Jeder, der Rom oder eine andere Stadt besucht hat, in der alte römische Bauten heute hoch stehen, wird wahrscheinlich den Einfallsreichtum der alten Römer bestaunt haben.
Eine der genialsten Kreationen dieser vollendeten Ingenieure war Opus Caementicium heute als römischer Beton bekannt. Bis vor drei Jahren war das Rezept für dieses Material bis heute völlig verloren gegangen.
2017 haben Forscher jedoch das Geheimnis gelüftet. Noch heute lernen moderne Ingenieure aus diesen über 2000 Jahre alten Methoden. Hier einige der faszinierendsten Fakten über römischen Beton.
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1. Alles begann mit der römischen Architekturrevolution
Die römische Architekturrevolution, auch als konkrete Revolution bekannt, begann mit der Römischen Republik, die 509 v. Chr. Gegründet wurde und mit dem Aufkommen des Römischen Reiches 27 v. Chr. Blühte.
Ungefähr zu dieser Zeit übernahmen die alten Römer die weit verbreitete Verwendung von Konstruktionen architektonischer Formen wie Bögen. Brücken Aquädukte, Kuppeln und Gewölbe. Um diese zu bauen, benötigen sie ein unglaublich robustes Material.
2. Beton war ein Eckpfeiler der Revolution
Großer Einfallsreichtum war erforderlich, um Konstruktionen wie die Pantheon-Kuppel in Rom ca. 113 n. Chr. Erbaut wurde aus einem ehemaligen römischen Tempel eine katholische Kirche, die Touristen aus aller Welt anzieht. Heute, fast 2000 Jahre nach dem Bau, ist es immer noch der weltweit größte Kuppel aus unbewehrtem Beton.
Die Entwicklung eines bestimmten Materials war jedoch wesentlich, um diese Konstruktionen zu ermöglichen: römischer Beton. Obwohl historische Dokumente über das Material rar sind, wissen wir, dass es ab etwa 150 v. Chr. Definitiv weit verbreitet war. Einige Wissenschaftler behaupten, es sei entwickelt wordenungefähr ein Jahrhundert vor dieser Zeit.
3. Die Römer wussten, wie stark ihre "uneinnehmbare" Erfindung war
Wie die Autoren der Studie von 2017, in der römischer Beton analysiert wurde darauf hinweisen , die Römer " hat enorm viel Arbeit [für die Entwicklung von römischem Beton] aufgewendet - sie waren sehr, sehr intelligente Menschen. ”
Als sie den Beton auf die erforderliche Stärke entwickelt hatten, waren sie sich ihrer Leistungen voll bewusst. Wie die Studie erklärt, schrieb Plinius der Ältere in seiner Naturgeschichte, dass er „für die Wellen uneinnehmbar und jeden Tag stärker“ sei.
4. Das genaue konkrete Rezept ging der Geschichte verloren
obwohl modern Ingenieure und Architekten haben lange gewundert Angesichts der anhaltenden Kraft der römischen Architektur und des römischen Betons besteht die Befürchtung, dass die genaue Methode, die die alten Römer verwendeten, mit der Zeit völlig verloren gegangen sein könnte - mit dem Untergang des Römischen Reiches verschwunden.
"Das Rezept war komplett verloren", sagte der Geologin Marie Jackson von der Universität von Utah in a Pressemitteilung im Jahr 2017. Obwohl Jackson jahrelang intensiv antike römische Texte auf der Suche nach der unglaublich starken Originalmischung studiert hat, aus der römischer Beton hergestellt wurde, wurde noch kein Text mit einem umfassenden Rezept gefunden.
5. Einige historische Dokumente geben Hinweise
Vitruvius, um 25 v. Chr., Schrieb in seinem Zehn Bücher über Architektur, spezielle Arten von Zuschlagstoffen, die für die Herstellung von Kalkmörteln geeignet sind.
Für Strukturmörtel empfahl er Puzzolan Pulvis puteolanus in lateinischer Sprache, Vulkansand aus den Betten von Pozzuoli .
Vitruvius beschrieb ein Verhältnis von 1 Teil Kalk zu 3 Teilen Puzzolana für Zement, der in Gebäuden verwendet wird. Für Unterwasserarbeiten spezifizierte er ein Verhältnis von Kalk zu Puzzolana von 1: 2 für Unterwasserarbeiten - praktisch das gleiche Verhältnis, das heute für Beton an Meeresstandorten verwendet wird.
6. Römische Betonwellenbrecher sind beeindruckend stark
As Plinius der Ältere schrieb, römischer Beton sei "für die Wellen uneinnehmbar". Kein Wunder also, dass die alten Römer Pioniere in den Prinzipien des Unterwasserbaus waren.
Im ersten Jahrhundert begannen römische Ingenieure mit dem Bau von Konstruktionen wie Wellenbrechern, die der Kraft des Meeres standhalten konnten - von denen viele noch heute bestehen. Die Stadt Caesarea erbaut ca. 25 v. Chr. Ist das früheste bekannte Beispieleiner großen römischen Unterwasserbetonbaustelle. Heute ist sie Teil eines Naturparks in Israel.
7. Wissenschaftler analysiert Betonkerne aus römischen Pfeilern, Wellenbrechern und Häfen
Im Rahmen des historischen Projekts ROMACONS besuchten Jackson und ein Forscherteam Betonkerne, die in Wasser getaucht sind, um ihre Eigenschaften zu untersuchen.
Sie untersuchten diese Kerne, die Teile römischer Pfeiler, Wellenbrecher und anderer Konstruktionen waren, mit Methoden wie Mikrodiffraktions- und Mikrofluoreszenzanalysen an der Advanced Light Source Beamline 12.3.2 im Lawrence Berkeley National Laboratory.
