Kalkmilch

Sumpfkalk ist eine Aufschlämmung (Suspension) von Calciumhydroxid (Ca(OH)2, Kalkhydrat, Löschkalk) in Wasser. Der Name Sumpfkalk kommt von der sehr alten Technik des Ablöschens von Brandkalk zu gelöschtem Kalk durch Einsumpfen.

Je nach Mischungsgrad gibt es verschiedene Benennungen: Sumpf- oder Fettkalk wird die zähe teigig-joghurtartige Suspension genannt, die nur wenig Wasser enthält. Verdünnt man diese weiter, so spricht man von Kalkschlämme und erhält dann breiig-milchige Kalkmilch, die als Kalkfarbe verwendet werden kann.


Eigenschaften

Herstellung und Abbinden

Es gibt zwei Möglichkeiten der Herstellung. Zum einen kann Calciumhydroxid mit Wasser angerührt werden. Da es schlecht löslich ist, ergibt sich automatisch eine Suspension. Zum anderen erhält man Sumpfkalk durch das Löschen von Branntkalk. Gibt man zu Branntkalk eine entsprechende Menge an Wasser, so reagiert dieser unter starker Wärmeentwicklung zu Löschkalk, also Calciumhydroxid auch Kalkhydrat genannt. Dabei erhitzt sich das Gemisch derart stark, dass Wasser verdampft und die Suspension wie eine kochende dicke Suppe erscheint. Da Löschkalk ein stark basischer Stoff ist, geht von kleinen Spritzern eine große Gefahr aus, besonders die Augen sind durch diese ätzende Substanz gefährdet.

Dieser Löschkalk ist jedoch für einige Verwendungen noch nicht einsetzbar. Es finden langsame Kristallisationsvorgänge statt, die eine relativ lange Lagerung erfordern, die letztlich über die Qualität entscheidet und sich bei der Verarbeitung bemerkbar macht. Vom diesem lang dauernden "Einsumpfen" leitet sich auch der Name ab.

Zur Herstellung von Kalkfarbe wird Sumpfkalk stark verdünnt. Hierzu wird der dickflüssige Kalkbrei mit Wasser vermischt, bis er durchscheinend milchig ist und auf einer Messerklinge noch das Metall durchschimmert (Handwerkerregel).

Neben dem Einsumpfen gibt es moderne Löschmethoden, bei denen die Nachreaktionen weitgehend unterbleiben. Diese Verfahren werden angewandt, wenn größere Mengen an Kalkmilch zum Beispiel für die Entkarbonisierung von Wässern benötigt werden.

Nach dem Auftragen von Kalkmilch bindet das Calciumhydroxid ab. Es nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und gibt Wasser ab, dabei reagiert es zu Calciumcarbonat, also Kalkstein.


Abtönen

Zum Abtönen sind nur kalkechte Pigmente geeignet. Auch mit diesen sind aber keine kräftigen Farbtöne möglich, weil das Calciumhydroxid die Pigmente nur bis etwa 5 % bindet.


Sicherheitshinweise

Calciumhydroxid ist ätzend, beim Verarbeiten muss man Handschuhe und Schutzbrille tragen (R 41, S 24-26-39). Im Kalkbrei wird zwar der größte Teil des Calciumhydroxids suspendiert, ein Teil geht jedoch in Lösung. Die wässrige Phase des Breis reagiert daher stark alkalisch, reizt die Haut und verursacht bei längerem Einwirken Verätzungen. Besonders empfindlich sind die Schleimhäute und Augen. Abgebundener Kalk ist chemisch so inert wie Kalkgestein.
Sumpfkalk muss dicht verschlossen gelagert werden und darf nicht in Leichtmetallbehältern aufbewahrt werden (Korrosion).


Verwendung

Baumaterialien

Sumpfkalk ist das Bindemittel eines Kalkmörtels (oder Kalkputzes), oder wird rein als Kalkfarbe verwendet.

