Brücken aus Beton

Opus caementicium, Kalkmörtel, Stampfbeton, Stahlbeton, Spannbeton

Dyckerhoff-Brücke Düsseldorf
Eine der ersten Betonbrücken Deutschlands auf der Kunst- und Gewerbeausstellung 1880 in Düsseldorf.
Errichtet von den Zementwerken Dyckerhoff & Söhne aus Wiesbaden.
Meilensteine des Betonbrückenbaus in der Neuzeit
Jahr Bauwerk Ort Bewehrung Größte
Spannweite
1835 Dagranbrücke Villemade (F) Stampfbeton 4 m
1873 Vanne-Aquädukt Pont-sur-Yonne (F) Stampfbeton 40 m
1875 Brücke von Chazelet Chazelet (F) Stahlbeton 16 m
1877 Lennebrücke Vorwohle (D) Stampfbeton 7 m
1890 Jura-Zementwerk-Br. Wildegg (CH) Stahlbeton 37 m
1893 Donaubrücke Munderkingen (D) Stampfbeton 50 m
1899 Stauffacherbrücke Zürich (CH) Stampfbeton 40 m
1901 Glenfinnan Viadukt Glenfinnan (GB) Stampfbeton 15 m
1904 Isarbrücke Grünwald (D) Stahlbeton 70 m
1905 Rheinbrücke Tavanasa (CH) Stahlbeton 51 m
1906 Illerbrücken Kempten (D) Stampfbeton 64 m
1909 Gmündertobelbrücke Teufen (CH) Stahlbeton 79 m
1910 Risorgimentobrücke Rom (I) Stahlbeton 100 m
1930 Albert-Louppe-Br. Plougastel (F) Stahlbeton 188 m
1936 Bahnhofsbrücke Aue (D) Spannbeton 69 m
1946 Brücke bei Luzancy Luzancy (F) Spannbeton 55 m
1947 Marnebrücke I Ussy-sur-Marne (F) Spannbeton 74 m
1953 Oderbrücke Frankfurt / Oder (D) Spannbeton 82 m
1980 Krk-Brücke I Krk (HR) Spannbeton 411 m
Stampfbeton: unbewehrt / Stahlbeton: schlaff bewehrt / Spannbeton: vorgespannt

Beton ist ein fast beliebig formbarer und vielseitig verwendbarer Baustoff, der für das heutige Baugeschehen unverzichtbar ist. Man ist geneigt zu glauben, dass Beton eine Erfindung des Industriezeitalters ist, aber in Wirklichkeit gab es Vorläufer des Betons schon vor tausenden von Jahren.

Unter Beton versteht man eine Mischung aus Wasser, Zement und mineralischen Zuschlagstoffen, die für Mörtel eine Korngröße von maximal 4 mm vorsehen, für Beton, bei üblichen Verwendungszwecken, bis zu 32 mm. Zement ist ein industriell hergestelltes Bindemittel das in dieser Form etwa seit 1850 gebräuchlich ist.

Die Geschichte des Betons beginnt aber schon vor etwa 14.000 Jahren, als in Europa gerade die letzte Kaltzeit (Eiszeit) zu Ende ging. Damals begannen Menschen im Osten der heutigen Türkei eine Mischung aus Sand, Steinen, Wasser und Kalk herzustellen um damit zu bauen. Durch Ausprobieren fanden sie heraus, dass sich je nach Zusammensetzung der Mischung eine dauerhafte Verbindung der Materialien einstellt, die an der Luft aushärtet. Zunächst wurde die neue Erfindung ausschließlich als Mörtel verwendet. Mörtel ist eine Art Kleber, mit dem man Steinmaterial verbinden kann. Im Grunde genommen ist Mörtel das gleiche Produkt wie Beton, es unterscheidet sich lediglich durch die Größe der mineralischen Zuschlagstoffe. Als Zuschlagstoff kommt neben Sand auch rundkörniger Kies infrage, der in Flusstälern abgebaut wird. Aber auch gebrochener Basalt, sogenannter "Schotter" oder "Split" kann im Beton verwendet werden.

Die Ägypter verwendeten schon zu pharaonischen Zeiten Kalkmörtel beim Bau der Pyramiden und auch für andere Bauwerke. Die Römer übernahmen die Mörteltechnik von den Griechen und brachten sie durch eine wesentliche Verbesserung zu einer ersten Blüte. Bis ins 1. Jhd. vor Christus hatte man den Mörtel als dünne Schicht zwischen den mehr oder weniger behauenen Natur- oder manchmal auch Kunststeinen verwendet. Etwa ab dieser Zeit gingen die Römer aber dazu über, den Mörtel mit zerschlagenen Steinen und Sand zu mischen, um ihn dann in eine vorbereitete Schalung zu füllen. Der römische Name dieser Mischung aus Kalk, Sand, Steinen und Wasser lautet "opus caementicium".


Das Pantheon in Rom
Die Kuppel des Pantheons in Rom besteht aus fast 2000 Jahre altem, unbewehrtem Beton.

