Kalkbränning, Ask kyrka

Östra fasaderna på Ask kyrka i Östergötland hade länge haft problem med återkommande nedfall av puts. Detta antogs bero på att de olika material som använts vid på varandra följande fasadrenoveringar inte var sinsemellan långsiktigt kompatibla. Inför omputsning av fasaderna beslöts att pröva att använda ett kalkbruk så snarlikt det ursprungliga som möjligt. Det ursprungliga kalkbruket som kyrkan putsats med var bränt av en lokal, östgötsk kalksten, och blandat med lokal sand.

Det visade sig svårt att få låna någon av landets få industriella kalkugnar för att bränna de små kvantiteter som det här skulle bli frågan om. Därför beslöts att en egen kalkugn skulle byggas på en plats nära kyrkan. Tillsammans med Linköpings stiftsantikvarie Gunnar Nordanskog och stiftsingenjör Emelie Malmborg samt lokala krafter från hembygdsföreningen planerades hela restaureringsprocessen inklusive kalkbränning. Fasadrestaureringen kan du läsa mer om HÄR.

En analys gjordes av det kalkbruk som användes då kyrkan uppfördes. Prov togs från liggfogar i tornets murverk. Provens läge valdes för att få ett bruk som troligen inte var påverkat av restaureringar eller ombyggnader. Parallellt med provningen av bruket provades en sten från Tornby stenbrott.

Bruksprovet bestod av ett starkt hydrauliskt bindemedel samt en ballast av naturlig sand med en kornstorlek på upp till 0,6 mm. Blandningsförhållandena var i volymenheter två delar kalk till en del sand. 2:1.

Bindemedelet var tillverkat av en sedimentär kalksten som innehöll både ren kalksten och lager med lera eller silt. Bränningen har skett vid en relativt hög temperatur vilket har givit bruket starka hydrauliska egenskaper.

Ask kyrka står på en berggrund av ordovicisk kalksten som sträcker sig från Borens södra strand ner till ett område som sträcker sig från Vadstena till Roxens västra del. Stenen är yngre i områdets norra del och äldre i den södra, och den plats där Ask kyrka är belägen ligger i ett område där de över- och mellanordoviciska skikten möts.

D5O_1860 liten

Här anländer kalkstenen från Tornby till bränningsplatsen på Ekebyborna hembygdsgård. Rickard Möller från NCC Kalmar övervakar. Kalken är bruten i större stycken, och kommer att behöva bearbetas före bränningen.

Vid bränning av bindemedel till restaureringen så användes en sten från Tornby stenbrott. Skälet till att denna sten valdes var främst att det fanns en god tillgång på lätt tillgänglig skrotsten från stenbrottet vilken kunde köpas av stenbrottets ägare. Stenen analyserades visuellt inför valet av brott och det konstaterades att den var mycket lik den öländska kalkstenen som av erfarenhet ger ett bra relativt starkt hydrauliskt kalkbruk med en varm färgton.

Stenen från Tornby är liksom kalkstenen från Öland en underordovicisk kalksten som ligger närmast över ett lager kambrisk alunskiffer. Stenen i Tornby har troligen ett innehåll på ca 10-18% av de hydrauliska komponenterna kiseldioxid, aluminiumoxid och järnoxid. Vilket ger ett moderat till starkt hydrauliskt bruk. (Johansson 2004). I det övre spannet så blir bruket nära naturlig cement. Det saknas dock detaljerad analys av Tornbystenen så uppgiften bygger på medelvärden från närliggande täkter.

Vid uppförandet av Göta Kanal så ansågs stenen från Berg ge det bästa bruket, denna sten är av samma typ som den som användes från Tornby. Tornbystenen är intressant nog även av samma period och typ som den öländska kalkstenen från bland annat Johannesbergs stenbrott. Denna sten har mellan 6,35 och 14,78% hydrauliska komponenter. Denna har använts vid bränning av kalkbruk i SFV:s regi vilken använts vid restaureringarna vid bland annat Borgholms slott, Kalmar slott, Kalmar domkyrka och Sta Brita kapellruin.

D5O_1868 liten

En första provklyvning till mindre stycken med slägga av Rickard Möller från NCC Kalmar.

