Vì sao các công trình La Mã 2.000 năm tuổi vẫn đứng vững?

Người La Mã cổ đại không hề chậm chạp khi xây dựng, tạo ra toàn bộ thành phố Rome (Ý) bằng bê tông, với những ngôi đền, đấu trường và cống dẫn nước khổng lồ vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay.

Cho dù là Đền Pantheon hay Đấu trường La Mã (Colosseum), những tòa kiến trúc đồ sộ này được xây dựng để tồn tại ngàn năm. Nhưng bí quyết của họ là gì?

Theo một nghiên cứu trên tạp chí Science Advances, các kỹ thuật mà người La Mã cổ đại sử dụng để trộn bê tông của họ đã khiến các khối vật liệu này trở nên cực kỳ bền vững.

T.L

Mặc dù những khối này trước đây được hiểu là sự không hoàn hảo trong khi trộn bê tông nhưng các tác giả nghiên cứu khẳng định rằng chúng thực sự là thành phần bí mật làm cho các kiến trúc La Mã trở nên vững chắc, cho phép chúng tự sửa chữa theo thời gian.

Ngoài việc giải quyết một bí ẩn kiến trúc lâu đời, các tác giả còn nói thêm rằng công trình nghiên cứu của họ có thể góp phần tạo ra các dạng bê tông chắc chắn hơn, bền vững hơn trong tương lai, giảm thiểu sự thiệt hại của vật liệu đối với khí hậu hiện nay.

Các nhà khoa học đã dành nhiều năm để cố gắng trả lời tại sao rất nhiều công trình kiến trúc La Mã, chẳng hạn như các tòa nhà, bến cảng, cống rãnh và tường chắn sóng, vẫn đứng vững sau hàng ngàn năm, trong khi rất nhiều công trình kiến trúc hiện đại sụp đổ chỉ sau 30 hoặc 50 năm. Rồi họ đã đưa ra một số giả thuyết mà phổ biến nhất là việc kết hợp tro núi lửa làm cho vật liệu xây dựng thời đó vững chắc hơn nhiều.

Admir Masic, tác giả công trình, trưởng nhóm nghiên cứu, hiện là Phó giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại MIT, cho biết: "Kể từ lần đầu tiên tôi bắt đầu nghiên cứu về bê tông La Mã cổ đại, tôi luôn bị mê hoặc bởi những thứ không được tìm thấy trong các công thức bê tông hiện đại, vậy tại sao chúng lại có mặt trong những vật liệu cổ xưa này?".

Được tạo ra trong quá trình trộn, những khoáng chất phổ biến này, đôi khi được gọi là "vôi", từng được coi là dấu hiệu của sự khuấy trộn cẩu thả. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy chúng thực sự đóng một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và bảo vệ bê tông cổ xưa theo thời gian, tự động lấp đầy bất kỳ vết nứt nào hình thành trên bề mặt của nó.

Masic nói thêm: "Ý tưởng rằng sự hiện diện của những cục vôi này chỉ đơn giản là do việc kiểm soát chất lượng thấp luôn khiến tôi băn khoăn. Nếu người La Mã đã nỗ lực rất nhiều để tạo ra một loại vật liệu xây dựng vượt trội, tuân theo tất cả các công thức chi tiết được tối ưu hóa trong nhiều thế kỷ, thì tại sao họ lại bỏ ra quá ít nỗ lực để đảm bảo sản xuất ra một sản phẩm cuối cùng được trộn đều?".

Trộn vôi vào bê tông

Về cốt lõi, bê tông được tạo ra từ sự kết hợp hợp chất có chứa canxi với nguyên liệu được nghiền mịn và thô, chẳng hạn như tro núi lửa và gạch vụn.

Các nhà khoa học cho rằng người La Mã cổ đại đã sử dụng vôi tôi, một loại vôi đã được thêm vào nước để tạo ra hỗn hợp dính, ướt trong bê tông của họ. Nhưng các tác giả của nghiên cứu chỉ ra rằng thành phần này không thể giải thích cho việc tạo ra các chất kết dính, vốn là đặc trưng của công trình xây dựng cổ đại.

DISCOVER

Thay vào đó, sau khi nghiên cứu các mẫu bê tông 2.000 năm tuổi từ địa điểm khảo cổ Privernum của Ý, các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng người La Mã đã thêm vôi sống, một dạng vôi tinh khiết hơn không có nước, gây ra sự hình thành các cục bê tông.

Và chính điều này làm cho bê tông trở nên ổn định, cung cấp cho vật liệu khả năng tự động sửa chữa và củng cố chính nó.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu cho rằng tro núi lửa từ khu vực Pozzuoli, thuộc Naples, đã giúp cho bê tông La Mã trở nên bền chắc như vậy. Masic nói cả hai thành phần này đều quan trọng nhưng vôi đã không được tính đến trong quá khứ.

Các công trình bê tông La Mã, chẳng hạn như Đền Pantheon 2.000 năm tuổi, tỏ ra vững chắc hơn so với các công trình hiện đại và các nhà khoa học cho rằng họ đã xác định được lý do đáng ngạc nhiên.

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu nói rằng bất cứ khi nào các vết nứt hình thành trong bê tông cổ đại, chúng nhắm vào các mảnh canxi, vốn luôn bị gãy do cấu trúc bản chất dễ vỡ của chúng.

Nhưng chúng sẽ không bị nứt gãy mãi mãi. Thay vào đó, khi nước thấm vào các vết nứt này, canxi bị nứt vỡ sẽ chuyển thành dung dịch bão hòa, tự động đông đặc lại và lấp đầy các vết nứt, ngăn không cho chúng lan rộng thêm nữa.

Các nhà nghiên cứu coi phát hiện này là "mở đường cho sự phát triển công thức tạo ra loại bê tông bền vững, đàn hồi trong tương lai".

Kết luận trong nghiên cứu của họ là: "Cho dù có thiệt hại qua nhiều thế kỷ sau khi xây dựng, miễn là các lớp vôi vẫn còn thì chức năng tự phục hồi này vẫn có thể tồn tại".

Cuối cùng, để lý giải độ bền của các công trình kiến trúc La Mã, các nhà nghiên cứu đã tạo ra vết nứt các mẫu bê tông có và không có vôi sống. Sau đó cho nước chảy qua các vết nứt. Trong vòng hai tuần, vết nứt trong bê tông có vôi sống đã được lấp đầy hoàn toàn, trong khi vết nứt trong bê tông không có vôi sống thì không.