Karbonisierung über Jahrhunderte: Warum römischer Beton so langlebig ist

Eine neue Studie zeigt, dass nicht nur die puzzolanische Reaktion, sondern vor allem die langsame Karbonisierung über Jahrhunderte zur extremen Haltbarkeit von römischem Beton beiträgt.

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Forscher der University of California, Berkeley haben in einer heute in Science Advances veröffentlichten Studie neue Erkenntnisse zur außergewöhnlichen Langlebigkeit von römischem Beton gewonnen. Sie untersuchten eine Betonprobe aus einer rund 1900 Jahre alten Latrine in der Hadriansvilla in Tivoli, Italien, die zum UNESCO-Weltkulturerbe gehört. Das Material stammte aus dem Ablaufkanal unter den Sitzbänken.

Mithilfe von Synchrotron-Computertomographie, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktion und weiteren hochauflösenden Verfahren analysierten die Wissenschaftler die Zusammensetzung und Struktur des antiken Betons. Bislang galt die puzzolanische Reaktion zwischen Kalk, Vulkanasche und Gesteinskörnung als Hauptgrund für die Beständigkeit. Die neue Studie zeigt jedoch, dass die Karbonisierung über die Jahrhunderte eine entscheidende Rolle spielt: Überschüssiger Kalk reagiert mit Kohlendioxid und Feuchtigkeit zu Calciumcarbonat (Calcit).

Dieser Calcit füllt nach und nach Hohlräume und Mikrorisse im Beton und verdichtet so das Gefüge. Volumenmäßig ist Calcit der Hauptbestandteil des Bindemittels – noch vor den Calciumsilikathydraten (C-A-S-H). Die Forscher beobachteten, dass um die ursprünglichen Kalkpartikel Reaktionssäume entstehen, von denen radiale faserige Calcitkristalle auswachsen und sich zu einem durchgehenden Netzwerk verbinden.

Anders als moderner Stahlbeton, bei dem Karbonisierung zur Korrosion der Bewehrung führt, ist römischer Beton unbewehrt, sodass die Calcitbildung sich positiv auswirkt. Studienautor Paulo Monteiro von der UC Berkeley sagte: „Niemand restauriert eine Latrine. Das Material blieb deshalb 19 Jahrhunderte lang unberührt und führte gewissermaßen ein Experiment durch, das heute niemand mehr starten könnte.“