Innovation durch ein Rezept für römischen Beton
Autor: Harry Lindelauf
Fotografie: MIT, Thermenmuseum Heerlen, Phillippe Debeerst , L’Oeil Photography/Thermenmuseum, Harry Lindelauf
Wie kann man Beton herstellen, der länger hält und bei der Produktion weniger umweltschädlich ist? Forscher aus den USA und der Schweiz suchten nach dieser Innovation und haben nun die Lösung gefunden: Es handelt sich um ein 2 300 Jahre altes Rezept für römischen Beton.
Professor Admir Masic vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA leitete die Suche, mit Beteiligung der Universität Harvard und eines Schweizer Materialforschungsinstituts. Masic fand den Schlüssel in kleinen Betonstücken aus der römischen Stadtmauer von Proverno bei Rom.
Bekannt ist, dass römischer Beton sehr lange hält: Die Kuppel des Pantheon stammt aus dem Jahr 128. Ebenso bekannt ist, dass ein anderes Rezept für römischen Beton dank der Zugabe von Vulkanasche unter Wasser aushärtet und im Laufe der Zeit sogar stärker wird. Lange dachte man, damit sei alles über römischen Beton bekannt.
Foto: das Pantheon in Rom. Diese Version wurde um das Jahr 128 erbaut. Die Abmessungen sind beeindruckend: Die Betonkuppe misst 43,30 Meter im Durchmesser und ist ebenfalls 43,30 Meter hoch. Die Öffnung in der Kuppel hat einen Durchmesser von neun Metern.
Nachlässiger Beton
Das Team von Masic setzte dennoch fort und analysierte die Zusammensetzung des Betonfragments aus Proverno mit modernsten Techniken. Masic fiel auf, dass römischer Beton millimetergroße Stücke von Calciumcarbonat enthält, eingebettet in ein kalkhaltiges Material. Das war bereits zuvor entdeckt, aber als Ergebnis von nachlässigem Mischen abgetan worden.
Masic stellte diese Annahme infrage: „Wenn die Römer so viel Aufwand betrieben, um ein außergewöhnliches Baumaterial zu schaffen und alle detaillierten Rezepte befolgten, die über viele Jahrhunderte hinweg verbessert worden waren, warum sollten sie dann beim Mischen so wenig Sorgfalt walten lassen?“
Foto: Fragment aus einer Abfallgrube beim Thermenmuseum in Heerlen. Ein Stück Fußboden mit Mosaiksteinen, eingelegt in rosafarbenen Beton.
Branntkalk
Das Team entdeckte, dass die Mineralfragmente entstehen, wenn Beton mit Branntkalk hergestellt wird, wo normalerweise Sumpfkalk verwendet wird. Der Unterschied entsteht durch die chemische Reaktion im Betonmischung. Diese Reaktion setzt viel Wärme frei, die zur Bildung der Mineralfragmente führt.
Masic fand auch heraus, warum römischer Beton so lange hält. Es zeigt sich, dass der Beton kleine Risse selbst repariert. Wasser, das in die Risse eindringt, löst Kalk aus den Calciumcarbonatpartikeln. Dieser Kalk kristallisiert und schließt Risse bis zu 0,5 Millimeter Breite, wie Labortests zeigten. Masic hofft, dass die Forschung hilft, die Umweltbelastung der Zementproduktion zu verringern. Diese macht derzeit etwa 8 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen aus. Der römische Beton des Jahres 2023 soll dies durch eine längere Lebensdauer und die Entwicklung leichterer Betone erreichen.
Foto: Ein Stück Beton. Das Calcium leuchtet rot, Silizium blau und Aluminium grün. Das Calcium, das für die einzigartigen selbstheilenden Eigenschaften verantwortlich ist, ist im unteren Teil des Bildes sichtbar.
Das Pantheon und das Kolosseum sind zwei weltberühmte Beispiele römischer Gebäude, die dank römischen Betons errichtet werden konnten. Entlang der Via Belgica in Südlimburg wurde römischer Beton beim Bau der Pfeiler für die Maasbrücke in Maastricht verwendet. Auch für die Thermen in Heerlen nutzten die Römer Beton, etwa als Träger für einen Mosaikboden.
