Kalk

Der Kalkkreislauf

Kalkstein (Calciumcarbonat) wird bei rund 900 °C gebrannt und verliert dabei sein Kohlendioxid: Es entsteht Branntkalk (Calciumoxid). Mit Wasser gelöscht wird daraus Kalkhydrat oder — unter Wasser gelagert — Sumpfkalk (Calciumhydroxid). Am Bauteil nimmt der Kalk das Kohlendioxid aus der Luft wieder auf und wird zu Kalkstein zurück. Dieser Kreislauf ist der Grund, warum Kalkmörtel über Jahrhunderte „nachhärtet“ und warum er Luft braucht: in dicken Lagen oder unter dichten Anstrichen bindet er nicht ab.

Das Löschen ist stark exotherm und die gefährlichste Arbeit mit Kalk — siehe Kalk löschen. Beim Heißkalkmörtel findet das Löschen direkt im Sand statt; der frisch gelöschte Kalk ist feiner und klebriger, und das überlieferte Verhältnis „1 Kalk : 3 Sand“ meint Branntkalk — nach dem Löschen entspricht das etwa 1 : 1,5 (Lynch, Henry).

Luftkalk und hydraulischer Kalk

Luftkalk (CL 90, Sumpfkalk) härtet nur über die Luft — langsam, weich, diffusionsoffen, selbstheilend bei feinen Rissen. Hydraulischer Kalk (NHL 2, 3,5, 5) wird aus tonhaltigem Kalkstein gebrannt und erhärtet zusätzlich mit Wasser; Louis Vicat wies das 1818 nach und ebnete damit den Weg zum Zement. Romanzement (Parker 1796) ist der schnell abbindende Extremfall aus Mergelknollen. Dazwischen liegen die Puzzolane: Vulkanasche, Trass, Ziegelmehl oder Theraerde geben dem Luftkalk hydraulische Eigenschaften — so bauten Römer, Byzantiner (Horasan) und Jemeniten (Qadad) wasserfest.

Faustregel: je hydraulischer, desto fester und schneller, aber auch spröder und weniger diffusionsoffen. Für historisches Mauerwerk gilt: der Mörtel darf nie fester sein als der Stein.

Verarbeitung — was immer gilt

• Untergrund vornässen, sonst „verbrennt“ der Kalk: das Wasser wird ihm entzogen, bevor er binden kann.
• Langsam trocknen lassen, vor Sonne, Wind und Frost schützen; Putz mehrere Tage feucht halten.
• Sumpfkalk gewinnt mit dem Alter — Monate bis Jahre unter Wasser machen ihn fetter und geschmeidiger.
• Organische Zusätze sind weltweit belegt: Klebreis (China), Zucker (Indien, Thailand), Pflanzenschleim (Mexiko, Ostafrika), Talg und Leinöl (Britische Inseln) — sie verzögern, dichten und zähmen die Rissbildung.
• Kalkfarbe: ganze Menge auf einmal anmischen, dünn und nass in nass, trocknet deutlich heller auf.

The lime cycle

Limestone (calcium carbonate) is burnt at around 900 °C and loses its carbon dioxide: quicklime (calcium oxide) results. Slaked with water it becomes hydrated lime or — stored under water — lime putty (calcium hydroxide). In the building the lime takes carbon dioxide back from the air and turns into limestone again. This cycle is why lime mortar keeps hardening over centuries and why it needs air: in thick layers or under sealed coatings it does not set.

Slaking is strongly exothermic and the most dangerous job with lime — see Slaking lime. In hot-mixed mortar slaking happens directly in the sand; freshly slaked lime is finer and stickier, and the traditional “1 lime : 3 sand” means quicklime — after slaking that equals about 1 : 1.5 (Lynch, Henry).

Air lime and hydraulic lime

Air lime (CL 90, lime putty) hardens only through the air — slowly, soft, breathable, self-healing for fine cracks. Hydraulic lime (NHL 2, 3.5, 5) is burnt from clay-bearing limestone and also hardens with water; Louis Vicat proved this in 1818 and paved the way to cement. Roman cement (Parker 1796) is the fast-setting extreme from marl nodules. In between lie the pozzolans: volcanic ash, trass, brick dust or Theran earth give air lime hydraulic properties — that is how Romans, Byzantines (Horasan) and Yemenis (Qadad) built waterproof.

Rule of thumb: the more hydraulic, the stronger and faster, but also the more brittle and less breathable. For historic masonry: the mortar must never be stronger than the stone.

Working with lime — what always applies

• Pre-wet the substrate or the lime “burns”: its water is drawn away before it can bind.
• Let it dry slowly, protect from sun, wind and frost; keep render damp for several days.
• Lime putty improves with age — months to years under water make it fatter and more workable.
• Organic additives are attested worldwide: sticky rice (China), sugar (India, Thailand), plant mucilage (Mexico, East Africa), tallow and linseed oil (British Isles) — they retard, seal and tame cracking.
• Limewash: mix the whole quantity at once, thin and wet-on-wet, dries markedly lighter.

Quellen

1. Vitruv, De architectura II.5 und VII.1 — lexundria.com
2. Vicat, L. J.: Recherches expérimentales sur les chaux de construction, Paris 1818 — archive.org
3. Lynch, G.: The Myth in the Mix — buildingconservation.com; Henry, A.: Hot-mixed mortars, Historic England — PDF
4. Copsey, N.: Hot Mixed Lime and Traditional Mortars, Crowood 2019
5. Seymour, L. M., Masic, A. et al.: Hot Mixing — Roman Concrete, Science Advances 2023 — Zusammenfassung
6. Al-Radi, S.: Qudâd — The Traditional Yemeni Plaster, Yemen Update 34, 1994

Sources

1. Vitruvius, De architectura II.5 and VII.1 — lexundria.com
2. Vicat, L. J.: Recherches expérimentales sur les chaux de construction, Paris 1818 — archive.org
3. Lynch, G.: The Myth in the Mix — buildingconservation.com; Henry, A.: Hot-mixed mortars, Historic England — PDF
4. Copsey, N.: Hot Mixed Lime and Traditional Mortars, Crowood 2019
5. Seymour, L. M., Masic, A. et al.: Hot Mixing — Roman Concrete, Science Advances 2023 — summary
6. Al-Radi, S.: Qudâd — The Traditional Yemeni Plaster, Yemen Update 34, 1994