Vulkanasche gegen Mikrorisse 22.12.2014, 09:33 Uhr

Antiker Supermörtel schützt Gebäude bei Erdbeben

Der Spezialmörtel, den die antiken Baumeister schon vor 2000 Jahren verwendet haben, ist stabiler als so mancher moderne Beton. Amerikanische Forscher haben die Trajansmärkte in Rom untersucht und dabei entdeckt, warum Vulkanasche Gebäude unerschütterlich macht.

Das Trajansforum mit seinen zum Teil mehrstöckigen Bauwerken ist heute immer noch erstaunlich gut erhalten.

Das Trajansforum mit seinen zum Teil mehrstöckigen Bauwerken ist heute immer noch erstaunlich gut erhalten.

Foto: Markus Bernet/Wikimedia (CC BY-SA 2.0)

Als Kaiser Trajan im Jahr 107 n. Chr. den berühmten Architekten Apollodor von Damaskus engagierte, damit der ihm ein prächtiges Kaiserforum baute, wusste er vielleicht um die Kompetenzen seines Baumeisters. 36 Jahre später wurde das Trajansforum mit seinen zum Teil mehrstöckigen Bauwerken eingeweiht und ist heute immer noch erstaunlich gut erhalten. So gut, dass moderne Wissenschaftler der Frage nachgegangen sind, ob eventuell der Mörtel, den die alten Römer verwendet haben, Anteil an der hohen Stabilität der Gebäude haben könnte.

Zement nach alter Rezeptur besteht aus Kalk und Vulkanasche

Marie Jackson und ihre Kollegen von der University of California in Berkely hatten bereits entsprechende Hinweise, dass die mechanische Widerstandskraft mit dem zementartigen Mörtel zu tun haben könnte. Forscher hatten im vergangenen Jahr römische Hafenanlagen untersucht und dabei Unterschiede zu unserem heutigen Beton entdeckt.

Anders als bei unserem heutigen Zement, der aus gemahlenem Kalk und Ton gebrannt wird, verwendeten die römischen Baumeister Kalk und vulkanische Asche. Wird diese Mischung mit Meerwasser in Verbindung gebracht, entsteht der sogenannte Pozzolan, der auch mit gröberem Gestein zu einer Art Beton vermischt werden kann. Die Vulkanasche stammt größtenteils aus einem Vulkangebiet etwa 20 Kilometer westlich des Vesuvs.

Das Mineral Strätlingit füllt fast alle Mikrorisse im Zement

Nun wollten Marie Jackson und ihr Team der Struktur des Supermörtels aber noch genauer nachgehen und untersuchten den Trajansmärkten entnommene Proben des antiken Betons mit sehr energiereicher Röntgenstrahlung. Außerdem mischten sie selbst Pozzolan nach der alten Rezeptur an und beobachteten, was während der 180 Tage dauernden Aushärtung passiert. In dieser Zeit reagiert die Vulkanasche mit dem Kalkwassergemisch zu einem Hydrat aus Kalzium, Aluminium und Silikat. Dabei stellten die Forscher fest, dass das Pozzolan nach den ersten vier Wochen noch größere Risszonen enthält, die sich nach und nach immer weiter schlossen.

Heutiger Zement wird aus gemahlenem Kalk und Ton gebrannt. 

Heutiger Zement wird aus gemahlenem Kalk und Ton gebrannt. 

Foto: Britta Pedersen/dpa

Während der Aushärtung kristallisierte sich das Pozzolan zum sogenannten Strätlingit, einem plattenförmigen Mineral, das dichte verschränkte Strukturen bildet und vor allem die Übergangszonen zwischen dem Zementmörtel und den beigemengten Stoffen füllt. Ist das Pozzolan nach 180 Tagen ausgehärtet, haben sich fast alle Risse fest verschlossen und zudem ist der gehärtete Mörtel unempfindlich gegen Wasser.

Trajanischer Zement als Prototyp für umweltfreundlichen Beton

Auch im heutigen Beton wissen die modernen Baumeister, dass die Übergangszonen die schwächsten Stellen im Material sind. Dort breiten sich bei einem Erdbeben als erstes Risse aus. Deshalb werden dem Beton heute feine Fasern zugesetzt, die diese Schwachstellen stärken sollen. Gegenüber dem Strätlingit, das sich in der römischen Zementrezeptur von selbst ausbreitet, sieht das nach der zweitbesten Lösung aus.

Außerdem sehen die kalifornischen Forscher im trajanischen Zement den „Prototyp für umweltfreundlichen Beton“. Durch den hohen Anteil an Vulkanasche könne das Pozzolan nicht nur gegenüber herkömmlichem Zement mit weniger Belastung für die Umwelt hergestellt werden. Die alte Rezeptur verspreche auch gerade in Erdbebengebieten für die Gebäude eine höhere chemische Widerstandkraft und größere strukturelle Sicherheit.

Von Gudrun von Schoenebeck

Top Stellenangebote

Hochschule München, Organisation und Personal-Firmenlogo
Hochschule München, Organisation und Personal Wissenschaftliche Mitarbeiterin / Wissenschaftlichen Mitarbeiter München
LUCEBIT GmbH-Firmenlogo
LUCEBIT GmbH Projektleiter / Bauleiter (m/w) Frankfurt (Main)
CLARIANT SE-Firmenlogo
CLARIANT SE Ingenieur / Techniker (m/w) als Leiter Logistik Heufeld bei Rosenheim
Staatliches Bauamt Landshut-Firmenlogo
Staatliches Bauamt Landshut Diplom-Ingenieur/in (FH) / Bachelor Fachrichtung Bauingenieurwesen Landshut
InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG Bauleiter (m/w) im Hochbau Wiesbaden
InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG Arbeitsvorbereiter/Technische Assistenz (m/w) in der Bahntechnik Wiesbaden
FrieslandCampina Germany GmbH-Firmenlogo
FrieslandCampina Germany GmbH SHE-Manager/ Sicherheitsingenieur (m/w) Heilbronn
Pyrexx GmbH-Firmenlogo
Pyrexx GmbH Leiter Hardwareentwicklung (m/w) Berlin
Woodward GmbH-Firmenlogo
Woodward GmbH Software Engineer (m/w) als Testingenieur für Steuerung im Energiesektor Stuttgart
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)-Firmenlogo
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Promovierte/r Ingenieurwissenschaftler/in der Fachrichtungen Elektrotechnik, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Verfahrenstechnik, Bauingenieurwesen Berlin-Adlershof