Römischer Beton

123Das Wichtigste in Kürze

„Kaum jemand weiß, dass römischer Zement nicht nur unter Wasser aushärtet, sondern sich sogar selbst repariert – ein perfektes Rätsel für Schüler, die verstehen wollen, warum antike Bauwerke bis heute stehen.“

Interview

Beton ist für viele nur grauer Baustoff‑Alltag, doch die Römer machten daraus Hightech Material. 

Für ihr Oberstufenprojekt spricht die 18‑jährige Schülerin Helene J. mit Römer‑Experte Andreas Hopson über "opus caementitium", den legendären römischen Beton.

Im Interview geht es darum, warum römische Bauwerke bis heute stehen, welche Geheimnisse in Kalk und Vulkanasche stecken und wie Lehrkräfte diese Geschichte im Unterricht der Sek. II lebendig vermitteln können.

Schülerin:

Glauben Sie, dass der Verwendung von Opus caementicium zu verdanken ist, dass der archäologische Park von Baiae, auch unter Wasser, bis heute so gut erhalten ist?

Andreas Hopson:

Ja, das glaube ich, und die Quellen sprechen auch sehr deutlich dafür. Die außergewöhnlich gute Erhaltung des archäologischen Parks von Baiae, vor allem der unter Wasser liegenden Teile ,hängt direkt mit der Verwendung von römischem Beton, also Opus caementicium, zusammen.

Baiae, auf Latein Baianus Sinus, wird in den antiken und modernen Quellen ausdrücklich als Ort genannt, an dem es römische Unterwasserbauten gibt, die genau wegen dieser besonderen Betonzusammensetzung die Jahrtausende überstanden haben.

Die Römer begannen wahrscheinlich schon vor dem Ende des 2. Jahrhunderts v. Chr., hydraulischen Beton für Küsten- und Unterwasserbauten zu verwenden, besonders in den Hafenanlagen rund um Baiae. Moderne Forscher, zum Beispiel Paulo Monteiro und sein Team, haben im versunkenen Hafen von Baiae Proben dieser antiken Betonbefestigungen entnommen, um die erstaunliche Haltbarkeit genauer zu untersuchen.

In Baiae befindet sich außerdem das sogenannte „Temple of Mercury“, in Wirklichkeit ein Frigidarium eines römischen Badehauses aus dem 1. Jahrhundert v. Chr. Dort finden wir die älteste erhaltene Betonkuppel der Welt. Proben aus den römischen Meeresbauten im Baianus Sinus zeigen bei der Analyse, dass sich im Inneren des Betons besondere Kristalle gebildet haben, nämlich Al-Tobermorit und Phillipsit. Genau diese Mineralien sind ein Schlüssel zu seiner Stabilität.

Die Langlebigkeit des römischen Betons im Meerwasser liegt an einer speziellen chemischen Reaktion, die ihn, anders als modernen Beton, in Berührung mit Salzwasser nicht schwächt, sondern langfristig sogar stabilisieren kann. Der römische „Seekonkrete“, also der marine Beton, entstand aus einer Mischung von Meerwasser, Vulkanasche (Puzzolan) und gelöschtem Kalk. Durch die Reaktion dieser Stoffe bildet sich ein seltener Kristall namens Tobermorit. Zusammen mit aluminösem Tobermorit und Phillipsit entsteht im Beton ein dichtes Gefüge, das ihn verstärkt und Rissbildung entgegenwirkt.

Deshalb wird römischer Beton heute oft als Kandidat für das haltbarste Baumaterial der Menschheitsgeschichte bezeichnet. Moderner Beton dagegen beginnt im Salzwasser häufig schon nach wenigen Jahrzehnten zu zerfallen. Der römische Gelehrte Plinius der Ältere beschreibt, dass der Beton in Hafenanlagen, sobald er mit den Wellen in Berührung kommt und unter Wasser liegt, zu einer einzigen Steinmasse wird, die unempfindlich gegen die Wellen ist und jeden Tag stärker zu werden scheint.

Zusammengefasst: Die außergewöhnliche Erhaltung des Parks von Baiae, der heute zum großen Teil im Salzwasser liegt, ist ein direktes Ergebnis der bewussten Verwendung dieses hydraulischen Mörtels, also des Opus caementicium, in Verbindung mit der lokal verfügbaren Vulkanasche. Die Dauerhaftigkeit der römischen Meeresbauten dort gilt als unbestritten.

Schülerin:

Für welche Bauwerke und architektonischen Elemente wurde Opus caementicium entwickelt und ursprünglich verwendet, zum Beispiel Konstruktion, Dekoration?

Andreas Hopson:

Opus caementicium wurde in erster Linie als revolutionärer Konstruktionswerkstoff entwickelt, nicht als Dekoration. Es war für die Römer ein Material, mit dem sie die Bauweise der Antike grundlegend verändern konnten. Damit wurden plötzlich komplexe und auf Dauer angelegte Strukturen möglich, die man in diesem Ausmaß vorher nicht kannte.

Die entscheidende Weiterentwicklung hin zu dem, was wir heute römischen Beton nennen, fand im 3. und 2. Jahrhundert v. Chr. statt. Am Anfang standen einfache Stein- und Lehmmörtel-Konstruktionen, wie man sie schon aus dem Nahen Osten kannte. Die Römer perfektionierten das, indem sie ihrem Kalkmörtel Vulkanasche, also Puzzolan, zugaben.

