Kalk in de techniek: Bronnen, samenstelling, productie en praktische toepassingen

Het gebruik van kalk als bindmiddel is al sinds oude tijden bekend. De Egyptenaren en Romeinen maakten opmerkelijke toepassing van dit materiaal voor diverse bouwdoeleinden. Zelfs in India werden de diverse technische structuren zoals grote paleizen, bruggen, tempels, forten, monumenten, etc. gebouwd met kalk als bindmiddel en sommige van deze structuren bestaan nog steeds in perfecte staat.

Op dit moment heeft cement kalk in grote mate vervangen. Maar op plaatsen waar kalk lokaal beschikbaar is en wanneer er een acute tekort aan cement is, biedt kalk zeker een goedkope en betrouwbare alternatief voor cement.

Bronnen van Kalk

Kalk is doorgaans niet in vrije toestand in de natuur beschikbaar.

Het wordt verkregen door één van de volgende materialen te verbranden:

(i) Kalksteen uit de stenen heuvels,

(ii) Keien van kalksteen uit de bedden van oude rivieren,

(iii) Kankar gevonden onder de grond, en

(iv) Schelpen van zeedieren.

Het mag opgemerkt worden dat witte krijt zuivere kalksteen is en kankar een onzuivere kalksteen is.

Bestanddelen van Kalkstenen

De hoofdbron van kalk is de kalksteen verkregen uit de natuur en de eigenschappen van kalk zullen afhangen van de samenstelling van de kalksteen waaruit het geproduceerd wordt.

De bestanddelen van dergelijke kalkstenen zijn als volgt:

(1) Klei:

Deze bestanddeel is verantwoordelijk voor het produceren van hydrauliciteit in kalk. Het maakt ook kalk onoplosbaar in water. Als het in overmaat aanwezig is, belemmert het het blussen. Als het in kleine hoeveelheid aanwezig is, vertraagt het het blussen. Een verhouding van 8 tot 30 procent is wenselijk voor het maken van goede kalk.

(2) Oplosbare Silica:

Het is essentieel om silica en alumina aanwezig te hebben in chemische combinatie met kalksteen om hydrauliciteit te ontwikkelen. De silicaten van calcium, magnesium en aluminium zijn verantwoordelijk voor hydrauliciteit. Zulke silicaten zijn inert of inactief bij lage temperaturen. Maar ze worden actief en combineren met kalk bij hoge temperaturen.

(3) Magnesiumcarbonaat:

De aanwezigheid van deze bestanddeel laat kalk langzaam blussen en binden, maar het geeft meer sterkte. Verder zijn de productie van warmte en uitrekking minder. Als de inhoud van magnesiacarbonaat ongeveer 30 procent is, wordt hydrauliciteit aan de kalk toegekend zelfs in afwezigheid van klei.

(4) Alkaliën en Metaloxiden:

Wanneer deze in kleine hoeveelheden tot ongeveer 5 procent of zo aanwezig zijn, ontwikkelen ze hydrauliciteit door de vorming van oplosbare silicaten bij lage temperatuur.

(5) Sulfaten:

De aanwezigheid van sulfaten in kleine hoeveelheden versnelt het bindingsproces en vermindert de blusactie.

(6) IJzer:

Als ijzer in kleine hoeveelheid aanwezig is, ontwikkelt het een complex silikaat bij hoge temperatuur. Maar overmaat aan ijzer is objectionabel.

(7) Pyriet:

Het is onwenselijk om pyriet in de samenstelling van kalkstenen te hebben. Dergelijke kalkstenen moeten daarom worden afgewezen.

Classificatie van Kalksoorten

De kalksoorten die verkregen worden door calcinatie van kalkstenen worden ruwweg ingedeeld in de volgende drie categorieën:

(1) Vetkalk

(2) Hydraulische kalk

(3) Arme kalk.