Die ersten Meister des Betonbaus

Die Schalung bestand in der Regel aus einer doppelwandigen Mauer aus Natursteinen oder Ziegeln. Der Name dieser Technik, also die doppelwandig gemauert "Schalung" mit eingestampften Mörtelgemisch, nannten die Römer "opus implectum". Der römische Beton wurde für Zweckbauten wie Amphitheater, öffentliche Bäder, Wasserleitungen und natürlich auch Brücken verwendet. Je nach Verwendungszweck konnte die gemauerte Schalung auch durch eine Holzschalung ersetzt werden, die nach dem Abbinden entfernt wurde. Das Endprodukt bei diesem Verfahren, bei dem man die Struktur der Schalung im Beton sehen kann, nennt man "Sichtbeton".

Eines der herausragenden Bauwerke antiker Architektur und Baukunst, bei dem Sichtbeton verwendet wurde, ist das Pantheon in Rom. Der "Tempel aller Götter" wurde während der Regierungszeit Kaiser Hadrians zwischen 118 und 125 von einem unbekannten Baumeister (vielleicht Apollodor von Damaskus) errichtet. Durch einen Blick nach oben kann sich noch heute jeder Besucher dieses einmaligen Bauwerks von den Fähigkeiten der Römer im Betonbau überzeugen.

Das Pantheon hat ein halbkugelförmiges Dach aus unbewehrtem Beton, das in der Antike von innen sogar noch mit schweren Kupferplatten verkleidet war. Sie ist bis heute die größte Kuppel Roms, denn mit einem Durchmesser von 43 m übertrifft sie sogar den Petersdom. Um das Gewicht der Betonkonstruktion zu verringern, wurden die mineralischen Zuschlagstoffe durch Tuff und Bimsstein ersetzt. Beim Pantheon wurde somit - wahrscheinlich zum ersten Mal in der Geschichte der Bautechnik - Leichtbeton verwendet.

Fast 1800 Jahre lang war das Pantheon der größte Betonbau seiner Art weltweit. Erst im Jahre 1913 wurde die Spannweite der Kuppel von der Jahrhunderthalle in Breslau übertroffen. Der Kuppelbau mit 65 m Durchmesser wurde von der Fa. Dyckerhoff & Widmann nach Plänen des damaligen Stadtbaurates Max Berg errichtet. Im Gegensatz zum Pantheon besteht die Breslauer Kuppel allerdings aus Stahlbeton. Die Jahrhunderthalle existiert noch heute und zählt seit 2006 zum UNESCO-Welterbe.

Der Leichtbeton blieb aber nicht die einzige "High-Tech" Anwendung der Römer im Betonbau. Fast noch wichtiger für ihre Expansionsbestrebungen war die Weiterentwicklung des Kalkmörtels zu einem wasserfesten Beton. Im Gegensatz zu Zementmörtel bindet Kalkmörtel nur langsam ab und wird auch nicht so fest. Der größte Nachteil gegenüber dem Zement ist aber seine Instabilität in feuchter Umgebung. Kalkmörtel ist daher witterungsempfindlich und kann nicht im oder unter Wasser eingesetzt werden.


"Puzzolanerde" vom Vesuv

Die Voraussetzung für Gründungen im offenen Wasser oder im Grundwasserbereich ist die Verwendung eines hydraulischen Bindemittels. Wie der Fund einer Zisterne in Jerusalem zeigt, kannten schon die Phönizier um 1000 v.Chr. ein solches Bindemittel. Die Römer entwickelten die Technik aber weiter und ermöglichten damit die Herstellung von großen befestigten Hafenanlagen wie z.B. in Ostia, Neapel oder Side (Türkei). Aber auch für den Bau von dauerhaften Brücken über breite Flüsse war der Unterwasserbeton unerlässlich. Zur Herstellung dieses Betons setzten die Römer dem üblichen Kalkmörtel einen Anteil vulkanischer Aschen zu, die sie zunächst in der Nähe der süditalienischen Stadt Pozzuoli (am Vesuv) abbauten. Dieses Material, das ja unter großer Hitzeeinwirkung beim Ausstoßen aus dem Vulkan "gebrannt" wird, nennt man auch heute gelegentlich noch Puzzolanerde. Später suchten die Römer auch an anderen Stellen des Imperiums nach den vulkanischen Aschen und fanden sie z.B. auch in der Eifel (Trass).

Vitruv schrieb über dieses geheimnisvolle Material:

"Es gibt eine Staubart, welche von Natur wunderbare Dinge hervorruft. Sie kommt in der Nähe von Baiae und in dem Gebiet der Städte, welche um den Vesuv herum liegen vor; sie verleiht in Verbindung mit Kalk und Bruchstein nicht nur den sonstigen Gebäuden Haltbarkeit, sondern, wenn man Dämme im Meer damit baut, so erhalten diese unter dem Wasser hohe Festigkeit".