Zunächst setzte man diesen sogenannten hydraulischen Mörtel vor allem dort ein, wo Wasser ein Problem war: für dichte Fußböden, Zisternenputz und ähnliche Anwendungen. Es ging zuerst um Wasserdichtigkeit, also um „Waterproofing“. Ein spezieller Mörtel, das opus signinum, entstand durch das systematische Beimischen von zerkleinerter Keramik oder Ziegelstücken. Er wurde oft für Zisternen, Aquädukte, Brunnen und Bäder verwendet, weil er besonders wasserbeständig war.

Der eigentliche Durchbruch bestand aber darin, dass dieser Mörtel nicht mehr nur als Putz diente, sondern als Teil der tragenden Struktur. In der ersten Hälfte des 2. Jahrhunderts v. Chr. nutzte man ihn systematisch zur Verstärkung von Mauerwerk in öffentlichen und militärischen Gebäuden. Das war der erste vollständig dokumentierte strukturelle Einsatz eines Bindemittels in der Architektur, bei dem die Mischung selbst zur mechanischen Festigkeit des Bauwerks beitrug.

Parallel dazu begann man, denselben hydraulischen Beton für Küsten- und Unterwasserbauten einzusetzen, wahrscheinlich zuerst in den Häfen rund um Baiae, noch vor dem Ende des 2. Jahrhunderts v. Chr. Als der Beton ab etwa 150 v. Chr. weit verbreitet wurde, entwickelte er sich zum grundlegenden Baustoff für fast alle wichtigen architektonischen Elemente.

Zunächst betraf das die Fundamente. Die Römer hatten ein sehr klares Bewusstsein dafür, dass die Langlebigkeit eines Bauwerks mit der Stabilität des Fundaments steht und fällt. Beton wurde daher sowohl für Fundamente von Wohnhäusern als auch von öffentlichen Gebäuden verwendet. Bei Monumentalbauten wie dem Kolosseum bildete der Beton eine riesige Fundamentplatte, zum Beispiel rund 60 Meter breit und etwa 12 Meter tief. Ohne Beton wäre ein Bau dieses Ausmaßes entweder gar nicht oder nur mit enorm viel mehr Zeitaufwand möglich gewesen. Je nach Tiefe des Fundaments wurde der Beton direkt in den ausgehobenen Graben gegossen oder mit Hilfe von Holzverschalungen eingebracht.

Daneben nutzten die Römer Opus caementicium sehr häufig für Mauern und allgemeine Tragstrukturen. Ursprünglich bezeichnete der Begriff die typische Betonkernmauer: faustgroße Steine oder Ziegelstücke, die als Zuschlagstoffe (caementa) in einen hydraulischen Mörtel eingebettet waren. In der Praxis baute man meist eine Art Hülle, also eine Fassade aus Ziegeln oder behauenem Stein, und füllte den Zwischenraum mit Opus caementicium auf. Dieses System war unglaublich vielseitig. So entstanden Mauern, Aquädukte, Brücken, Zisternen und Hafenmolen.

Die größte Revolution brachte der Beton aber bei Gewölben und Kuppeln. Während man mit reinem Steinbau nur begrenzt Spannweiten überbrücken konnte, erlaubte Betontechnik große, weit gespannte Gewölbe und komplexe Formen. Das bekannteste Beispiel ist die Kuppel des Pantheons, die größte und älteste noch stehende unbewehrte Betonkuppel der Welt. Um so etwas überhaupt realisieren zu können, variierten die Römer die Zuschlagstoffe im Beton je nach Höhe der Struktur. In den unteren Bereichen verwendeten sie schwerere Gesteine wie Travertin, weiter oben leichtere wie Tuff oder Bims, um das Gewicht der Kuppel zu reduzieren.

Auch große Thermen- und Badeanlagen, etwa die Caracalla-Thermen oder das Frigidarium in Baiae, verdanken ihre weit gespannten Dachkonstruktionen genau dieser Betontechnik. Was die Dekoration angeht, muss man unterscheiden: Der Beton selbst war der tragende Kern, aber er sollte am Ende meist gar nicht sichtbar sein. Außen wurden Betonwände oft mit Ziegeln oder Naturstein verkleidet, innen verputzte man sie mit Stuck, bemalte sie mit Fresken oder überzog sie mit farbigem Marmor. Die Zuschlagstoffe im Beton waren aus statischen Gründen wichtig, doch das, was man sah, waren die dekorativen Schichten darüber.

Schülerin:

Wurde Opus caementicium nur für öffentliche Bauwerke verwendet oder auch für bürgerliche Privat- und Wohnhäuser?

Andreas Hopson:

Opus caementicium war keineswegs nur ein Material für große Staatsbauten oder Monumente. Es wurde auch ganz bewusst im privaten Bereich eingesetzt. Römischer Beton entwickelte sich zu einem der am häufigsten verwendeten Baustoffe sowohl für öffentliche als auch für private Gebäude. Betonfundamente sind in beiden Bereichen nachweisbar.

