<br />HL 3,5<br />HL 5
| rowspan="5" |wird nicht<br />nach Handelsform<br />unterschieden
|z. B. [[Traßkalk]]
|-
|
|NHL 2<br />NHL 3,5<br />NHL 5
| <!-- leer -->
|-
| rowspan="3" |[[#Formulierter Kalk|Formulierter Kalk]] (FL)
|FL A 2<br />FL B 2<br />FL C 2
| <!-- leer -->
|1–40 Stunden
|-
|FL A 3,5<br />FL B 3,5<br />FL C 3,5
| <!-- leer -->
|1–30 Stunden
|-
|FL A 5<br />FL B 5<br />FL C 5
| <!-- leer -->
|1–15 Stunden
|}
=== {{Anker|NHL}} Natürlich hydraulischer Kalk (NHL) ===
Natürlicher hydraulischer Kalk (NHL) wird aus [[Mergel]] (Gemisch von Kalk und Ton) oder kieselsäurehaltigem Kalkstein bei Temperaturen von 1000 °C bis 1200 °C gebrannt. (Zur Herstellung von [[Zementklinker]] wird Mergel demgegenüber bis zur Sintertemperatur von 1400 bis 1450 °C erhitzt.)
Beim Brennen finden verschiedene Oberflächenreaktionen bzw. Festkörperreaktionen zwischen den fein gemahlenen Bestandteilen Kalkstein {{nowrap|(<chem>CaCO3</chem>)}} bzw. [[Branntkalk]] {{nowrap|(<chem>CaO</chem>)}}, [[Siliciumdioxid]] {{nowrap|(<chem>SiO2</chem>)}} und [[Aluminiumoxid]] {{nowrap|(<chem>Al2O3</chem>)}} statt:<br />
<chem>CaCO3 -> CaO + CO2</chem>,<br />
<chem>2 CaO + SiO2 -> 2 CaO \begin{math}\cdot\end{math} SiO2</chem> ([[Dicalciumsilikat]]) und<br />
<chem>3 CaO + 2 Al2O3 -> 3 CaO \begin{math}\cdot\end{math} 2 Al2O3</chem> ([[Tricalciumaluminat]]).
[[Calciumsilikat]] und [[Calciumaluminat]] sind kalkübersättigte Mineralien, die als ''hydraulische Komponenten'' bezeichnet werden, da sie ebenso wie [[Zement]] und andere ''hydraulische Bindemittel'' mit Wasser [[Hydratation|hydratisieren]]. Die Reaktion zu [[kristallwasser]]­haltigen [[Hydrate]]n kann unter Luftabschluss unter Wasser ablaufen. Der verbleibende <chem>CaO</chem>-Anteil, der nicht durch Beteiligung an den Festkörperreaktionen verbraucht wurde, bindet wie gewöhnlicher Luftkalk unter Aufnahme von [[Kohlendioxid]] ab.
Der Rohstoff zur Herstellung von natürlich hydraulischem Kalk enthält gewöhnlich einen Anteil von 10 % bis 30 % an Ton oder reaktionsfähigen kieselsauren Bestandteilen. Beim Brennen reagieren jeweils 6 Teile Kalk mit 4 Teilen Ton.<ref>K. Ch. Thienel: [https://www.unibw.de/werkstoffe/lehre/bachelorstudium/skripte-werkstoffe/chemie-und-eigenschaften-anorganischer-baustoffe-und-bindemittel.pdf/download ''Bauchemie und Werkstoffe des Bauwesens - Chemie und Eigenschaften mineralischer Baustoffe und Bindemittel''], Kapitel 4.4.3.1 ''Natürlicher Hydraulischer Kalk'', Seite 23. Institut für Werkstoffe des Bauwesens, [[Universität der Bundeswehr München]]. In: unibw.de</ref>
=== Formulierter Kalk ===
Als „formulierter Kalk“ werden in der EN 459-1 Baukalke bezeichnet, denen zusätzliche Bestandteile beigemischt werden. Hauptsächlich sind dies anorganisch-mineralische Komponenten, die überwiegend hydraulisch abbinden, aber auch [[Füllstoff]]e und organische Zusatzmittel werden in der Norm genannt. Die Norm regelt den Gehalt an verfügbarem Kalk und die Festigkeiten nach 7 bzw. 28 Tagen, gibt ansonsten aber keine Mischungsverhältnisse vor.<ref name="AiF" />