Der Ausbau der Häfen und Straßen im gesamten Reich war für die Römer von enormer Bedeutung. Ohne diese überlegene Verkehrsinfrastruktur wäre es ihnen kaum möglich gewesen, ihre militärische und wirtschaftliche Vormachtstellung auf Dauer zu sichern und auszubauen. Niemand außer den Römern war zu dieser Zeit dazu in der Lage, ein Pfeilerfundament im offenen Wasser zu gründen. Außer dem wasserfesten Zement benötigt man dafür nämlich noch eine weitere Technik, die außerhalb Roms unbekannt war: den römischen Kastendamm.

Donaubrücke Munderkingen
Die Donaubrücke in Munderkingen war Deutschlands erste große Brücke aus unbewehrtem
Beton. Sie wurde 1893 unter Mitwirkung des Württembergischen Ministerialbeamten Karl von
Leibbrand errichtet. Die Spannweite des Segmentbogens betrug 50 m (1945 gesprengt).

Dafür rammte man zunächst eine zweischalige Spundwand aus Holz in das Flussbett und stampfte in den Zwischenraum wasserdichten Ton ein. Danach konnte man das Wasser aus dem Innenraum des Kastens ausschöpfen und schließlich allen Schlamm, Sand und Geröll bis auf eine tragfähige Schicht entfernen. In der so vorbereiteten, praktisch trockenen Baugrube, konnte man mit Steinen und dem Unterwasserbeton das eigentliche Pfeilerfundament errichten. Brücken mit solchen Fundamenten gab es nicht nur in Rom, sondern in vielen Provinzen des Imperiums.


Wissensverlust im Mittelalter

Wie so viel römisches Wissen, ging auch die Kenntnis von der Herstellung eines wasserfesten Betons im Mittelalter verloren. Man verwendete jetzt meist wieder wasserlöslichen Kalk, der sich hauptsächlich für Mörtel und Putze im Innenbereich eignete. Das machte sich besonders im Brückenbau bemerkbar, denn für viele Jahrhunderte war nun niemand mehr dazu in der Lage, eine Brücke zu bauen, die mit den römischen Bauwerken vergleichbar gewesen wäre.

Erst um 1755 gelang dem Engländer John Smeaton die Wiederentdeckung des wasserfesten Betons, als er mit den Planungen für den Bau des Eddystone Leuchtturmes an der Küste von Cornwall beschäftigt war. Bei den Vorbereitungen für die Gründung experimentierte er mit gebranntem Kalk und Ton und stellte dabei das erste wasserfeste, selbsterhärtende Bindemittel der Neuzeit her. Für den Eddystone Leuchtturm ließ er sich aber doch lieber Puzzolanerde aus Italien anliefern. Der Leuchtturm nahm 1759 seinen Betrieb auf und bestand bis 1877.

Auch die nächsten Schritte vom experimentellen Stadium Smeatons bis zum handlich verpackten, gebrauchsfähigen Massenprodukt, wurden größtenteils in Großbritannien vollzogen. James Parker erhielt 1796 ein Patent auf ein Bindemittel aus Kalkmergel mit Tonerde, das er in Anlehnung an den antiken Vorläufer, "Roman Cement" nannte. Dem Bauunternehmer Joseph Aspdin gelang es schließlich 1824, den ersten gebrauchsfähigen Zement zu entwickeln. Dazu mischte er Kalkstein und Ton in einem bestimmten Verhältnis, brannte das Gemisch und mahlte es schließlich zu einem feinen Staub. Sein Produkt nannte er etwas irreführend "Portland cement", weil der mithilfe dieses Zements hergestellte künstliche Stein Ähnlichkeit mit dem natürlichen Portlandstein hat. Die Produktbezeichnung Zement geht auf den römischen "opus caementicius" zurück.

Als Verwendungszweck für seinen Zement gab Aspdin in der Patentschrift die Herstellung von "artifical stone" an, also "künstlichem Stein". Im Laufe der Zeit setzte sich jedoch im Deutschen und in vielen anderen Sprachen der Begriff "Beton" durch. Das Wort ist französischen Ursprungs und geht auf Bernard Belidor zurück, der den Fachausdruck bereits in seinem Werk "Architecture hydraulique" (4 Bände, herausgegeben zwischen 1737-1753) prägte. Im englischsprachigen Raum spricht man allerdings von "concrete". In der deutschsprachigen Übersetzung Belidors aus dem Jahr 1770 taucht das Wort Beton bereits auf. Es dauerte aber noch einige Jahrzehnte, bis die Verwendung des Zements auch in Deutschland üblich wurde. Im "Polytechnischen Journal" von Dingler taucht der Begriff Beton erstmals im Band 23 des Jahrgangs 1827 auf.