Die Verwendung reicht von den bekannten Großbauten bis hin zu kleinen Wohnhäusern, also zu ganz normalen „small domestic dwellings“. Mit anderen Worten: Die gleiche Basistechnik, die wir aus Hafenmolen, Thermen oder Amphitheatern kennen, taucht auch im Alltag einfacher Häuser wieder auf, wenn auch in kleinerem Maßstab.

Schülerin:

Wurde Opus caementicium im gesammten römischen Raum oder nur im Mittelmeerraum verwendet?

Andreas Hopson:

Der Ursprung des römischen hydraulischen Mörtels liegt tatsächlich in der Region um Kampanien und Rom. Dort hatte man Zugang zu besonders geeigneter Vulkanasche. Aber die Technik blieb nicht lokal begrenzt, sondern wurde verallgemeinert und im Verlauf der Expansion des Römischen Reiches über große Teile des Herrschaftsgebietes verbreitet.

Der innovative Einsatz dieses Betonmaterials war sogar einer der Schlüssel für die erfolgreiche Ausdehnung des Reiches, weil er ein einheitliches, stabiles und relativ schnell zu errichtendes Bausystem bot. Techniken, die auf diesem hydraulischen Mörtel beruhten, ein gutes Beispiel sind die Hypokaust-Heizungen, wurden über etwa 500 Jahre hinweg im ganzen Römischen Reich gebaut. Und die Tradition, solchen hydraulischen Mörtel herzustellen, hielt sich in mehreren Regionen des Reiches und teilweise sogar darüber hinaus.

Es handelt sich also nicht um eine rein mediterrane Spezialität, auch wenn die Ursprungsregion dort lag.

Schülerin:

Gibt es Ihrer Meinung nach regionale Unterschiede in der Zusammensetzung des Opus caementicium in Abhängigkeit von verfügbaren Rohstoffen oder klimatischen Bedingungen?

Andreas Hopson:

Ja, es gibt deutliche Hinweise auf regionale Unterschiede. Die Römer verfolgten im Grunde eine sehr pragmatische „lokale Bauweise“. Das bedeutet: Sie nutzten vor allem das Material, das ihnen vor Ort zur Verfügung stand, also das, was sie sprichwörtlich „unter ihren Füßen“ hatten.

Wenn man Proben römischer Estriche aus verschiedenen Regionen des ehemaligen Reiches miteinander vergleicht, fällt auf, dass es kaum eine einheitliche Mischung gibt. Die Zuschlagstoffe unterscheiden sich stark, sowohl in ihrer Art als auch in ihrer Korngröße. Das sieht man zum Beispiel an Proben aus Xanten, Borg, Cambodunum oder Homburg-Schwarzenacker.

Auch das Klima und der Verwendungszweck spielten eine Rolle. Die Menge des Wassers in der Mischung musste an die klimatischen Bedingungen angepasst werden, etwa an Temperatur und Verdunstung. Außerdem wurde das Mischungsverhältnis sogar innerhalb derselben Region an den Einsatzzweck angepasst. Für Fundamente nahm man eher weniger feuchten Mörtel, während für andere Bauteile ein anderes Wasserverhältnis sinnvoll war.

Für Bauwerke, die dauernd mit Meerwasser oder stark verschmutztem Wasser in Kontakt kamen, waren nochmals spezielle Mischungen nötig, damit die Struktur auf Dauer stabil blieb.

Schülerin:

Haben andere antike Kulturen einen vergleichbaren Baustoff hervorgebracht?

Andreas Hopson:

Die kurze Antwort lautet: Ja, andere antike Kulturen haben Bindemittel entwickelt, die in gewisser Weise mit dem römischen Beton verwandt sind, vor allem auf der Basis von Kalk oder speziellen mineralischen Beimischungen. Aber keine andere Kultur hat ein Material hervorgebracht, das in seiner systematischen, großflächigen Nutzung als tragender, wasserfester und sich selbst verstärkender Baustoff wirklich mit dem römischen Opus caementicium vergleichbar wäre.

Der entscheidende Unterschied liegt darin, dass die Römer den hydraulischen Mörtel als strukturelles Herzstück ganzer Gebäude eingesetzt haben, während er in anderen Kulturen meist auf Putz- und Abdichtungsfunktionen beschränkt blieb.

Wenn wir weiter zurückgehen, sehen wir zuerst einfache Vorläufer: Im Nahen Osten und in Anatolien wurden schon sehr früh Lehm und gestampfter Erde (pisé) genutzt, um Kugeln oder Blöcke für Befestigungen und Häuser herzustellen. Tonreicher Schlamm wurde seit dem Neolithikum, also ab etwa dem 10. Jahrtausend v. Chr., als Putz für Hütten und Böden verwendet.

Später kam Kalk ins Spiel. Kalkzement und Kalkputz sind im Nahen Osten und in Anatolien bereits in der vor-keramischen Jungsteinzeit belegt. Ein gebrannter Kalkputz, der mit Hilfe von Feuertechnik hergestellt wurde, war im ganzen Küstenraum des Nahen Ostens verbreitet und lässt sich in die Zeit von etwa 10.400 bis 10.000 v. Chr. datieren.

Auch im Mittelmeerraum kennen wir umfangreiche Nutzung solcher Materialien. Auf Kreta und Zypern wurden im 2. Jahrtausend v. Chr. kalkbasierte Baustoffe intensiv für Wasserleitungen und als Putz verwendet. In Mesoamerika, etwa bei den Maya, spielte Kalk ebenfalls eine große strukturelle Rolle; dort finden wir zum Beispiel Magnesiakalkputze im späten 2. und 1. Jahrtausend v. Chr.