D5O_2000

De större styckena huggs för hand till lämplig storlek av Willy Brandt, Ekebyborna hembygdsförening och Linnea Carlheim-Gyllenskiöld, praktikant på Wilund arkitekter och antikvarier.

D5O_2005

Kalkugnen är uppförd på platsen. Bränslet i form av ved har levererats och förberetts. I förgrunden huggs kalkstenen till lämplig storlek av stiftsantikvarie Niels Fredriksson. I bakgrunden Willy Brandt från Ekebyborna hembygdsförening

För tillverkning av kalkbruk till restaureringen så uppfördes en mindre kalkugn vid Ekebyborna hembygdsgård.

Kalkugnen projekterades som en mindre schaktugn, tänkt att uppföras i eldfast skorstenstegel. P.g.a. leveranstiden på skorstensteglet valdes istället att uppföra ugnen med vanliga rektangulära eldfasta tegelstenar. Ugnen murades med eldfast bruk enligt rekommendationer från Höganäs.

Tanken med ugnen var att den skulle vara tillfällig och att den skulle demonteras efter projektet. Ugnens grundläggning gjordes därför i form av en betongskiva med hällor som gör att den kan lyftas.

Ugnen murades av Egirs bygg från Vadstena och smidesdetaljerna utfördes av Asp och Karlsson i Skänninge.

D5O_2007

Kalkugnen behövde packas inifrån. För detta hoppade Paul Wilund ned i kalkugnen och tog emot stenen och staplade denna efter konstens alla regler.

D5O_2011

Ugnen rymmer ca 1,2 kubikmeter kalkkross, vilket motsvarar ungefär samma mängd osläckt kalk efter avslutad bränning. Ugnen är ungefär 1,5 Paul hög.

D5O_2019

Bild från packningen av ugnen, över de horisontella dragkanalerna utfördes ett antal vertikala dragstockar genom att lägga in vedträn i packningen. När eldningen startar så brinner dessa upp och det bildas kanaler genom den staplade stenen.

D5O_2017

Langen går. Niels Fredriksson och Linnea Carlheim-Gyllenskiöld skickar sten till Paul Wilund (inne i ugnen).

D5O_2014

Ugnsluckan möjliggör påfyllning av bränsle utifrån, för att bränningen, som tar 2-3 dagar beroende på temperatur, ska kunna fullbordas.

D5O_2027

Ugnen fylls så sakteliga. Notera dragstockarna.

D5O_2036

Den fyllda ugnen är nu färdig att startas.

Tre bränningar genomfördes. Vid den första bränningen så användes grå och röd sten blandat. Vid den andra bränningen så användes företrädesvis röd sten. Vid den sista bränningen så användes återigen blandad sten. Det prövades även att bränna stenen i större fraktioner vid varje bränning, vid den första bränningen så var de största stenarnas längsta mått ca 15 cm. Vid den sista så var de största stenarna ca 40 cm. Stenen staplades med Y-formade horisontella dragkanaler i den nedre delen av ugnen. Ett antal dragstockar leddes därefter upp genom den staplade stenen. Dragstockarna placerades där vi antog att temperaturen skulle bli lägre, d.v.s. långt från eldstaden och i ugnens periferi.

Vid den första bränningens första dag så medverkade Jonny Eriksson från Hantverkslaboratoriet och instruerade om hur vi skulle mäta temperaturer och hur eldningen skulle läggas upp.

Bränningen pågick i ca 3-4 dygn och den avslutades då minst 800 grader hade nåtts vid de två temperaturprober som fanns i ugnen och denna temperatur hade hållits i drygt ett dygn. De högsta temperaturerna nere vid eldstaden var dock betydligt högre vilket innebar att en del kalk blev dödbränd. En annan indikation på att bränningen var avslutad var att de temperatursvängningar som kommer av de kemiska reaktionerna i stenen avstannade. Kolsyran kunde även kännas i luften under bränningen. Det sägs att man under bränningens olika skeden kan se skillnad på kulören på röken och lågorna som slår igenom ugnen, detta fenomen kunde vi dock inte se.

WA3_1617

Under bränningen försågs ugnen med en rökhätta i stål. Denna har ett inspektionshål i den nedre delen. ugnen övervakades dag och natt. Från inspektionshålet i hättan över ugnen syns proben till temperaturmätaren. Vid första bränningen hade vi bara en fast mätpunkt. Temperaturen loggades varje halvtimme.