Die ersten Stampfbetonbrücken

Die statischen Eigenschaften eines unbewehrten Betons sind denen von Natursteinen sehr ähnlich, d.h. er kann große Druckkräfte aufnehmen aber vergleichsweise nur geringe Zugspannungen (Verhältnis etwa 1:10). Für den Brückenbau bedeutete dies, dass Beton vorwiegend als preiswerter Ersatz für Natursteine angesehen wurde. Man verwendete ihn daher für Bogenbrücken aus Stampfbeton, die häufig mit Natursteinplatten verkleidet wurden. Manchmal goss man den Beton aber auch in Formen, um Betonziegel herzustellen, die wie Natursteine oder Lehmziegel verarbeitet werden konnten. Eine bekannte Brücke bei der Betonsteine verwendet wurden, ist der Wiesener Viadukt (1909) im Kanton Graubünden / Schweiz. Heute ist der wichtigste Anwendungszweck von unbewehrten Betonsteinen aber Pflaster für den Straßen- und Gartenbau.

Es war kein Zufall, dass die ersten Stampfbetonbrücken ausgerechnet in Frankreich gebaut wurden, denn hier gab es seit Jahrhunderten die Tradition der "Pisé"-Bauweise. Für vertikale Mauern beim Bau von Wohnhäusern oder Ställen baute man zunächst eine Schalung aus Brettern, in die man Lehm einstampfte. Dabei ging man abschnittsweise vor, sodass dieselbe Schalung immer wieder verwendet werden konnte. Mit Lehm war diese Technik allerdings weder für Türstürze, noch für Bögen einsetzbar. Das änderte sich durch die Erfindung des Betons und nichts lag näher, als den Pisébau mit Beton zu versuchen, der ja im Verarbeitungszustand eine ganz ähnliche Konsistenz hat.

Augustusbrücke Dresden
Auch die Augustusbrücke (1910) in Dresden besteht in ihrem Kern aus Stampfbeton. Die
Natursteine ihres Vorgängerbauwerks konnten als Verkleidung des Betons verwendet werden.

Die erste Bogenbrücke aus Stampfbeton wurde von den Brüdern Jean-Auguste und Francois-Martin Lebrun 1835 im französischen Departement Tarn et Garonne errichtet. Das unauffällige kleine Bauwerk mit nur 4 m Spannweite besteht noch heute und wird zwischen den Gemeinden Villemade und Piquecos vom alltäglichen Verkehr benutzt. Während in der Folgezeit in Frankreich immer häufiger mit Beton experimentiert wurde, dauerte es noch ganze 22 Jahre, bis der neue Baustoff auch in Deutschland Einzug in den Brückenbau hielt.


Die Anfänge des Betonbrückenbaus in Deutschland

Bernhard Liebold gründete 1873 mit seinem Bruder in Holzminden eine Baufirma und acht Jahre später in Vorwohle (heute ein Ortsteil von Eimen in Niedersachsen) ein Zementwerk. Als eines der ersten Versuchsbauwerke errichteten die Liebolds ganz in der Nähe eine kleine Segmentbogenbrücke aus Stampfbeton. Die Feldwegbrücke hat eine Spannweite von 7 m und führt bei Vorwohle über die Lenne. Das Bauwerk besteht noch heute und gilt nach einer Untersuchung der Bundeswehrhochschule in München als älteste erhaltene Betonbrücke Deutschlands. Bernhard Liebold schrieb in der Deutschen Bauzeitung von 1877, die Brücke habe 700 Mark gekostet. Eine Bogenbrücke aus Natursteinen hätte das 2 bis 3-fache gekostet und selbst eine Holzbrücke wäre etwa 50 % teurer gewesen. Die Fa. Liebold in Holzminden wurde zu einem Vorreiter des deutschen Betonbaus und errichtete noch vor dem Ersten Weltkrieg fast 1.000 Brücken.

Im Rahmen der Kunst- und Gewerbeausstellung 1880 in Düsseldorf, errichtete Eugen Dyckerhoff eine aufwändig gestaltete Fußgängerbrücke, mit der die Leistungsfähigkeit der deutschen Betonindustrie zur Schau gestellt werden sollte (siehe Abbildung ganz oben). Sie hatte eine Spannweite von 12 m und bestand vollständig aus Stampfbeton, der teilweise auch schon eingefärbt war. Der Gehweg führte mit einer roten Treppe über den halbkreisförmigen Bogen, der in der Mitte einen pavillonartigen Aufbau und zahlreiche Verzierungen besaß. Zwei Jahre später baute Dyckerhoff bei Seifersdorf die erste Stampfbetonbrücke für die Eisenbahn, mit einer Spannweite von 10 m.

Die Anfangs bescheidenen Spannweiten der Stampfbetonbrücken wurden schnell größer. Zwei der ersten größeren Betonbrücken für den Straßenverkehr wurden im Jahre 1893 in Rechtenstein und Munderkingen über die Donau errichtet. Letztere hatte einen 50 m weit gespannten flachen Bogen und wurde unter der staatlichen Aufsicht durch Karl von Leibbrand gebaut. Leider wurde dieses historische Bauwerk am 22. April 1945 von deutschen Soldaten gesprengt.