In China mischte man bereits in der Shang- und Zhou-Dynastie, also etwa zwischen 1700 und 771 v. Chr., Kalk mit Sand und Löss für Wandverkleidungen und Böden.

Daneben gab es verschiedene Versuche, Mörtel wasserfest zu machen. In der ägäischen und griechischen Welt wurden schon im 2. Jahrtausend v. Chr. hydraulische Bindemittel entwickelt, die auf Reaktionen mit pozzolanischen Komponenten beruhten. Punische und hellenistische Kulturen verwendeten ebenfalls hydraulische Putze, zum Beispiel in Tell es-Safi/Gath in Israel und in punischen Zisternen in Tunesien, wo Aschemörtel zum Einsatz kam.

In Mesopotamien mischte man Bitumen oder eine Mischung aus Gips und Bitumen in das Mauerwerk, und im Indus-Tal diente Bitumen als Dichtmaterial in Badeanlagen. Auch das systematische Beimischen von zerkleinerter Keramik, wie wir es beim opus signinum sehen, wurde in verschiedenen Regionen weiterentwickelt, vor allem dort, wo man wasserbeständige Strukturen wie Zisternen oder Aquädukte brauchte. Diese Technik hat starke Wurzeln in der griechischen Welt.

Der entscheidende römische Schritt war aber ein anderer: Die Römer setzten ganz bewusst hoch pozzolanisches Vulkangestein ein, wenn eine Struktur mit Meerwasser in Berührung kam. Vitruv beschreibt zum Beispiel, dass für Meeresbauten ein Mischungsverhältnis von eins zu zwei, ein Teil Kalk, zwei Teile Puzzolan ,nötig sei.

Gleichzeitig verschob sich die Funktion des Mörtels. Während andere Kulturen ihn vor allem als Putz oder zur Abdichtung nutzten, führten die Römer ihn als aktiven tragenden Bestandteil in der Architektur ein. In der ersten Hälfte des 2. Jahrhunderts v. Chr. begann man, diesen Mörtel routinemäßig zur Verstärkung von Mauerwerk in öffentlichen und militärischen Gebäuden zu verwenden. Das war der erste klar dokumentierte Einsatz eines Bindemittels, bei dem das Material selbst die mechanische Festigkeit einer gesamten Struktur maßgeblich erhöhte.

Hinzu kommt die außergewöhnliche Haltbarkeit und so etwas wie eine „Selbstheilungsfähigkeit“ des römischen Betons. Durch die gezielte Auswahl zeolithreicher Tuffe und die Bildung von aluminösem Tobermorit entstand ein Material, das moderner Beton in Sachen Dauerhaftigkeit oft übertrifft. Die kleinen Kalkbröckchen im Beton konnten Risse mit der Zeit wieder schließen.

Ein spannender Vergleich ist China: Dort entwickelte man ab der Östlichen Jin-Dynastie, also etwa ab 317 bis 420 n. Chr., einen sogenannten „sticky rice lime mortar“, also einen Kalkmörtel, dem eine Klebreis-Lösung zugesetzt wurde. Dieser Mörtel gilt bis heute als eine der großen Erfindungen des alten China und ist vielerorts noch in erstaunlich gutem Zustand.

Trotzdem bleibt die römische Kombination aus Kalk und natürlichem Vulkangestein, die systematisch und in großem Maßstab für tragende, monolithische und sogar unter Wasser liegende Bauten eingesetzt wurde, etwas Einzigartiges.

Schülerin:

War Opus caementicium der erste als Bindemittel verwendete pastöse Baustoff in der Baugeschichte?

Andreas Hopson:

Nein, Opus caementicium war nicht der allererste pastöse Baustoff, der als Bindemittel verwendet wurde. Wie ich eben beschrieben habe, gab es schon lange vorher Lehm- und Kalkmörtel, Kalkputze und andere Bindemittel in verschiedenen Regionen der Welt, zum Beispiel im Nahen Osten, in Anatolien, bei den Minoern, in Mesoamerika und in China.

Diese Materialien wurden aber meist als Putz, zur Abdichtung oder in eher begrenztem strukturellem Umfang eingesetzt. Das Besondere am römischen Opus caementicium ist nicht, dass es den ersten Mörtel darstellt, sondern dass die Römer diesen hydraulischen Mörtel systematisch als tragenden Betonkern eingesetzt und ihn konsequent mit bestimmten Vulkanaschearten kombiniert haben.

Dadurch konnten sie großflächige, monolithische und sehr langlebige Bauwerke errichten, die sich deutlich von den frühen Vorläufern anderer Kulturen unterscheiden.

Schülerin:

Hat die Erfindung von Opus caementicium Ihrer Meinung nach das antike Bauwesen verändert und inwiefern? Zum Beispiel Steigerung der Zeit- und Kosteneffizienz.

Andreas Hopson:

Ja, die Erfindung und vor allem die systematische Nutzung des Opus caementicium haben das antike Bauwesen grundlegend verändert. In der Forschung spricht man sogar von einer „Betonrevolution“ oder von einer „römischen architektonischen Revolution“.

