Geschichte der Bindemittel: von Caementitium zu Zement

Die Beton-Kuppel des Pantheons in Rom.Die Beton-Kuppel des Pantheons in Rom.

Erste hydraulisch erhärtende Mörtel wurden bereits um 1000 v. Chr. von phönizischen Baumeistern verwandt, die gebrannten Kalk mit gemahlenen Ziegeln oder vulkanischen Aschen (Puzzolanen) vermischten. Der Name "Zement" geht auf die Römer zurück, die seit dem dritten Jahrhundert v. Chr. Bauwerke aus einem Gemisch von Bruchstein, Puzzolan- und Ziegelmehl sowie gebranntem Kalk errichteten und mit dem "opus caementitium" eine frühe Betonbauweise entwickelten. Die Kuppel des 120 n. Chr. errichteten Pantheon in Rom erreichte bereits eine Spannweite von mehr als 43 m, die erst 1911 von der Jahrhunderthalle in Breslau - einer modernen Betonschalenkonstruktion - übertroffen wurde.

Bis ins 19. Jahrhundert wurden Bindemittel verwendet, die durch den Zusatz von Puzzolanen hydraulische Eigenschaften aufwiesen. Im Mittelalter und in der frühen Neuzeit blieb die Baustoffkunde eine handwerkliche Disziplin. Gleichwohl wurden kühne Steinbauten errichtet, die von den Fertigkeiten der damaligen Baumeister zeugen und die verwendeten Baustoffe bis zur Festigkeitsgrenze ausnutzen. Aufgrund der präzise behauenen Steinquader und der damit möglichen dünnen Mörtelfugen wurden noch keine besonderen Anforderungen an die Festigkeit der Bindemittel gestellt.

Erst fortschreitende Erkenntnisse auf dem Gebiet der Eisen- und Stahlherstellung, die den Einsatz dieses neuen Werkstoffs für biege- und druckbeanspruchte Bauteile ermöglichten, machten eine Rationalisierung der Massivbauweise erforderlich. Dieser Prozess führte über die Entwicklung von Bruchsteinmauerwerk mit Mörtelfugen über Gussmauerwerk zum Beton. Damit einhergehend wurde die Entwicklung hydraulischer Bindemittel und deren kontinuierliche Verbesserung in Bezug auf Wasserbeständigkeit, Erhärtungsverlauf und Endfestigkeit vorangetrieben. Der Entwicklung innovativer Zemente und Betone sind bis heute keine Grenzen gesetzt.

Entwicklung der hydraulisch erhärtenden Bindemittel

Das wesentliche Merkmal der hydraulisch erhärtenden Kalke, nämlich die Beimengung von Ton vor dem Brennen, wurde Mitte des 18. Jahrhunderts von dem Engländer J. Smeaton entdeckt. Darauf aufbauend leisteten Anfang des 19. Jahrhunderts die Franzosen L. J. Vicat und H. V. Collet-Descotils sowie der Deutsche J. F. John wichtige Beiträge für die Erforschung der hydraulischen Eigenschaften von Bindemitteln.

1796 erwirkte der Brite J. Parker ein Patent auf ein gebranntes hydraulisches Bindemittel aus Kalkmergel mit hohem Tonerdegehalt, dem er den Namen "Roman Cement" gab. Tatsächlich handelte es sich aufgrund der Zusammensetzung des Rohstoffgemischs und der Brenntemperatur unterhalb der Sintergrenze aber um einen hydraulischen Kalk. Auch das von dem englischen Maurermeister und Bauunternehmer J. Aspdin 1824 unter dem Namen "Portland-Cement" zum Patent angemeldete hydraulische Bindemittel war noch kein Zement im heutigen Sinne.

Erst in den vierziger Jahren des 19. Jahrhundert wurde im Rahmen der fabrikmäßigen Herstellung das Rohstoffgemisch bis zur Sintergrenze gebrannt und damit eine mineralogische Zusammensetzung erzielt, die den heutigen Zementen nahe kommt. Vor allem die Arbeiten des Deutschen W. Michaelis führten zum Ausgang des 19. Jahrhunderts zu ersten quantitativen Angaben über die Zusammensetzung von Rohstoffgemischen für die Portlandzementfabrikation. Es ist das Verdienst des Franzosen H. Le Chatelier und des Schweden A. E. Törnebohm, Portlandzementklinker als mehrphasiges Gefüge verschiedener Mineralien beschrieben zu haben, deren Anteile innerhalb bestimmter Grenzen variieren. Auf diese Erkenntnisse bauten zu Anfang des 20. Jahrhunderts weitere Forscher wie der Leiter des Zementlabors in Berlin, H. Kühl, auf.

Moderne Zemente und Betonbauweisen

Abbildungen aus Moniers Patentschrift.Abbildungen aus Moniers Patentschrift.

Mit der Verfügbarkeit eines hydraulischen Bindemittels, das hohe Festigkeiten erreicht und eine exzellente Dauerhaftigkeit aufweist, wurde es möglich, arbeitsaufwändiges und teures Hausteinmauerwerk durch den Baustoff Beton zu ersetzen. Durch Verstärkung des Betons mit Eisenarmierungen wurde zudem die Ausbildung von biege- und zugbeanspruchten Bauteilen aus Beton möglich. Im Allgemeinen wird das 1867 von Monier erwirkte Patent auf die Herstellung drahtbewehrter Blumenkübel aus Zement als Beginn der Stahlbetonbauweise angesehen. Bewehrte Bauteile aus Zement sind allerdings schon vorher ausgeführt worden. So stellte Lambot für die Weltausstellung 1854 ein Schiff aus Eisenbeton her.

Die Vorteile der Stahlbeton-Verbundbauweise bezüglich Feuer, Korrosion und mechanischer Beanspruchung verhalfen dem jungen Baustoff schnell zum Durchbruch. Im Brückenbau wurden schlanke Konstruktionen möglich, deren Kühnheit die der gewölbten steinernen Brücken bei Weitem übertraf. Pioniere des Stahlbetonbaus waren unter anderem die Ingenieure Wayss, Freyssinet, von Emperger und Mörsch. Francois Hennebique entwickelte mit dem nach ihm benannten System eine flexible konstruktive Struktur, die auch Architekten inspirierte, Beton für schlanke Bauteile und weit gespannte Räume zu verwenden. Zunächst wurde der Baustoff vor allem im Industriebau eingesetzt, bevor Le Corbusier in seinem Domino-Haus (1914) und Mies van der Rohe im legendären Konzept für ein Bürohaus (1922) Beton als Material für die Architektur reklamierten.

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Literatur

Heinz-Otto Lamprecht: Opus Caementitium. Bautechnik der Römer.
Verlag Bau und Technik, 1996

Hans Straub: Die Geschichte der Bauingenieurkunst.
Birkhäuser, 1996

Friedrich-W. Locher: Zement, Grundlagen der Herstellung und Verwendung.
Verlag Bau und Technik, 2000

Jochen Stark, Bernd Wicht: Geschichte der Baustoffe.
Vieweg, 1998