Hydraulisk kalkmørtel 2011

Februar 2011

Hydraulisk kalkmørtel for rehabilitering • Siv.Ing Fasade/Rehabilitering, Camilla Sandem Dhelie, Weber/NPMF • Morten Langvik, daglig leder Mur-Sentret AS, sekretær NPMF

Det har i de senere år vært et økende forbruk av hydrauliske kalkmørtler til rehabilitering av gammelt murverk. Puss av fasader, omspekking og ommuring av teglmurer og natursteinsmurer er fagområder som har fått større oppmerksomhet, som følge av ny viten og nye produkter. Denne artikkel gir en orientering om de forskjellige begreper og egenskaper som benyttes i bransjen, og som er viktig å kjenne til ved prosjektering og utførelse.

En fabrikkprodusert tørrmørtel er sammensatt av bindemiddel og tilslag. Ved rehabilitering er det viktig at mørtelen som benyttes er tilpasset det eksisterende underlaget. Dette gjelder så vel type bindemiddel, som mengde bindemiddel i forhold til tilslag. Bindemiddelet i det som her kalles hydrauliske kalkmørtler er enten ren hydraulisk kalk, eller en blanding av luftkalk/hydratkalk (K) og hydraulisk kalk (Kh). En ren kalkmørtel (K) herder kun ved karbonatisering som følge av tilgang på karbondioksid fra luften. En hydraulisk kalkmørtel (Kh) herder ved tilgang på tilført vann (hydraulisk binding) og karbondioksid (karbonatisering) fra luften. Denne blandingen mellom hydratkalk og hydraulisk kalk benevnes KKh. Fordelen med en blanding er at den gir bedre bearbeidelighet og større kapillaritet. De ellers vanlige KC-mørtler (KalkCement) er også hydraulisk herdende, men blir ikke diskutert her.

Rent historisk har den kalken som har blitt brukt til bygningsmessige formål, vært av varierende styrke, avhengig av den geologiske/kjemiske sammensetningen til den lokale forekomsten som ble benyttet, samt av den brenning av kalkstein som de benyttet. Disse lokale forekomstene besto ofte av ca 75 % kalkstein og resten silikater og aluminater i form av ”leirmineraler”;

for eks. silikater (kvarts) og andre mineraler. Det er disse mineraler som danner grunnlaget for den hydrauliske effekten, og som bidrar til styrke og bestandighet. Den hydrauliske komponenten i kalkmørtel vil raskt avbindes og herdeprosessen vil starte umiddelbart. Mørtelen vil også oppnå større fasthet enn helt rene kalkmørtler basert på hydratkalk/luftkalk (Ca(OH)2), da sistnevnte er avhengig av en uttørkning før selve herdeprosessen i form av karbonatisering kan starte.

I dag er de fleste hydratkalker fremstilt fra svært rene forekomster (>95 % CaCO3) med tanke på industrielt bruk (stål, papir og prosessering), og de har lavere fasthet enn de tradisjonelle lokale kalkmørtler.

Klassifisering av bygningskalk Kalkprodukter benyttet til bygningsformål (building lime) blir regulert av NS-EN 459-1. I denne standarden blir det benyttet følgende definisjoner (utdrag og oversatt):

Luftkalk - Kalk som sakte herdes med å reagere med atmosfærisk karbondioksid. De herder generelt ikke under vann da de ikke har hydrauliske egenskaper. De finnes som brent kalk eller hydratkalk. Det er sistnevnte som benyttes i tørrmørtel.

Hydratkalk (Ca(OH)2) - Luftkalk som er et resultat av kontrollert lesking av brentkalk. De produseres i form av tørt pulver, deig (kulekalk) eller som slurry (kalkmelk).

Naturlig Hydraulisk Kalk - (Natural Hydraulic Lime, NHL) – Kalk produsert ved brenning av mer eller mindre argillitisk eller silikatholdig kalkstein, med reduksjon til pulver ved lesking med eller uten knusing/maling til fint pulver. All NHL kalk har den egenskapen at de setter og herder med vann.

