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Herstellung und Eigenschaften von Luftkalk, hydraulischen Kalk und Baukalk

Baukalk wird entweder aus Kalkstein CaCO3, auch Dolomit CaCO3 . MgCO3 oder aus Kalkmergel (tonhaltiger Kalk) durch Brennen bei Temperaturen zwischen 1000 ºC und 1200 ºC, das heißt unterhalb der Sintergrenze hergestellt.

- Kalkstein, Dolomit für Luftkalke
- Kalkmergel für hydraulisch erhärtende Kalke

Herstellung und Verwendung von Luftkalk (Bauwesen)

Luftkalk erhärtet an Luft, braucht CO2 und geringe Feuchte, um H2CO3 zu bilden.
Soll die Erhärtungsreaktion beschleunigt werden, so kann man zum Beispiel Propangasstrahler zum "Trocknen" von Putz verwenden (früher Koksbecken). Wichtig ist, dass ein Propangasstrahler beim Verbrennen von Gas neben der Wärme auch das für die Erhärtungsreaktion benötigte CO2 abgibt.
Wird statt dessen ein Elektrostrahler betrieben, so hat das eine Unterbrechung der Erhärtungsreaktion zur Folge, weil das benötigte CO2 fehlt. Beim erneuten Starten der Erhärtungsreaktion kann es durch CO2 Zufuhr (zum Beispiel beim Einzug) zu Bauschäden (zum Beispiel nasse Stellen an der Wand) kommen.

Sie bilden geschmeidige Mörtel und benötigen viel Wasser. Der ausgehärtete Mörtel ist nicht sehr fest. Luftkalke aus Kalksteinen ohne färbende Zusätze nennt man Weißkalke. Man verwendet sie hauptsächlich zur Herstellung von Innenputzmörteln, Kalksandsteinen, Gasbeton und Kalkfarben.

Schematische Darstellung eines Schachtofens zum KalkbrennenBrennen
CaCO3 ---> CaO + CO2

Beim Brennen von Kalkstein entsteht Branntkalk, dabei entweicht Kohlendioxid. Das Kalkbrennen erfolgt zum Beispiel in überwiegend in kontinuierlich arbeitenden Schachtöfen. Die Ausgangsstoffe Kalkstein und Koks bewegen sich dabei im Gegenstrom mit den Brenngasen.[2]

Luftkalk - Löschen

Formel gelöschter Kalk

Branntkalk wird heute werksseitig mit Wasserdampf in Löschtrommeln "trocken gelöscht". Gelöschter Kalk ist stark basisch (ätzend). Es besonders die Augen und Schleimhäute vor Kontakt mit Kalkspritzern zu schützen. Sofort mit klarem Wasser ausspülen! Ein Nasslöschen erfolgt heute nur noch selten für Kalk zum Putzen oder zum Weißen. Früher gehörte das Nasslöschen und Einsumpfen zu den ersten Arbeiten auf der Baustelle. Hierzu wurden neben der Baustelle Gruben ausgehoben. Der gelöschte Kalk wurde nach Bedarf aus den Sumpfgruben entnommen.
Eingesumpfter Kalk ist erst zu verarbeiten, wenn sich an der Oberfläche 2 bis 3 cm breite Risse bilden. Zur Errichtung eines Mauerwerkes muss der Kalkteig mindestens 3 bis 4 Wochen und zum Putzen 6 bis 8 Wochen eingesumpft sein.

Luftkalk - Erhärtung

Formel Erhärtung von Luftkalk

Kalkhydrat + Kohlensäure (CO2 + H2O) ---> Kalkstein + Hydrat- und Anmachwasser

Der Löschkalk wird mit 3 bis 4 Raumteile Sand unter Zusatz von Wasser gemischt. Der Sand hat die Aufgabe den Mörtel porös und luftdurchlässig zu machen, was für die Abbindung wichtig ist. Die Erhärtung des Bindemittels im Mörtel erfolgt langsam von außen nach innen. Die Geschwindigkeit der Karbonatisierung ist abhängig vom Kohlendioxid, welches in die Mörtelporen eindringt und sich hier mit der Feuchtigkeit (Anmachwasser + ausscheidendes Hydratwasser) zu Kohlensäure umsetzt.
Damit dieser Prozess optimal abläuft, sind eine geregelte Lüftung und Temperaturen im normalen Bereich erforderlich. Wenn möglich ist eine CO2-Quelle (Ölbrenner, Kokskörbe) aufzustellen. Ungünstig wirkt ein zu langsames Austrocknen bei niedrigen Temperaturen oder geringe Lüftungsrate. Der Feuchtigkeitsstau verhindert das Eindringen des Kohlendioxids. Ebenso ist eine zu schnelle Austrocknung durch hohe Wärme, starken Luftzug oder saugende Untergründe (Vermeidung durch aufbringen einer Aufbrennsperre) zu vermeiden. Es kann sich so nur ungenügend Kohlensäure für die Karbonatisierung bilden. Spätere höhere Luftfeuchten beim Bewohnen können diesen Erhärtungsprozess allmählich fortsetzen, allerdings darf die Oberfläche nicht mit luftsperrenden Beschichtungen versehen sein, wie dichte Anstriche oder dicke Tapeten. Günstiger sind Kalkfarben oder Leimfarben.

