Alter Baustoff mit Zukunft

Vom natürlichen Bitumen zum Straßenasphalt

von: Rainer Nobis
Nürnberg. – Diplom-Ingenieur Rainer Nobis ist Verfasser des Buches "Illustrierte Geschichte des Zements und Betons". Für die ABZ wirft er im vierten Teil seiner Abhandlung einen Blick auf die Entwicklung von Bitumen und Asphalt.
Baustoffe
Lagerstätte von natürlichem Bitumen im heutigen Irak. Hier stieg Erdöl bis an die Oberfläche auf. Durch Verdunstung der flüchtigen Bestandteile entstand Bitumen. Foto: Shutterstock, K. Demitris

Der Gebrauch von natürlichem Bitumen und Asphalt als Baustoff scheint in Mesopotamien bis zu den Anfängen des Menschen überhaupt, zurückzugehen. Neueste Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass bereits vor 40.000 Jahren Bitumen als Werkstoff von Menschen benutzt wurde. Man nutzte es zum Befestigen von Speer- und Pfeilspitzen, zur Befestigung von Werkzeugen auf Griffen, zum Verstärken von Schilf- und Grasbüscheln oder zum Abdichten von Schilfbooten und Dächern.

Naturbitumen kann auf natürlichem Wege auf zwei verschiedene, natürliche Weisen entstehen: Die erste Möglichkeit ist die Verdunstung von leichtem Erdöl. Steigt solches Erdöl bis dicht unter oder direkt an die Erdoberfläche auf, wird es durch Verlust der leichten und damit Anreicherung der schweren Erdölfraktion in Bitumen umgewandelt.

Die zweite Möglichkeit ist der direkte Austritt von bituminösem zähflüssigem Material aus einem Erdölmuttergestein (zum Beispiel). Wegen seiner hohen Viskosität ist dies aber nur unter seltenen geologischen Voraussetzungen aus größerer Tiefe bis zur Erdoberfläche möglich.

Intensive Nutzung

In historischer Zeit hielten die Sumerer das Monopol für Bitumen, denn in der Region zwischen Tigris und Euphrat gab es hunderte Bitumenquellen und -seen. Es war frei von Wasser und gleich gebrauchsfähig. Auch in der Region des Toten Meeres und Persiens war Bitumen bekannt, hatte aber bei weitem nicht die Verbreitung.

Bitumen war in Mesopotamien schon sehr früh auch ein sehr wichtiger Baustoff geworden. Älteste Nachweise von Bitumen im Hausbau fand man zum Beispiel in der Ausgrabungsstätte Al'Ubaid nahe Ur. Häuser bestanden aus einfachen Holzgerüsten und Wänden aus Rohmatten, die mit Bitumen bestrichenen waren. Man konnte ihr Alter auf 3500 v. Chr. bestimmen. In den Niederungen des südlichen Mesopotamiens erkannte man früh, dass Lehmbauten den üblichen Überschwemmungen und auch anderen großen Belastungen oft nicht standhielten. Die Zugabe von Stroh erhöhte zwar die Festigkeit und Flexibilität, war jedoch bei Feuchtigkeit unzureichend. So begann man vermutlich lange vor 3000 v. Chr. auch Bitumen dem Lehm beizufügen. Dies erhöhte die Festigkeit und Beständigkeit auch unter Einfluss von Feuchtigkeit von Mauern ganz erheblich.

Auch wurden Luft getrocknete und gebrannte Lehm- und Tonziegel oft mit Bitumen verklebt, das manchmal mit gehäckseltem Stroh, Sand, Lehm oder fein gebrochenem Gestein gemischt war. Diese alten Asphalt-Mörtel bestanden aus etwa 35 Prozent Bitumen. Der Rest waren die genannten Zuschläge. Die porösen Ziegel absorbierten Teile des im Asphalt befindlichen Bitumen und bildeten nach Trocknung einen enorm festen Verbund.