Im Gegensatz zur Bindemittelklasse der Hydraulischen Kalke (HL) sind die Bestandteile des Formulierten Kalks (FL) durch die Hersteller zu deklarieren. Hauptbestandteile können sein Baukalk (CL und NHL), [[Zement]]e (CEM I, CEM II; CEM III) nach EN 197-1, Portland[[zementklinker]], natürliches oder natürliches getempertes [[Puzzolan]], [[Kalkstein]] (L oder LL) und [[Hüttensand]]. Nebenbestandteile können sein Portlandzementklinker, natürliches oder natürliches getempertes Puzzolan, Kalkstein (L oder LL), Hüttensand, [[Calciumsulfat]] und [[Siliciumdioxid|Silicastaub]] (alle nach EN 197-1).<ref name="AiF" />
Einzelne Nebenbestandteile sind ab einem Massenanteil von 5 % anzugeben oder wenn der Massenanteil aller Nebenbestandteile zusammengenommen 10 % übersteigt. Organische Zusätze sind ab einem Massenanteil von 0,2 % mit Anteil und Bezeichnung anzugeben. Mineralische Zusätze (in Form von Eisen- oder Zinnverbindungen) sind ab einem Massenanteil von 1 % anzugeben.<ref name="AiF" />
Der Massenanteil an verfügbarem Kalk (als <chem>\mathrm{Ca(OH)_2}</chem>, nach EN 59-2:2010, 5. 8) liegt bei FL A zwischen 40 und 80 %, bei FL B zwischen 25 und 50 % und bei FL C zwischen 15 und 40 %. Der Massenanteil an [[Schwefeltrioxid|<chem>SO3</chem>]] im wasserfreien und kristallwasserfreien Produkt liegt jeweils bei unter 2 %. Der Mindestgehalt an „verfügbarem Kalk (A.L)“ liegt mit 15 % also deutlich höher als in Hydraulischen Kalken (4 %).<ref name="AiF" />
Bindemittelmischungen dieser Art waren bis zur Einführung der EN 459 überwiegend nur in Frankreich und Italien erhältlich und bieten die Möglichkeit, Bindemittel mit geringerem CO<sub>2</sub>-Fußabdruck einzusetzen.<ref name="AiF" />
== Verwendung ==
{{Hauptartikel|Kalkanwendungen}}
=== Baukalkprodukte ===
[[Sumpfkalk|Eingesumpfter Kalkbrei]] oder pulverförmiges [[Weißkalkhydrat]] werden durch Zugabe von Wasser zu Kalkschlämmen oder weiter zur ''[[Kalkmilch]]'' verdünnt. Diese werden als [[Kalkfarbe]] oder Kalktünche mit desinfizierender Wirkung auf Wände und Decken aufgetragen.
Aus einer Mischung von Baukalken, Wasser und [[Gesteinskörnung]]en wie Sand und Kies werden [[Kalkputz]] und [[Kalkmörtel]] hergestellt. Kalkmörtel ist einer der ältesten bekannten Baustoffe. Der Kalk wirkt hier als [[Bindemittel]] zwischen den Sandkörnern, die als Füllstoff dienen und die Druckfestigkeit erhöhen. Kalkmörtel können sowohl als Mauermörtel sowie als Putzmörtel eingesetzt werden.
Über die Jahrhunderte haben sich viele spezielle Anwendungen von Kalkmörteln herausgebildet, die regional teilweise variieren, siehe etwa [[Kalkpresstechnik]], [[Marmorino]] und [[Stucco lustro]]. In Verbindung mit Natron- und [[Schmierseife]] wird gelöschter [[Muschelkalk]] zu [[Tadelakt]] verarbeitet, einem [[Hydrophobie|hydrophoben]] Kalkputz für [[Nassraum|Nassräume]].
== Normen und Standards ==
* DIN
* DIN 1060
== Einzelnachweise ==
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