Kalkfarbe wird als Baustoff verwendet und dient dabei vor allem als mineralisches Anstrichmittel. Wasser dient dabei als Lösungsmittel, das Calciumhydroxid ist Pigment und Bindemittel zugleich. Ihre Farbe ist ein nicht ganz reines Weiß. Sie war früher praktisch das einzige verfügbare und am weitesten verbreitete Anstrichmittel für gemauerte und verputzte Außenwände von Wohn-, Sakral- und Geschäftshäusern – von ihr rührt der Ausdruck kalken für weiß streichen oder weißeln her.

Im Bau- und Heimwerkerbereich wurden Kalkfarben aber längst von den Dispersionsfarben verdrängt. Ihr charakteristisches warmes Weiß ist heute entsprechend kaum noch zu sehen. In Landwirtschaftsbetrieben kommt dieser Anstrich noch in großer Menge zum Einsatz. Daneben spielt Sumpfkalk noch beim Anstrich und bei der Restaurierung von Kirchen und historischen Gebäuden eine große Rolle.

Kalke – Putze wie Farbe – erreichen dann ein hohes Alter, wenn auch der Mauerverband kalkrein gesetzt ist. Als Untergründe sind Kalk-, Kalkzement- und Zementputze, Schalungsbeton und Ziegelsteine (gebrannt und ungebrannt) geeignet. Verwendbar ist er auf Betonen, sofern diese schwefelfrei sind, und auch mit Lehm verträgt er sich, wenn Kalk-Lehmgemische als Ausgleichsschicht gesetzt werden.

Auf Holz wird ein sehr elastischer Lehm-Kalk-Stroh-Putz (oder ähnliche Faseranteile) gesetzt, der das Arbeiten des Holzes abfängt. Für Sichtbeton und Metall eignet sich Kalkfarbe dagegen nicht.

Kalkfarbe wird für Feuchträume im Hausinneren, wie Küchen, Bäder, Keller, Treppenhäuser und Lagerräume, aber auch Außenfassaden verwandt. Der Auftrag erreicht nicht die Schichtdicke von üblicher Wandfarbe und die Verarbeitung kann daher bei Zweit- und Drittanstrichen sehr sparsam erfolgen.

Beim Abbinden bilden sich sehr feine Kristalle aus, die das einfallende Licht gut und im gesamten sichtbaren Spektrum reflektieren (ähnlich Schnee). Weil die Reaktion wegen des geringen Kohlendioxidanteils in der Luft relativ lange dauert, muss sichergestellt werden, dass der Anstrich nicht zu schnell trocknet, also gegen Sonnenschein geschützt wird. Häufig wird daher bei schlechtem Wetter geweißelt. Im anderen Falle kann sich die Kristallisierung im Material nicht homogen ausbilden, und der Kalk kreidet, schwindet, oder wird sogar unbrauchbar.

Der Anstrich hat bei richtiger Verarbeitung eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit. Die Abriebfestigkeit kann durch Zusatz von Bindemitteln wie Leinöl oder Magermilch (Casein) erhöht werden, was im Außenbereich jedoch zu Lasten der Verwitterungsbeständigkeit geht.


Mosaik

Bei bestimmten Techniken des Mosaiksetzens wird eine Mischung aus Sumpfkalk und feinem Flusssand sowie Wasser als provisorische Basis verwendet. Diese Basis bleibt über Wochen und Monate hinweg elastisch und weich, wenn sie zwischen den Arbeitszeiten mit einer Plastikfolie bedeckt wird, so dass die Mosaiksteine in einem längeren Zeitraum gesetzt werden können. Am Ende wird das Mosaik mittels einer mit wasserlöslichem Kleber auf die Vorderseite geklebten Lage Mull aus der Kalk-Sand-Mischung gehoben und auf die endgültige Basis (häufig Zement) versetzt, der Mull anschließend entfernt.


Restaurierung

In der Restaurierung legt man besonderen Wert auf lange Sumpfzeiten, und der als Kirchenkalk vertriebene Kalk lagert 20 bis 25 Jahre in der Kalkgrube. Diese Kalke erreichen bei hoher Qualität Preise, die ein den Jahren entsprechendes Vielfaches des Preises von Baukalken erreichen.