Atmosfærisk karbondioksid bidrar til herdeprosessen.

• •

•

NHL – Naturlig Hydraulisk kalk, uten tilsetningsmidler som f. eks portlandsement NHL-Z – Spesialprodukter som kan inneholde tilsatt egnede pozzolaner eller hydraulisk materiale, opp til 20 % masseforhold.

HL - Hydraulisk kalk som består hovedsakelig av kalsiumhydroksid, kalsiumsilikater og kalsiumaluminater produsert ved å mikse egnede materialer. De innehar egenskapen ved at de setter og herder under vann. Atmosfærisk karbondioksid bidrar til herdeprosessen.

Luftkalk skal klassifiseres iht. til innhold av kalsiumoksid eller magnesiumoksid, mens hydraulisk kalk som er produsert iht. standarden skal klassifiseres iht. trykkstyrke. Som eksempler på klassifisering nevner her NS-EN 459-1 CL 90-Q og NS-EN 459-1 NHL 3,5-Z.

Ila skole

Hydraulisk kalk Hydraulisk kalk som bindemiddel til mørtel kan altså være av naturlig opphav (NHL). Den kan være forbedret med tilsatte pozzolaner (NHL-Z) for å oppnå spesielle egenskaper, eller utviklet som industrielt fremstilte produkter (HL) som ofte inneholder portlandsement.

NHL fremstilles ved brenning av kalkstein fra ressurser med naturlig innhold av silikater og aluminater. Ved brenning frigjøres en del av silikatene slik at disse reagerer med den brente kalken og danner kjemiske forbindelser som gir en hydraulisk effekt, tilsvarende herdeprosessen til en sementbasert mørtel/betong. Det er dog ikke de samme mineraler som dannes. En NHL inneholder i tillegg til de hydrauliske komponentene også fritt tilgjengelig hydratkalk som karbonatiserer og gir et bidrag til trykkfasthet.

Krav til NHL som bindemiddel Ved omtale av NHL, Natural Hydraulic Lime (Naturlig Hydraulisk Kalk), henviser man til selve bindemiddelets egenskaper; dets opphav, herdeprosess, og initielle fasthet testet iht. NS-EN 459-1. De ulike NHL variantene (NHL 2, NHL 3,5 og NHL 5) kan teknisk sett fremstilles fra den samme kalksteinsressursen, men har/får forskjellige egenskaper avhengig av tilgjengelig/løselig silikat (S) og brennetemperatur. Vanligvis brennes kalksteinen på 900-1000°C. Ved såkalt lesking/hydratisering tilføres vann slik at det dannes kun tørre hydrater,

kalsiumsilikater, aluminater og ferritter [Ca(OH)2*C2s] og kalken vil fremstå som et stabilt men etsende pulver. Ved ytterligere tilgang på fuktighet og fritt CO2 fra luften settes herde- og karbonatiseringsprosessen i gang.

De ulike NHL klassene er skjematisk gjengitt i tabellene nedenfor. Generelt vil sterkere trykkfasthet gi lavere permeabilitet og lavere fleksibilitet. Trykkfastheten er også avhengig av tilslag og tilsetning av hydratkalk, samt herdebetingelser.

Tradisjonell Evne til å benevnelse herde i fuktig, utsatt klima (hydraulisitet)

Fritt (tilgjengelig) kalk gitt som Ca(OH)2 %, EN 459-1

NHL 2

Svakt hydraulisk

+

≥ 15

NHL 3.5

Moderat hydraulisk

++

≥9

NHL 5

Sterkt hydraulisk

+++

≥3

Tabell 1, Benevnelse av NHL og krav til fritt tilgjengelig reaktiv kalk Klassifisering iht.

