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Guter Beton: Deutsche wollen bauen wie die Römer

Das aus römischem Beton gebaute Pantheon steht seit 1.800 Jahren und hat zahlreiche Erdbeben und Plünderungen überstanden. - Foto: Alessandro Panerati/iStock

In Kürze:

  • Römischer Beton hatte im Vergleich zu dem heutigen klassischen Beton deutlich mehr Bestandteile als Sand, Kalk und Wasser.
  • Das verlieh dem antiken Baustoff Selbstheilungskräfte und setzte bei seiner Herstellung weniger Kohlenstoffdioxid frei.
  • Deutsche Forscher wollen den alten Beton reproduzieren und eine antike Zutat, vulkanische Asche, durch verbrannte Abfälle ersetzen.
  • Zusätzlich sollen gut verfügbare und kostengünstige Substanzen den neuen alten Beton schneller härten lassen und den Selbstheilungseffekt imitieren.
 
Wein, Essig und Olivenöl – sie verfeinern seit Jahrtausenden nicht nur die mediterrane Küche, sie könnten auch als besondere Würze in der antiken Baukunst gedient haben. Denn möglicherweise haben die Zutaten dazu beigetragen, dass ein antiker Baustoff heute noch Maßstäbe setzt und in der Materialwissenschaft für Rätsel sorgt: römischer Beton.
Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er bemerkenswert stabil ist, Risse von selbst kittet und deshalb besonders langlebig ist. Die römischen Baumeister konnten ihn so zusammenmischen, dass er, anders als der normale heutige Zement, Salzwasser widerstand und Hafenanlagen zu dauerhaften Bauwerken machte.
Sein heute vielleicht überzeugendster Vorzug: Bei seiner Produktion wurde weniger Kohlenstoffdioxid (CO₂) freigesetzt als bei der Herstellung von modernem Zement. Wie die Römer diese Eigenschaften erreicht haben, ist bis heute nicht völlig klar.
Vor allem die Klimafreundlichkeit und Langlebigkeit des römischen Betons haben es der Materialwissenschaft angetan. So forscht unter anderem ein Team um Bettina Lotsch vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart an dieser Superformel.

Moderne Stolpersteine

Viele Institutionen streben danach, den Beton nachhaltiger zu machen, weil dieser viel verwendete Baustoff Schätzungen zufolge rund acht Prozent der globalen CO₂-Emissionen ausmache. Hinzu kommt die relativ kurze Haltbarkeit der Bauwerke.
„Beton hält in den gemäßigten Breiten etwa 70 Jahre, in den Tropen höchstens 30“, sagt Sebastian Bette, beteiligter Forscher am Max-Planck-Institut.
Dann müsste ein Bauwerk repariert werden, doch oft hilft nur abreißen und neu bauen. Um die Haltbarkeit zu erhöhen und auf diese Weise Emissionen zu senken, suchen die Forscher Inspiration bei den Römern. Doch die ist nicht so leicht zu finden. „Unser Wissen über römischen Beton ist begrenzt“, so Bette. „Die Römer haben über ihren Beton zwar viel aufgeschrieben, das ist aber nicht immer aufschlussreich.“
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In den Aufzeichnungen werden auch Wein, Öl und Essig als Zutaten erwähnt. Warum sie untergemischt wurden, ist unklar. Möglicherweise sollten Essig- und Weinsäure die Aushärtung beeinflussen.
Auch wie römischer Beton erfunden wurde, haben die Jahrtausende vernebelt. Angefangen hat es vermutlich mit Mörtel zwischen Steinblöcken. Mit der Zeit wurden die Steine immer kleiner und der Anteil des Mörtels immer größer, bis man schließlich bei Beton landete.

