Das Geheimnis des superstarken Betons der alten Römer ist gelüftet: Die Forschung
Die antiken römischen Monumente aus Beton scheinen unsterblich zu sein: Das Geheimnis der Langlebigkeit dieses Materials, das Jahrtausende überdauert hat, ist endlich gelöst.
Der im alten Rom verwendete Beton ist unglaublich haltbar
Science Advances
Es ist unbestreitbar, dass die alten Römer erfahrene Architekten waren, und zwar so sehr, dass viele ihrer Monumente und Gebäude bis heute erhalten geblieben sind. Die meisten von ihnen, wie das Kolosseum und das Pantheon in Rom, Italien, wurden mit Beton gebaut, einem Baumaterial, das aus einer Mischung aus Sand, Kies, Wasser und Bindemittel besteht. Ganz zu schweigen von den antiken Aquädukten, von denen einige noch heute die Stadt Rom mit Wasser versorgen. Seit vielen Jahren versuchen Forscher herauszufinden, was das Geheimnis dieses superstarken Materials ist, und eine neue Studie hat es geschafft, mehr darüber herauszufinden und wichtige Schritte zum Verständnis dieses Geheimnisses zu machen.
Das internationale Team, bestehend aus Forschern der Harvard University, des MIT und von Labors in der Schweiz und Italien, entdeckte, dass der antike Beton so hergestellt wurde, dass er eine Strategie zur Selbstreparatur enthielt. Bisher glaubten die Experten, dass das Geheimnis der Festigkeit des Materials in der Vulkanasche aus Pozzuoli im Golf von Neapel lag, die an das gesamte Römische Reich zur Verwendung im Bauwesen geschickt wurde und die in vielen Texten der damaligen Zeit als entscheidendes Element im Beton beschrieben wird. "Die Zemente des antiken Roms haben Jahrtausende überdauert, aber mechanistische Erkenntnisse über ihre Haltbarkeit bleiben ein Rätsel", heißt es in der Studie.
Kalkklumpen in altem römischen Beton entdeckt
Science Advances
Das Team entnahm Proben, die sich bei näherer Betrachtung als winzige Kalkklasten herausstellten, die in allen römischen Zementen vorhanden sind. Dabei handelt es sich um kleine, hellweiße Elemente, die aus Kalk gewonnen werden, der auch in der antiken Zementmischung weit verbreitet war. Wie der Erstautor der Studie, Admir Masico, feststellt, sind sie jedoch im heute verwendeten Beton nicht vorhanden: "In modernen Betonrezepturen sind sie nicht zu finden, warum also sind sie in diesen antiken Materialien vorhanden?"
Vor der Studie galten sie als minderwertige Bestandteile beim Mischen von Zement, aber das Team zeigte eine andere Realität auf: Es sind die kleinen Kalkklumpen, die dem Beton die Fähigkeit verleihen, sich selbst zu reparieren, ein Aspekt, der zuvor ignoriert wurde. "Die Vorstellung, dass das Vorhandensein dieser Kalkklumpen einfach auf eine schlechte Qualitätskontrolle zurückzuführen ist, hat mich immer gestört. Wenn die Römer so viel Mühe in die Herstellung eines außergewöhnlichen Baumaterials steckten, indem sie all die detaillierten Rezepte befolgten, die über viele Jahrhunderte hinweg optimiert worden waren, warum sollten sie dann so wenig Mühe auf die Herstellung eines gut gemischten Endprodukts verwenden? Da muss mehr dahinterstecken", stellte Masic klar.
Nach der chemischen Kartierung der Kalkklumpen und dem Einsatz hochauflösender Bildgebungsverfahren erhielt das Team neue Daten über diese unterschätzten Bestandteile des Betons. Die gängige Meinung war, dass der Kalk vor der Zugabe in den römischen Beton mit Wasser vermischt wurde, um ihn reaktionsfähig zu machen, aber das reichte nicht aus, um das Vorhandensein der Kalkklasten zu erklären.
Hier liegt das Geheimnis des Betons der alten Römer
FeaturedPics/Wikimedia commons - CC BY-SA 4.0
So fragte sich Masic, ob die Römer nicht direkt Branntkalk, seine reaktivste Form, verwendet hatten. Durch die Untersuchung antiker Betonproben kamen er und seine Kollegen zu dem Schluss, dass der Kalk aus verschiedenen Formen von Kalziumkarbonat bestand, die bei sehr hohen Temperaturen entstanden. Dies passt zu der Hypothese der Verwendung von Branntkalk, der bei der Zugabe zu der Mischung eine exotherme Reaktion auslöste. So entdeckte das Team, dass das Geheimnis der Langlebigkeit des Betons in der heißen Mischung liegt, die ihn besonders stark und haltbar macht. Dies hat laut Masic zwei Vorteile: "Erstens ermöglicht die Erwärmung des gesamten Betons auf eine hohe Temperatur chemische Reaktionen, die bei der Verwendung von gelöschtem Kalk nicht möglich wären. Zweitens verkürzt diese Temperaturerhöhung die Aushärtungs- und Abbindezeit erheblich, da alle Reaktionen beschleunigt werden, was eine wesentlich schnellere Bauzeit ermöglicht.“
Beim Heißmischen bilden die Kalkbrocken eine spröde Struktur, wodurch eine reaktive und brüchige Kalziumquelle entsteht. Wenn sich im Beton Risse bilden, reagiert das Material mit Wasser und bildet eine gesättigte Kalziumlösung, die die Risse füllen und heilen kann. Um diese Theorie zu beweisen, führten die Autoren Tests im Labor durch und beobachteten, dass die absichtlich verursachten Risse innerhalb von zwei Wochen abheilten. Der nächste Schritt wird darin bestehen, diese uralte regenerierte Betonvariante zu patentieren, um die Umweltauswirkungen des modernen Betons zu verringern.
