Nguyên liệu giúp các công trình Lã Mã cổ đại bám trụ vượt thời gian

[Romano]

Các kiến trúc hùng vĩ của La Mã cổ đại đã tồn tại hàng thiên niên kỷ là một minh chứng cho sự khéo léo của các kiến trúc sư La Mã, những người đã hoàn thiện cách sử dụng vật liệu bê tông.Nhưng làm thế nào mà vật liệu xây dựng của họ lại có thể giữ cho những công trình khổng lồ như Điện Pantheon và Đấu trường La Mã đứng vững trong hơn 2.000 năm vẫn là câu hỏi chưa có lời giải.

So với bê tông thời La Mã, bê tông hiện đại có thể nhanh chóng xuống cấp trong vòng vài thập kỷ. Một nghiên cứu mới đã phát hiện ra thành phần bí ẩn giúp người La Mã có thể chế tạo vật liệu xây dựng siêu bền bỉ và xây dựng các công trình ở những địa điểm phức tạp như bến cảng, cống nước và khu vực thường xuyên xảy ra động đất.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà nghiên cứu từ Mỹ, Italy và Thụy Sĩ đã phân tích các mẫu bê tông 2.000 năm tuổi được lấy từ một bức tường tại địa điểm khảo cổ Privernum ở miền Trung nước Italy, có thành phần tương tự như các loại bê tông khác được tìm thấy trên khắp lãnh thổ Đế chế La Mã.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các khối màu trắng trong bê tông, được gọi là các khối vôi, giúp bê tông có khả năng hàn gắn các vết nứt hình thành theo thời gian. Chính những khối màu trắng này trước đây từng bị coi là bằng chứng của việc trộn cẩu thả hoặc nguyên liệu kém chất lượng.

Phó giáo sư Admir Masic từ Viện Công nghệ Massachusetts cho biết: "Đối với tôi, thật khó để tin rằng các kỹ sư La Mã cổ đại lại không làm tốt công việc của mình vì họ thực sự đã rất cẩn thận khi lựa chọn và xử lý vật liệu".

Bởi theo ông Masic, các kỹ sư La Mã đã tạo ra những công thức chính xác và áp dụng cho các công trường xây dựng trên khắp Đế chế.

Phát hiện mới có thể giúp ngành sản xuất bê tông học hỏi chính kinh nghiệm của tiền nhân, giúp tạo ra những công trình thách thức thời gian.

“Bê tông tạo ra một cuộc cách mạng kiến trúc cho người La Mã. Họ đã biến các thành phố thành những nơi phi thường và đẹp đẽ để sinh sống. Và cuộc cách mạng đó về cơ bản đã thay đổi hoàn toàn cách sống của con người”, phó giáo sư Masic chỉ ra.

Những khối vôi và độ bền của bê tông

Bê tông thực chất là đá hoặc đá nhân tạo, được hình thành bằng cách trộn xi măng, chất liên kết thường được tạo ra từ đá vôi, nước, cốt liệu mịn (cát hoặc đá dăm được nghiền mịn) và cốt liệu thô (sỏi hoặc đá dăm).

Ông Masic cho biết, các văn bản La Mã đã đề cập việc sử dụng vôi tôi (vôi được kết hợp với nước trước khi trộn) làm chất kết dính, và các học giả cho rằng đây là cách bê tông La Mã được tạo ra.

Khi nghiên cứu sâu hơn, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng các cục vôi được tạo ra do sử dụng vôi sống (canxi oxit) - dạng đá vôi khô, phản ứng mạnh nhất và nguy hiểm nhất khi trộn bê tông thay vì thêm vào vôi tôi.

Phân tích bổ sung về bê tông cho thấy các lớp vôi hình thành ở nhiệt độ khắc nghiệt, sử dụng vôi sống và "trộn nóng" là chìa khóa tạo nên tính chất bền vững của bê tông.

“Phương pháp trộn nóng mang lại lợi ích gấp đôi. Đầu tiên, khi toàn bộ bê tông được nung nóng ở nhiệt độ cao, nó tạo ra các chất hóa học không thể có nếu chỉ sử dụng vôi tôi, việc tạo ra các hợp chất liên kết ở nhiệt độ cao sẽ không hình thành. Thứ hai, việc tăng nhiệt độ này làm giảm đáng kể quá trình bảo dưỡng và tiết kiệm thời gian vì tất cả các phản ứng đều diễn ra nhanh hơn, giúp cho việc xây dựng nhanh hơn nhiều”, ông Masic cho biết.

Để biết xem liệu các lớp vôi có phải là nguyên nhân khiến bê tông La Mã có khả năng tự sửa chữa hay không, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm.

Họ đã làm hai mẫu bê tông, một mẫu theo công thức La Mã và mẫu còn lại được làm theo tiêu chuẩn hiện đại, sau đó họ cố tình làm nứt chúng. Sau hai tuần, nước không thể thấm qua bê tông được làm theo công thức La Mã, trong khi chảy thẳng qua khối bê tông được làm không có vôi.

Phát hiện này cho thấy các lớp vôi có thể hòa tan vào trong các vết nứt và kết tinh lại sau khi tiếp xúc với nước, phục hồi các vết nứt do thời tiết tạo ra. Các nhà nghiên cứu cho biết tiềm năng tự phục hồi này có thể mở đường cho việc sản xuất bê tông hiện đại lâu dài và bền vững hơn.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã nghĩ rằng tro núi lửa từ khu vực Pozzuoli trên Vịnh Naples là thứ đã làm cho bê tông La Mã trở nên bền chắc như vậy. Loại tro này đã được vận chuyển xuyên Đế chế La Mã rộng lớn để sử dụng trong xây dựng và được các kiến trúc sư và nhà sử học vào thời điểm đó mô tả là thành phần chính để sản xuất bê tông.

Ông Masic nói rằng cả hai thành phần này đều quan trọng, nhưng vôi đã bị bỏ qua trong quá khứ.