Det er skikkelig varmt når Anders Oppegaard fjerner topplokket fra kalkovnen og kan se ned i ei ildmørje av glødende, brent kalk

De siste årene er det bygd flere små kalkovner rundt om i landet, der det brennes kalk for bruk i ulike deler av kulturminnevernet – fra istandsetting av smålåtne murer til de fineste middelalderkirker. Brenning gjøres med utgangspunkt i lokale og regionale kalkressurser for å ta tilbake noe av det store mangfoldet som en gang var på kalkfronten i Norge. Første helga i juni på Lia/Sjerkholt ved Tvedestrand, der firmaet RAGG i samarbeid med undertegnede har bygd en mindre ovn for å teste ut ulike kalksteiner og marmorer som kan ha blitt benyttet til kalkproduksjon i Agder og Telemark/Vestfold i gamle dager. Målet er å finne brukbare kalker som kan egne seg til brenning i litt større skala for restaureringsformål i regionen.

Brevikkalk og Porsgrunnmarmor

Kalkbrenningen i helgen 4-6 juni var kulminasjonen av arbeid som har pågått gjennom det siste året. Vi har forsket på hvor det ble brent kalk på Sørlandet, som er en kalkfattig region, der det bare finnes mindre forekomster av marmor (metamorf/omvandlet kalkstein) som kan brennes. Vi har også kikket over grensen til Telemark, der det finnes mye kalkstein i Grenland og der det var masse kalkbrenning i gamle dager. Og ikke minst brennes det kalk i dag – i stor skala i Brevik, der NORCEM/Heidelberg bruker kalkstein i sin sementproduksjon. Disse kalksteinene er fra de samme geologiske formasjonene som ble benyttet til kalkbrenning i eldre tider.

Vi har fått tilgang til kalkstein som brukes i sementproduksjonen og valgt ut to av kvalitetene til testbrenning. Den ene, «Brevikkalk», er fra undergrunnsbrudd i den såkalte Steinvik-formasjonen, en relativt homogen, gråblå kontaktmetamorf kalkstein med gjennomsnittlig om lag 90% kalkspat, dvs. en litt uren krystallin kalkstein som kan gi subhydraulisk kalk, slik det var vanlig i eldre tider. Mens Brevikkalk på grunn av metamorfosen er en slags marmor og ikke har synlige fossiler, er den andre steinen vi har valgt ut uvanlig rik på bl.a. sjøliljefossiler og skjellfragmenter. Dette er revkalk fra Steinsfjorden-formasjonen, som blir brutt på Bjørntvedt ved Porsgrunn. Som i Brevik er kalken delvis preget av kontaktmetamorfose i nærheten av Oslofeltets permiske intrusiver. Deler av forekomsten kalles også Porsgrunnmarmor, det er ikke en marmor i streng forstand, men begrepet ble brukt som et handelsnavn, da steinen tidligere hadde stor anvendelse som naturstein. Den vakre Porsgrunnmarmoren er dels mer uren enn Brevikkalken, men det er store variasjoner innad i forekomsten.

Brevikkalk fra deponi langt nede i gruvene til Brevik sementfabrikk. Det lille bildet viser den ganske homogene kalken

Porsgrunnmarmor i bruddet på Bjørntvedt. Det lille bildet viser den fossilrike revkalksteinen

Øynaheiamarmor

Undersøkelser av marmor brukt til kalkbrenning på Agder, har ledet oss på turer i litteraturen og dels i felt til Kristiansand (Sødal), til Tveit ved Kjevik og til ulike steder i Birkenes. Her er det små forekomster av relativt grovkornet marmor, der minst en har en historie tilbake til middelalderen, nemlig Tveit – like ved Tveit middelalderkirke som er delvis bygd med marmoren.

Lengre øst har det vært lite brenning, men på Bjorvatn ved Øynaheia i Froland, ikke langt fra Birkenes, kom vi over en stor, drøyt 100 år gammel kalkovn som baserte en kort drift på en svært grovkornet marmor tatt ut i et brudd like ved. Her fikk vi tillatelse av velvillig grunneier til å «plukke» stein for testbrenning.

I den gamle kalkovnen på Bjorvatn ved Øynaheia ble det brent svært grovkornet marmor, som det lille bildet viser

Kalkovnen

Etter å ha fundert en del på design, kom vi fram til at en enkel sylindrisk ovn med stort og godt brennkammer og kapasitet til ca. 500 kg råmateriale ville være tingen for testing. Med 100% gjennombrenning gir dette et utbytte på ca. 250 kg brent kalk, nok til flere hundre kg mørtel, eller ca. 500 kg kulekalk, eller noen få tusen liter kalkmaling.