EN 459-1 NHL 2 NHL 3.5 NHL 5

HL 2 HL 3,5 HL 5

Trykkfasthet, N/mm2 For Kh 1:1,3 ≥2 til ≤7 ≥3,5 til ≤ 10 ≥5 til ≤ 15

Tabell 2, Trykkfasthet etter 28 dager. Testmørtel preparert med bindemiddel:sand i volumforhold 1:1,3; iht. NS-EN 459-2 og NS-EN 196.

Fasthetsparametrene i tabell 2 ikke kan overføres direkte til funksjonelle mørtler (handelsvare omsatt som ferdigmørtel i sekk), da de kun gir en klassifisering av bindemiddelet i seg selv. Valg av bindemiddeltype/ mørtelsammensetning til det enkelte prosjekt bør og skal gjøres ut fra ønsket funksjonalitet, og ikke ut fra bindemiddelets klassifisering.

Fra bindemiddel til mørtel For det konkrete prosjekt vil det fra byggherrens side være relevant å angi krav til mørteltype. I tillegg til å angi type bindemiddel er det påkrevet at forholdet mellom bindemiddel og tilslag spesifiseres. Eksempelvis NHL 3,5 1:3 0-4, der forholdet 1:3 betyr 1 volumdel kalk til 3 volumdeler tilslag noe som er et tradisjonelt blandingsforhold. 0-4 angir spranget i siktekurven for tilslaget, i dette tilfelle at tilslaget skal ligge i velgradert størrelse mellom 0 og 4 mm. I enkelte tilfeller kan det være ønskelig med korrigert siktekurve, men dette

omtales ikke her. Det er tilslaget som skal være det bærende elementet, og bindemiddelet er limet mellom tilslagskornene.

En naturlig hydraulisk kalkmørtel kan innholde betydelige andeler med hydratkalk som aktivt bindemiddel, jfr. tabell 1. Det blir nødvendigvis ingen teknisk forskjell i egenskaper om denne andelen kommer fra brenneprosessen fra én kalksteinkilde, eller som tilsatt hydratkalk fra en annen geologisk kilde, og som samlet sett gir de ønskede egenskaper. Produsentens opplysninger om sammensetning kan i slike tilfeller betegnes som forholdet mellom den hydrauliske og hydrat-komponenten samt antall kg tilslag i forhold til bindemiddel, eksempelvis KKh 10/90/500.

Avhengig av bindemiddel, tilslagets egenskaper (som korngradering og kantethet) og blandingsforholdet mellom bindemiddel og tilslag, vil man med en gitt blandeprosedyre oppnå en porestruktur som er medbestemmende for mørtelens bearbeidelighet, sluttfasthet og bestandighet. Porestruktur i mørtelen er avgjørende for optimale forhold for karbonatisering, fuktegenskaper, luftgjennomtrengelighet og mekaniske styrke; dermed også frostsikkerhet.

Porene dannes naturlig gjennom pakking av tilslag i blandeprosessen, luftporetilsetninger og gjennom herdeprosessen. Porene gir mulighet for fukttransport og karbonatisering. Den hydrauliske andelen i en mørtel vil gi en innledende fasthet. I takt med kjemisk

binding binding av av vann vann og og generell generell uttørking uttørking for for øvrig, øvrig, vil vil herdeprosessen herdeprosessen gjennom gjennom karbonatisering karbonatisering igangsettes igangsettes binding av vann og generell uttørking forvann øvrig,kan vil når når fuktighetsinnholdet fuktighetsinnholdet gir gir åpning åpning for for at at vann kan herdeprosessen gjennom karbonatisering igangsettes transporter transporter karbondioksid karbondioksid innover innover ii mørtelen. mørtelen.