Zur Restaurierung von Bauwerken, Skulpturen und Bildwerken wird Kalkfarbe speziell zu den vorhandenen Kalkmaterialien abgestimmt angerührt, und es gibt zahllose Rezepte:

Neben Wasser und Calciumhydroxid, die je nach Einsatzgebiet in Verhältnissen zwischen pastösem 1:3 und wässrigem 3:1 gemischt werden, finden diverse zusätzliche Bindemittel Verwendung (Saccharide, organische Leime, Acrylate) und Zuschlagstoffe wie Champagnerkreide oder Titandioxid, die auch weißtönen, sowie auch zusätzliche Pigmente.

Der Sumpfkalk kann dann als Kalksinterwasser (für Freskofarben), Wandfarbe, Kalkschlämme, Kalkspachtelmasse oder Kalkputzmasse eingesetzt werden. Bei letzteren wird feiner Sand zugesetzt, anderen auch Marmormehle, und die Verarbeitungsstärke wird dicker. Speziell eingestellte Kalkwerkstoffe härten schneller oder langsamer, haften gut am Untergrund, zeigen eine geringe Kreidung (sind wischfest) und eine niedrige Oberflächenspannung.


Als Chemikalie

Der Begriff Kalkmilch wird in der Chemie verwendet. Sie stellt dort eine verdünnte Suspension dar, aus der man nach dem Filtrieren Kalkwasser, also eine gesättigte Calciumhydroxid-Lösung erhält. Dieses dient zum einfachen Nachweis von CO₂ (Kohlenstoffdioxid).

Kalkmilch wirkt wegen seiner alkalischen Reaktion keimtötend, und wurde früher auch aus hygienischen Gründen zum Weißen von Wänden in Tierställen verwendet. Auch zur notdürftigen Sterilhaltung von frühen medizinischen Einrichtungen, Aborten, oder Lagerstätten von Kadavern sowie zur Ledergerbung wurde Kalkwasser eingesetzt.

In der Chemie wird Kalkmilch für viele Verfahren verwendet, bei denen die Alkalität zum Abbinden von Säuren benötigt wird. Beispielsweise werden in der Wasseraufbereitung für Entsäuerung und Entcarbonisierung und in der Rauchgasentschwefelung für viele Nassverfahren große Mengen an Kalkmilch verwendet.


Vorteile

Kalkputz, wie auch Kalkfarbe sind billig, feuchtigkeitsbeständig, wirkt desinfizierend und fungizid. Schimmelpilz kann auf Kalkputz und Kalkfarbe nicht überleben, da sie stark alkalisch sind.

Sumpfkalk bedarf keinerlei synthetischer Stoffe, weder in der Herstellung, noch in Form von Zusatzstoffen wie z. B. gegen Schimmelbefall. Er ist daher sehr umweltfreundlich. Allerdings ist er stark alkalisch und darf nicht in Böden oder Gewässer gelangen. Nach dem Binden ist Kalkfarbe kaum wasserlöslich, daher geht durch Auswaschen davon keine Umweltgefahr aus. Saurer Regen kann sie zwar auflösen, aber nicht in große Mengen in kurzer Zeit, zudem ist die entstehende Lösung dann nicht stark alkalisch.

Ein Kalkanstrich ist hochporös und damit gut gasdurchlässig. Er ist neben anderen mineralischen Anstrichen besonders da gefragt, wo viel Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk abtransportiert werden muss. Kaum etwas prägt das Bild südeuropäischer Dörfer so sehr, wie die typisch weiß getünchten Häuser, in diesem Klima hat die Kalkfarbe noch einen besondern Vorteil: Es beugt der Erwärmung der Außenwände in den heißen Sommermonaten vor.


Nachteile

Auf organischen und nicht saugenden Untergründen ist Kalkfarbe nicht geeignet. Sie haftet nicht auf Dispersionsfarben, Leimfarben, Tapeten und vielen Spachtelmassen. Möchte man mit modernen Farben auf gekalktem Untergrund streichen, ist dies nahezu unmöglich, da sich der Kalk beim Auftragen der neuen Farbe ablöst, weil diese eine wesentlich höhere Schichtspannung aufbaut. Hier hilft meist nur ein völliges Entfernen der Kalkschicht mit Spachtel oder Schleifgerät.

