Kalkboek. Het gebruik van kalk als bindmiddel voor metsel- en voegmortels in verleden en heden

[p. 7]

Samenvatting

Deze publicatie behandelt de toepassing van een bijzondere en afzonderlijke groep metsel- en voegmortels: de kalkmortels. Daarbij komt de historische bouwpraktijk aan de orde, maar zal ook en vooral worden gekeken naar de hedendaagse restauratiepraktijk. Bij dat laatste draait het niet alleen om de vraag wat deze mortels daarvoor thans betekenen maar vooral ook om wat zij zouden kunnen betekenen.

Tegenwoordig wordt voor het metselen en voegen vooral mortel gebruikt waarin portlandcement het enige of voornaamste bindmiddel is. Daardoor is veel kennis over kalkmortels verloren gegaan. Vanaf het einde van de negentiende eeuw hebben cementgebonden mortels steeds nadrukkelijker de plaats van kalkgebonden mortels ingenomen. Hiervoor zijn meerdere redenen aan te wijzen. Dat een cementmortel veel sneller de eindsterkte bereikt is misschien wel de belangrijkste. De bouwpraktijk heeft zich moeten aanpassen aan een steeds groter wordende behoefte aan bouwwerken, zoals huizen, fabrieken, scholen en civieltechnische werken. Dit was vooral het gevolg van bevolkingsaanwas en industrialisatie. De explosieve groei van de bouwproductie direct na de Tweede Wereldoorlog, waarbij herstel van oorlogsschade en lediging van een substantiële woningnood gelijktijdig moesten worden aangepakt, vormt daarin een mijlpaal. Snel bouwen was een noodzaak geworden en dat kon met cementgebonden mortels. En dat kan nog steeds. Desalniettemin is er momenteel sprake van de herontdekking van kalkgebonden mortels, met name voor de toepassing in de restauratie- en renovatiesector. Die toepassing is gestoeld op het compatibiliteitsprincipe: restauratiemortels moeten goed samen kunnen gaan met de historische materialen. In de dagelijkse restauratiepraktijk wordt tegenwoordig nogal eens gewerkt met mortels die niet of onvoldoende compatibel zijn. Dit leidt tot minder duurzaam werk en kan op termijn tot schade leiden. In veel gevallen zijn kalkmortels wel of meer compatibel met historisch metselwerk dan de cementmortels uit de nieuwbouwpraktijk. Historische toepassingen van kalkmortel die vandaag nog in goede staat zijn tonen aan dat kalkmortel - indien ze de juiste samenstelling had en vakkundig was verwerkt - erg duurzaam kan zijn. Deze publicatie behandelt de toepassing van kalkgebonden

[p. 8]

metsel- en voegmortels en is mede tot stand gekomen uit de waardering voor dit materiaal.

Het recept voor kalkmortel

Bij kalkmortels bestaat het bindmiddel uit luchtkalk (calciumhydroxide, Ca(OH)₂) of uit hydraulische kalk. Hydraulische kalk bestaat voor een deel uit calciumhydroxide en verder vooral uit calciumsilicaat dat met water reageert en daarbij verhardt. Calciumhydroxide ontstaat door het met water blussen van ongebluste kalk. Ongebluste kalk (CaO) verkrijgt men door het branden (in kalkovens) van kalksteen of schelpen (de grondstoffen voor kalk). Kalksteen en schelpen bestaan voor een belangrijk deel uit calciumcarbonaat (CaCO₃).

Een mortel wordt verkregen door bindmiddel en toeslagmaterialen te mengen. Het grootste deel van een mortel bestaat meestal uit toeslagmateriaal (aggregaat). Bij een metsel- of voegmortel is dat doorgaans zand. Het bindmiddel moet de korrels van het aggregaat aan elkaar en aan de baksteen binden. Soms worden ook hulpstoffen toegevoegd. De aard en de verhoudingen van al deze bestanddelen zijn bepalend voor het uithardingsproces en de eigenschappen bij verwerking en na verharding. In hoofdstuk 3 komen de samenstellende delen van kalkmortels aan de orde (§ 2: De grondstoffen van kalkmortel). De eigenschappen van de mortel worden echter niet alleen bepaald door de eigenschappen van de stoffen waaruit deze is samengesteld, maar ook door de mengverhoudingen ervan. De keuze van de mortelreceptuur moet worden gemaakt op grond van de specifieke toepassing waarvoor de mortel is bedoeld. Ook dit komt in hoofdstuk 3 aan de orde en wel in § 6: De componenten en hun verhoudingen. Overigens: deze publicatie is geen receptenboek! Het samenstellen van een mortel is specialistenwerk en moet daarom ook aan deze morteltechnologen worden overgelaten. Aannemers en voegers zijn specialisten op het gebied van de uitvoering en daar moeten zij hun kracht vinden, niet in het zelf dokteren aan mortelrecepten of het onbegrepen vasthouden aan eigen recepturen. Zoals uit de praktijk te vaak blijkt kunnen de monumenten daar het slachtoffer van worden.

Verharding

Na de behandeling van de mortelsamenstellingen komt in § 7: De verharding van kalkmortel het uithardingsproces aan de orde.