Zu den beeindruckendsten, heute noch existierenden Stampfbetonbrücken Deutschlands, zählen die Illerbrücken bei Kempten im Allgäu. Die drei praktisch baugleichen Eisenbahnbrücken wurden in den Jahren 1904 - 1906 in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander errichtet und haben Hauptspannweiten von jeweils 65 m. Auch die Dresdner Augustusbrücke aus dem Jahre 1910 ist eine Stampfbetonbrücke, der man dies aber nicht so ohne weiteres ansieht. Sie ersetzte eine Steinbogenbrücke aus dem Jahre 1727, die den gestiegenen Verkehrsanforderungen nicht mehr gewachsen war und abgetragen wurde. Die heutige Augustusbrücke wurde in optischer Anlehnung an den Vorgängerbau gestaltet, dessen Steine sogar für die Verkleidung des Stampfbetons verwendet werden konnten.

Eine der bekanntesten heute noch bestehenden und benutzten Stampfbetonbrücken Europas, ist der Glenfinnan-Viadukt in Schottland. Die Brücke, über die eine eingleisige Eisenbahnlinie führt, ist besonders durch die "Harry Potter"-Verfilmungen bekannt geworden. Der Viadukt wurde 1898 von Robert McAlpine errichtet, hat 20 Bögen und führt mit einer Gesamtlänge von 380 m über das Tal des Finnan.


Ein Gärtner erfindet den Stahlbeton


Donaubrücke Munderkingen
Die erste Eisenbetonbrücke der Schweiz (1890)
auf dem Gelände der Jura-Cementwerke in Wildegg

Der Stampfbeton war billiger als das Brechen und Bearbeiten von Natursteinen und erfreute sich daher schon Anfang des 20. Jahrhunderts großer Beliebtheit. Überall entstanden nun neue Zementwerke, von denen die steigende Nachfrage kaum befriedigt werden konnte. Wurde der Beton anfangs noch mit Muskelkraft und Schaufeln gemischt, standen schon um 1860 die ersten automatischen Mischmaschinen zur Verfügung.

Der Bauunternehmer Jürgen Hinrich Magens eröffnete 1903 in Hamburg das erste Transportbetonwerk der Welt. Auf diese Idee waren zwar schon andere vor ihm gekommen, aber Magens gelang es als erstem einen Weg zu finden, den Beton zu den Kunden zu bringen, bevor er erstarrt war. Das Geheimnis seiner Technik ließ er sich patentieren: Kühlung! Durch die Transportierfähigkeit wurde der Einsatz von Beton noch wirtschaftlicher und war nun auf jeder Baustelle möglich. Der Zeitpunkt dieser Innovation fällt nicht zufällig auf den Beginn des Automobilzeitalters, weil erst dadurch das Straßennetz in einen Zustand versetzt wurde, die ein solches Transportwesen überhaupt erst ermöglichte.

In Anbetracht der sich schon bald einstellenden Aufbruchstimmung in der Zementindustrie konnte niemand ahnen, dass der wirkliche Siegeszug des Betons zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht begonnen hatte. Stampfbeton hat den Nachteil, dass er, genauso wie Naturstein, nur relativ geringe Zugspannungen aufnehmen kann. Für Bauwerke oder Bauteile die auch Zugspannungen ausgesetzt sind, wie z.B. Tür- oder Fensterstürze, kam Beton daher nicht infrage. In solchen Fällen war man gezwungen, auf den wesentlich teureren Stahl auszuweichen.

Das änderte sich durch die bahnbrechende Erfindung eines Gärtners aus Südfrankreich. Joseph Monier war schon sehr früh auf die Idee gekommen, große Pflanztöpfe aus dem billigen Zementmörtel herzustellen. Allerdings war er mit der Haltbarkeit der Gefäße unzufrieden. Wenn er sie wirklich stabil machen wollte, musste er die Seitenwände so dick machen, dass die Töpfe kaum noch zu bewegen waren. Im Jahr 1849 kam er auf die Idee, vor dem Mörtelguss Drahtgeflechte in die Formen einzulegen und erzielte damit ein Ergebnis das alle seine Erwartungen übertraf. Monier war aber nicht nur ein intelligenter Tüftler, sondern auch ein gewiefter Geschäftsmann. Er erkannte sehr schnell die Tragweite seiner Entdeckung und meldete zwischen 1866 und 1877 mehrere Patente an.

Noch mit Monier als erstem Protagonisten des Stahlbetonbaus kam die neue Technik auch im Brückenbau an. Im Jahre 1873 ließ er sich ein Patent auf eine mit Eisen bewehrte Brücke erteilen und schuf zwei Jahre später selbst die erste Brücke aus bewehrtem Beton. Dieses historische Bauwerk im Schlosspark bei Chazelet besteht noch heute. Die Fußgängerbrücke hat eine Spannweite von 15,50 m und eine Breite von 4 m. Es sollte aber noch einige Jahre dauern, bis die Verwendung von Eisenbewehrungen Eingang in den alltäglichen Baubetrieb fand. In Deutschland nannte man die Bewehrung anfangs nach ihrem Erfinder "Moniereisen". Heute wird diese Bezeichnung allerdings kaum noch verwendet.