8. Frühe Analyse zeigte, dass der Beton enthielt eine seltene Substanz, die sehr schwer herzustellen ist
Bei ihren Untersuchungen fanden Jackson und Kollegen im Meeresmörtel ein sehr seltenes Mineral namens aluminiumhaltiges Tobermorit. Die Mineralkristalle wurden in Kalkpartikeln durch eine puzzolanische Reaktion bei leicht erhöhten Temperaturen gebildet.
Es war eine überraschende Entdeckung. "Es ist sehr schwierig zu machen", sagt Jackson über aluminiumhaltigen Tobermorit. Die Herstellung in einem Labor ist eine mühsame Aufgabe, die sehr hohe Temperaturen erfordert.
8. Forscher fanden heraus, dass eine chemische Reaktion in römischem Beton ihn mit der Zeit stärker macht
Das Forscherteam kam zu dem Schluss, dass die Aluminium-Tobermorit wurde gebildet, als Meerwasser in Wellenbrechern und Pfeilern durch den Beton sickerte, Bestandteile der Vulkanasche auflöste und die Bildung neuer Mineralien ermöglichte.
"Als Geologen wissen wir, dass sich Gesteine ändern", sagte Jackson. "Veränderung ist eine Konstante für Erdmaterialien. Wie beeinflusst Veränderung die Haltbarkeit römischer Strukturen?"
Aluminium-Tobermorit hat silikareiche Zusammensetzungen, die an Kristalle erinnern, die sich in Vulkangesteinen bilden. Die Kristalle haben plättchenförmige Formen, die zur Verstärkung der Zementmatrix dienen. Diese ineinandergreifenden Platten erhöhen wiederum die Beständigkeit des römischen Betons gegen Sprödbruch. „Wir betrachten ein System, das im offenen chemischen Austausch mit Meerwasser gedeiht“, erklärte Jackson.
9. Die Stärke des römischen Betons war teilweise auf das Glück zurückzuführen
Die Festigkeit von römischem Beton wurde wahrscheinlich durch einen Höhepunkt von Versuch und Irrtum, Experimentieren und Glück hergestellt.
Wie Jackson nach ihrer Recherche erklärte: "Die Römer hatten Glück mit der Art des Gesteins, mit dem sie arbeiten mussten. Sie beobachteten, dass Vulkanasche Zement anbaute, um den Tuff zu produzieren. Wir haben diese Gesteine nicht in vielen Teilen der Welt, also müssten Substitutionen vorgenommen werden. ”
10. Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, römischen Beton nach dem neu entdeckten Rezept wiederherzustellen.
Obwohl wir das genaue Rezept für römischen Beton möglicherweise nicht kennen, sind sich die Wissenschaftler einig, dass es im Allgemeinen aus einer Mischung aus Vulkanasche, Kalk Calciumoxid, Meerwasser und Klumpen aus Vulkangestein hergestellt wird.
Seit Durchführung der Forschung und Veröffentlichung ihrer Ergebnisse Jackson hat mit dem Geologen Tom Adams zusammengearbeitet, um ein Ersatzrezept unter Verwendung von Materialien aus dem Westen der USA zu entwickeln.
11. Es braucht Zeit, um stärker zu werden als moderner Beton
Obwohl römischer Beton fester ist als typischer moderner Beton, auch als Portlandbeton bekannt, dauert es aufgrund des in Punkt 8 beschriebenen Prozesses einige Zeit, um diese Festigkeit zu entwickeln.
Aus diesem Grund ist es möglicherweise kein praktikabler Ersatz für den heute verwendeten Beton. Es kann jedoch in bestimmten Kontexten nützlich sein - beispielsweise in dem unten beschriebenen.
12. Ein Wissenschaftler argumentierte, dass ein großer neuer Damm in Großbritannien aus römischem Beton bestehen sollte
Jackson schlug kürzlich vor, ein großes Projekt - eine geplante Gezeitenlagune in Swansea, Großbritannien - aus römischem Beton zu bauen.
Der Grund, den sie angab, ist, dass die Lagune, die gebaut werden sollte, um die Gezeitenkraft zu nutzen, 120 Jahre in Betrieb sein müsste, um die Baukosten des Projekts zu decken.
„Sie können sich vorstellen, dass es bei der Art und Weise, wie wir jetzt bauen, zu diesem Zeitpunkt eine Masse aus korrodierendem Stahl sein würde“, erklärte Jackson. Bei Verwendung von römischem Beton hingegen könnte sich die Konstruktion im Laufe der Zeit verstärken, was bedeutet, dass dies möglich iststehen seit Jahrhunderten.
13. Die Erforschung des römischen Betons wird heute fortgesetzt.
Obwohl die Forschungen von Jackson und anderen dazu beigetragen haben, viele Fragen zu den Eigenschaften von römischem Beton zu beantworten, ist noch nicht viel darüber bekannt, wie sich dieses Material über die langen Zeiträume, in denen es überlebt hat, verändert.
„Ich denke, [die Forschung] eröffnet eine völlig neue Perspektive für die Herstellung von Beton - was wir als Korrosionsprozesse betrachten, kann tatsächlich äußerst vorteilhaften Mineralzement erzeugen und zu einer fortgesetzten Widerstandsfähigkeit führen, die möglicherweise im Laufe der Zeit sogar die Widerstandsfähigkeit erhöht.”Erklärte Jackson.
"Die Römer waren besorgt darüber. Wenn wir im Meer bauen wollen, sollten wir uns auch darum kümmern."
Noch heute stehen unzählige Aquädukte, Brücken, Pfeiler und andere alte Gebäude, die uns das langjährige Erbe des alten Römischen Reiches zeigen - und des Reiches, das auf den stabilsten Betonfundamenten errichtet wurde.