(1) Vetkalk:

Deze kalk is ook bekend als hoog-calciumkalk, zuivere kalk, rijke kalk of witte kalk. Het is populair bekend als vetkalk omdat het hevig blust en zijn volume toeneemt tot ongeveer 2 tot 2½ keer het volume van ongedoofde kalk.

Het wordt bereid door calcinatie van vergelijkbaar zuiver calciumcarbonaat dat bestaat uit ongeveer 95 procent calciumoxide. Het percentage onzuiverheden in zo'n kalksteen is minder dan 5 procent.

De volgende zijn de eigenschappen van vetkalk:

(i) Het verhardt zeer langzaam.

(ii) Het heeft een hoge graad van plasticiteit.

(iii) Het is oplosbaar in water dat regelmatig wordt veranderd.

(iv) De kleur is perfect wit.

(v) Het bindt langzaam in aanwezigheid van lucht.

(vi) Het blust hevig.

De volgende zijn de toepassingen van vetkalk:

(i) Het wordt gebruikt bij kalken en verpleisteren van muren.

(ii) Met zand vormt het kalkmortel dat in dunne voegen bindt. Zulke mortel kan gebruikt worden voor dunne voegen van stenenwerk en metselwerk.

(iii) Met surkhi vormt het kalkmortel dat goede bindings- en hydraulische eigenschappen bezit. Zulke mortel kan gebruikt worden voor dikke metselmu en funderingen, etc. De surkhi is het poeder verkregen door verbrande stenen te malen.

(2) Hydraulische Kalk:

Deze kalk is ook bekend als waterkalk omdat het onder water bindt. Het bevat klei en een bepaalde hoeveelheid ijzer(II)oxide.

Afhankelijk van het percentage klei, wordt de hydraulische kalk ingedeeld in de volgende drie typen:

(i) Zwak hydraulische kalk

(ii) Matig hydraulische kalk

(iii) Sterk hydraulische kalk.

De volgende feiten moeten worden opgemerkt:

(i) De toename in percentage klei maakt het blussen moeilijker en verhoogt de hydraulische eigenschap.

(ii) Met ongeveer 30 procent klei lijkt de hydraulische kalk op natuurlijke cement.

(iii) De hydraulische kalk kan onder water en in dikke muren binden waar er geen vrije luchtcirculatie is.

(iv) De kleur van hydraulische kalk is niet perfect wit. Het lijkt daarom minder hygiënisch dan vetkalk.

(v) Het vormt een dunne pasta met water. Het lost niet op in water hoewel het vaak wordt veranderd.

(vi) Als hydraulische kalk voor pleisterwerk moet worden gebruikt, moet het fijn gemalen worden en dan met zand gemengd. De zo bereide mortel wordt als hoop een week of zo bewaard en wordt opnieuw gemalen. Zulke mortel kan dan voor pleisterwerk worden gebruikt.

Tabel 5-1 toont de vergelijkingspunten tussen deze typen hydraulische kalken.

(3) Arme Kalk:

Deze kalk is ook bekend als onzuivere kalk of magere kalk. Het bevat meer dan 30 procent klei. Het blust heel langzaam. Het vormt een dunne pasta met water. Het lost niet op in water hoewel het vaak wordt veranderd. Het bindt of verhardt heel langzaam. Het heeft slechte bindingseigenschappen en de kleur is modderig wit.

Deze kalk maakt een zeer slechte mortel. Zulke mortel kan gebruikt worden voor mindere typen werk of op plaatsen waar geen goede kalk beschikbaar is.

I.S. Classificaties van Kalk

De bouwkalken volgens BIS:712-1984 (Derde herziening) zijn ingedeeld onder zes categorieën, namelijk, Klasse A, Klasse B, Klasse C, Klasse D, Klasse E en Klasse F.

(1) Klasse A:

Klasse A kalk is de sterk hydraulische kalk die voor structurele doeleinden wordt gebruikt en die in gehydrateerde vorm moet worden geleverd. De minimale druksterkte met kalkzandmortel van verhouding (1:3) per gewicht aan het einde van 14 dagen en 28 dagen moet respectievelijk 1,75 N/mm² en 2,80 N/mm² zijn.

