Calciumsulfat

Die Verarbeitung von Calciumsulfat beginnt mit dem Brennen von Gipsstein. Das geschieht in Öfen bei Temperaturen zwischen 120 und 180 Grad Celsius. Während dieses Prozesses verdampft ein Teil des Kristallwassers, wodurch sich das Dihydrat in Hemihydrat umwandelt. Dieser Halbhydratgips ist das Ausgangsmaterial für die meisten Bauanwendungen.

Bei der Verarbeitung wird der Gips mit Wasser zu einer flüssigen Masse angerührt. Die Reaktion kehrt sich dann um: Das Hemihydrat nimmt Wasser auf und bildet wieder Dihydrat. Dieser Prozess, das Abbinden, beginnt bereits nach einigen Minuten. Fachleute müssen daher schnell arbeiten. Die Masse wird gegossen, gespritzt oder mit einer Kelle aufgetragen, je nach Anwendung.

Für Fließestriche wird Calciumsulfat als Anhydrit verwendet. Der pulverförmige Stoff wird mit Wasser und manchmal einer kleinen Menge Zuschlagstoff zu einer selbstverdichtenden Flüssigkeit gemischt. Diese wird auf dem Tragestrich gegossen und anschließend mit einem Estrichschieber oder einer Rüttelflasche verteilt. Die Flüssigkeit findet selbst ihr Niveau. Nach dem Aushärten bleibt ein ebener Boden zurück, der nach einigen Tagen begehbar ist.

Bei Gipsplatten verläuft der Prozess anders. Hier wird der Gips mit Wasser und Zusatzstoffen zu einer Paste gemischt, die zwischen zwei Lagen Karton gepresst wird. Die Platten werden auf Länge geschnitten und durchlaufen einen Trockenkanal, um überschüssige Feuchtigkeit zu verlieren.

Kennzeichnend für Calciumsulfat ist, dass es beim Abbinden leicht expandiert. Diese Eigenschaft macht das Material geeignet zum Füllen von Fugen und zum Glätten von Ecken. Es füllt den Raum vollständig aus, ohne dass Schwindrisse entstehen. Nach dem Aushärten ist das Material empfindlich gegenüber längerem Kontakt mit Wasser; das beschränkt die Anwendung auf trockene Innenräume.

Calciumsulfat kennt drei Hauptformen, die in der Baupraxis nebeneinander verwendet werden: das Dihydrat, das Hemihydrat und das Anhydrat. Das Dihydrat, auch Gips oder Gipsstein genannt, ist die natürliche Form. Das Hemihydrat entsteht durch Erhitzen und ist als Stuckgips oder Brandgips bekannt; dies ist das Material, das in Pulverform geliefert wird und beim Anrühren mit Wasser wieder hart wird. Das Anhydrat ist die vollständig entwässerte Form und wird unter der Bezeichnung Anhydrit verarbeitet.

Im Handel tauchen verschiedene Bezeichnungen auf, die auf dasselbe hinauslaufen. So wird Calciumsulfat im Trockenbau auch als Gipsbindemittel, Gipsmörtel oder einfach Gips bezeichnet. Der Unterschied zwischen Gips und Anhydrit ist für Fachleute relevant: Gips bindet schnell ab und expandiert leicht, während Anhydrit langsamer reagiert und nahezu keine Expansion zeigt. Dieser Unterschied bestimmt die Wahl der Anwendung, etwa bei Estrichen versus Wandgestaltung.

Weiterhin wird zwischen natürlichem Calciumsulfat und industriellem Calciumsulfat unterschieden. Natürliches Calciumsulfat wird aus Gipsstein gewonnen. Der industrielle Typ entsteht als Nebenprodukt, beispielsweise bei der Rauchgasentschwefelung in Kraftwerken oder bei der Herstellung von Phosphorsäure. Dieser REA-Gips oder Phosphorgips hat die gleichen chemischen Eigenschaften wie das natürliche Material. Die Bezeichnung sagt etwas über die Herkunft aus, nicht über die Qualität oder Verwendbarkeit.

Eine häufig anzutreffende Verwechslung betrifft den Unterschied zwischen Calciumsulfat und Gips. In der Bauwelt wird mit Gips fast immer das Bindemittel gemeint, das aus Calciumsulfat besteht, aber der Begriff wird auch für die fertigen Produkte wie Gipsplatten oder Gipsblöcke verwendet. Calciumsulfat ist dann die chemische Verbindung; Gips ist die Bezeichnung für das Material im baulichen Kontext. Anhydrit wird zudem manchmal mit Anhydritestrich verwechselt, während Letzteres ein Estricksystem ist, bei dem Calciumsulfat als Bindemittel dient.

Ein Bauunternehmer, der einen Anhydritestrich in einem Neubau gießt, erkennt sofort den Unterschied zu einem zementgebundenen Estrich. Die selbstverdichtende Flüssigkeit läuft als dünne Schicht über den Tragestrich, findet selbst das Wasserniveau, und nach zwei Tagen ist der Estrich begehbar. Bei Fußbodenheizung erwärmt sich dieser Estrich schneller als ein Zementestrich. Der Bewohner merkt das im Wohnzimmer: Der Boden fühlt sich früher warm an und kühlt auch schneller ab.