Beton – ein chemisches Kuddelmuddel

Dass die Bauindustrie nicht einfach auf ein Rezept der alten Römer zurückgreifen kann, liegt auch daran, dass es das eine Rezept nie gab. Denn der Baustoff wurde nicht wie heute in großen Fabriken, sondern in kleinen Handwerksbetrieben hergestellt. Diese setzten oft ihre eigenen Mixturen an.
Bei der Rekonstruktion kommen auch die ausgeklügelten analytischen Verfahren, die der Materialwissenschaft heute zur Verfügung stehen, an ihre Grenzen. Zum einen weil das Baumaterial über die Jahrtausende verwittert ist. Zum anderen, weil Beton zwar nach einem geradezu banalen Massenprodukt klingt, er es aus wissenschaftlicher Sicht aber nicht ist. Das gilt sowohl für antiken Beton als auch für seine modernen Nachfolger.
So gibt es im abgebundenen Beton 20 bis 30 unterschiedliche kristalline Phasen. Eine Phase bezeichnet in der Chemie einen Stoff von einheitlicher chemischer Zusammensetzung und Struktur. Bei einem Kuddelmuddel von bis zu 30 Phasen ist es schwierig, sich einen Überblick zu verschaffen.
Der komplizierte Aufbau überrascht vielleicht auch deshalb, weil zumindest heutiger Beton im Wesentlichen aus drei ein­fachen Zutaten zusammengemischt wird: Sand, Wasser und natürlich Zement als Bindemittel. Die Komponenten bestehen teilweise schon aus verschiedenen chemischen Verbindungen, und beim Abbinden entstehen weitere.

Heutiger Beton ist im Wesentlichen ein Sand-Kalk-Wasser-Gemisch.

Foto: Cineberg/iStock

Zudem verwendet die Industrie Zusätze, um die Eigenschaften zu modifizieren. Im Fall des häufigsten verwendeten Portlandzement ist dies beispielsweise Calciumoxid, auch Branntkalk genannt. Vermischt mit Ton und den Zusätzen wird daraus Zementklinker gebrannt.
Aus Sicht von Klimaschützern ist der Branntkalk bedenklich, da seine Produktion viel Energie kostet und große Mengen an CO₂ freisetzt. Gleichzeitig zieht Branntkalk zum Aushärten nachweislich Kohlenstoffdioxid aus der Umgebung und bindet dieses. Den Römern war dies egal, denn für ihren Beton kam ohnehin nur wenig Calciumoxid zum Einsatz.

Vulkanasche als wesentliche Zutat

Stattdessen mischten römische Baumeister Vulkanasche hinein. Sie enthält Puzzolane, also Aluminiumsilikate, die Calciumoxid ersetzen können. Doch aus verschiedenen Gründen ist es so gut wie unmöglich, ein antikes Rezept in die Gegenwart zu übertragen.
„Römischer Beton brauchte Wochen zum Aushärten“, erklärt der beteiligte Forscher Artem Shevchenko. „Heute will man die Stockwerke eines Gebäudes aber möglichst schnell hintereinander gießen.“

Das Pantheon in Rom besitzt unter anderem eine massive Betonkuppel.

Foto: TomasSereda/iStock

Zudem gäbe es nicht genug Vulkanasche und es musste der richtige Vulkan sein. Infrage kämen nur jene, die feine Asche erzeugen, damit sie chemisch reaktiv ist und als Bindemittel dienen kann.
In öffentlichen Gebäuden wie dem Pantheon oder dem Kolosseum findet sich nur die Asche vom Vesuv nahe Pompeji. Bauherren für private Gebäude scheinen da flexibler gewesen zu sein.
So ergab eine Analyse der Villa Capo di Bove in Rom, dass auch auf heimisches Rohmaterial zurückgegriffen wurde. Für die anschließende Therme mischten die Römer dem Beton sogar Tonscherbe bei, damit die Becken auch auf lange Sicht dem Wasser standhielten. Denn das leicht saure Badewasser greift normalen Beton mit der Zeit an, sodass er schließlich reißt.