(2) Klasse B:

Klasse B kalk is de half-hydraulische kalk die gebruikt wordt voor mortels voor metselwerk en die kan worden geleverd als ongedoofde kalk of als gehydrateerde kalk. De minimale druksterkte met kalkzandmortel van verhouding (1:3) per gewicht aan het einde van 14 dagen en 28 dagen moet respectievelijk 1,25 N/mm² en 1,75 N/mm² zijn.

(3) Klasse C:

Klasse C kalk is de vetkalk die voornamelijk gebruikt wordt voor afwerkingslaag in verpleisteren, kalken en met geschikte toevoegingen zoals surkhi of elk ander puzolanicum materiaal om kunstmatige hydraulische mortels te produceren. Het moet in gehydrateerde of ongedoofde vorm worden geleverd.

(4) Klasse D:

Klasse D kalk is de magnesium of dolomietische kalk die gebruikt wordt voor afwerkingslaag in verpleisteren, kalken, etc. Het moet in gehydrateerde of ongedoofde vorm worden geleverd.

(5) Klasse E:

Klasse E kalk is de kankarkalk die gebruikt wordt voor de metselmortels en die in gehydrateerde vorm moet worden geleverd.

(6) Klasse F:

Klasse F is de silicaathoudende dolomietische kalk die gebruikt wordt voor onderlaag en afwerkingslaag van pleister. Het moet in gehydrateerde of ongedoofde vorm worden geleverd.

Het mag opgemerkt worden dat de toepassingen van de diverse categorieën kalken slechts suggestief zijn.

De chemische en fysische eisen die door de kalk van elke categorie moeten worden nageleefd, worden genoemd in de bovenstaande BIS met testmethoden volgens BIS:6932-1973.

Productie van Natuurlijke Hydraulische Kalk

De volgende drie afzonderlijke operaties zijn betrokken bij de productie van natuurlijke hydraulische kalk:

(1) Verzameling van kankar

(2) Calcinatie van kankar

(3) Blussen en malen van verbrande kalk.

(1) Verzameling van Kankar:

De kankar is een onzuivere kalksteen en wordt gebruikt voor de productie van natuurlijke hydraulische kalk. De kankar is beschikbaar in twee vormen, namelijk knopen en blokken.

De knopen worden ofwel op de grondoppervlak of iets onder grondniveau gevonden.

De knopen van kankar zijn makkelijk te verzamelen en kankar in knopvorm wordt als superieur materiaal beschouwd voor de productie van natuurlijke hydraulische kalk om de volgende redenen:

(i) Het kan hitte en regen weerstaan zonder ontbinding.

(ii) Het bevat een hoger percentage klei en bezit daarom betere hydraulische eigenschappen.

De blokken van kankar worden gevonden uit de ondergrondse lagen onder of op of nabij de oevers van rivieren of beken. De dikte van blokken is meestal 50 mm tot 300 mm.

De knopen of blokken van kankar worden ontgonnen met behulp van hakbijlen en kuitspijlen. Zulke kankar wordt vervolgens schoongemaakt van modder of aarde en omgezet in geschikte afmetingen.

(2) Calcinatie van Kankar:

De calcinatie of verbranding van kankar tot helder rode hitte wordt gedaan in mieten of ovens zoals in het geval van de productie van vetkalk.

(3) Blussen en Malen van Verbrande Kalk:

Het blussen van hydraulische kalk gebeurt zeer langzaam. Daarom wordt de ongedoofde kalk eerst droog gemalen voordat water wordt toegevoegd voor het blussen.

Het malen van ongedoofde kalk kan op een van de volgende manieren worden uitgevoerd:

(i) Met de hand met behulp van houten kloppers, of

(ii) Met behulp van molens die met runderen of stoomkracht werken, of

(iii) Met behulp van speciale machines.