Gode Gode når fuktighetsinnholdet åpning for vann kan herdebetingelser herdebetingelser er er derfor derforgir meget meget viktig viktig for foratutvikling utvikling av av transporter karbondioksid innover i mørtelen. Gode sluttfastheten. sluttfastheten. herdebetingelser er derfor meget viktig for utvikling av Hvorfor Hvorfor bruke bruke kalkmørtel kalkmørtel sluttfastheten.

En En mørtel mørtel skal skal alltid alltid tilpasses tilpasses underlaget underlaget og og eventuelt eventuelt Hvorfor bruke kalkmørtel tidligere tidligere brukte brukte materialer. materialer. Derfor Derfor tilbys tilbys det det mange mange En mørtelbasert skal alltid tilpasses underlaget og eventuelt varianter varianter basert på på ulike ulike bindemidler, bindemidler, tilslagstyper tilslagstyper og og tidligere brukte materialer.

Derformisforståelse tilbys det mange sammensetning. sammensetning.

En En noe noe utbredt utbredt misforståelse er er at at varianter basert også på ulike bindemidler, en en sterk sterk mørtel mørtel også er er en en god god mørtel. mørtel.tilslagstyper Andre Andre krav krav og til til sammensetning.

Entil utbredt misforståelse er at fleksibilitet fleksibilitet og og evne evne tilnoe åå oppta oppta bevegelser bevegelser ii underlaget underlaget en sterk også med er enlav godE-modul mørtel. ofte Andre krav til gjør gjør at at en enmørtel kalkmørtel kalkmørtel med lav E-modul ofte kan kan være være fleksibilitet evne å oppta bevegelser imørtel. underlaget bedre bedre egnet egnetog enn enn en entil stivere stivere sementbasert sementbasert mørtel.

Ved Ved gjør at en kalkmørtel med laver E-modul ofte kan være rehabilitering rehabilitering hvor hvordet dettidligere tidligere er brukt bruktkalkmørtler kalkmørtler eller eller bedre egnettegl/naturstein, enn en stivereer Ved det det er er eldre eldre tegl/naturstein, ersementbasert det det også også riktig riktigmørtel. og og viktig viktig åå rehabilitering hvor detsvakere tidligere er brukt kalkmørtler bruke bruke tilsvarende tilsvarende eller eller svakere produkter produkter for forååhindre hindreeller nye nye det er eldre tegl/naturstein, er det også riktig og viktig å skader. skader. bruke tilsvarende eller svakere produkter for å hindre nye skader.

Sammenlignet Sammenlignet med med en en helt helt ren ren K-mørtel, K-mørtel, vil vil en en KKhKKhmørtel mørtel med med riktig riktig fuktighetsinnhold fuktighetsinnhold etter etter kortere kortere tid tid Sammenlignet med en helt ren K-mørtel, vil som en KKhgi gi mørtelen mørtelen en en høyere høyere innledende innledende fasthet, fasthet,noe noe som kan kan mørtel med riktig etter tid være være nødvendig nødvendig av avfuktighetsinnhold hensyn hensyn til til fremdrift fremdrift og og kortere klimatiske klimatiske gi mørtelen en høyere innledende fasthet, noeunderlag som kan forhold. forhold.

Generelt Generelt skal skal det det ved ved sterkt sterkt sugende sugende underlag være nødvendig av hensyn til fremdrift og klimatiske benyttes benyttes svake svakekalkmørtler, kalkmørtler, mens mens svakt svaktsugende sugende og ogfaste faste forhold. Generelt skal det ved sterkt sugende underlag underlag underlag (naturstein) (naturstein) trenger trenger en en sterkere sterkere variant. variant.

