Bereits die Römer bauten mit Beton
Beton war bereits für die Römer ein überaus wichtiger Baustoff. Der römische Beton ist eine der bedeutendsten Erfindungen der Baugeschichte überhaupt. Der lateinische Fachbegriff lautet »opus caementitium« und setzt sich aus den Wörtern »opus« (→ Werk, Bauwerk, Bauverfahren) und »caementitium« (von caementum → Bruchstein, Mauerstein, Zuschlagstoff).
»Opus caementicium«, auch oft »Opus caementitium« geschrieben, ist die lateinische Bezeichnung für eine betonähnliche Substanz, mit der die Römer bereits vor mehr als 2.000 Jahren Fundamente von Bauwerken befestigten.
Hier findet sich auch der Ursprung für unser heutiges Wort »Zement«. Es wurde »cementum« mit »material« bzw. »mortar« (Mörtel) gemischt und ergibt nach Erhärten des Bindemittels ein sehr druckfestes Konglomerat-Gestein, einen Stein aus Menschenhand.
Beton war schon für die Römer ein wichtiger Baustoff. Der »Römische Beton« ist eine der bedeutendsten Erfindungen der Baugeschichte und ist ein genialer Beitrag zum rationellen Bauen.
Die Erfindung dieses künstlichen Steines läutete eine Revolution der architektonischen Möglichkeiten ein, welche die Errungenschaft des gebrannten Ziegels sogar übertraf. Inzwischen kann man behaupten, dass der Beton der »Grundstein« unserer Welt geworden ist.
Geschichtlicher Hintergrund
Das »opus caementicium« geht auf das griechische Vorbild des sogenannten ›Emplekton‹ zurück. Dabei wurde zwischen zwei Schalen aus Mauersteinen ein Mörtel aus Bruchsteinen und Kalk gegeben, der einen Verbund zwischen den Mauerwerken gewährleisten sollte.
Bereits 1000 v. Chr. mischten die Phönizier ihre Mörtel mit Ziegelmehl und später vulkanischen Sanden als Puzzolan, um die Verfestigung unter Wasser zu erreichen.
Die Nutzung des gebrannten Kalks stammt ebenfalls von den Phöniziern und wurde später dann von den Griechen übernommen, die diesen ca. 300 v. Chr. in Unteritalien für den Bau des sogenannten »Emplektons« verwendeten.
Schriftliches ist darüber bei Vitruv und bei Marcus Vitruvius Pollio zu finden. Er war ein römischer Architekt, Ingenieur und Architekturtheoretiker. Er lebte im 1. Jahrhundert v. Chr.
Vitruv schrieb in seinem 2. Buch Kapitel 8 über das Emplekton, dass die Römer das Mauerwerk nicht so ordentlich ausführen wie die Griechen. Die Römer mauern dünne Außenschichten und füllen den Innenraum aus. Dadurch erhält man praktisch drei parallele Wände, zwei Futterwände und eine innere Gusswand. Daher leitet sich auch der Ausdruck »Gussmauerwerk« ab
Verwendungszwecke
Insbesondere Wasserleitungen und Hafenmolen wurden mit dem »opus caementitium« ausgekleidet, um eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen Wasser zu erreichen.
Der bei weitem berühmteste Bau, welcher ohne das »opus caementitium« nicht möglich gewesen wäre, ist das Pantheon in Rom.
Das Bauwerk wurde bereits unter Kaiser Trajan um 114 n. Chr. begonnenen und unter Kaiser Hadrian zwischen 125 n. Chr. und 128 n. Chr. fertiggestellt. Für die Vollendung soll Kaiser Hadrian selbst die Pläne entworfen haben. Mit einem Durchmesser von 43,3 Metern war sie 1.700 Jahre lang die größte selbsttragende Kuppel der Welt. Dass der Bau bis heute die Zeiten nahezu ohne Beschädigungen überstanden hat, spricht für sich.
Die hier gewagten Abmessungen waren der vorrömischen Baukunst unbekannt und wurden erst wieder in unserem Jahrhundert erreicht.
Auch große Teile des Kolosseums in Rom bestehen aus »opus caementitium«. Tempel und Wohnhäuser, Straßen und Brücken, Thermen und Amphitheater, Häfen, Zisternen, Wasserleitungen und Abwasserkanäle, alles wurden unter Verwendung von »opus caementitium« erbaut.
Geschichte
Dauerhafter Kalkmörtel als Bindemittel konnte schon an 10.000 Jahre alten Bauwerksresten in der heutigen Türkei nachgewiesen werden. Gebrannter Kalk wurde von den Ägyptern beim Bau der Pyramiden verwendet.
Eine wesentliche Verbesserung, die von den Römern entwickelt wurde, war die Verwendung »inerter« (lateinisch für → untätig, unbeteiligt, träge) Zuschlagsstoffe, die hauptsächlich aus Resten von gebranntem Ziegelmaterial bestanden und die Eigenschaft besitzen, bei Temperaturänderungen keine Risse zu bilden.
Dies kann noch heute an Orten in Nordafrika (z. B. Leptis Magna, Kyrene) beobachtet werden, wo es große Estrichflächen gibt, welche etwa um 200 – 300 n. Chr. ausgeführt wurden und die trotz großer Temperaturdifferenzen zwischen Tag und Nacht noch heute völlig frei von Rissen sind.