Müll statt Vulkanasche

Wie die Römer früher benötigen auch heutige Bauherren Beton für verschiedene Zwecke. Doch ein Punkt unterscheidet beide: Während die römische Mischung damals scheinbar frei und unproblematisch war, benötigen moderne Ingenieure exakt definierte Zusammensetzung und möglichst immer gleiche Eigenschaften nach DIN-Norm. Dabei könnte sich Mut zur Vielfalt auch für die heutige Zeit auszahlen. „Vielleicht können wir auch die Zusammensetzung von modernem Beton stärker variieren“, so Bette.
Gerade der antike Baustoff zeigt, dass er Jahrtausende überdauern kann, obwohl er keine DIN-Norm erfüllt. Die Variabilität könnte vor allem für ein Vorhaben hilfreich sein: der Beimischung von Asche aus Müllverbrennungsanlagen. Diese variiert wie Vulkanasche in ihrer Zusammensetzung, gilt aber wegen mitunter kritischer Bestandteile als nicht praxistauglich.
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Eine schlechte Zutat ist etwa Aluminium. Dieses reagiert beim Aushärten von Beton mit der alkalischen Lösung in den Poren des Materials, wobei Wasserstoff entsteht. Der würde den Beton aufsprengen und das Gebäude zerbröseln, bevor es überhaupt fertig ist. Zwar könnten diese untauglichen Bestandteile vorher aus der Müllasche entfernt werden, jedoch kostet das derzeit noch viel Energie.
Doch es gibt auch interessante Komponenten. Eine davon ist die sogenannte anorganische Asche – ein wildes Gemisch verschiedener Mineralien, die den Bestandteilen der Vulkanasche ähneln und als Bindemittel für CO₂ dienen könnten.
Inwieweit Asche aus der Müllverbrennung also künftig in den Beton gerührt werden und möglicherweise ein Umweltproblem lösen kann, muss noch weiter intensiv erforscht werden, so die Forscher.

Geheime Zutat für weniger CO₂

In anderer Hinsicht inspiriert die Antike die Forscher zu Ergebnissen, die schneller praxisrelevant werden könnten. Es geht um Beton, der wie sein römisches Vorbild wenig Zementklinker enthält und deshalb klimafreundlich ist, aber für die meisten Bauvorhaben zu langsam aushärtet.
„Wir haben unter anderem einen Zusatz gefunden, der gut verfügbar, preiswert ist und die Härtung von CO₂-armem Beton offenbar so beschleunigen könnte, dass er praktisch eingesetzt werden könnte“, erklärt Bette. Mehr könne er jedoch nicht verraten, weil die Untersuchungen noch andauern.
Auch bei der Frage, warum römischer Beton so langlebig ist, haben die Wissenschaftler Fortschritte gemacht. Ausschlaggebend sind die Selbstheilungskräfte, die dem heutigen Beton fehlen. Dies könnten die Römer mit Strätlingit erreicht haben – einem natürlichen Mineral, dass Wasser aufnimmt und dadurch anschwillt.
„Das könnte die Selbstheilungskraft von Beton erklären“, glaubt Shevchenko. „Wenn Beton reißt, dringt dort Feuchtigkeit ein. Strätlingit kann diese Feuchtigkeit aufnehmen, sich dabei ausdehnen und einen Riss verschließen.“

Ein Stück des Römerkanals, auch Eifelwasserleitung genannt, in Buschhoven nahe Bonn. Das Aquädukt wurden aus römischen Beton (auch opus caementicium genannt) gefertigt und mit gemauerten Bögen aus Naturstein versehen.

Foto: Haspi, Wikimedia Commons | CC BY-SA 3.0

Außerdem entdeckten die Forscher im römischen Beton das siliziumhaltige Katoit, eine Schwesterverbindung von Strätlingit. Ob und wie dieses Mineral die Eigenschaften des Betons beeinflussen könnte, ist noch unklar.
Um noch besser zu verstehen, was den römischen Beton so besonders macht und wie moderner Beton langlebig und nachhaltig wird, müssen die Forscher noch viel tun. Dazu gehört die gründliche Untersuchung der wichtigsten oder gar allen Bestandteilen des antiken Betons.
Spekulation wird aber vermutlich bleiben, ob die Römer bewusst Wein, Öl und Essig in ihren Beton mischten, um dessen Eigenschaften zu beeinflussen. Vielleicht waren die Zutaten auch als Gaben an die Götter gedacht, damit diese die Bauwerke auf ewig stehen ließen.
Mit Material der Max-Planck-Gesellschaft.
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Berliner Atomschutzbunker: „Willkommenstüten“ und grüne Adidas-Sportanzüge