Auch sonst deckt die Farbe nur schlecht – es sind mehrere Farbschichten nötig, bis die Wand wirklich weiß wirkt, wenn sie nicht schon vorher gekalkt war. Außerdem ist Kalk extrem empfindlich gegenüber Verfärbungen durch Eisen (Stockflecken) und Sulfate, also im bodennahen Bereich. Insbesondere auf gipshaltigen Untergründen kommt es zu Ausblühungen und – weil Gips hygroskopisch ist, Kalciumcarbonat aber hydrophob – zu Schwefelfraß (Umwandlung von Kalk in Gips).

Die Anfälligkeit des Kalks gegenüber zu schnellem Abbinden machen ihn bei warmem Wetter und insbesondere bei direkter Sonneneinstrahlung unbrauchbar. Daneben verträgt er in der Abbindezeit auch keine Temperaturen unter 4 °C. Diese Einschränkungen der Verarbeitungszeiten haben dazu geführt, dass er aus dem gewerblichen Bauwesen zwischenzeitlich vollständig verdrängt wurde.

Aufgrund des sauren Regens ist Kalkfarbe mittlerweile in einigen Gegenden für den Außenbereich ungeeignet. Da zudem ihre Abriebfestigkeit nur gering ist, eignen sich nur veredelte Kalkfarben für den Außenbereich. Ursprünglich machte das den eigentlichen Zweck des Kalkens im Außenbereich aus: der Kalk bildet die Opferschicht, die den Putz schützt. Im traditionellen Bauwesen ist eine jährliche Erneuerung im Außenbereichen üblich.


Der Technische Kalkkreislauf beschreibt die technische Umwandlung des Naturstoffs Kalkstein in drei Schritten:

1.    Brennen: Zuerst wird Calciumcarbonat, der Hauptbestandteil des Kalksteins, stark erhitzt (gebrannt), dabei entweicht Kohlenstoffdioxid und es entsteht Calciumoxid, Branntkalk.
2.    Löschen: Versetzt man Branntkalk mit Wasser bildet sich Calciumhydroxid, Löschkalk.
3.    Abbinden: Löschkalk reagiert durch Wasserabgabe und Kohlenstoffdioxidaufnahme wieder zurück zu Calciumcarbonat, also Kalkstein.
Brennen des Kalks

Calciumcarbonat ist eine einfache chemische Verbindung mit der Summenformel CaCO₃. In der Natur findet sich dieses Mineral, neben Eier- und Muschelschalen, Kalkschwämmen und Korallen, vor allem als Kalkstein, der teils großflächig vorkommt. Typische Kalksteine sind Kreide, Marmor, Dachsteinkalk, Muschelkalk oder Travertin.

In einem Kalkofen findet, nach der Rohstoffgewinnung im Kalkwerk, der erste Umwandlungsschritt statt, das Kalkbrennen. Ab einer Temperatur von etwa 1000°C wird kalkiges Gestein entsäuert, das heißt Kohlenstoffdioxid CO₂ wird ausgetrieben, es entsteht Branntkalk, chemisch Calciumoxid CaO.
 
Calciumcarbonat reagiert unter Wärmezufuhr zu Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid.

Dieser Vorgang ist für vergleichbare Prozesse namensgebend: Kalzination.
Bei der Verwendung relativ reiner Kalkgesteine entsteht der Weißkalk (Fettkalk) mit 90–95% CaO. Anderenfalls spricht man von Magerkalken.

Magnesiumhaltige Kalke mit höheren Anteilen von weißer Magnesia (MgO) ergeben Magnesiumkalk, Magnesiakalk. Kieselkalke, wie Korallenkalk oder Muschelkalk ergeben Kalke in technischer Nähe zum Zement, beides härtere und deutlich wasserresistentere Baustoffe.

