Smart Minerals GmbH

Das Geheimnis des römischen Betons

Vor mehr als 2000 Jahren bauten die Römer Bauwerke aus "römischen Beton". Die Smart Minerals GmbH erforscht zurzeit in Carnuntum diese alten römischen Rezepturen hinsichtlich ihrer Zusammensetzungen sowie deren Dauerhaftigkeit. Außerdem ist ein Ziel herauszufinden wie diese Mörtel mit heutigen Ausgangsstoffen zur Rekonstruktion von Bauwerken hergestellt werden können.

Das heute im deutschen Sprachraum gebäuchliche Wort "Zement" geht auf die lateinische Bezeichnung "opus caementitium" zurück. Der "römische Beton" bestand aus vulkanischen Aschen, gebranntem Kalk, Wasser und Sand, dem "mortar" (Mörtel) und Bruchsteinen. Er zeichnete sich durch eine für damalige Verhältnisse hohe Druckfestigkeit aus. Damit wurden unter anderem die Kuppel des Pantheons sowie Wasser- und Abwasserleitungen bis hin zu Hafenanlagen gebaut. Auch das Amphitheater in der Lagervorstadt von Carnuntum wurde im 1 Jh. n. Chr. mit dem Vorläufer unseres heutigen Betons errichtet. Es soll nun saniert werden, und zwar möglichst authentisch mit historischen Materialien.

Bohrkernentnahme

Um eine Grundlage für die Herstellung eines optimalen Saniermörtels in Anlehnung an den historischen Mörtel zu finden, wurden zunächst Bohrkerne aus dem antiken Mauerwerk entnommen und im Labor untersucht. Zur Verbesserung der Aussagekraft der Ergebnisse wurden die Proben zusätzlich mikroskopisch beurteilt und eine chemische Charakterisierung mittels RFA (Röntgenfluoreszenzuntersuchung) durchgeführt. Auf Basis dieser Voruntersuchungen wurden 18 verschiedene Mörtelmischungen zusammengestellt und die daraus hergestellten Probekörper bezüglich ihre Verarbeitbarkeit, Porosität, Reindichte, Wasseraufnahme, Frostbeständigkeit, Druckfestigkeit, Farbe und ihres Elastizitätsmoduls geprüft.

Da die Aushärtung von Bindemitteln, welche sich hauptsächlich aus hydraulischem Kalk zusammensetzen, sehr sensibel auf unterschiedliche Gehalte der Luftfeuchtigkeit reagiert, wurde bei Vorversuchen der Einfluss unterschiedlicher Lagerungsbedingungen ermittelt. Zum optischen Vergleich der Mörtelfarbe wurden die unterschiedlichen Bindemittel zwischen zwei Glasplatten gestreut und dokumentiert. Die Festigkeitsentwicklung des römischen Mörtels ist langsamer als rezente Bindemittel und die Endfestigkeit liegt bei ca. 10 N/mm².

01 Probenahme Carnuntum

Bei der Herstellung von Mörteln nach dem Vorbild des römischen Originals liegt die Schwierigkeit darin, dass die Ausgangsstoffe von damals, wie z.B. natürlich hydraulischer Kalk, Trass oder Romanzement, in der heutigen Zeit nicht mehr in der gleichen Form verfügbar sind. Zur Erhöhung der Frostbeständigkeit und zur Verbesserung des Porengefüges wurde den historischen Römermörteln organisches Material beigefügt. Um die technischen Eigenschaften der neuen Mörtel zu verbessern, die ja in der Regel direkt der Witterung (Frost, Befeuchtung) ausgesetzt sind, wurden zusätzlich unterschiedliche Produkte zur Einbringung von künstlichen Luftporen wie auch zwei Hydrophobierungsmittel eingesetzt. Durch ein umfangreiches Untersuchungsprogramm konnte dargelegt werden, wie sich historische Mörtel zusammensetzten und mit welchen modernen Ausgangsstoffen deren Eigenschaften verbessert werden können. Eine erste Umsetzung dieser so entwickelten Mörteldesigns ist bei den anfallenden Instandsetzungsarbeiten bei der Sanierung des Amphitheaters in der Militärstadt geplant, welche in den nächsten Jahren durchgeführt werden sollen.

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