Treffpunkt ist eine belebte Kreuzung mitten in Berlin-Wedding. Zwischen Verkehrslärm, vorbeieilenden Passanten und dem typischen Mix aus Einheimischen und Touristen entsteht ein Bild, das so nur dieser Stadtteil zeichnen kann: laut, vielfältig, unruhig – und doch geordnet in seinem eigenen Rhythmus. Rund 15 Interessierte haben sich hier versammelt.
Gemeinsam wollen wir einen der ursprünglich 16 Berliner Atomschutzbunker besichtigen, die während des Kalten Krieges errichtet wurden. Die Zivilschutz-Mehrzweckanlage befindet sich unter der Pankstraße, direkt am gleichnamigen U-Bahnhof der Linie U8. Geführt wird die Gruppe von Christian, unserem Bunkerführer vom Verein „Berliner Unterwelten“.
Im Falle eines nuklearen Angriffs auf die Hauptstadt hätte der Bunker bis zu 3.339 Menschen für zwei Wochen Schutz bieten sollen. Erst danach wäre die Strahlung voraussichtlich so weit gesunken, dass ein kurzzeitiger Aufenthalt im Freien zur Evakuierung ins Umland möglich gewesen wäre.
Errichtet wurde die Anlage in den 1970er-Jahren gemeinsam mit dem U-Bahnhof und im Jahr 2010 schließlich unter Denkmalschutz gestellt. Hinter massiven Betonwänden verbirgt sich ein vollständig autarkes System, ausgelegt auf den Ernstfall.
Ein eigenes Wasserwerk, gespeist aus einer rund 80 Meter tiefen Quelle, gehörte ebenso dazu wie riesige, hermetisch verschließbare Stahltore. Ergänzt wurde die Anlage durch ein komplexes Belüftungssystem mit Schutz vor ABC-Kampfstoffen sowie eine unabhängige Notstromversorgung – ein in sich geschlossenes System, gedacht für das Überleben im Ausnahmezustand.

„Willkommenstüten“ und grüne Adidas-Sportanzüge

Das Besondere an dieser Mehrzweckanlage war, dass sie in Friedenszeiten als ganz normaler U-Bahnhof fungierte.
Jahrelang lebte ich nur zwei U-Bahn-Stationen entfernt. Doch so wie mir ging es vermutlich vielen Berlinern, aber auch Touristen, die die Linie U8 nutzen: Keinem war bewusst, dass er sich kurzzeitig im Inneren eines Atomschutzbunkers aufgehalten hatte.
Denn im Ernstfall hätten zwei zwölf Tonnen schwere Tore die U-Bahnschächte beidseitig nach dem Einfahren der letzten U-Bahnen hermetisch abgeriegelt. Der Bahnsteig und auch die eingeschlossenen U-Bahnzüge hätten dann als Schlaf- und Aufenthaltsräume unter meterdicken Betonwänden gedient.
Gleichzeitig wären die oberirdischen Zugänge zum U-Bahnhof abgeriegelt worden und es wäre nur noch ein Zugang über eine „Personendosieranlage“ möglich gewesen. Damit ist eine erste Schleuse gemeint, die immer nur von einer Person passiert werden konnte.
Auf diese Weise sollten Tote durch eine Massenpanik sowie ein Überschreiten der maximalen Kapazität des Bunkers verhindert werden.
Nach der ersten Schleuse folgte ein zweiter Schleusenraum für rund 40 Personen, in dem die Dekontamination stattgefunden hätte. Dabei wären durch das Abduschen mit warmem Wasser gezielt radioaktive Verunreinigungen von Körper und Kleidung entfernt worden.
Anschließend wäre es in einheitlichen grünen Sportanzügen und weißen Sportschuhen von Adidas in den eigentlichen Bunker gegangen.
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An der Krankenstation hätte jeder eine „Willkommenstüte“ erhalten mit Besteck, Zahn- und Körperbürste, Seife, Handtuch, Bettzeug sowie Hygieneartikeln für Frauen oder Windeln für Kinder.
Diese Krankenstation heute selbst abzulaufen, wirkt für mich befremdlich. Die Gruppe zeigt sich interessiert, zugleich aber spürbar ernst. Denn allen ist bewusst, was dieser Ort im Ernstfall bedeutet hätte: Tausende Menschen, die hier während eines Atomangriffs Schutz gesucht hätten – Alte und Junge, Kinder und Babys, alle eingeschlossen in eine Situation völliger Ungewissheit, was sie beim Zurückkehren an die Oberfläche erwarten würde.
„Rund 2.000 Medikamente gab es hier in der Krankenabteilung, so ziemlich alles, was man braucht, um hier ein paar Wochen auszuhalten“, erzählt Christian, unser Bunkerführer.
Aspirin, Jod, Blutdruckmittel und Insulin für Diabetiker zählt der ausgebildete Schauspieler auf, der mit den Führungen seinen Nebenverdienst bestreitet.

