Công trình hiện đại chỉ 'chịu đựng' được vài chục đến vài trăm năm, nhưng kỳ quan La Mã đứng vững suốt 2.000 năm nhờ 'bí ẩn' này

'Bí mật' giúp vật liệu xây dựng của La Mã tồn tại hơn 2.000 năm đã được các nhà khoa học khám phá.

Nhiều kỳ quan của thế giới cổ điển liên quan đến sức mạnh và trí tuệ của người La Mã, ví dụ như đền Pantheon hoặc đấu trường Colosseum. Dù đã trải qua hơn 2.000 năm, phải đối mặt với nhiều thiên tai, thời tiết, chiến tranh, phá hủy... chúng vẫn tồn tại cùng thời gian.

Những bức tường xây bằng vật liệu của họ mà bạn chạm vào hôm nay vẫn là những bức tường mà người La Mã đã xây dựng cách đây 2 thiên niên kỷ. Hơn nữa, mái vòm của đền Pantheon vẫn là mái vòm lớn nhất không cần cấu trúc hỗ trợ trên toàn thế giới.

Tiếc rằng, 'bí mật' về sức mạnh của vật liệu xây dựng La Mã dường như đã 'mất đi'. Cho đến gần đây, một nhóm các nhà khoa học từ Hoa Kỳ, Thụy Sĩ và Ý đã cùng nhau 'giải mã' thành công điều đó. Công việc nghiên cứu này đã kéo dài hàng chục năm qua do nhiều nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu hoặc áp dụng 'công nghệ' xây dựng của La Mã vào những công trình cần độ bền cao như cảng, hệ thống thoát nước hoặc ở các vùng thường xuyên động đất

Họ phân tích các mẫu được thu thập từ một bức tường ở địa điểm khảo cổ Privernum, miền trung nước Ý, có thành phần tương tự như các loại vật liệu xây dựng khác được tìm thấy khắp La Mã cổ đại.

Họ phát hiện rằng các khối màu trắng trong bê tông, gọi là cục đá vôi (lime clast), giúp bê tông có khả năng tự phục hồi các vết nứt hình thành theo thời gian. Trước đây, các khối màu trắng thường bị bỏ qua vì được cho là kết quả từ việc trộn bê tông không cẩn thận hoặc nguyên liệu kém chất lượng.

Phát hiện mới này có thể giúp việc sản xuất bê tông ngày nay trở nên bền vững hơn, có thể gây ra sự biến đổi xã hội giống như những gì người La Mã đã từng làm.

'Bê tông đã cho phép người La Mã thực hiện một cách mạng trong kiến trúc', giáo sư Admir Masic tại viện MIT nói trong nghiên cứu của ông. 'Người La Mã đã có thể tạo ra và biến các thành phố thành một nơi đặc biệt và tuyệt vời để sống. Cuộc cách mạng này đã thay đổi hoàn toàn cách mà con người hoạt động'.

Cách mà đá vôi làm cho bê tông La Mã trở nên chắc chắn: Khả năng tự phục hồi độc đáo

Bê tông thực chất là đá nhân tạo, được tạo thành từ việc trộn xi măng - chất kết dính thường được tạo ra từ đá vôi, vật liệu mịn (cát hoặc đá dăm được nghiền mịn) và vật liệu thô (sỏi hoặc đá dăm), cùng với nước.

Masic nói rằng, các văn bản La Mã đã đề xuất việc sử dụng vôi sống (khi vôi được kết hợp với nước trước khi trộn) trong chất kết dính, và đó là lý do tại sao các học giả tin rằng đó là cách bê tông La Mã được tạo ra.

Với nghiên cứu cẩn thận hơn, các nhà nghiên cứu kết luận rằng các cục vôi trắng phát sinh từ việc sử dụng vôi sống (canxi oxit) - một loại đá vôi khô, phản ứng mạnh mẽ nhất và nguy hiểm nhất - khi trộn bê tông, chứ không phải thêm vào vôi sống.

Phân tích thêm về bê tông cho thấy lớp vôi được tạo thành ở nhiệt độ cao do sử dụng vôi sống và quá trình 'trộn nóng' là yếu tố quyết định tính bền vững của bê tông.

Trong một thông cáo báo chí, Masic nói: 'Việc trộn nóng mang lại lợi ích kép. Đầu tiên, khi bê tông được nung ở nhiệt độ cao, tạo ra các phản ứng hóa học không thể xảy ra nếu chỉ sử dụng vôi tôi, tạo ra các hợp chất không thể hình thành nếu không có nhiệt độ cao. Thứ hai, nhiệt độ này giúp giảm quá trình bảo dưỡng và đông kết nhanh hơn do tất cả các phản ứng được tăng cường, làm cho việc xây dựng diễn ra nhanh chóng hơn'.

Để kiểm tra xem cục đá vôi có ảnh hưởng đến tính năng tự phục hồi của bê tông La Mã hay không, nhóm tiến hành một thí nghiệm.

Họ tạo ra hai mẫu bê tông, một theo công thức La Mã và một theo tiêu chuẩn hiện đại, rồi cố ý gây nứt. Sau 2 tuần, nước không thể thấm qua bê tông La Mã, trong khi thấm qua bê tông hiện đại.

Kết quả của họ chỉ ra rằng các cục đá vôi có thể tan vào các vết nứt và kết tinh lại khi tiếp xúc với nước, chữa lành các vết nứt do thời tiết gây ra trước khi lan rộng. Các nhà nghiên cứu cho biết, tính năng tự phục hồi này có thể giúp sản xuất bê tông hiện đại trở nên lâu dài và do đó bền vững hơn.

Theo nghiên cứu, một hành động như vậy có thể giảm lượng khí thải carbon từ bê tông lên đến 8%, đóng góp vào việc giảm lượng khí thải nhà kính toàn cầu.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu tin rằng tro núi lửa từ Pozzuoli, ở Vịnh Naples, đã làm cho bê tông La Mã trở nên cứng cáp như vậy. Loại tro này đã được vận chuyển khắp đế chế La Mã để sử dụng trong xây dựng, và các kiến trúc sư và nhà sử học thời đó mô tả nó là thành phần chính để sản xuất bê tông.

Masic nhấn mạnh rằng cả hai thành phần tro và đá vôi đều quan trọng, nhưng trong quá khứ, đá vôi thường bị bỏ qua trong các nghiên cứu.