Các công trình kiến trúc La Mã cổ đại vẫn đứng vững sau hàng thiên niên kỷ, từ những cây cầu, đấu trường cho đến Pantheon – tòa nhà với mái vòm bằng bê tông không có cốt thép lớn nhất thế giới. Sự trường tồn của những công trình này từ lâu đã được cho là nhờ vào thành phần đặc biệt của bê tông La Mã, bao gồm pozzolana – hỗn hợp tro núi lửa và vôi, tạo nên một loại bê tông cực kỳ bền chắc.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới đây của nhóm chuyên gia từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát hiện ra rằng bí quyết thực sự không chỉ nằm ở vật liệu mà còn ở cách La Mã cổ đại trộn bê tông.
Bê tông pozzolanic được cho là “bí quyết” đằng sau giúp các công trình do người La Mã cổ đại xây dựng nên vẫn có thể tồn tại trong hàng nghìn năm. Ảnh: Internet
Trộn nóng – Bí quyết giúp bê tông La Mã có khả năng “tự chữa lành”
Khi phân tích mẫu bê tông từ thành phố cổ Privernum, các nhà khoa học phát hiện những đốm trắng nhỏ li ti trong hỗn hợp – điều từ trước đến nay vẫn bị xem là dấu hiệu của quá trình trộn kém chất lượng. Nhưng với một nền văn minh nổi tiếng tỉ mỉ trong kỹ thuật xây dựng, giả thuyết này dường như không hợp lý.
Giáo sư Admir Masic từ MIT nhận định rằng đây không thể là một sai sót ngẫu nhiên, mà rất có thể là một phần trong kỹ thuật xây dựng có chủ đích của người La Mã.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các công nghệ phân tích tiên tiến như kính hiển vi điện tử quét, quang phổ tia X phân tán năng lượng và nhiễu xạ tia X để xác định thành phần của các đốm trắng này. Kết quả cho thấy, thay vì chỉ sử dụng vôi tôi (slaked lime) như giả thuyết trước đây, bê tông La Mã thực chất được tạo ra bằng cách trộn trực tiếp vôi sống (quicklime) vào hỗn hợp pozzolana và nước ở nhiệt độ cực cao – một quy trình mà nhóm nghiên cứu gọi là “hot mixing” (trộn nóng).
Phương pháp trộn nóng mang lại hai lợi ích quan trọng. Thứ nhất, nhiệt độ cao trong quá trình này tạo ra những hợp chất hóa học đặc biệt mà phương pháp trộn thông thường không thể có được. Thứ hai, nó giúp bê tông đông cứng nhanh hơn, giúp các công trình có thể được xây dựng với tốc độ đáng kinh ngạc.
Nhưng lợi ích lớn nhất có lẽ là khả năng tự chữa lành. Khi bê tông xuất hiện vết nứt, nước thấm vào sẽ phản ứng với các hạt vôi sống còn sót lại trong hỗn hợp, tạo thành dung dịch giàu canxi. Dung dịch này sau đó khô lại, kết tinh thành canxi cacbonat, giúp “hàn gắn” vết nứt và ngăn chúng lan rộng.
Khả năng này đã được quan sát thấy trong một số công trình La Mã cổ đại như Lăng mộ Caecilia Metella, nơi những vết nứt trong bê tông đã được tự động lấp đầy bởi khoáng vật canxit. Đặc biệt, bê tông La Mã sử dụng trong các công trình ven biển vẫn tồn tại nguyên vẹn sau hàng ngàn năm, bất chấp sóng biển và thời tiết khắc nghiệt – một điều mà bê tông hiện đại chưa thể sánh bằng.
Để kiểm chứng giả thuyết của mình, nhóm nghiên cứu đã chế tạo hai loại bê tông theo công thức cổ đại – một loại sử dụng vôi tôi truyền thống, một loại theo phương pháp trộn nóng với vôi sống. Kết quả kiểm tra cho thấy, mẫu bê tông trộn nóng có thể tự chữa lành hoàn toàn trong vòng hai tuần, trong khi mẫu còn lại vẫn giữ nguyên các vết nứt.
Phát hiện này không chỉ giúp làm sáng tỏ một trong những bí ẩn lớn nhất của kỹ thuật xây dựng cổ đại, mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng trong xây dựng hiện đại. Nhóm nghiên cứu tại MIT hiện đang thử nghiệm việc thương mại hóa loại bê tông mới với mục tiêu tăng độ bền cho các công trình xây dựng, giảm chi phí sửa chữa và giảm tác động môi trường từ ngành công nghiệp xi măng.
Theo giáo sư Masic, khả năng ứng dụng của kỹ thuật này không chỉ giới hạn trong xây dựng truyền thống mà còn có thể cải thiện độ bền của các vật liệu in 3D bằng bê tông, mở ra tương lai cho ngành xây dựng bền vững hơn.