Zunächst einmal eröffnete der Beton völlig neue Formen und Größen in der Architektur. Mit ihm konnte man große Gewölbe und Kuppeln bauen, die zuvor technisch gar nicht möglich waren. Die Kuppel des Pantheons ist dafür das berühmteste Beispiel: Ohne diesen Beton hätte dieses Bauwerk so nicht entstehen können.

Auch die allgemeine „Baubarkeit“ von bestimmten Strukturen veränderte sich. Gewölbe mit großen Spannweiten, hohe, zusammenhängende Wandflächen oder riesige Fundamentplatten ließen sich mit betontechnischen Methoden deutlich effizienter realisieren als mit reinem Steinbau.

Hinzu kam die enorme Langlebigkeit. Da der römische Beton hydraulisch war, konnte er sogar unter Wasser aushärten. Das ermöglichte Brücken, Aquädukte und Hafenmolen im Salzwasser, die zum Teil seit fast 2000 Jahren bestehen. Dieser robustere und vielseitigere Baustoff war einer der Grundsteine für die Infrastruktur und damit auch für die Expansion des Reiches.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Verbreitung: Der Beton war nicht nur den großen Monumentalbauten vorbehalten, sondern wurde auch in kleineren bürgerlichen Wohnhäusern eingesetzt. Das heißt, die „Betonrevolution“ wirkte bis in den Alltag hinein.

Auch die Bauweise als solche änderte sich: Anstatt wie heute Beton in einer Fabrik zu produzieren und dann auf die Baustelle zu transportieren, mischten die Römer ihren Mörtel direkt in der Wandkonstruktion. Sie errichteten eine Verkleidung auf beiden Seiten, etwa aus Ziegeln oder Stein, und füllten dann den Zwischenraum mit der Betonschlämme. Das war ein anderes Vorgehen als die heutige Schalungs- und Fertigteiltechnik, bot aber ähnliche Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und Flexibilität.

Schülerin:

Warum hat man Ihrer Ansicht nach die Rezeptur im Laufe der Jahre geändert?

Andreas Hopson:

Man muss sich klar machen, dass es im römischen Kontext gar nicht „die eine“ feste Rezeptur gab, die dann irgendwann formal geändert wurde. Die Zusammensetzung des Opus caementicium war von Anfang an variabel und wurde laufend an Ort, Zeit und Zweck angepasst.

Die wichtigsten Gründe dafür sind erstens die Verfügbarkeit der Rohstoffe. Die Römer arbeiteten mit dem, was lokal vorhanden war: verschiedenartige Gesteine, Zuschlagstoffe wie Kies, Tuff, Keramikscherben, dazu Kalk in unterschiedlichen Qualitäten. Je nachdem, wo man sich im Reich befand, sah der typische Beton also etwas anders aus.

Zweitens spielte der Einsatzzweck eine große Rolle. Für Unterwasserbauten, etwa Hafenmolen in Baiae, brauchte man einen besonders hydraulischen Beton mit hohem Anteil an Vulkanasche, der im Salzwasser nicht nur aushärtete, sondern langfristig extrem stabil blieb. Für Estrichböden, also suspensurae, gab es dagegen keine einheitliche Rezeptur. Hier variierten die Mischungen stark je nach lokalen Gegebenheiten und den gewünschten Eigenschaften.

Drittens mussten die Römer das Verhältnis von Wasser zu den übrigen Bestandteilen an das Klima und die Verdunstung anpassen. In einer trockeneren oder heißeren Region braucht man eine andere Wassermenge als in einem feuchteren Klima, um beim Abbinden die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Schülerin:

Welche sind Ihrer Meinung nach die herausragenden Eigenschaften des Opus caementicium? Festigkeit, Haltbarkeit, Modellierbarkeit, Handling?

Andreas Hopson:

Die herausragenden Eigenschaften des Opus caementicium lassen sich gut in vier Bereichen zusammenfassen: Zuerst einmal die Haltbarkeit. Römischer Beton ist außergewöhnlich langlebig. Er kann Risse und Hohlräume, die etwa durch Witterung entstehen, zu einem gewissen Grad von selbst wieder schließen, man spricht hier von einer Art Selbstheilungsfähigkeit.

Besonders beeindruckend ist, dass er unter extremen Bedingungen wie im Meerwasser über rund 2000 Jahre stabil bleiben kann.

Dann die Festigkeit. In Labortests hat römischer Beton Drücke von bis zu 55 Newton pro Quadratmillimeter ausgehalten. Das entspricht dem Bereich von hochfestem modernen Beton. Diese Festigkeit ist auf eine spezielle Kristallstruktur zurückzuführen, die den Beton gegenüber mechanischer Belastung stabiler macht und die Bindefähigkeit erhöht.

Ein weiterer Punkt ist die Modellierbarkeit. Mit Opus caementicium konnten die Römer komplizierte Formen realisieren, von massiven Mauerwerken über Tonnengewölbe bis hin zu großen Kuppeln. Manche dieser Gewölbe wären mit reinem Steinbau schlicht nicht umsetzbar gewesen.

Schließlich das Handling, also die Verarbeitung. Die Römer nutzten einen exothermen Prozess, das sogenannte „Heißmischen“. Dabei wurde trockener Brandkalk direkt mit Vulkanasche und Wasser gemischt. Das förderte die Bildung charakteristischer Kalkbröckchen, die wiederum eine Rolle bei der Selbstheilung spielen.