Conrad Freytag erwarb 1884 Moniers Patent für Deutschland und trat es zwei Jahre später für den norddeutschen Bereich an Gustav Adolf Wayss ab. Die beiden Firmen schlossen sich 1893 zu Wayss & Freiytag zusammen und förderten in den nächsten Jahren die theoretische und praktische Weiterentwicklung des Eisenbetonbaus entscheidend. Anfang des 20. Jahrhunderts nahmen sich viele Ingenieure dem neuen Material an und experimentierten mit der Menge und der Anordnung des verwendeten Eisens, bzw. Stahls. Führende Eisenbetonbauer der ersten Stunde waren der Österreicher Joseph Melan, der deutsche Emil Mörsch, der Franzose Francois Hennebique und der Schweizer Robert Maillart.

Nach Moniers kleiner Brücke bei Chazelet dauerte es einige Jahre, bis weitere Brücken aus Eisenbeton gebaut wurden. In Wildegg / Schweiz errichteten die Juracement-Werke 1890 auf ihrem Gelände eine extrem flache Bogenbrücke mit einer Spannweite von 37,20 m. Eine der ersten Eisenbetonbrücken die tatsächlich für den Verkehr gebaut wurden, ist die Stauffacherbrücke in Zürich (1899). Sie ist das Erstlingswerk von Robert Maillart, hat eine Spannweite von knapp 40 m und besteht noch heute. Auch die nächsten Brücken Maillarts, nämlich die Innbrücke bei Zuoz (1901) und die Rheinbrücke bei Tavanasa (1905), gehören zu den allerersten Stahlbetonbrücken Europas. Letztere hatte eine Spannweite von 51 m und wurde bei einem Erdrutsch im Jahre 1927 zerstört.

Emil Mörsch

Emil Mörsch

Einer der wichtigsten deutschen Pioniere in der Frühzeit des Stahlbetonbaus war der aus Reutlingen stammende Emil Mörsch (1872-1950).

Durch seine vielfältigen Aktivitäten, sowohl in der praktischen Bautätigkeit für die Firma Wayss & Freitag, als auch in Forschung und Lehre, genoss er höchstes Ansehen bei seinen in- und ausländischen Berufskollegen. Darüber hinaus engagierte er sich in unzähligen Ausschüssen, Ingenieurverbänden und Technikvereinen.

Zu Mörschs aktiver Berufszeit nannte man das neue Baumaterial allerdings noch "Eisenbeton" oder in Österreich auch Beton-Eisen. Einer Anekdote zufolge beschloss der Deutsche Ausschuss für Eisenbeton im Jahr 1941, das Material richtigerweise zukünftig als "Stahlbeton" zu bezeichnen. Dies geschah jedoch gegen den ausdrücklichen Widerstand des hochgeschätzten Altmeisters Emil Mörsch.

Er soll dazu sinngemäß gesagt haben: "Solange man die Eisenbahn nicht in Stahlbahn umbenennt, werde ich auch an dem Begriff Eisenbeton festhalten". Und das soll er auch bis zu seinem Tod im Jahr 1950 durchgehalten haben.

Die erste bedeutende Stahlbetonbrücke in Deutschland war die Grünwalder Brücke über die Isar und den Isarkanal, aus dem Jahre 1904. Der große deutsche "Eisenbetonbauer" Emil Mörsch (1872 - 1950), der für die Fa. Wayss & Freytag tätig war, plante und baute sie mit Spannweiten von 2 x 70 m. Gegen Ende des zweiten Weltkrieges wurde sie gesprengt und 1949 rekonstruiert.


Noch tragfähiger: Spannbeton

Eine weitere Innovation des Massivbaus mit Beton gelang durch den Spannbeton, der in Europa und den USA unabhängig voneinander entwickelt und patentiert wurde. Mit seiner Hilfe lassen sich noch schlankere, feingliedrigere Bauwerke schaffen, sodass der Beton mehr und mehr seinen ursprünglichen Nimbus des plumpen, wuchtigen Baustoffs hinter sich lassen konnte.

Dahinter steckt die Idee, die Bereiche eines Bauteils die großen Zugkräften ausgesetzt sind, zusammenzudrücken und so den Zugkräften entgegenzuwirken. Ein horizontales Bauteil wird an seiner Oberseite durch sein Eigengewicht und Verkehrslasten zusammengedrückt und an seiner Unterseite gedehnt. Da Beton keine großen Zugspannungen aufnehmen kann, kommt es an der Unterseite von unbewehrtem oder schlaff bewehrtem Beton zwangsläufig zu Rissen. Wenn man den unteren Bereich des Bauteils stark zusammendrückt, werden die Zugspannungen neutralisiert, bzw. deutlich verringert und somit die Rissbildung verhindert.