Radiomusik gegen Depression und Angst

Trotz der gelb gestrichenen Decken und der mintgrünen Betonwände mag sich kein behagliches Gefühl bei mir und den anderen Teilnehmern einstellen.
Die technisch aufwendige Ausstattung entspricht den 70er-Jahren und erzeugt bei mir den Eindruck, ich hätte einen Zeitsprung in die Vergangenheit gemacht.
Auch mit der vielen Technik wirkt der Bunker schlicht, kühl und funktional.
Das Einspielen von hoffnungsvollen Botschaften und den damaligen Radiocharts über die Lautsprecheranlage im Bunker sollte dem Gefühl der Verzweiflung vorbeugen, erfahren wir von Christian.
Die Kommunikationsanlage und die Schalttechnik stammten aus dem U-Bootbau. Und so fühlt man sich auch – nur in diesem Fall eingesperrt hinter dicken Stahltüren und Beton.

Einer der Notausstiege aus dem Atomschutzbunker Pankstraße in Berlin.

Foto: Erik Rusch/Epoch Times

Durchsichtige Leichensäcke und fehlende Babybetten

Schnell wird deutlich: Unser Bunkerführer Christian schaut mit gemischten Gefühlen auf die Anlage. Denn obwohl vieles durchdacht und logisch erscheint, gibt es für ihn zahlreiche Ungereimtheiten.
Dazu gehören insbesondere die luftdichten, aber durchsichtigen Leichensäcke, die auch als Müllsäcke dienen sollten.
Fragwürdig erscheinen ihm auch die geringe Anzahl an Babybetten, die fehlende Lagerfläche für Verstorbene und die Nähe der oberirdischen Ansaugöffnung für Frischluft zum Abgasrohr des Notstromaggregats.
Mehrfach stellt unser Bunkerführer eine Verbindung zum Ukrainekrieg her. Er erklärt, dass sich die Mehrzwecknutzung von U-Bahnhöfen als Zivilschutzeinrichtung in der Ukraine bewährt habe.
Auch hier in Deutschland habe sich mit der Bedrohung durch Russland ein Umdenken im Bereich Zivil- und Katastrophenschutz eingestellt, so Christian.
Doch viele Schutzanlagen seien nach ihrer Entwidmung im Jahr 2007 durch den Bund für immer verloren gegangen. Die Gründe seien vielfältig – Verkauf, Abriss, Umbau oder Wassereinbruch mit Schimmelbildung.
Der Verein hat diese und andere Bunkeranlagen gemietet, um sie zu erhalten und Besucherrundgänge zu ermöglichen. Darin begründet sich auch der gute Zustand der Anlage.

