calciumsulfaat

Calciumsulfaat is een mineraal dat van nature voorkomt, onder andere als gipssteen. Het bestaat uit een verbinding van calcium- en sulfaationen en kan verschillende hoeveelheden kristalwater bevatten (dihydraat, hemihydraat, anhydraat). In de bouw is gips (calciumsulfaatdihydraat, CaSO₄·2H₂O) een veelgebruikt bindmiddel, net als cement en kalk. Het wordt toegepast in pleisterwerk, gipsplaten en gietvloeren. De watervrije vorm, anhydriet (CaSO₄), wordt onder andere gebruikt als vulstof of als bindmiddel in anhydrietvloeren. Deze vloeren staan bekend om hun vlakke en strakke uiterlijk, goede warmtegeleiding bij vloerverwarming en geringe krimp. Calciumsulfaat kan ook als bijproduct vrijkomen bij industriële processen.

De verwerking van calciumsulfaat begint met het branden van gipssteen. Dat gebeurt in ovens bij temperaturen tussen de 120 en 180 graden Celsius. Tijdens dit proces verdampt een deel van het kristalwater, waardoor het dihydraat omzet in hemihydraat. Dit halfwatergips is het basismateriaal voor de meeste bouwtoepassingen.

Bij verwerking wordt het gips met water aangemaakt tot een vloeibare massa. De reactie keert zich dan om: het hemihydraat neemt water op en vormt weer dihydraat. Dit proces, het afbinden, begint al na enkele minuten. Vaklieden moeten dus snel werken. De massa wordt gestort, gespoten of met een spaan aangebracht, afhankelijk van de toepassing.

Voor gietvloeren wordt calciumsulfaat als anhydriet gebruikt. De poedervormige stof wordt met water en soms een kleine hoeveelheid toeslagmateriaal gemengd tot een zelfverdichtende vloeistof. Die wordt op de draagvloer gestort en vervolgens met een vloerschraper of trilnaald verdeeld. De vloeistof zoekt zelf het niveau. Na het uitharden resteert een vlakke vloer die na enkele dagen beloopbaar is.

Bij gipsplaten verloopt het proces anders. Hier wordt het gips gemengd met water en additieven tot een pasta die tussen twee lagen karton wordt geperst. De platen worden op lengte afgesneden en gaan door een droogkanaal om overtollig vocht kwijt te raken.

Kenmerkend voor calciumsulfaat is dat het tijdens het afbinden iets uitzet. Die eigenschap maakt het materiaal geschikt voor het vullen van naden en het strak trekken van hoeken. Het vult de ruimte volledig op zonder dat er krimpscheuren ontstaan. Na uitharding is het materiaal gevoelig voor langdurig contact met water; dat beperkt de toepassing tot droge binnenruimtes.

Calciumsulfaat kent drie hoofdvormen die in de bouwpraktijk door elkaar worden gebruikt: het dihydraat, het hemihydraat en het anhydraat. Het dihydraat, ook wel gips of gipssteen genoemd, is de natuurlijke vorm. Het hemihydraat ontstaat door verhitting en staat bekend als stucgips of brandgips; dit is het materiaal dat in poedervorm wordt geleverd en bij aanmaken met water weer hard wordt. Het anhydraat is de volledig ontwaterde vorm en wordt onder de naam anhydriet verwerkt.

In de handel duiken verschillende benamingen op die op hetzelfde neerkomen. Zo wordt calciumsulfaat in de droge bouw ook aangeduid als gipsbindmiddel, gipsmortel of simpelweg gips. Het onderscheid tussen gips en anhydriet is voor vakmensen relevant: gips bindt snel af en zet licht uit, terwijl anhydriet langzamer reageert en nagenoeg geen uitzetting vertoont. Dat verschil bepaalt de keuze voor een toepassing, bijvoorbeeld bij vloeren versus wandafwerking.

Verder wordt er onderscheid gemaakt tussen natuurcalciumsulfaat en industrieel calciumsulfaat. Natuurcalciumsulfaat wordt gewonnen uit gipssteen. Het industriële type ontstaat als bijproduct, bijvoorbeeld bij de ontzwaveling van rookgassen in elektriciteitscentrales of bij de productie van fosforzuur. Dit REA-gips of fosforgips heeft dezelfde chemische eigenschappen als het natuurlijke materiaal. De naamgeving zegt iets over de herkomst, niet over de kwaliteit of toepasbaarheid.

Een veelgehoorde verwarring betreft het verschil tussen calciumsulfaat en gips. In de bouwwereld wordt met gips vrijwel altijd het bindmiddel bedoeld dat uit calciumsulfaat bestaat, maar de term wordt ook gebruikt voor de afgewerkte producten zoals gipsplaten of gipsblokken. Calciumsulfaat is dan de chemische verbinding; gips is de benaming voor het materiaal in bouwkundige context. Anhydriet wordt daarnaast soms verward met anhydrietvloer, terwijl dat laatste een vloersysteem is waarbij calciumsulfaat als bindmiddel dient.