Das Wort »Beton« ist übernommen aus gleichbedeutendem französisch »béton«, von altfranzösisch »betun« (Mörtel, Zement). Abgeleitet wurde der altfranzösische Ausdruck von lateinisch »bitumen« (schlammiger Sand, Erdharz, Bergteer, Kitt).
Bernard de Bélidor, ein französischer Militär-Ingenieur und -Architekt beschreibt, die Herstellung und Verwendung von Beton in seinem Standardwerk »Architecture hydraulique« (Bd. 2, Paris 1753). Das Wort erscheint dann auch in der deutschen Übersetzung »Architectura hydraulica« (Bd. 2, Augsburg 1769).
Schon die Römer setzten auf »Umweltverträglich bauen«!
Aus Kalk und Vulkanasche stellten die Römer einst den Beton für ihre Hafenanlagen, für Wasserleitungen und für unter der Wasseroberfläche liegenden Brückenteile her.
Das Baumaterial war nicht nur viel haltbarer als moderne Mischungen - es wurde auch umweltschonender produziert.
»Die Römer«, schrieb um 30 v.Chr. der Architekt und Ingenieur Marcus Vitruvius Pollio, »seien in der Lage, einen Beton für Unterwasserbauten herzustellen, der so stabil sei, dass weder die Wellen noch der Druck des Wassers ihm schaden können«.
Tatsächlich hat Vitruv nicht übertrieben. Proben eines 2.000 Jahre alten Betonblocks aus der Bucht von Neapel nahe der Stadt Pozzuoli haben ihm recht gegeben.
Doch das ist noch nicht alles! Ein internationales Forscherteam um die Ingenieure Marie Jackson und Paulo Monteiro von der University of California, Berkeley, ist dem chemischen Geheimnis des römischen Betons auf die Spur gekommen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass er nicht nur stabiler ist, sondern auch wesentlich umweltschonender hergestellt wurde als der heute übliche Beton.
»Es ist ja nicht so, dass moderner Beton nicht gut wäre«, erläutert Monteiro in einer Presseerklärung der Universität. »Er ist so gut, dass wir davon 19 Milliarden Tonnen pro Jahr verbauen. Das Problem ist, dass die Herstellung des dafür benötigten Portlandzements für sieben Prozent des Kohlendioxidausstosses verantwortlich ist, welchen die Industrie jährlich in die Luft pustet«.
»Portlandzement« ist der Klebstoff, der die meisten modernen Betonmischungen zusammenhält. Um ihn herzustellen, müssen Kalkstein und Tonerden auf 1.450° Celsius erhitzt werden - und dabei entsteht viel Kohlendioxid. Für den römischen Beton aber, fand das Team heraus, reichen 900° Celsius völlig aus.
Vitruv beschrieb, wie’s geht:
»Man mische für Unterwasserbeton einen Mörtel aus Kalk und Vulkanasche, versetze diesen mit Tuff und fülle ihn in eine Holzverschalung. Das Meerwasser löst dann eine chemische Reaktion aus, der Kalk bindet Wasserstoffmoleküle und wird zusammen mit der Asche zu einem Jahrtausende überdauernden Zement.«
Die beste Vulkanasche für Unterwasserbeton, da waren sich sowohl Vitruv als auch der römische Gelehrte Plinius der Ältere (* 23 oder 24 ; † 25. August 79) einig, findet man in der Nähe von Pozzuoli. Asche mit ähnlichen mineralischen Eigenschaften gibt es auch anderswo auf der Welt. Ihren Namen aber bekam sie von der Stadt am Golf von Neapel: Pozzolan.
Vitruvius beschrieb ein Verhältnis von 1 Teil Kalk zu 3 Teilen Puzzolana für Zement, der in Gebäuden verwendet wird. Für Unterwasserarbeiten spezifizierte er ein Verhältnis von Kalk zu Puzzolana von 1: 2. Dieses Mischungsverhältnis ist praktisch das gleiche Verhältnis, welches heute noch für Beton an Meeresstandorten verwendet wird.
Vermutlich macht das Aluminium die Mischung so stabil.
Bei den Untersuchungen fand das Team heraus, was den römischen Beton vom modernen Beton unterscheidet. Es ist vor allem der »Klebstoff«, der ihn zusammenhält. In Beton, der mit Portlandzement hergestellt wird, ist dies eine Verbindung aus Kalzium, Silikaten und Hydraten. Römischer Beton enthielt weniger Silikate, dafür zusätzlich Aluminium. Das Aluminium, vermuten die Forscher, macht die Mischung so außerordentlich stabil.
Nach ihrer Rechnung kam das römische Betonrezept nicht nur mit zwei Dritteln der Temperatur aus, sondern enthielt außerdem auch noch zehn Prozent weniger Gewichtsanteil an Kalk.
Und noch einen Vorteil hat Pozzolan: Es gibt diesen Stoff in großen Mengen überall in der Welt. »Saudi-Arabien zum Beispiel«, erläutert Monteiro, »hat ganze Berge davon«. Ihre Ergebnisse haben die Forscher im »Journal of the American Ceramic Society« veröffentlicht, ein weiterer Aufsatz folgt im Oktober in der Zeitschrift »American Mineralogist«.
2.000 Jahre haltbar statt nur 100 Jahre