De verharding van luchtkalkmortels is samen te vatten in de kalkcyclus: het proces van steen tot steen. Brokken kalksteen of schelpen (calciumcarbonaat) worden door het branden omgezet in calciumoxide. Door het blussen met water reageert dit calciumoxide tot calciumhydroxide. Na verwerking ontstaat wederom een

[p. 9]

versteende kalk: door de verbinding met koolzuurgas uit de lucht wordt calciumhydroxide omgezet in calciumcarbonaat waarmee de cyclus rond is.

Kalk gemaakt van kalksteen (steenkalk) bestaat, afhankelijk van de mineralogische samenstelling van de grondstof, soms behalve uit kalk ook uit zogenaamde hydraulische nevenbestanddelen. Die reageren met water en kalk tot verhardende gels. Die gels zorgen voor de primaire verharding van het bindmiddel. Indien er na deze primaire verharding nog vrije kalk (calciumhydroxide) in de mortel aanwezig is, vindt na deze primaire verharding ook nog een verharding plaats door de reactie van deze calciumhydroxide met koolzuurgas (tenminste, wanneer de constructie niet van de lucht is afgesloten, bijvoorbeeld doordat deze zich onder water bevindt). Die laatste reactie komt dus overeen met de verharding van luchtkalk. Deze steenkalk zou je dus kunnen opvatten als een mengsel van een hydraulische component en luchtkalk. Het eerste verhardt relatief snel en óók onder water, het tweede relatief langzaam en alleen wanneer koolzuurgas uit de lucht de kalk kan bereiken. De mate waarin het een en het ander aanwezig is, bepaalt of de kalk sterk of weinig hydraulisch is.

Bij afwezigheid van (voldoende) hydraulische componenten, kunnen ter verhoging van de hydrauliciteit en de eindsterkte van de kalkmortel puzzolane componenten aan de kalkspecie worden toegevoegd. Kalk kan samen met deze puzzolane componenten op ongeveer dezelfde wijze verharden als de hydraulische kalk. De puzzolanen kunnen gemalen natuurlijke materialen zijn - zoals tras - of kunstmatige producten zoals gemalen dakpannen of andere zwak gebrande keramische materialen.

Een lange geschiedenis

In hoofdstuk 2 wordt vooral teruggeblikt op het traditionele gebruik van kalkmortels. De toepassing van kalk voor het samenstellen van bouwmortels kent een lange en rijke historie. Deze komt uitgebreid aan bod in § 2: Het gebruik van kalk door de eeuwen heen. Daaraan vooraf gaat een paragraaf over de andere bindmiddelen die voor de samenstelling van mortels werden en worden toegepast. Vanaf de oudheid tot in het recente verleden is ook gebouwd met mortels op basis van bijvoorbeeld leem of gips. Buiten West Europa, met name in ontwikkelingslanden, wordt een hier volstrekt vergeten bindmiddel als leem overigens nog steeds veel toegepast.

Onderzoek

Hoofdstuk 5 opent met een paragraaf over onderzoek. Wanneer historische kalkmortels worden onderzocht, blijkt dat er in het verleden een grote diversiteit aan kalkmortels is toegepast. De verschillen betreffen in hoofdzaak de verhouding tus-

[p. 10]

sen bindmiddel en zand, het gebruikte type kalk (luchtkalk of hydraulische kalk) en de aan- of afwezigheid van bijmengingen, bijvoorbeeld in de vorm van tras. Enerzijds zijn deze verschillen te verklaren uit het gebruik van lokale en regionale winplaatsen van de grondstoffen (kalksteen, schelpen). Anderzijds speelt ook de in de loop der tijd groter wordende technische kennis een rol. Daardoor konden mortelsamenstellingen steeds beter worden afgestemd op de omstandigheden waarin en waarvoor de mortel werd toegepast (opgaand metselwerk, waterkerend werk, enzovoort).

Wanneer we in de restauratie of de renovatie kalkmortels willen toepassen, dan zullen we inzicht moeten hebben in de steen en de historische mortel waarop we moeten aansluiten. Belangrijk zijn verder ook weer en wind en andere omgevingsinvloeden. Hoofdstuk 4 gaat op deze omgevingsinvloeden in en biedt inzicht in verwering en degradatie en de daarmee samenhangende eigenschappen zoals duurzaamheid. Dit hoofdstuk vormt een belangrijk fundament voor het laatste deel van hoofdstuk 5, dat gaat over het gebruiken en het samenstellen van kalkmortels (§ 3.2) en voorbeelden uit de praktijk bespreekt (§ 4).

State of the art

Voorliggend boek beoogt de huidige stand van zaken weer te geven, the state of the art. De auteurs hebben - gebruikmakend van hun eigen expertise, van oude en recente publicaties en de inbreng van de werkgroep - getracht een zo compleet mogelijk beeld te schetsen van kalkgebonden mortels voor voeg- en metselwerk. De drijfveer hierachter is niet alleen het inzicht dat met kalk vaak even goede - zo niet betere - mortels zijn te maken als met het tegenwoordig meestal toegepaste cement. Zwaarwegend was ook de overtuiging dat de monumentenzorg baat heeft bij het opnieuw en ruimer opnemen van dit materiaal in het scala aan voor restauraties beschikbare middelen. Indien het materiaal weer beter wordt gekend, dan zal het ook weer vaker worden toegepast.