Zement ist mit seiner hydraulischen Wirkung, der Erhärtung unter Wasser, ein wichtiges Bindemittel

Zement ist mit seiner hydraulischen Wirkung, der Erhärtung unter Wasser, ein wichtiges Bindemittel für Beton. Quelle: pixabay.de

Der „moderne Baustoff“ ist gar nicht so modern wie man denkt. Schon vor 11.000 Jahren befestigten Menschen in Anatolien die Fußböden ihrer Behausungen mit betonartigen Materialien. Dabei verwendeten sie Kalksteinsplitter und als Bindemittel ein Gemisch aus Kalk und Lehm. Und um 150 vor Christus wurde der Kunststein bei den Römern eingesetzt. Mit dem „opus caementitium“, dem „Werk aus Bruchsteinen“, bauten sie zahlreiche Bauwerke, von denen manche bis heute erhalten geblieben sind. Dazu zählt auch die gewaltige Dachkuppel des Pantheon.

Der heutige Baustoff Beton besteht aus einem Bindemittel, Gesteinskörnungen wie Sand, Kies oder Splitt und Wasser. Zusätzlich werden noch bauchemische Zusätze hinzugefügt, um bestimmte Eigenschaften des Betons zu erzielen und zu verstärken. Als häufigstes Bindemittel wird Zement verwendet. Sein größter Vorteil ist die hydraulische Wirkung. Das heißt, dass er sogar unter Wasser erhärtet und dauerhaft wasser-unlöslich bleibt.

Historischer Beton

Pantheon in Rom, Bild: Nicolas Mailfait, wikimedia.org
Mit Beton bauten schon die Römer gewaltige Bauwerke wie das Pantheon. Die Dachkuppel hat einen Durchmesser von 43 Metern. Bild: Nicolas Mailfait, Wikimedia.org

Der historische Beton hat aber nichts mit dem heutigen Baustoff zu tun. 1000 vor Christus versuchten die Phönizier einen recht haltbaren Baustoff herzustellen – mit Erfolg. Sie erhitzten und zerkleinerten Kalkstein, vermischten ihn mit tonhaltigem Ziegelmehl und erhielten so ein Bindemittel, das Sand und Zuschläge umschließt. Gemischt mit Wasser verhärtete sich das Ganze.

Die Zutaten für den Baustoff wurden je nach verfügbarem Rohstoff sowie nach dem Fortschritt der Technik und Kenntnissen der Bauphysik verändert. So bestand der Beton bei den Römern hauptsächlich aus Bruchsteinen, gebranntem Kalk, Sand, Wasser und dem vulkanischen Puzzolan.

Dieser Rohstoff wird aus Vulkanasche beziehungsweise vulkanischem Gestein gewonnen. Er besteht hauptsächlich aus Siliciumdioxid, Tonerde, Kalkstein, Eisenoxid, alkalischen Stoffen und ist ebenfalls hydraulisch. Erst durch diese Eigenschaft gelang dem Beton sein Durchbruch als Baustoff Nummer 1.

Die Römer verwendeten den Beton zum Bau von Gebäudefundamenten, Wasserleitungen, Brücken, Hafenanlagen, Tunneln oder Straßen. Da der weiche Beton außerdem formbar war, wurden zu diesem Zeitpunkt auch neue Geometrien in der Architektur möglich. Es entstanden weit gespannte Gewölbe und Kuppeln. Bestes Beispiel ist das Pantheon, das 120 nach Christus errichtet wurde. Die gewaltige Dachkuppel aus Beton hat einen Durchmesser von 43 Metern und ist bis heute erhalten geblieben. Mit dem Untergang des Römischen Reichs gerieten der Baustoff und die Bauwerke der Römer in Vergessenheit. Deshalb spielte Beton im Mittelalter auch kaum eine Rolle.

Renaissance des Baustoffs

Betonbrücke, Bild: pixabay.de
Beton wurde und wird heute noch vielseitig eingesetzt: Als Baustoff für Wasserleitungen, Tunnel, Straßen und Brücken. Quelle: pixabay.de

In der Neuzeit stieg die Bedeutung des modernen Baustoffs wieder bei verschiedenen Bauweisen. Vor allem im Gussmauerwerk, eine Bauweise, bei der die äußeren Wandbegrenzungen mit echten Steinen gemauert werden, während man den Zwischenraum mit Beton ausfüllt. Im 19. Jahrhundert führte die Erfindung des Zements den Beton zur Renaissance. Der Engländer Joseph Aspdin brannte 1824 erstmals auf der Insel Portland Ton und Kalk zu Zement. Der Portland-Zement war entstanden. 20 Jahre später veränderte Isaac Charles Johnson die Rezeptur entscheidend. Er brannte die Ausgangsstoffe Ton und Kalk bis zum Schmelzpunkt, die nach Abkühlung zu steinartigen Klinkern wurden. Das Material wurde anschließend gemahlen.

Heute gibt es ein neues Bindemittel, das im Vergleich zum Puzzolan bei den Römern deutlich schneller trocknet. Doch die größere Herausforderung der Neuzeit ist es, eine Alternative zu Beton zu finden. Der Rohstoff Sand wird zunehmend knapp, denn die Baumethoden haben sich seit der Renaissance im 19. Jahrhundert nicht viel verändert. Gebäude, Straßen, Flughäfen und andere Infrastrukturen bestehen hauptsächlich aus Beton. Und dafür braucht man viel Sand. Der Bau eines durchschnittlichen Einfamilienhauses benötigt etwa 200 Tonnen Sand, ein Krankenhaus 3000 Tonnen, ein 1-Kilometer langes Stück Autobahn 30.000 Tonnen oder der Bau eines Atomkraftwerks sogar 1,2 Millionen Tonnen.

Dass Sand wichtig ist, haben Kriminelle schon lange erkannt. Die „Sand-Mafia“ in Indien und anderen Ländern holen illegal Sand aus Naturschutzgebieten und Gebieten, die das Landesinnere vor Stürmen schützen. Sie verkaufen es an die lokale Bauindustrie. In anderen Ländern, wie der Karibikinsel Barbuda, wird Sand abgebaut und zum Beispiel an die Virgin Island verkauft, da sie dort nur schwarzen Vulkansand haben, wodurch sie sich ihre eigene Insel abgraben würden.