Vi har ikke som mål å drive eksperimentell arkeologi, dvs. så nøyaktig som mulig å gjenskape eldre tiders ovner. Målet er heller å gjenoppdage og utøve elementer av et tradisjonelt håndverk. Derfor er designet på ovnen, selv om den er bygd i holdbar, moderne ildfaststein, i prinsippet en nedskalert versjon av den vanligste typen kalkovner i Europa fra romertiden til 1800-tallet, dvs. en underfyrt ovn med brennkammer for ved og et temporært hvelv over kammeret som bygges med den samme steinen som skal brennes. I en slik ovn bruker vi ribber av ildfaststein for å sikre hvelvet mot å falle ned under brenning. Over hvelvet legges ladningen med kalkstein og marmor – større, opphogde steinstykker nederst, der det er varmest, mindre stein oppover.

Ved illegg av råmateriale kan det konstrueres kanaler for å sikre trekken i ovnen. Og toppen dekkes under brenningen suksessivt til med hva som er for hånden – steinheller, teglstein, leiremørtel eller kalkmørtel – for å redusere varmetapet og regulere trekken.

Fylling av kalkovnen fra toppen. Det er en enkel, sirkulær ovn som tar ca. et halvt tonn råmateriale. Det er fylt opp med masse omkring ovnen for å redusere varmetap og få grei tilgang til toppen

Brenneforløp

Ovnen ble fylt med mest Porsgrunnmarmor, en del Brevikkalk og litt Øynaheiamarmor. Vi la i lite av sistnevnte da vi fra andre brenninger har erfaring med at grovkornet marmor har en tendens til å pulverisere under brenning og ødelegge trekken i ovnen. Derfor ville vi nå først teste om dette også er tilfelle med Øynaheiamarmor.

Vi fyrte med ganske tørr (13-23% fukt), lokal granved i 60 cm skier, Hemlokk og Nobelgran, uønskede arter på Furøya ved Tvedestrand, der veden er hogd. Grei ved som ikke har den store energitettheten, men som brenner godt ut og gjør det unødvendig å tømme ovnen for kull og aske under fyringen.

Det har vært så fint vær i den siste tiden at ovn og råmaterialer var godt tørket og dermed var det ikke stort behov for å brenne rolig for å få ut fukt i mer enn en time eller to, etter at vi fyrte opp lørdag morgen. Deretter fyrte vi ganske intenst i ca. 12 timer, mens vi utpå kvelden så hvordan gløden i kalken endret seg fra rødlig til oransje og etter hvert mot gult, tegnet på at det går mot 900 grader på toppen og at brenningen nærmer seg slutten. Vi testlesket biter tatt ut på toppen et par ganger og kl. 22 på kvelden anså vi brenningen for avsluttet. Da hadde vi brent ca. 2 kubikk ved.

Kalkovnen i full fyr når det nærmer seg avslutning på kvelden. Vi har bygd et temporært forkammer (foran et fast forkammer) for å få opp trekken i ovnen. På toppen er det dekket til med steinplater og teglstein for å minimere varmetap

Topplokket er tatt av og den glødende kalken kjølner raskt. Men nedover i ovnen er det fortsatt omkring 1000 grader

Brentkalken

Ved uttak av den brente kalken kunne vi fastslå at utbyttet ble på ca. 85%. Det var betydelige forskjeller på hvor lett råstoffene lot seg gjennombrenne: Porsgrunnmarmor var relativt «lettbrent», sannsynligvis fordi steinen sprekker ørlite opp mellom fossiler og den urene grunnmassen («leirskiferkomponenter»), noe som nok gjør at CO2 som skal brennes av har lett vei ut. Brevikkalk er mer homogen og litt mindre lettbrent, mens Øynaheiamarmor, som grovkornede marmorer flest, trenger betydelig tid for gjennombrenning av opp til cm-store kalkspatkrystaller. Denne marmoren gikk heldigvis ikke helt i knas, men var likevel temmelig skjør etter brenning. Fargen var dessuten spesiell: Fullstendig brun, helt svart i deler som ikke var gjennombrent – trolig fra mobilisering av jern og/eller mangan i kalkspatkrystallene.

Men det mest interessante ved brenningen var hvordan Porsgrunnmarmoren oppførte seg. Alle fossilene i kalken kom ekstremt godt til syne etter brenning og mange av steinstykkenes urene deler hadde tydelig sintret og i betydelig grad smeltet til slagg. Dette må ha skjedd allerede på relativt lave temperaturer, kanskje omkring 1000 grader eller noe mer, da en kan «lese» temperaturer i veggene til kalkovnen: Leiremørtelen i fugene mellom ildfaststeinen var nok sintret, men ikke særlig smeltet, noe som er vanlig i de nedre deler av slike ovner og antyder en temperatur på 11-1200 grader. Vi finner nå og da slagg i gamle kalkmørtler, f.eks. på Hedrum kirke ved Larvik. Nå vet vi at slagget ikke må være tilført, men kan ha blitt dannet i brenneprosessen. Viktig er også at langt fra alle stykkene av Porsgrunnmarmor fikk slagg, selv om stykkene lå rett ved siden av hverandre i ovnen. Det betyr at det må være små variasjoner i egenskaper og brenntemperatur som fremmer slaggdannelse.

