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Technologietransfer in der Antike -
Untersuchung antiker hydraulischer Mörtel mit analytischen
und numerischen Methoden aus der modernen Baustoffforschung










            



Die Fähigkeit einer Kultur Regenwasser zu sammeln und zu speichern war eine der Grundvoraussetzungen der Besiedlung weiter Teile des Mittelmeerraumes. Seit der Bronzezeit wurden, zunächst an der Levanteküste, später im gesamten Mittelmeerraum Zisternen und Wasserauffangsysteme zur ganzjährigen Versorgung von Mensch und Tier mit Trink- und Brauchwasser angelegt. Zunächst handelte es sich dabei um Zisternen, die in den Fels getieft wurden, seit später auch um Reservoirs aus Mauerwerk. Seit dem 4. Jh. v. Chr. gehörten Zisternen vielerorts zur häuslichen Grundausstattung; die Grund- und Aufrisse der vorherrschenden Haustypen im griechischen-punischen wie im römischen Raum mit ihren ‚zisternenunterkellerten’ Funktionsräumen, Innenhöfen, Atrien und Peristylen zeugen von der nicht zu unterschätzenden Bedeutung der Regenwassernutzung zur Deckung des Trink- und Brauchwasserbedarfs.


Von entscheidender Bedeutung für das langfristige, erfolgreiche Funktionieren solcher Speicher- und Versorgungsanlagen ist die Beständigkeit der verwendeten Baustoffe. Moderne Trinkwasserbehälter werden aus hygienischen, technischen und optischen Gründen mit zementgebundenen Beschichtungen versehen. Diese Innenbeschichtungen dienen gleichzeitig als eine Art Versieglung, um den darunter liegenden Konstruktionsbeton gegen das Wasser zu schützen. Doch werden immer häufiger, trotz des Einsatzes modernster Werkstoffe, Schäden beobachtet: Diese sind durch die teilweise oder vollständige Zerstörung der Beschichtungsmaterialien, teilweise bereits nach sechs Monaten nach der Applikation, gekennzeichnet. Technologisch, ökologisch und ökonomisch aufwendige Instandsetzungen sind die Folge. Wichtigster Grund für diese fatale Situation sind fehlende Kenntnisse über das Werkstoffverhalten sowie über den Einfluss der Applikationstechnologie und die daraus resultierende Unsicherheit hinsichtlich der zu stellenden Qualitätsanforderungen.

Antike Zisternen jedoch scheinen zum Teil wesentlich länger nutzbar gewesen zu sein, als es bei vielen modernen Anlagen der Fall ist. Bei der Besiedlung der Insel Linosa (Provinz Agrigent, Sizilien) im mittleren 19. Jh. konnten die Kolonisten auf römische Zisternen zurückgreifen, um ihre Wasserversorgung zu sichern. Auch auf der italienischen Insel Pantelleria (Provinz Trapani, Sizilien) finden sich zahlreiche über 2000 Jahre alte Zisternen aus punisch-römischer Zeit, die noch heute vollkommen intakt sind und zur Speicherung von Trink- und Brauchwasser eingesetzt werden. Die Dauerhaftigkeit der antiken hydraulischen Verputze ist hier wesentlich höher, als es bei modernen Beschichtungen der Fall ist. Weshalb diese antiken Beschichtungen eine so hohe Beständigkeit aufweisen, ist unklar. Bisher ließen sich keine eindeutigen Beziehungen zwischen Werkstoffzusammensetzungen und Nutzungsdauer sowie den Nutzungsbedingungen herstellen.


An diesem Punkt treffen sich die Interessen der Archäologie und der Werkstoffforschung. Die Analyse der hydraulischen Verputze antiker Zisternen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Qualität und Dauerhaftigkeit sowie wirksamer Schadensmechanismen können der Archäologie zur Beantwortung relevanter historischer und archäologischer Fragestellungen dienen, wie der Nutzungsdauer und Datierung von Wasserbauten oder dem Transfer von Mörteltechnologien. Für die moderne Werkstoffforschung können die Analysen antiker Mörtelzusammensetzungen und die Entwicklung tragfähiger Modelle zu ihrer Nutzungsdauer innovative Erkenntnisse für die Entwicklung von leistungsfähigeren und dauerhafteren Werkstoffen erbringen.

Leitfragen

-Wie lange waren die Zisternen in Gebrauch?
-Wie verbreiteten sich die unterschiedlichen Mörteltechnologien?
-Wer waren die Träger des technologischen Transfers?
-Lassen sich innerhalb der verschiedenen hydraulischen Verputztypen Unterschiede in der Rezeptur feststellen?
-Wie wirkt sich die Rezeptur auf die Qualität und Dauerhaftigkeit der Verputze aus?
-Wann und warum erfolgte eine Neubeschichtung?
-Woher stammen die Rohstoffe?
-Welche Anforderungen sind hinsichtlich Zusammensetzung, Beschichtungsaufbau und Applikation aus den Ergebnissen für die antiken Mörtel für die heutigen Verputzsysteme ableitbar?

links intakter – rechts ausgelaugter römischer Zisternenverputz.


Erste Ergebnisse

-Natrium- und Kalium Tiefenprofile an Bohrkernen zeigen, dass ein Auslaugprozess stattgefunden hat, während die Zisterne mit Wasser gefüllt war.
-Auslaugung ist ein gekoppelter Prozess aus Transport und chemischer Reaktion von Inhaltsstoffen des Wassers mit Bestandteilen der Beschichtung.
-Der Widerstand eines hydraulischen Verputzes wird vor allem durch die Porosität, die Porengrößenverteilung, die Schichtdicke und die Oberflächenbehandlung bestimmt.
-Die zeitabhängige Auslaugung des Bindemittels und seiner Nebenbestandteile deutet auf den Zeitraum in dem die Zisterne mit Wasser befüllt war.
-Der Vergleich von Bohrkernen aus unterschiedlichen Höhen einer Zisterne lässt Rückschlüsse auf die mittlere Füllhöhe und damit auf den Wasservorrat zu.


Antike Neuverputzungen.




Auslaugung von Natrium- und Kaliumionen.


Schematische Darstellung eines Schadensmechanismus: Auslaugung des Verputzes im Kontakt mit Wasser.
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