Ein Stuckateur arbeitet mit Stuckgips für die glatte Ausarbeitung einer Innenwand. Er rührt den Gips in einem Eimer an, rührt ihn kurz durch und hat danach höchstens zwanzig Minuten, um ihn auf die Wand zu bringen. Wer zu lange wartet, bekommt eine Masse, die zu binden beginnt und klumpig wird. Das ist der Moment, in dem selbst ein erfahrener Fachmann mit einer Kelle nicht mehr weiterkommt.

In einem Bürogebäude werden Gipsplatten für die Trennwände montiert. Die Platten werden zugeschnitten, gegen das Stahlprofil geschraubt und die Fugen mit Fugenfüller ausgearbeitet. Dieser Füllstoff auf Basis von Calciumsulfat expandiert beim Trocknen leicht. Dadurch füllt er die Fuge vollständig aus. Nach dem Schleifen ist keine Fuge mehr zu sehen, auch nicht dort, wo zwei Platten nicht ganz perfekt aneinander lagen.

Für Calciumsulfat und seine Anwendung im Bauwesen gilt eine Reihe europäischer und nationaler Regeln. Diese betreffen weniger den chemischen Stoff selbst, sondern vor allem die Produkte, in denen er verarbeitet ist. Die europäische Bauproduktenverordnung (305/2011) bildet die Grundlage. Gipsplatten, Gipsblöcke und Anhydritestriche müssen dieser entsprechen, um die CE-Kennzeichnung tragen zu dürfen. Diese Kennzeichnung sagt etwas über Leistungen wie Brandverhalten, Schalldämmung und mechanische Festigkeit aus.

Darüber hinaus spielt die DIN EN 13279 eine Rolle für Gipsbindemittel. Diese Norm legt die Eigenschaften und Prüfverfahren fest. Für Anhydritestriche gilt die DIN EN 13454. In Deutschland gelten für die Anwendung in Gebäuden die Landesbauordnungen (MBO/LBO), mit Anforderungen an den Brandschutz und die Gesundheit. Eine Gipsplatte von 12,5 Millimetern Dicke mit einem Kern aus Calciumsulfat hat beispielsweise eine bestimmte Brandklasse; das ist in der Produktnorm festgelegt.

Für die Arbeitsbedingungen gilt die Arbeitsstättenverordnung sowie die Gefahrstoffverordnung. Beim Sägen von Gipsplatten oder beim Mischen von Gips kann Staub freigesetzt werden. Der gesetzliche Grenzwert für die einatembare Fraktion von Gipsstaub ist festgelegt. Arbeitgeber müssen Maßnahmen treffen, um die Exposition zu begrenzen, etwa durch Staubabsaugung oder Atemschutz. REA-Gips, ein Nebenprodukt aus der Rauchgasentschwefelung, unterliegt der geltenden Düngemittelgesetzgebung, wenn er außerhalb des Bauwesens eingesetzt wird, aber innerhalb der Baukette ist das nicht relevant.

Die Verwendung von Calciumsulfat reicht bis in die Antike zurück. Bereits um 7000 vor Christus verwendeten Bewohner der heutigen Türkei Gips zum Verputzen von Wänden. Die alten Ägypter setzten ihn beim Bau der Pyramiden ein, wo Gipsmörtel dazu diente, Steinblöcke zu verbinden. Der Name Gips stammt vom griechischen Wort gypsos, das Kreide oder Gips bedeutete.

Die Römer perfektionierten die Technik. Sie brannten Gipsstein in Öfen und entdeckten, dass das gebrannte Pulver mit Wasser wieder hart wurde. Dieses Wissen verbreitete sich über das gesamte Römische Reich. Nach dem Fall des Reiches trat die Anwendung in Westeuropa in den Hintergrund, aber in der arabischen Welt verwendete man weiterhin Gipsstuck, unter anderem in der Alhambra.

Ab dem Mittelalter kehrten Gipstechniken nach Europa zurück. In den Niederlanden wurde Gips vor allem für Zierelemente und Putz in Kirchen und stattlichen Gebäuden verwendet. Gips wurde aus Tagebaugruben unter anderem in den südlichen Niederlanden gewonnen. Der eigentliche Durchbruch kam im neunzehnten Jahrhundert mit der industriellen Produktion. Dies machte das Material erschwinglicher und breiter einsetzbar.

Ein Wendepunkt war die Einführung von Gipsplatten in den Vereinigten Staaten um 1890. Die Idee, einen Gipskern zwischen Kartonlagen zu pressen, entstand dort aus der Notwendigkeit: Man suchte einen brandschützenden und schnell zu montierenden Ersatz für massives Mauerwerk. Diese Erfindung, später weltweit als Gipskartonplatte bekannt, veränderte die Baupraxis grundlegend.

Das zwanzigste Jahrhundert brachte weitere Entwicklungen. Ab den sechziger Jahren wurde Calciumsulfat auch zunehmend als Nebenprodukt aus industriellen Prozessen wie der Rauchgasentschwefelung gewonnen. Dies passte in einen Trend zur Wiederverwertung von Reststoffen. In derselben Zeit nahm die Anwendung von Calciumsulfatestrichen zu. Anhydritestriche boten eine Alternative zu zementgebundenen Estrichen mit besserer Ebenheit und Wärmeleitfähigkeit.