De De benyttes svake kalkmørtler, mens svakt sugende og faste enkelte enkelte produsentene produsentene har har ulike ulike varianter varianter med med rene rene NHL NHL underlagmørtler (naturstein) trenger en De baserte baserte mørtler og og blandinger blandinger av av sterkere NHL NHL og og variant. hydratkalk, hydratkalk, enkeltepå produsentene har erfaringer ulike varianter med rene NHL basert basert på råvaretilgang, råvaretilgang, erfaringer og og kunnskap kunnskap om om baserte blandinger av NHL og sitter hydratkalk, de de lokale lokalemørtler forhold. forhold.ogDen Den enkelte enkelte leverandør leverandør sitter med med basert påsom råvaretilgang, erfaringer og kunnskap om erfaringer erfaringer som kan kan og og bør bør utnyttes. utnyttes.

Gode Gode herdebetingelser herdebetingelser er er alfa alfa og og omega omega de lokale forhold. Den enkelte leverandør sitter med erfaringer som kan og bør utnyttes.

Gode herdebetingelser er alfa og omega

basert på råvaretilgang, erfaringer og kunnskap om de lokale forhold. Den enkelte leverandør sitter med erfaringer som kan og bør utnyttes.

Da Da en en kalkbasert kalkbasert mørtel mørtel er er avhengig avhengig av karbonatisering karbonatisering Gode herdebetingelser er alfaav og omega for for gjennomherding, gjennomherding, er er det det nødvendig nødvendig at at Da en kalkbasert mørtel er avhengig av karbonatisering overskuddsvann overskuddsvann som som ikke ikke blir blir kjemisk kjemisk bundet bundet til til for gjennomherding, er kalk detfår andelen andelen hydraulisk hydraulisk herdende herdende kalk får nødvendig anledning anledning til til at åå overskuddsvann som ikke blirdannes kjemisk til tørke tørke ut. ut. Under Under uttørkningen uttørkningen dannes det detbundet krystaller krystaller andelen hydraulisk herdende kalk får å samtidig samtidig som som mørtelen mørtelen trekker trekker seg seganledning sammen sammen tilog og tørke ut.sin Under uttørkningen dannes krystaller utvikler utvikler sin endelige endelige porestruktur. porestruktur.

Er Er det uttørkningen uttørkningen samtidig som trekkerii pussen seg sammen og for for sterk sterk slik slik at atmørtelen all all fuktighet fuktighet pussen forsvinner, forsvinner, utvikler sin endelige porestruktur.

Er uttørkningen ødelegges ødelegges herdeprosessen herdeprosessen og og herdingen herdingen stopper stopper opp. opp. forsolrike sterk og slik at all fuktighet i pussen forsvinner, På På solrike og varme varme dager dager bør bør derfor derfor overflaten overflaten vannes. vannes. ødelegges herdeprosessen herdingen opp.

Karbonatiseringsdybde Karbonatiseringsdybde kan kanogmåles måles med med stopper fenolftalein, fenolftalein, På solrike dager bør derfor overflaten vannes. men men som somog en envarme erfaringsbasert erfaringsbasert tommelfingerregel tommelfingerregel bør bør Karbonatiseringsdybde kan måles med fenolftalein, en en kalkmurt kalkmurt og og -pusset -pusset fasade fasade normalt normalt stå stå minimum minimum 22 men frostfritt som en før erfaringsbasert tommelfingerregel mnd mnd frostfritt før klimabeskyttelsen klimabeskyttelsen fjernes. fjernes. Normalt Normaltbør er er en kalkmurt og -pusset fasade stå minimum 2 karbonatiseringshastigheten karbonatiseringshastigheten ca canormalt 2-5mm 2-5mm pr pr måned. måned. mnd frostfritt før klimabeskyttelsen fjernes. Normalt er karbonatiseringshastigheten ca 2-5mm pr For For åå sikre sikre optimale optimale herdebetingelsene herdebetingelsene er er måned. det det anbefalt anbefalt at at alle alle arbeider arbeider gjøres gjøres ii sommerhalvåret sommerhalvåret og og med med For å sikre utover optimale herdebetingelsene er det anbefalt tildekking tildekking utover høsten. høsten.