De volgende verschilpunten in het geval van blussen van vetkalk en hydraulische kalk moeten worden opgemerkt:

(i) Bij vetkalk wordt de benodigde hoeveelheid water voor blussen in één keer toegevoegd. Bij hydraulische kalk wordt het water geleidelijk toegevoegd om grondig blussen te veroorzaken.

(ii) Een deel vet ongedoofde kalk, wanneer geblust, wordt omgezet in ongeveer 1½ deel in pastavorm en 2 delen in poedervorm. Een deel hydraulische ongedoofde kalk, wanneer geblust, wordt omgezet in ongeveer 1 deel in pastavorm en 1½ deel in poedervorm.

(iii) De hoeveelheid water die nodig is om vetkalk te blussen is meer dan die vereist voor hydraulische kalk.

(iv) De tijd die vetkalk nodig heeft om te blussen is ongeveer 3 tot 4 uur en die voor hydraulische kalk is ongeveer 12 tot 48 uur.

Productie van Kunstmatige Hydraulische Kalk

Als natuurlijk grondmateriaal niet geschikt is voor de productie van hydraulische kalk, is het mogelijk om de hydraulische kalk kunstmatig te bereiden. In feite kan vetkalk worden omgezet in hydraulische kalk door toevoeging van klei in de vereiste verhouding.

De volgende zijn de twee methoden van het bereiden van kunstmatige hydraulische kalk:

(1) Omzetting van zachte kalksteen

(2) Omzetting van harde kalksteen.

(1) Omzetting van Zachte Kalksteen:

De beschikbare kalksteen, als van zachte kwaliteit zoals krijt, wordt gemalen en in poedervorm gebracht. Het wordt gemengd met de vereiste verhouding van klei. Het wordt vervolgens in een oven verbrand en het blussen wordt uitgevoerd zoals in het geval van de productie van natuurlijke hydraulische kalk.

(2) Omzetting van Harde Kalksteen:

De beschikbare kalksteen, als van harde kwaliteit, wordt eerst verbrand en geblust. Tot deze gebluste kalk wordt de vereiste verhouding van klei toegevoegd om grondmateriaal voor een goede variëteit hydraulische kalk te verkrijgen.

Deze mengsel wordt omgezet in ballen van geschikte grootte en na drogen worden deze ballen in de oven verbrand. Het blussen wordt uitgevoerd zoals in het geval van de productie van natuurlijke hydraulische kalk. Aangezien deze kalk na tweemaal verbranden in de oven geproduceerd wordt, is het ook bekend als de tweemaal-ovenkalk.

Voorzorgsmaatregelen bij het Hanteren van Kalk

De volgende voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen tijdens het hanteren van kalk om ongevallen te voorkomen:

(1) Contact met Water:

De ongedoofde kalk mag niet in contact komen met water vóór het blussen.

(2) Faciliteiten voor Werkers:

Kalkstof veroorzaakt irritatie en daarom moeten werknemers die kalk hanteren, voorzien worden van beschermingsbrillen en ademhalingsbescherming. De kalk veroorzaakt ook brandwonden op de huid, vooral als de huid vochtig is. Het is daarom raadzaam om rubber handschoenen, rubber laarzen en huidbeschermende crème te verstrekken aan werknemers die waarschijnlijk brandwonden oplopen.

(3) Brandgevaar:

De ongedoofde kalk geeft enorme hitte af tijdens het blussen en daarom moeten alle passende maatregelen worden genomen om kansen op brandgevaar te voorkomen.

(4) Instructies aan Werkers:

Na het hanteren van kalk moeten de werknemers geïnstrueerd worden om de blootgestelde lichaamsdelen met overvloedig vers water af te wassen. Op dezelfde manier moeten werknemers die kalkmelk hanteren, die heet is, geadviseerd worden om hun huid dagelijks in te smeren met olie om brandwonden te voorkomen.

Toepassingen van Kalk

Kalk is een belangrijk technisch materiaal en de toepassingen kunnen als volgt worden opgesomd:

(i) Het wordt gebruikt als chemisch grondmateriel in de zuivering van water en voor rioolwaterbehandeling.