D5O_2082

Bild från pågående bränning. Enligt uppgift ska man utifrån glödens färgskiftningar kunna avgöra när kalkbränningen är färdig. Det var dock svårt att utifrån den muntliga beskrivningen av detta faktiskt observera när denna tidpunkt inträffade. Bränningen avslutades därför istället då minst 800 grader hade nåtts och hållits i drygt ett dygn.

D5O_1991

Härifrån kontrolleras bränningsprocessen.

WA3_1644

Kalken bränns vid en temperatur av 800 grader under drygt 24 timmar.

Kalkstenen består huvudsakligen av kalciumkarbonat (CaCO3), kalciumhydroxid (Ca(OH)2) och kalciumsulfat (CaSO4). Vid bränningen sönderfaller dessa och koldioxid (CO2), vattenånga (H2O) och svaveldioxid (SO2) avgår från kalkstenen. Denna har då omvandlats till bränd kalk (också kallad osläckt kalk, packsten) vilken huvudsakligen består av kalciumoxid (CaO).

D5O_3467

Den brända kalken ”släcks” med vatten.

Kalciumoxiden reagerar med tillsats av vatten och bildar kalciumhydroxid (Ca(OH)2), även kallad släckt kalk, löst i vatten. Denna tillsammans med sand utgör kalkbruket. När kalciumhydroxiden reagerar med luftens koldioxid omvandlas den till kalciumkarbonat (CaCO3) även kallat krita och bruket hårdnar. Samtidigt avdunstar vatten från bruket.

D5O_3469

Vid släckningen bubblar och fräser blandingen ordentligt, och värme avgår. Bilden visar en provsläckning.

Då det fanns olika typer av sten och även varierande temperaturer i ugnen så fick bindemedlet som kom av bränningen varierande egenskaper. Det var dock inte några större skillnader som uppstod.

Kristin Balksten från Uppsala universitet medverkade vid test av brukets egenskaper och vid utprovning av släckningsmetoder samt vid utbildning av murarna. Den släckningsmetod som valdes var stukasläckning, vilket är en metod där den brända kalken släcks i samma process som man bereder bruket. Släckningen går till så att kalken släcks i ballastsanden och vatten tillsätts tills bruket har rätt plasticitet. Fördelen med metoden är att släckningen blir bra och få osläckta kalkkorn kommer med i bruket. En annan fördel är att bruket som används är väldigt färskt.

Det bruk som vi fick fram fick liknande egenskaper och kulör som det öländska kalkbruket från Borgholm och Grönhögen.

D5O_3459

Den osläckta kalken packas i täta plasttunnor tills vidare. Från vänster platschef och murare Karesz Recse från Puts och Tegel i Örebro, stiftsingenjör Emelie Malmborg från Linköpings stift och murare Attila Kiraly från Puts och Tegel i Örebro.

D5O_2925

Murarna valde en annan släckningsmetod än den utprovade och de våtsläckte kalken i tunnor innan beredning till bruk. Bruket blandades med ballast till önskad konsistens, och som ett medeltal var blandningsförhållandena ungefär 1:1,2 – 1:2.

D5O_2924

Bilden visar våtsläckning av kalk i oljefat. Vid släckning uppstår höga temperaturer

D5O_2926

Bindemedel och ballast blandades i en vanlig frifallsblandare. Vid arbeten med hantverkstillverkade bruk så anses en tvångsblandare eller planblandare vara lämpligare. I detta projekt så hinkades bruket vilket innebar att små kvantiteter blandades åt gången.

D5O_2922

Sanden som skulle ingå i bruket hämtades ifrån ett sandtag i Fornåsa, några kilometer sydost om kyrkan.

Två sandfraktioner användes, dels en grövre sand för murning och grundning och dels en finare sand för ytputsen. Tyvärr visade det sig att den finare sandfraktionen innehöll en del större korn vilket troligen är skälet till att sista påslaget har en lite knottrig yta.

D5O_2921

Den våtsläckta kalken blandas med sand till bruk.

D5O_2886

Putsningen pågår och ett par lager är påslaget. Putsen följer muren för att inte få för tjocka påslag.

D5O_3562

Färdigt resultat efter avfärgning.