En En god god huskeregel huskeregel er er at at at alle arbeider i sommerhalvåret og med arbeidet arbeidet skal skal pågå pågågjøres mellom mellom 15.april 15.april og og 15.

15. september september tildekking utover høsten. god 55huskeregel er En at og og ii et et temperaturspenn temperaturspenn på påEn mellom mellom °C °C og og 30 30 °C. °C. En arbeidet skal mellom ogfrost 15. september tildekking tildekking for for åpågå å beskytte beskytte mot mot15.april regn regn og og frost kan kan også også og i et temperaturspenn på mellom 5 °Cda 30ved °C.lave En være være også også nødvendig nødvendigden denførste første vinteren, vinteren, daog det det ved lave tildekking forkun å beskytte mot regn komponenten og frost kan som også temperaturer temperaturer kun er erden denhydrauliske hydrauliske komponenten som være også nødvendig den første vinteren, da det ved laveii vil vil herdne. herdne.

Selve Selve karbonatiseringen karbonatiseringen kommer kommer først først godt godt temperaturer kun er denstiger hydrauliske som gang gang når når temperaturen temperaturen stiger over over 10 10komponenten °C, °C, fuktinnholdet fuktinnholdet vil herdne.

Selve karbonatiseringen kommerfra først godt i synker synker og og det det er er fri fri tilgang tilgang til til karbondioksid karbondioksid fra luften. luften. gang når temperaturen stiger over 10 °C, fuktinnholdet Kommentar Kommentar synker og det er fri tilgang til karbondioksid fra luften.

Naturlig Naturlig Hydraulisk Hydraulisk Kalk Kalk (NHL) (NHL) er er en en klassifiseringsklassifiseringsKommentar betegnelse betegnelse på på en en type type bindemiddel bindemiddel som som herder herder ved ved Naturlig (NHL) er enTypeinndelingen klassifiseringshydraulisk hydrauliskHydraulisk binding binding og ogKalk karbonatisering. karbonatisering.

Typeinndelingen betegnelse en typeav bindemiddel som herder ved er er videre videre på avhengig avhengig av bindemiddelets bindemiddelets kjemiske kjemiske hydraulisk binding og karbonatisering.

Typeinndelingen og og fysikalske fysikalske egenskaper. egenskaper.

Valg Valg av av mørtel mørtel basert basert på på er videre avhengig kjemiske naturlig naturlig hydraulisk hydraulisk kalk kalkav skal skalbindemiddelets gjøres gjøres ut ut fra fra ønsker ønsker om om og fysikalske egenskaper.

Valg dets av basert på sluttproduktets sluttproduktets funksjonalitet, funksjonalitet, detsmørtel bearbeidelighet bearbeidelighet naturlig hydraulisk skal gjøres ut fra om og og dets dets sluttstyrke. sluttstyrke. kalk Disse Disse egenskapene egenskapene er er ønsker et et samlet samlet sluttproduktets funksjonalitet, dets bearbeidelighet resultat resultat av avbindemidler, bindemidler, tilslag, tilslag,vannforbruk, vannforbruk, utførelse utførelseog og og dets sluttstyrke. herdebetingelser. herdebetingelser.   Disse egenskapene er et samlet resultat av bindemidler, tilslag, vannforbruk, utførelse og herdebetingelser. 

NorsK NorsK PussPuss- og og mørteLforeNiNg mørteLforeNiNg er er en en interesseorganisasjon interesseorganisasjon for for mørtelindustrien mørtelindustrien ii Norge NorgeNorsK med med totalt totalt 11 11 medlemsbedrifter, medlemsbedrifter, tilsluttet tilsluttet Puss- og mørteLforeNiNg EMO EMO European Mortar Mortar Industry Industry Organization. er en-- European interesseorganisasjon for Organization. mørtelindustrien www.npmf.no www.npmf.no i Norge med totalt 11 medlemsbedrifter, tilsluttet EMO - European Mortar Industry Organization. www.npmf.no