Außerdem war die Herstellung dieses Bindemittels energieeffizienter als die von modernem Portlandzement, weil man nur Temperaturen von etwa 800 Grad Celsius brauchte, statt rund 1450 Grad wie heute.

Schülerin:

Ist Opus caementicium in seiner Zusammensetzung für die Herstellung weniger ökonomisch als moderner oder herkömmlicher Beton? Falls ja, aufgrund welcher Faktoren? Zum Beispiel Zeitfaktor, Kostenfaktor.

Andreas Hopson:

Im Gegenteil, in vielen Aspekten war und ist Opus caementicium ökonomisch sehr attraktiv, und genau deshalb dient es heute als Vorbild für nachhaltigere und kostengünstigere Baustoffe.

Vergleicht man es mit traditionellem Steinbau, wird sofort klar, warum die Römer so begeistert davon waren. Der Betonbau war deutlich weniger arbeitsintensiv als die Arbeit von Steinmetzen, die jeden Block einzeln behauen mussten. Die Ausgangsmaterialien waren einfacher zu beschaffen und günstiger in der Herstellung. Die Bauzeit verkürzte sich, weil man Projekte schneller fertigstellen konnte.

Dazu kommt, dass weniger hoch qualifizierte Fachkräfte benötigt wurden. Ein großer Teil der Arbeit konnte von angelernten oder ungelernteren Arbeitern erledigt werden, was die Personalkosten senkte.

Vergleicht man römischen Beton mit modernem Beton, fällt der Energiefaktor ins Gewicht. Für die Herstellung von Brandkalk brauchte man, wie gesagt, nur Temperaturen um die 800 Grad Celsius. Für modernen Portlandzement sind dagegen etwa 1450 Grad nötig, was natürlich einen deutlich höheren Energiebedarf und entsprechend höhere CO₂-Emissionen bedeutet.

Heute ist die Betonproduktion für ungefähr acht Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Genau hier setzt das Interesse an römisch inspirierten Betonen an. Forschende und Befürworter solcher Hybridzemente gehen davon aus, dass man mit solchen Materialien die Herstellungskosten deutlich senken könnte, teilweise um bis zu 60 Prozent, weil weniger Zement benötigt wird. Außerdem kann man solche Zemente mit geringerem Energieaufwand mahlen.

Schließlich spielt die Haltbarkeit eine wirtschaftliche Rolle. Römischer Beton hält, wie erwähnt, in vielen Fällen über 2000 Jahre, sogar unter harten Bedingungen wie im Meerwasser. Moderner Beton muss dagegen oft nach 75 bis 100 Jahren ersetzt oder umfangreich saniert werden. Die Lebenszykluskosten eines römisch inspirierten Betons sind deshalb potenziell deutlich niedriger, weil man teure Sanierungsmaßnahmen, die heute schnell hunderte Millionen Euro kosten können, reduziert.

Schülerin:

Welchen Beton, modern oder römisch, finden Sie ökologischer? Welche Bedeutung hat das für die Gegenwart?

Andreas Hopson:

Wenn wir von herkömmlichem modernen Beton sprechen, der auf Portlandzement basiert, und ihn mit römischem Beton vergleichen, dann ist römischer Beton klar ökologischer. Dafür sind zwei Hauptgründe entscheidend.

Erstens der geringere Energieverbrauch und damit der kleinere CO₂-Fußabdruck bei der Herstellung des Bindemittels. Wie schon erwähnt, reicht für Brandkalk eine Brenntemperatur von etwa 800 Grad, während Portlandzement um die 1450 Grad braucht. Das bedeutet, dass schon in der Produktion deutlich weniger Energie benötigt wird und weniger Kohlendioxid freigesetzt wird. Das ist relevant, weil die Betonherstellung heute ungefähr acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen verursacht.

Zweitens die überragende Haltbarkeit. Antiker Beton bleibt zum Teil über 2000 Jahre stabil, selbst in Salzwasser. Moderner Beton erreicht im Regelfall nur 50 bis 100 Jahre, bevor ernsthafte Schäden auftreten. Römischer Beton kann zudem Risse durch die Reaktion der Kalkbröckchen mit eindringendem Wasser selbst wieder zuwachsen lassen. Dadurch werden Wartungsintervalle verlängert, Ressourcen geschont und langfristig Kosten gespart.

Für die Gegenwart ist das Thema hochrelevant, vor allem im Kontext des Klimaschutzes und nachhaltiger Baustoffe. Das Wissen über Opus caementicium könnte dazu beitragen, den CO₂-Ausstoß der Baubranche zu senken, wenn es gelingt, diese historische Technologie in moderne Produktionsprozesse zu übertragen.

Forschende arbeiten daran, wirklich klimaneutrale oder zumindest deutlich klimafreundlichere Baustoffe zu entwickeln, die chemisch und mineralogisch an römische Mörtel erinnern. Ein Ansatz sind sogenannte Hybridzemente, also moderne Bindemittel mit Eigenschaften, die römischen Kalk-Puzzolan-Zementen ähnlich sind. Hier kann man zum Beispiel Flugasche verwenden, ein Nebenprodukt von Kohlekraftwerken, das amorphe Siliciumdioxidverbindungen enthält, ähnlich wie Vulkanasche.