Während der Erhärtung des Mörtels wird das für die Verarbeitbarkeit des Mörtels erforderliche Wasser und auch das durch die chemische Umsetzung frei werdende Wasser an die Raumluft abgegeben. Daher sind neue oder sanierte Wohnungen anfangs feucht.

Der Nachweis des Fortschrittes der Karbonatisierung wird durch die Rotfärbung (basische Bestandteile) mit Phenolphthalein angezeigt.[1]

Anmerkung: Unter Beachtung der oben genannten Ausführungen kann die Baufeuchtigkeit nur über Lüften und entsprechende Heizung reduziert werden. Im Allgemeinen kann in den ersten 2 Jahren nach dem Neubau mit einer höheren Luftfeuchte gerechnet werden. Das Gleiche gilt auch bei Sanierungen und Bezug nach langem Leerstand. Früher hatte man die Gebäude "ausgewintert".

Welchen Einfluss eine Beschichtung auf die Karbonatisierung hat, zeigt die nachfolgende Tabelle einer praktischen Versuchsdurchführung.
Es wurden 16 Wochen lang die Karbonatisierung der Mörtelgruppe PI untersucht.[3]

BeschichtungTiefe der Karbonatisierung
Unbeschichtet8 mm
Acrylatfarbe0,5 mm
Silikonharzfarbe
ohne Grundierung
2 mm
Silikonharzfarbe
+ hydrophobe Grundierung
1 mm
Silikonharzfarbe
+ Tiefengrund
1 mm
Dispersionssilikatfarbe7 mm

Hydraulischer Kalk

Hydraulischer Kalk - Brennen

Hydraulischer Kalk erhärtet auch unter Wasser. Das Erhärtungsprodukte ist wasserunlöslich.

Brennen (Entsäuerung):   CaCO3 ---> CaO + CO2

Berechnung der Reaktionsenthalpie

Reaktionsenthalpie-CaO

Bildung hydraulisch reagierender Verbindungen

   CaO + SiO2 ---> CaO . SiO2
   2C + S ---> C2S

Hydraulische Kalke bekommt man, wenn die Ausgangsgesteine außer Kalziumcarbonat noch bestimmte andere Mineralien enthalten, die sogenannten Hydraulefaktoren; das sind zum Beispiel Kieselsäure, Tonerde oder Eisenoxid.
Die Verbindungen erhärten dadurch, daß sie Wasser aufnehmen und damit Kristalle bilden. Man nennt diese Art der chemischen Wasserbindung Hydratation.
Je mehr hydraulische Anteile der Kalk hat, desto eher erhärtet er auch ohne Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft.
Hochhydraulischer Kalk erhärtet schon nach 1 bis 3 Tagen ohne Kohlendioxidzutritt, auch unter Wasser.

Erhärtung an der Luft (Carbonatisierung)

Carbonatisierung

Reaktion hydraulischer Verbindungen mit Anmachwasser

Hydraulische Verbindungen reagieren mit dem Anmachwasser und bauen es als Kristallwasser in ihre Verbindung ein. Es entstehen wasserfeste Verbindungen.

Reaktion hydraulischer Kalk

Die weitere Verwendung von Branntkalk

Ist ein wichtiger Hilfsstoff bei der Herstellung von Soda. Dient als Düngemittel in der Landwirtschaft. Löschkalk wird zum Beispiel zum Ausfällen von Verunreinigungen bei der Verarbeitung von Zuckerüben verwendet. Es dient ferner zur Umwandlung in Kalziumkarbid CaC2, welches als Ausgangsstoff für die Herstellung von Plasten, Chemiefasern, synthetischem Kautschuk, Lösungsmittel, Arzneimittel und Stickstoffdünger dient. Der größte Teil des Rohkalksteins dient zur Erzeugung von Zement und Branntkalk. [2]

Verwendung von Kalkstein und Branntkalk

Quelle:
[1] Härig, Siegfried; Klausen, Dietmar, Hoscheid, Rudolf; Technologie der Baustoffe, Handbuch für Studium und Praxis 14.Aufl. 2003, C.F. Müller Verlag Heidelberg, S. 96
[2] Renneberg, Werner; Meyendorf, Gerhard, Möhle, Horst; Heyer, Charlotte; Anorganische Chemie Teil 1 , Lehrbuch für Klass 8, Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin 1968, S. 32
[3] Erfurth, Uwe; Fassadenanstrichsysteme Leipziger Bauführer 1995, S. 130


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