60 Personen auf 25 Quadratmetern

Besonders bedrückend wirken die Schlafsäle auf unsere Gruppe. Sie sollten denen einen Platz bieten, die in den U-Bahn-Abteilen oder auf dem Bahnsteig keinen Platz gefunden hatten.
Auf 25 Quadratmetern sollten hier 60 Personen in vierstöckigen Betten aus Stahl und Lkw-Planen schlafen – eng beieinander, wie in einer Sardinenbüchse.
Aufgrund der hohen Belegzahlen hätte sich die Anlage rasch in eine „Saunalandschaft mit 27 Grad Celsius“ und hoher Luftfeuchtigkeit verwandelt, ist Christian überzeugt.
Wegen dieser schwierigen Bedingungen und des Fehlens jeglicher Möglichkeit, Freizeitaktivitäten nachzugehen, hält Christian die Anlage für wenig praxistauglich.
Er verweist auch auf Widersprüche in den nach Geschlechtern getrennten Wasch- und Toilettenräumen. An den Waschbecken, die frei einsehbar waren, sollten sich die über 3.000 Menschen waschen.
Die Toilettenkabinen waren nur mit Vorhängen vom Waschbereich abgetrennt. Die an den hochhängenden Spülkästen angebrachten Kettenzüge hatten Sollbruchstellen, die bei zu hoher Zugbelastung nachgaben.
Dies sollte Suizide verhindern. Niemand sollte sich unbeobachtet fühlen. Denn Erfahrungen aus dem Zweiten Weltkrieg hatten gezeigt, dass bei längeren Aufenthalten in Bunkeranlagen Selbstmordversuche zunahmen, berichtet uns Christian.
„Aber warum dann Spiegel aus Glas über den Waschbecken?“, fragt Christian kopfschüttelnd. „Mit den Scherben hätte man sich leicht verletzen können.“

Bunkeranlage nur ein Modell?

In der Küche fühlt man sich in der Zeit zurückversetzt. Alte Kochplatten der Firma AEG und Lautsprecher von Telefunken. Gegessen werden sollte von buntem Plastikgeschirr in Rot, Gelb und Orange. Hauptsächlich hätte es dann Erbsen- und Bohnensuppe gegeben.
Ob Hülsenfrüchte trotz ihrer Nahrhaftigkeit in Bezug auf mögliche Blähungen so eine gute Idee gewesen wären? Auch Christian hat da so seine Zweifel. Die Gruppe lacht, was die ganze Stimmung auflockert.
Was das Konzept jedoch für unseren Bunkerführer besonders fragwürdig erscheinen lässt, ist, dass der Betrieb der Anlage sieben Techniker vorsah.
Von der einstigen deutschen Hauptstadt Ostpreußens, Königsberg, dem heutigen russischen Kaliningrad, hätten die dort in den 1970er-Jahren stationierten sowjetischen Atomraketen in nur sieben Minuten Flugzeit Berlin erreicht.
Die Westberliner Bevölkerung hätte man über die stadtweit verteilten ABC-Sirenen über einen anstehenden Atomschlag informieren können. Doch wie hätten sich in so kurzer Zeit die sieben Techniker in dem Atomschutzbunker einfinden sollen?, fragt Christian in die Runde.
Das Technische Hilfswerk (THW), als Bundesbehörde zuständig für den Zivilschutz, habe Schulungsräume in dieser Mehrzweckanlage eingerichtet, so Christian.
Dort habe man wahrscheinlich vorgeführt, wie der Zivilschutz im Ernstfall aussehen sollte, mutmaßt der Schauspieler.
„Wir gehen mittlerweile davon aus, dass der Atomschutzbunker eher ein Mustermodell gewesen ist als ein tatsächlicher Zufluchtsort“, fasst Christian seinen Eindruck zusammen.

Bunker noch nutzbar?

Und ist der Bunker noch funktionstüchtig?, wollen wir von Christian wissen. Aus seiner Sicht nur für Kurzaufenthalte ohne atomare Bedrohung. Denn große Teile der Lüftungsanlage seien im Rahmen von Umbaumaßnahmen am U-Bahnhof entfernt worden, berichtet er. Eine Reaktivierung wäre nur mit hohem finanziellen Aufwand möglich.
Und so plötzlich, wie wir uns zu Beginn der Führung in einer Schleuse eines Atomschutzbunkers wiederfanden, stehen wir über eine Tür wieder mitten auf dem belebten U-Bahnsteig und sind zurück im Jahr 2026 – Gott sei Dank!