(ii) Het wordt gebruikt als flux in de metallurgische industrie.

(iii) Het wordt gebruikt als matrix voor beton en mortel.

(iv) Het wordt gebruikt als vuurvast materiaal voor het bekleden van open-haardovens.

(v) Het wordt gebruikt in de productie van glas.

(vi) Het wordt gebruikt voor het maken van mortel voor metselwerk.

(vii) Het wordt gebruikt voor het verpleisteren van muren en plafonds.

(viii) Het wordt gebruikt voor de productie van kunststeen, kalkzandsteen, schuim-silicaatproducten, etc.

(ix) Het wordt gebruikt voor bodemstabilisatie en voor het verbeteren van de bodem voor landbouwdoeleinden.

(x) Het wordt gebruikt voor kalken en als basisschicht voor distemper.

(xi) Wanneer het met Portlandcement gemengd wordt, verkrijgt de mortel waardevolle eigenschappen en zo'n mortel kan gebruikt worden in plaats van de dure cementmortel.

Testen Uitgevoerd voor Kalkstenen

De kalkstenen worden getest om de kwaliteit van kalk te bepalen die uit hen verkregen kan worden. Voor het precies bepalen van de geschiktheid van kalksteen, worden gedetailleerde chemische testen in een laboratorium uitgevoerd.

Maar voor algemene informatie worden de volgende vier praktische testen uitgevoerd:

(1) Fysische eigenschappen

(2) Warmtetest

(3) Zuurtets

(4) Baltest.

(1) Fysische Eigenschappen:

De zuivere kalksteen wordt aangeduid door witte kleur. De hydraulische kalkstenen worden aangeduid door blauwgrijze, bruine of enige donkere kleur. De smaak van hydraulische kalkstenen is kleiig en ze geven een aardige geur. De aanwezigheid van glinsterende deeltjes op het oppervlak van kalkstenen wijst op de aanwezigheid van vrij zand. De aanwezigheid van klonters geeft een indicatie van ongedoofde kalk of onverbrande kalksteen.

(2) Warmtetest:

Een stuk droge kalksteen wordt geweegd en in een open vuur enkele uren verhit. Het monster wordt opnieuw geweegd en het gewichtsverlies geeft de hoeveelheid koolstofdioxide aan. Uit deze gegevens wordt de hoeveelheid calciumcarbonaat in kalksteen berekend.

(3) Zuurtets:

Een theelepel poederkalk wordt in een buisje genomen en verdünnte zoutzuur wordt erin gegoten. De inhoud wordt nu gerold en het buisje met zijn inhoud wordt dan 24 uur staand in zijn houder gelaten.

Als de inhoud van calciumcarbonaat hoog is, zal er hevig gebulder zijn en minder residu vorming. Zulke actie zal zuivere kalksteen aanduiden. Aan de andere kant, als de inhoud van calciumcarbonaat laag is, zal er minder gebulder zijn en meer residu vorming. Zulke actie zal onzuivere of hydraulische kalksteen aanduiden.

Als een dik gel of halfvast materiaal wordt gevormd dat niet vloeit zelfs als het buisje met zijn inhoud omgekeerd wordt, duidt dit op kalk van klasse A. Als het gel niet helemaal dik is en neigt te vloeien wanneer het buisje gekanteld wordt, duidt dit op kalk van klasse B. Als er echter geen gelvorming is, duidt dit op kalk van klasse C.

(4) Baltest:

In deze test worden ballen van ongeveer 40 mm formaat van stijve kalk gevormd door voldoende water toe te voegen en ze worden zes uur ongeroerd gelaten. De ballen worden vervolgens in een kom water geplaatst. Als er tekenen zijn van langzame uitrekking en langzame ontbinding binnen minuten na plaatsing in water, duidt dit op klasse C kalk. Als, aan de andere kant, er zeer weinig of geen uitrekking is en talrijke scheuren, duidt dit op klasse B kalk.