Zur Herstellung von Spannbeton werden Stahldrähte oder Stabeisen in einer Blechröhre vorgespannt. Nach dem Betonieren des Bauteils wird die Blechröhre mit Mörtel verpresst und so ein Verbund zwischen den Spannstählen und dem Beton hergestellt (nachträglicher Verbund). Im Gegensatz dazu wird der Beton beim sofortigen Verbund direkt auf die vorgespannten Stähle gegossen. Die gespannten Stähle liegen in der Zugzone des Bauteils, in der Regel also unten. Die für das Vorspannen erforderliche Kraft ist sehr groß, sodass der Stahl entsprechende Festigkeiten aufweisen muss. In der Praxis wird mit bis zu 2.000 N/mm² vorgespannt.

Wichtige Köpfe bei der Entwicklung des Spannbetonbaus waren vor allem der Franzose Eugène Freyssinet und der Österreicher Karl Mautner. Besondere Beachtung fanden die fünf Brücken über die Marne, die Eugène Freyssinet in den Jahren 1948 bis 1950 errichtete. Diese außerordentlich schlanken und leicht wirkenden Rahmenbrücken hatten im Scheitelpunkt nur eine Stärke von einem Meter und zeigten eindrucksvoll die Möglichkeiten des Spannbetons. Freyssinets Brücken beeinflussten nachhaltig die Betonbauweise weltweit, nicht nur im Brückenbau.

Gerade in Bezug auf den Brückenbau wurde aber auch in Deutschland wichtige Entwicklungsarbeit zum Spannbeton geleistet. Hier sind vor allem Ulich Finsterwalder und Franz Dischinger zu nennen. Dischinger baute 1936 in Aue / Sachsen die erste Spannbetonbrücke der Welt. Die größte Spannweite der über das Bahnhofsgelände führenden Straßenbrücke betrug 69 m. Das Bauwerk besteht noch heute. Spannbeton ermöglichte neue Bauverfahren wie das Taktschiebeverfahren und den Freivorbau, die zumindest im Betonbau bis dahin undenkbar waren. Durch die Einsparung der teuren Leergerüste, machte dies den Spannbeton wirtschaftlich besonders interessant. In Deutschland bestehen heute etwa 70% aller Brücken an Bundesfernstraßen aus Spannbeton. Dass die Technik des Stahl- und Spannbetons aber auch seine Tücken hat, wurde den Ingenieuren durch den Einsturz des Polcevera-Viadukts in Genua einmal mehr deutlich vor Augen geführt.

Der Beton umschließt die Stahleinlagen und schützt sie aufgrund chemischer Prozesse vor Korrosion. Dadurch sind sie aber auch unzugänglich und ihr Erhaltungszustand ist nicht ohne Weiteres zu kontrollieren. In den 1960er Jahren begann man in Deutschland im Winterdienst der Straßenunterhaltung Tausalz einzusetzen. Zu diesem Zeitpunkt gab es schon viele Betonbrücken auf deutschen Straßen. Der Zusammenhang zwischen der Verwendung des Salzes und dem Verlust des Korrosionsschutzes der Stähle im Beton, wurde erst nach einigen Jahrzehnten offensichtlich. Heute gibt es tausende von Brücken die bereits saniert wurden, noch saniert werden müssen oder, weil sie nicht mehr zu retten sind, sogar abgetragen werden müssen.


Gegenwart und Zukunft des Betons

Beton und Stahlbeton eröffneten gerade auch im Brückenbau eine Fülle von bis dahin ungeahnten technischen Möglichkeiten, die durch neue Bauverfahren stetig weiterentwickelt wurden. Die Anstrengungen der Ingenieure gingen vor allem dahin, auf die äußerst aufwändigen Leergerüste verzichten zu können und die Betonbauweise dadurch wettbewerbsfähiger zu machen. Zu diesen innovativen Verfahren gehören zum Beispiel die "Bauweise Melan", das Bogenklappverfahren, das Taktschiebeverfahren oder neuerdings auch das Verfüllen von Stahlröhren mit Beton. Bei diesem in Asien entwickelten Verfahren ist der Stahl im Gegensatz zum klassischen Stahlbeton außen und der Beton innen.

Dachstuhl der Kathedrale in Reims
Auch das ist Beton: der Dachstuhl der Kathedrale in Reims / Frankreich. Nachdem die Kirche
im 1. Weltkrieg (1914) durch Beschuss deutscher Truppen in Brand geraten war, wurde der
Dachstuhl größtenteils zerstört. Unterstützt durch eine großzügige Spende der Familie
Rockefeller, konnte der Dachstuhl mit vorgefertigten Betonteilen rekonstruiert werden.

Beim Thema Beton darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Entwicklung leistungsfähiger Schalungssysteme einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg der Baumaterials geleistet hat. Von den Anfängen des Pisébaus über "Holzvirtuosen" wie Richard Coray, bis hin zu modernen, in jeder Hinsicht flexiblen Systemen wie Vorschubrüstungen, Kletterschalungen und Freiformschalungen, war es ein weiter Weg. Ohne das Schritthalten der Schalungstechnik mit den Fortschritten des Betons, wären viele Bauwerke sicher nicht möglich gewesen.