Een aannemer die een anhydrietvloer stort in een nieuwbouwwoning, ziet direct het verschil met een cementgebonden vloer. De zelfverdichtende vloeistof loopt als een dunne laag over de draagvloer, zoekt zelf het waterpas, en na twee dagen is de vloer beloopbaar. Bij vloerverwarming warmt die vloer sneller op dan een cementdekvloer. De bewoner merkt dat in de woonkamer: de vloer voelt eerder warm aan en koelt ook sneller af.

Een stukadoor werkt met stucgips voor het strak afwerken van een binnenmuur. Hij maakt het gips aan in een emmer, roert het kort door, en heeft daarna hooguit twintig minuten om het op de muur te zetten. Wie te lang wacht, krijgt een massa die begint te binden en klonterig wordt. Dat is het moment dat zelfs een ervaren vakman niet meer redt met een spaan.

In een kantoorpand worden gipsplaten geplaatst voor de scheidingswanden. De platen worden op maat gezaagd, tegen het staalprofiel geschroefd, en de naden worden afgewerkt met voegvuller. Die vuller, op basis van calciumsulfaat, zet iets uit tijdens het drogen. Daardoor vult hij de voeg volledig op. Na het schuren is er geen enkele naad meer te zien, ook niet waar twee platen net niet perfect tegen elkaar zaten.

Voor calciumsulfaat en de toepassing ervan in de bouw geldt een aantal Europese en nationale regels. Die gaan niet zozeer over de chemische stof zelf, maar vooral over producten waarin het verwerkt zit. De Europese Verordening Bouwproducten (305/2011) vormt de basis. Gipsplaten, gipsblokken en anhydrietvloeren moeten daaraan voldoen om de CE-markering te mogen dragen. Die markering zegt iets over prestaties zoals brandgedrag, geluidisolatie en mechanische sterkte.

Daarnaast speelt de NEN-EN 13279 een rol voor gipsbindmiddelen. Die norm specificeert de eigenschappen en beproevingsmethoden. Voor anhydrietvloeren is de NEN-EN 13454 van toepassing. In Nederland geldt het Bouwbesluit 2012 voor de toepassing in gebouwen, met eisen op het gebied van brandveiligheid en gezondheid. Een gipsplaat van 12,5 millimeter dik met een kern van calciumsulfaat kent bijvoorbeeld een specifieke brandklasse; dat is in de productnorm vastgelegd.

Voor de arbeidsomstandigheden geldt het Arbobesluit. Bij het zagen van gipsplaten of het mengen van gips kan stof vrijkomen. De wettelijke grenswaarde voor de heersbare fractie van gipsstof is vastgesteld. Werkgevers moeten maatregelen treffen om blootstelling te beperken, denk aan stofafzuiging of adembescherming. REA-gips, een bijproduct uit rookgasontzwaveling, valt onder de vigerende meststoffenwetgeving als het buiten de bouw wordt toegepast, maar binnen de bouwketen is dat niet aan de orde.

Het gebruik van calciumsulfaat gaat terug tot de oudheid. Al rond 7000 voor Christus gebruikten bewoners van het huidige Turkije gips om muren te bepleisteren. De oude Egyptenaren pasten het toe bij de bouw van piramides, waar gipsmortel diende om steenblokken te verbinden. De naam gips is afkomstig van het Griekse woord gypsos, dat krijt of gips betekende.

De Romeinen perfectioneerden de techniek. Zij brandden gipssteen in ovens en ontdekten dat het gebrande poeder met water weer hard werd. Die kennis verspreidde zich over het hele Romeinse rijk. Na de val van het rijk raakte de toepassing in West-Europa op de achtergrond, maar in de Arabische wereld bleef men gipsstuc toepassen, onder meer in Alhambra.

Vanaf de middeleeuwen keerden gipstechnieken terug in Europa. In Nederland werd gips vooral gebruikt voor sierelementen en pleisterwerk in kerken en statige panden. Gips werd gewonnen uit dagbouwgroeven in onder meer de Zuidelijke Nederlanden. De echte doorbraak kwam in de negentiende eeuw met de industriële productie. Dit maakte het materiaal betaalbaarder en breder toepasbaar.

Een keerpunt was de introductie van gipsplaten in de Verenigde Staten rond 1890. Het idee om een gipskern tussen kartonnen lagen te persen, ontstond daar uit noodzaak: men zocht een brandwerend en snel te plaatsen alternatief voor massief metselwerk. Deze uitvinding, later wereldwijd bekend als gipskartonplaat, veranderde de bouwpraktijk fundamenteel.

De twintigste eeuw bracht verdere ontwikkelingen. Vanaf de jaren zestig werd calciumsulfaat ook steeds vaker als bijproduct gewonnen uit industriële processen zoals rookgasontzwaveling. Dit paste in een trend naar hergebruik van reststromen. In dezelfde periode nam de toepassing van calciumsulfaatvloeren toe. Anhydrietvloeren boden een alternatief voor cementgebonden dekvloeren met betere vlakheid en warmtegeleiding.

• https://nl.wikipedia.org/wiki/Gips
• https://www.joostdevree.nl/shtmls/anhydrietvloer.shtml
• https://www.vivochem.nl/nl/p/calciumsulfaat-dihydraat
• https://www.encyclo.nl/begrip/Calciumsulfaat