34 PRAXIS Schon die Römer bauten mit Beton und definierten die mineralischen Zuschläge Die Römer, bekannt für ihre Ingenieur- und Baukunst, benötigten für den Kontakt mit ihren Provinzen eine effiziente Infrastruktur. Besonders Häfen waren von enormer Wichtigkeit. Sie ermöglichten schnelle Truppenverlegungen, sicherten ihre Provinzen und versorgten Italien vor allem mit Getreide aus Ägypten. Große und sichere Häfen benötigten große Hafenbecken, gefertigt aus Naturstein, aber besonders auch aus gegossenem, römischem Beton. Sie nannten ihn Opus caementitium. Seine Zubereitung und Verarbeitung erfolgten mit so großer Sorgfalt, dass es noch heute nach mehr als 2000 Jahren viele erhaltene Beispiele gibt. Die Zusammensetzung des Opus caementitium für Hafenprojekte bestand aus gelöschtem Kalk, Sand, gebrochenem Gestein, oft Tuff und besonders wichtig: Puzzolan, den es in vulkanischen Regionen Italiens, vornehmlich am Golf von Neapel und Rom, in großer Menge gab. Denn Puzzolan reagiert mit dem Kalk und verhilft ihm zu hydraulischen Eigenschaften. Das heißt, Mörtel oder Beton aus Kalk und Puzzolan erhärtete auch unter Abschluss von Luft und somit auch unter Wasser. Ursache für diese überaus wichtige Eigenschaft des Puzzolans ist sein über 50 %iger Anteil an reaktionsfähigem Silikat, der insbesondere durch vulkanische Aktivitäten geweckt wird. Als vulkanischer Auswurf muss er nämlich schnell abkühlen, damit seine silikatischen Phasen ihre amorphe Struktur behalten. Nur dann hat er eine Reaktionsfähigkeit. Man nennt sie die „Puzzolanische Reaktion“. Da aber auch Ton meist einen erheblichen Anteil an Silikaten hat und gebrannte Tongegenstände dem Puzzolan nicht nur chemisch, sondern auch mineralogisch ähneln, hat fein gemahlener Ton ähnliche Eigenschaften wie Puzzolan. Er gibt dem Kalkmörtel oder Beton ebenfalls hydraulische Eigenschaften, erhärtet also auch unter Wasser. Da Puzzolan wegen des langen und beschwerlichen Transports allerdings überaus teuer war, nutzten die Römer nicht mehr benötigte, zerkleinerte Tonziegel, Ephoren oder alles Erdenkliche aus gebranntem Ton und mischten es dem Mörtel und Beton unter. HISTORISCH: Beispiel römischer Betone aus Kalk, Sand, Tuff, Puzzolan sowie zerschlagenen Ton- und Ziegelfragmenten. Bild: HeidelbergCement Archiv/Dr. H.O. Lamprecht GEGENWÄRTIG: Heutiger Beton aus Portland-Zement mit in der Korngröße abgestuften Sand- und Kieszuschlägen. Bild: Wikipedia, Ralf Saalmüller Anforderungen an Zuschläge, sehr griffig beschrieben Aber auch für Mörtel- und Betonzuschlagstoffe definierten die Römer hohe Anforderungen. Beim Sand sollte es sich am besten um Grubensand mit wenig Feinstanteilen handeln. So definiert der berühmte römische Architekt und Ingenieur Vitruv bereit vor der Jahrtausendwende: „… Der Beste ist der, welcher knirscht, wenn man ihn in der Hand reibt, dahingegen der erdige gar keine Schärfe hat. Brauchbar ist besonders der, der weder Schmutz noch Erde zurücklässt, wenn man ihn auf ein weißes Kleid geworfen hat.“ Dann gibt er noch an: „Wenn jemand noch zerstoßene und gesiebte Tonscherben im Verhältnis eins zu zwei hinzugibt, wird er eine Mischung erhalten, die noch besser ist.“ Mit heutigem Beton aus Portland-Zement und abgestuften Zuschlagstoffen ist der römische Beton in seinen physikalischen Eigenschaften natürlich nicht zu vergleichen. Portland-Zement reagiert hydraulisch und erreicht enorm hohe Festigkeiten. Das nicht nur wegen der Eigenschaften des Zements, sondern auch wegen seiner abgestuften, dichten Kornmischung der Zuschlagstoffe. So unterscheidet sich der heutige Beton ganz erheblich von dem römischen Opus caementitium. Während nämlich unser Beton aus hydraulischem Portland-Zement und genau abgestuften Kornfraktionen des Zuschlagstoffs besteht, mischte man beim Opus camentitium dem Kalk Zuschläge nach empirischen Erfahrungen zu. Und eine ordentliche Portion zerkleinerter Tonabfälle gehörte nach diesem Wissen meist dazu. In jedem Fall ist es aber erstaunlich, welche guten Ergebnisse der römische Opus caementitium hervorbrachte, die bis heute Jahrtausende überstanden und noch zu besichtigen sind. Ein Beitrag von Rainer Nobis, Autor des unterhaltsamen Sachbuchs „Illustrierte Geschichte des Zements und Betons“. Eine Leseprobe findet sich unter: www.history-cement.com. Dort und im Buchhandel ist das Buch zum Preis von 39,50 Euro erhältlich. rainer.nobis@gmx.de GESTEINS Perspektiven 5 | 2021
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