Kalke minderer Qualität entstehen bei Verwendung von Kalksandstein, die tonige Anteile enthalten (im Wesentlichen Magnesium, Aluminium, Silicium). Durch das Ausgangsmaterial oder die Verarbeitung verbliebene höhere Anteile organischer Bestandteile (Kohlenstoff) ergeben Graukalk oder Schwarzkalk.

Eine Ausnahme bilden die aus Dolomit gebrannten Kalke, die zwar magnesiumhaltig sind, aber aufgrund der Kristallstruktur dem hochreinem Weißkalk vergleichbarer Qualität entsprechen. Noch komplexer wird das Verhalten der Kalke bei Anteilen an Salzen im Gestein, insbesondere Steinsalz (was bei frostabbindenen Werkstoffen ausgenutzt wird).

Äußerst ungünstig erweist sich das Brennen von Kalk mit Koksen, die den Kalk verschwefeln (S) und in Gips umwandeln. Dasselbe gilt für das traditionelle Holzbrennen. Daher werden hochwertige Kalke gasgebrannt oder sogar elektrisch.


Löschen des Kalks

Der zweite Schritt wird meist im Kalkwerk vollzogen, kann aber auch direkt vom Verbraucher durchgeführt werden. Wird gebrannter Kalk mit Wasser versetzt, entsteht unter Volumenvergrößerung und starker Wärmeentwicklung gelöschter Kalk, chemisch Calciumhydroxid Ca(OH)₂.
 
Calciumoxid und Wasser reagiert zu Calciumhydroxid.
Je nach Menge der Wassergabe spricht man von Sumpfkalk, Kalkfarbe oder Kalkmilch. Alle diese Formen werden als weiße Farbe zum Kalken von Wänden und als Bindemittel für Kalkmörtel oder hydraulischen Mörtel verwendet.

Eine Zwischenstufe bildet dabei der unvollständig gelöschte Kalk, der ein trockenes Pulver ergibt, das trotzdem abbindefähig ist und unter dem Namen Kalkhydrat gehandelt wird. Dieses bildet die Grundlage aller Fertig-Kalkmörtel und -putze und Anmachfarben, die als Sackware vertrieben werden. Natürliche Vorkommen von Kalkhydraten mit freier Kieselsäure nennt man Puzzolane (Trass).

Gebrannter Kalk (Calciumoxid) ist ein sehr stark, gelöschter Kalk (Calciumhydroxid) ein stark ätzender, alkalischer Stoff, Kontakt mit den Augen kann zur Erblindung führen (R 41, S 26-39), Einatmen von Kalkhydratstäuben zu Atemproblemen (S 22), und auch ungeschützte Haut wird angegriffen (S 24)! Erst der abgebundene Kalk ist wie Kalkstein diesbezüglich harmlos.


Abbinden des Kalks

An der Luft bindet gelöschter Kalk mit Hilfe von Kohlenstoffdioxid CO₂ wieder zu Calciumcarbonat ab, womit sich der Kreislauf schließt. Der Vorgang des Abbindens kann durch den geringen CO₂-Gehalt der Luft, die Materialfeuchte sowie die entstehende Sinterschicht jahrelang dauern.
 
Calciumhydroxid und Kohlenstoffdioxid reagiert zu Calciumcarbonat und Wasser.
Dabei karbonatisieren Grau- und Schwarzkalke mit ihrem hohen Eigengehalt an Kohlenstoff deutlich schneller. Hydraulkalke (die oben erwähnten Pozzulane, zementähnliche Kalke, sowie Kalke, die mit porösen Anteilen angereichert sind, die Luft speichern oder Wasser aufsaugen) binden dabei auch im feuchten Milieu, manche sogar unter Wasser.

Gibt man zum Baukalk noch Sand (Gesteinskörnung) erhält man Kalkmörtel, einen der ältesten Baustoffe überhaupt. Der Löschkalk bindet dabei zwischen den Sandkörnern ab und festigt die Masse, der billige Sand sorgt für die nötige Druckfestigkeit und hält den Verbrauch an Kalk niedrig. Optimalerweise ist der Sand auch kalkreich, dann ist die Verbindung nicht nur mechanisch, sondern der Kalk kristallisiert direkt an der Zuschlagoberfläche aus.


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