Stahlbeton und Spannbeton als preiswerte und flexibel einsetzbare Baustoffe sind für das moderne Baugeschehen unverzichtbar. Bauwerke wie z.B. Fernsehtürme, weit gespannte Dächer oder Kuppeln, hoch belastete Brücken und Fundamente, sind wirtschaftlich ohne Beton meist nicht realisierbar. Der Konkurrent und die Alternative zum Beton ist in manchen Anwendungsfällen Stahl, der jedoch deutlich teurer und daher aus wirtschaftlichen Gründen meist nur zweite Wahl ist.

Aber auch der Beton selbst unterliegt einer ständigen Weiterentwicklung und der Suche nach technischen Verbesserungen. Im Laufe der Jahrzehnte wurden für alle möglichen Anwendungsbereiche Spezialbetone entwickelt. Dazu gehören unter anderem: Leichtbeton, Schwerbeton, schnell oder langsam erhärtender Beton, wärmedämmender-, feuerfester- und lichtdurchlässiger Beton, Pump-, Schütt,- und Walzbeton, Fließ- und Transportbeton, Strahlenschutzbeton und in allen Farben kolorierter Beton.

Die Möglichkeiten der erfolgreichen Symbiose von Stahl und Beton scheinen damit jedoch keineswegs ausgeschöpft zu sein. Stahlbetonbauteile beachtlicher Größe werden heute witterungsunabhängig im Betonwerk hergestellt und müssen nicht mehr auf der Baustelle unter schwierigen Bedingungen eingeschalt und betoniert werden. Dies hat den Baubetrieb schneller, billiger und sicherer gemacht.

Trotz der jahrzehntelangen Erfolgsbilanz ist der wachsende Beton- und Zementverbrauch heute zunehmender Kritik ausgesetzt. Weltweit werden zurzeit etwa 4,7 Mrd. Tonnen Zement pro Jahr verbraucht, mit steigender Tendenz. Für das Brennen des Kalksteins zu Zementklinkern ist eine Temperatur von 1450 °C erforderlich, wofür natürlich viel Energie benötigt wird. Der Brennstoffverbrauch ist aber nur einer der Gründe, warum die Zementherstellung global betrachtet heute einer der größten CO2-Emitenten ist.

Weiteres CO2 entsteht durch die chemische Reaktion beim Brennen, sowie den Energiebedarf für das Mahlen der Klinker und den Transport des Zements sowie der Endprodukte.

Man schätzt, dass bei der Zement- und Betonherstellung etwa viermal so viel CO2 entsteht, wie beim gesamten Flugverkehr. Wenn die Erfolgsgeschichte des Betons weitergehen soll, wird man Lösungen für diese Probleme finden müssen.

Quellen: Interne Links:
  • Dinglers Polytechnisches Journal, Jahrgang 1827
  • Deutsche Bauzeitung, Jahrgang 1877
  • Joseph Melan: "Der Brückenbau. 2. Band: Steinerne Brücken und Brücken aus Beton-Eisen". [Leizpzig 1911]
  • K.W. Schaechterle: "Eisenbetonbrücken" [Berlin 1920]
  • Günter Günschel: "Große Konstrukteure 1". [Frankfurt 1966]
  • Charlotte Jurecka: "Brücken - Historische Entwicklung, Faszination der Technik" [Wien 1986]
  • H.-O. Lamprecht: "Opus caementitium - Bautechnik der Römer" [Düsseldorf 1987]
  • Hans Straub: "Die Geschichte des Bauingenieurskunst"; 4. Auflage [Basel 1996]
  • Sven Ewert: "Brücken. Die Entwicklung der Spannweiten und Systeme" [Berlin 2003]
  • Klaus Stiglat: "Brücken am Weg - Frühe Brücken aus Eisen und Beton in Deutschland und Frankreich" [Berlin 2003]
  • Eberhard Pelke / Wieland Ramm / Klaus Stiglat: "Geschichte der Brücken - Zeit der Ingenieure" [Germersheim 2005]
  • Alessandra Belleli / Marta Lazzarini: "Reinforced Concrete: A Short History". [Venedig 2007]
  • Stefan M. Holzer (ETH Zürich): "Beton II - vom Stampfbeton zum Stahlbeton".
  • Karen Veihelmann: "Gewölbte Brücken des 19. Jahrhunderts. Vom Mauerwerk zum Stampfbeton". [Dissertation, München 2016]
  • Karen Veihelmann / Stefan Holzer: "Frühe Bogenbrücken aus Beton" [Aachen 2016]
  • Heidelberger Cement AG: "Die Geschichte des Transportbetons" [Heidelberg 2013]
  • Karl-Eugen Kurrer: "Geschichte der Baustatik - Auf der Suche nach dem Gleichgewicht" [Berlin 2016]
  • WWF Deutschland: "Klimaschutz in der Beton- und Zementindustrie. Hintergrund und Handlungsoptionen". [Berlin 2019]


www.bernd-nebel.de

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