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Bereits im Jahr 1925 soll es in den Vereinigten Staaten 66000 km Betonstraßen gegeben haben. Das nationalsozialistische Deutschland eiferte den Amerikanern nach und baute ab etwa 1934 in nur wenigen Jahren ein weitreichendes Netz von Schnellstraßen. 90 Prozent davon bestanden aus Beton. Foto: Deutsche Fotothek, DLUB Dresden

Spezielle Aufgabe

Natürliches Bitumen erhielt auch deshalb große Bedeutung, weil in Mesopotamien der Grundwasserspiegel sehr hoch liegt und Überschwemmungen immer wieder vorkommen. Bitumen war damit auch besonders gefragt, um wasserdichte Böden, Kanäle, Uferbefestigungen oder besonders wichtige Straßen herzustellen.

Er diente dort als Fugenmaterial oder als Mörtelbett. Straßen im alten Assyrischen Reich waren meist nicht gepflastert, sondern bestanden aus gestampften Lehmböden, weil der Verkehr in den Städten sich meist auf Fußgänger und wenige Zugwagen beschränkte. Nur Prozessions- und Königsstraßen, auf denen festliche Prozessionen stattfanden, waren gepflastert. Ein Beispiel ist die Prozessionsstraße von "Albur Schabu" in Babylon. Der Unterbau bestand aus gebrannten Ziegeln, die in Bitumenmörtel verlegt waren, während die Straßenoberfläche aus Natursteinplatten bestanden. Interessant ist die Konstruktion der Fugen, die oben schmal sind und sich nach unten hin erweitern. Damit wird bei hohen Temperaturen das Erweichen des Bitumens auf ein Minimum reduziert.

Neben Mesopotamien hatten mittlerweile auch andere Regionen, in denen natürliches Bitumen vorhanden oder erhältlich war, ihn als Baustoff eingesetzt. In Indien oder Europa diente es als Dichtungsmaterial für alle möglichen Zwecke, in Rom als Fugenmörtel. In Ägypten erzielte Bitumen allerdings eine besondere Bedeutung. Um es als Mörtel zu nutzen, war es zu teuer. Man hatte ja auch guten Kalkstein, der passgenau für Gebäude behauen werden konnte, Gips als Mörtel und vor allem ein trockeneres Klima, so dass Feuchtigkeit kaum eine Rolle spielte. Trotzdem hatten die Ägypter großen Bedarf an Bitumen, denn sie verwendeten es zur Mumifizierung ihrer Toten.

Da es in Ägypten aber keine nennenswerten Bitumenvorkommen gab, musste man es meist aus der Region des Toten Meeres importieren. Bereits in der Bibel wird über natürliches Bitumen berichtet, das auf dem Toten Meer aus der Tiefe aufstieg. Es soll in der Region verarbeitet, aber hauptsächlich nach Ägypten exportiert worden sein.

Das Bitumen des Toten Meeres war sogar so wichtig, dass seinetwegen Kriege geführt wurden.


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Es ist nicht lange her, als noch flüssiges Bitumen im heutigen Irak an der Oberfläche geschöpft wurde. Aber schon 3500 v. Chr. wurde Bitumen in Mesepotamien als Baustoff im Hausbau verwendet. Foto: Library of Congress, Washington

Baustoff gewinnt Bedeutung

Nach dem Untergang des Römischen Reichs und dem Beginn des Mittelalters verlor Bitumen stark an Bedeutung. Das Wissen über seine vielseitige technische Verwendung über Jahrtausende gesammelt, ging verloren. Alchemisten liebten es jedoch zur Behandlung von Hautkrankheiten. Erst im 18. Jahrhundert gewann Bitumen und Asphalt langsam wieder an Bedeutung.

1712 entdeckte der griechische Arzt Eirini d'Eyrinys das gigantische Asphaltvorkommen im Val de Travers in der Schweiz. Vorerst interessierte er sich nur für dessen medizinische Anwendung. Wegen der technischen Vorzüge dieses Materials verfasste er schließlich im Jahr 1721 seine "Dissertation über den Naturasphalt" und begründete mit seinen Untersuchungen die moderne Asphalttechnologie.

Aus dem insgesamt über 100 Kilometer langen Labyrinth von Gängen und Stollen der Asphaltminen im Val-de-Travers wurde in der Folge während rund drei Jahrhunderten (von 1712 bis 1986) Asphalt gefördert und in die ganze Welt exportiert.