Fargen på Porsgrunnmarmor var beige etter brenning, mens Brevikkalken kom ut som ganske hvit med en beige teint. Dette var nok den «beste» kalken, den holdt formen godt under brenning og sintret ikke mye. Selv om alle kalkene vil ha sine bruksområder, har trolig Brevikkalken potensial som en bra «allround» kalk.

Brent Porsgrunnmarmor med svært tydelige fossiler og slagg som har “rent ut” fra de urene lagene med leire/skifer

Ganske hvit, ferdig brent Brevikkalk, med en liten, grå “kjerne” som viser at den her ikke er helt gjennombrent

Øynaheiamarmor ble helt brun etter brenning!

Testresultater

Dermed var vi spente på fargene de tre kalkene ville få ved hvitting. Ovnen selv, slemmet fra før med grå leiremørtel, er et bra prøvested. Det viste seg at Øynaheiamarmoren kom ut med en beige/gyllen tone. De to andre var nokså like, ganske hvite med en litt grålig-beige teint. Disse kalkene ligger altså nær opp til hva en anser som typisk «historisk» farge på murverk, f.eks. kirker.

Lesking og mørtelblanding var heller ikke noe problem. Selv den urene Porsgrunnmarmoren, full av slagg og sinterkomponenter, lesket raskt og greit. Dette er altså ikke hva en kaller «dødbrent» kalk, altså kalk som ikke lar seg leske fordi den har fått for høye temperaturer ved brenning. De to andre var nær «eksplosive». Men selvsagt blir kalker som er så urene som Porsgrunnmarmor temmelig hydrauliske ved bruk, med eller uten slagg. Det er fordi det ved brenningen dannes, i tillegg til kalken selv, bl.a. kalsiumsilikater som har evnen til å herde med vann. De gir derfor en sterkere og mer «tett» kalk. Det er imidlertid ikke ventet at Brevikkalken blir mer en hva en kaller svakt hydraulisk, noe svært mange eldre kalker i Norge er.

Hvitting av kalkovnen med de brente kalkene. Brent Porsgrunnmarmor og Brevikkalk blir ganske hvite, mens brent Øynaheiamarmor har fått en tydelig beige/gyllen tone. Sprekken er fra utvidelse av ovnen ved de høye temperaturene, noe som er normalt. Den kan lett reparares. Foto: Anders Oppegaard

Alle kalkene ga grei, feit mørtel ved blanding som hotmix (lesket sammen med sand). Her er en første test med spekking, fortsatt fersk/våt, som skal stå over neste vinter

Mangfold

I løpet av det neste året skal kalkene prøves ut i så mange situasjoner som mulig, for å sjekke holdbarhet og utvikling over tid. Samtidig vil vi utføre analyser for å forstå hvor hydrauliske kalkene faktisk er. Planen er også testbrenne et knippe andre kalker som kan ha et potensial for bruk i kulturminnevernet. Senere kan det bli aktuelt å bygge en større ovn for produksjon til større istandsettingsoppgaver.

Det er mangfoldet i egenskaper vi er ute etter, å finne fram til kalker som egner seg til ulike oppgaver, ikke ulikt det mangfoldet vi vet må ha eksistert i eldre tider, tilbake til middelalderen, da det fantes svært mange kalkovner rundt omkring i Norge. Spesielt er vi interesserte i å finne ut av hvilke kalker som ble benyttet på Sørlandet; det kan ha vært marmor fra regionen selv, men det er såpass få lett tilgjengelige marmorforekomster at vi ikke blir overrasket om det ble «importert» kalk i større stil, f.eks. fra Grenlands gamle kalkovner – nærmeste nabo i øst.

Derfor har vi en økende interesse for historisk kalkbruk også i Telemark – og i Vestfold, som lik Agder er kalkfattig og der en måtte «importere». Til et slikt arbeid trenger vi selvsagt også å undersøke kalkmørtlene i de gamle kirkene og andre byggverk, for å prøve å bestemme kalkenes opprinnelse.

Takk

Kalkovnen er bygd av Anders Oppegaard, RAGG AS, etter diskusjoner om design og materialer med undertegnede. Vi har sammen lett oss frem til marmor og kalkstein og sammen utført brenning. Vi ønsker spesielt å takke gruvesjef Kjersti Vrålstad i Heidelberg Materials/Brevik sementfabrikk og daglig leder Kristin Rangnes i Gea Norvegica Geopark i Porsgrunn for hjelp i Grenland. Takk også til Ragnhild Dietrichson i Agder fylkeskommune for støtte til prosjektet. Arbeidet er ellers utført på eget initiativ og regning.

Tekst og foto (der annet ikke er nevnt): Per Storemyr

Litteratur

Om Porsgrunnmarmor (Bjørntvedt) og Brevikkalk (Dalen/Kjørholt):

• Håvard Gautneb, 2006: Oversikt over kalksteinsforekomster i GEOS-området. NGU-rapport nr. 2006.036
• https://geogleblog.com/2019/07/11/porsgrunn-marmor-bjorntvet/