Solche römisch inspirierten Betone haben das Potenzial, deutlich günstiger zu sein, weil weniger Zement benötigt wird, und gleichzeitig umweltfreundlicher, weil sie mit weniger Energieaufwand produziert werden und länger halten.

Schülerin:

Gibt es über Restaurierungsarbeiten hinaus Bereiche im Bauingenieurwesen, wo heute noch Opus caementicium zum Einsatz kommt?

Andreas Hopson:

Ja, die Erkenntnisse aus der Untersuchung des Opus caementicium haben direkte Auswirkungen auf die moderne Materialforschung und das Bauingenieurwesen, und zwar über reine Restaurierungsprojekte hinaus. Man versucht, die Prinzipien hinter dem römischen Beton auf neue, industrielle Produkte zu übertragen.

Ein Bereich sind hybride Zemente. Forschende haben eine „konzeptuelle Identität“ zwischen dem antiken Kalk-Puzzolan-Zement und modernen Portland-Alkalizementen festgestellt. Man spricht in diesem Zusammenhang sogar vom „opus caementicium futurum“. Das Ziel ist, solche Hybridzemente in der Industrie als vollwertige Alternative einzusetzen.

Außerdem rückt die Idee einer langlebigen Infrastruktur in den Fokus. In Nordamerika etwa beginnen Unternehmen und Kommunen, Betone nach römischem Vorbild zu testen, vor allem wegen ihrer Haltbarkeit und ihres geringeren ökologischen Fußabdrucks. Statt Vulkanasche verwendet man hier oft Kohleflugasche.

Ein weiterer wichtiger Ansatz ist der selbstheilende Beton. Die „Heißmisch“-Technik der Römer, bei der Kalk, Vulkanasche und Wasser auf eine besondere Art vermengt werden, führt zu Selbstheilungsmechanismen im Material. Wenn man diese Mechanismen in modernen Betonen nachbilden kann, ließe sich die Lebensdauer von Bauwerken verlängern und gleichzeitig der CO₂-Ausstoß senken, weil weniger häufig neu gebaut oder umfassend saniert werden müsste.

Insgesamt geht es in der Forschung darum, das antike Wissen so zu übersetzen, dass daraus wirklich klimaneutrale oder zumindest deutlich nachhaltigere Baustoffe entstehen, die im heutigen Bauwesen eingesetzt werden können.

Schülerin:

Glauben Sie, dass es auch heute sinnvoller wäre, Gebäude mit dem römischen Opus caementicium zu erstellen statt mit modernem Beton?

Andreas Hopson:

Grundsätzlich ja – zumindest, wenn wir die Frage aus langfristiger und ökologischer Sicht betrachten. Viele Fachleute sehen die römische Betontechnologie tatsächlich als Vorbild, um die aktuellen Probleme der Baubranche, insbesondere in Bezug auf Nachhaltigkeit und Haltbarkeit, anzugehen.

Die Vorteile sind im Wesentlichen dieselben, die wir schon angesprochen haben. Römischer Beton kann über Jahrtausende stabil bleiben, während moderner Beton oft schon nach wenigen Jahrzehnten oder einem Jahrhundert ausgewechselt oder umfassend saniert werden muss.

Die Selbstheilungsfähigkeit ist ein weiterer Pluspunkt: Ein Material, das kleine Risse von selbst schließen kann, verlängert die Nutzungsdauer von Bauwerken und verringert den Reparaturaufwand.

Dazu kommt die ökologische Seite. Wie gesagt, die Betonproduktion ist für einen erheblichen Anteil der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich, ungefähr acht Prozent. Die römische Methode kommt mit deutlich geringeren Brenntemperaturen aus und kann daher klimafreundlicher sein.

Und wenn moderne Betone nach römischem Vorbild tatsächlich bis zu 60 Prozent weniger kosten können, weil sie weniger Zement und weniger Energie brauchen, dann ist das auch ökonomisch interessant.

Aus dieser Perspektive ist es sehr sinnvoll, die Prinzipien des römischen Betons möglichst breit auf moderne Materialien zu übertragen. Genau das versuchen aktuelle Forschungsprojekte: Sie möchten das alte Wissen rekonstruieren und in Form von modernen Hybridzementen nutzbar machen, die chemisch eng mit den antiken Kalk-Puzzolan-Systemen verwandt sind.

Schülerin:

Kennen Sie weitere Verfahren und Methoden aus dem römischen Bauwissen, die heute noch Anwendung finden sollten oder in Vergessenheit geraten sind?

Andreas Hopson:

Ja, es gibt eine ganze Reihe römischer Techniken, die entweder fast vergessen sind oder bei denen es sich lohnen würde, sie genauer anzuschauen. Einige betreffen direkt das Bauwesen, andere das Handwerk und die Fertigung allgemein.

Im Zusammenhang mit Beton ist der Selbstheilungsmechanismus durch das Heißmischen besonders interessant. Die Römer mischten Kalk, Vulkanasche und Wasser so, dass sich Kalkbröckchen bildeten, die später bei Rissbildung reagieren konnten. Dieses Prinzip bietet einen Ansatz, auf relativ einfache und kostengünstige Weise langlebigere Infrastrukturen zu schaffen.