Im Jahr 1835 wurden in Paris die ersten Bürgersteige aus Asphalt angelegt. Ab dem Jahr 1858 kam dann Asphalt in Lyon und Paris auch im Straßenbau zum Einsatz. Allerdings wurde zur damaligen Zeit Gussasphalt verwendet. Dabei handelte es sich um fein gemahlenen und verflüssigten Asphaltgestein, Teer, Sand oder Kies. Diese Mischung wurde meist auf einer Betonunterlage aufgebracht und anschließend durch Stampfen auf eine Stärke von nur wenigen Zentimetern verdichtet. Die Anfänge waren jedoch sehr schwierig, da einerseits der Belag bei höheren Sommertemperaturen erweichte und andererseits die Verarbeitung per Hand ungesund und mühsam war. Dabei erwies es sich als Nachteil, dass die Fahrbahnoberflächen bei Regen ausgesprochen glatt waren. So fand der Wegebau aus Asphalt zunächst nur wenig Anwendung.

Nach dem 1. Weltkrieg stieg die Zahl der Personenwagen und insbesondere die der Lastwagen rasant an. Steigende Mobilität und Güterverkehr erforderten Straßen und Wege, die zügig zu bauen und hoch belastbar sind. Natursteinpflasterstraßen waren bis dahin noch Standard. Er war jedoch teuer und reparaturanfällig. Auch dauerte ihr Bau besonders lang. So war es nicht verwunderlich, dass sich zunächst der Straßenbau in Beton anbot. Die neue Bauweise war preisgünstiger, schneller herzustellen, ebener und langlebiger, ohne dass große Reparaturarbeiten notwendig waren.


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Dieser Bitumenmörtel hat 4000 Jahre gut überstanden. Foto: Wikimedia commons

90 Prozent

So wird berichtet, dass bis zum Jahr 1925 in den Vereinigten Staaten bereits etwa 66.000 km Betonstraßen gebaut waren. Bituminöse Tragschichten kamen mittlerweile zwar auch vor, hatten aber bei weitem nicht die Bedeutung wie der Betonstraßenbau. Fast 40 Prozent aller befestigten Straßen, wurden in Amerika mittlerweile in Beton hergestellt. Der Rest in Splitt, Naturstein und wenige in Asphalt. Alle Fernstraßen waren aus Beton gefertigt. Europa war da bei weitem noch nicht so weit.

Die enorme Entwicklung im Betonstraßenbau in Amerika machte aber Beispiel. So interessierte sich die ganze Welt für die Erfolgsgeschichte und versuchte ihr bald nachzueifern. Nach dem Krieg ruhte für eine Weile der Bau von neuen Straßen. Umfangreiche Kriegsfolgen mussten, besonders in Europa, zunächst repariert werden. Die Mittel dazu waren knapp. Reparaturen mit bituminösen Materialien waren preisgünstig und schnell auszuführen. So konnte sich der Straßenbau in Asphaltbauweise schnell und breit etablieren.

Kontinuierliche Forschung und Entwicklung in Asphalt führte auch bald zu einem Produkt, das maschinell aufgebracht, kalt verarbeitet und zu einer glatten Oberfläche gewalzt werden konnte. Dieser Walzasphalt wird aus Bitumen und einer genau definierten Mischung verschiedener Gesteinskörnungen hergestellt. Die Gesteinskörnung muss einer klar bestimmten Sieblinie entsprechen, damit er die nötige Stützfunktion erhält und wenig Hohlraum entsteht. Mit einer geeigneten Verdichtung ist er dann hoch belastbar, frostsicher und erweicht bei erhöhten Temperaturen nur wenig. Durch spezielle Zusatzstoffe wurde es ab 1950 möglich, Asphalt auch in kaltem Zustand einzubauen. Diese Leistungsfähigkeit führte dazu, dass in Deutschland deutlich über 90 Prozent aller befestigten Straßen mit einer Deckschicht aus Asphalt versehen sind.

Dennoch ist der Straßenbau in Beton heute nicht mehr wegzudenken. Moderne konstruktive Ausbildungen, besser in den Schichten abgestimmte Betone, bessere Verarbeitung und nicht zuletzt moderne, leistungsfähige Straßenfertiger lassen den Betonstraßenbau wieder blühen.

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