Ein weiteres Beispiel ist die Verdichtung von Beton oder Mörtel durch Stampfen. Die Römer benutzten spezielle Stampfwerkzeuge, um nassen Mörtel, etwa in Zisternenwänden, möglichst dicht zu packen. Dadurch brauchte man weniger überschüssiges Wasser, was die Schwachstellen im Material verringerte, und erhöhte den Anteil des Bindegels. Moderne Konstruktionen arbeiten mit ähnlichen Prinzipien, zum Beispiel beim Roller-Compacted Concrete, also dem walzverdichteten Beton.

Auch die Hypokaust-Bauweise ist bemerkenswert. Diese Fußbodenheizungen wurden über 500 Jahre lang im ganzen Reich gebaut. Besonders rätselhaft sind die Estrichplatten, die sogenannte suspensura. Diese Platten lagen ohne Dehnungsfugen direkt an den Wänden an und rissen trotzdem nicht, selbst wenn die Unterkonstruktion einbrach. Das deutet darauf hin, dass der verwendete Beton elastischer war, als wir es von modernen Estrichen gewohnt sind.

Ein weiterer Aspekt ist der Einsatz von Holz im Mauerwerk. Vitruv beschreibt zum Beispiel die Nutzung von Holzankern in Stadtmauertürmen. Wenn dieses Holz verfault, bleiben Hohlräume zurück, die man heute noch in Ruinen erkennen kann.

Im handwerklichen Bereich gibt es ebenfalls beeindruckende, oft unterschätzte römische Techniken. Ein Beispiel ist die Fensterglasherstellung. Eine ältere römische Methode ging nach dem 3. Jahrhundert n. Chr. verloren und wurde lange Zeit als „Gussglas“-Technik interpretiert. Experimente zeigen aber, dass es sich eigentlich um eine Strecktechnik handelte, bei der Glas in vergleichsweise einfachen Schritten auf eine für die Produktion brauchbare Form gebracht wurde. Diese Technik war durchaus für eine Art Serienfertigung geeignet.

Die Metallverarbeitung ist ein weiteres Feld. Römer stellten sehr dünne Bleche aus speziellen Messinglegierungen her, etwa 0,2 bis 0,3 Millimeter dick, die gleichzeitig korrosionsstabil waren. Solche Bleche dienten zum Beispiel als Beschläge für Kästchen. Die Präzision bei Gussteilen, etwa für Pumpen oder Lagerbuchsen von Katapulten, erreicht Qualitäten, die wir heute mit modernen Speziallegierungen verbinden.

Auch bei Scharnieren und Beschlägen war man sehr weit. In Orten wie Augusta Raurica deuten Funde bestimmter Scharniertypen, zum Beispiel Kugelkopfscharniere aus Bronze, darauf hin, dass es spezialisierte Werkstätten gab, die solche Teile in großer Stückzahl herstellten.

Schülerin:

Die MIT-Studie „Hot Mixing“ aus dem Jahr 2023 belegt, dass Opus caementicium selbstheilende Eigenschaften hat. Glauben Sie, dass diese Erkenntnisse die Bauwelt verändern werden und Opus caementicium zu einer neuen Blütezeit verhelfen werden?

Andreas Hopson:

Ja, ich denke, diese Erkenntnisse haben das Potenzial, das Bauwesen nachhaltig zu beeinflussen. Die MIT-Studie zu den Selbstheilungsmechanismen des römischen Betons, die auf der Heißmisch-Methode und den dabei entstehenden Kalkbröckchen beruhen, gilt als wichtiger Baustein für eine Neugestaltung der Betontechnologie.

Die Bauwelt wird voraussichtlich in mehreren Bereichen davon profitieren. Erstens bei der Langlebigkeit und den Infrastrukturkosten. Wenn man Beton entwickelt, der sich ähnlich verhält wie römischer Beton, also Risse eigenständig schließen kann, erhöht das die Nutzungsdauer von Brücken, Straßen oder Gebäuden erheblich. Damit sinken die Kosten für Wartung und Sanierung.

Zweitens spielt die Klimafrage eine Rolle. Da die Betonherstellung heute einen beträchtlichen Anteil an den globalen CO₂-Emissionen hat, sind Technologien, die mit niedrigeren Brenntemperaturen auskommen und länger haltbare Bauwerke ermöglichen, ein direkter Hebel zur Emissionsreduktion. Die römische Vorgehensweise mit Brandkalk bei rund 800 Grad Celsius ist hier ein wichtiges Vorbild.

Drittens fördert die Forschung an römischem Beton die Entwicklung von Hybridzementen. Man hat erkannt, dass es eine „konzeptuelle Identität“ zwischen den antiken Kalk-Puzzolan-Bindemitteln und bestimmten modernen Hybrid-Portland-Alkalizementen gibt. Diese neuen Bindemittel weisen ähnliche Phasen und Eigenschaften auf und gelten als vielversprechend hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit.

Wenn es gelingt, solche römisch inspirierten, selbstheilenden Betone in der Baupraxis zu etablieren, könnte das tatsächlich zu einer Art „neuer Blütezeit“ für die Ideen hinter dem Opus caementicium führen – diesmal allerdings mit modernen industriellen Mitteln und im Dienst des Klimaschutzes.