Giải mã loại bê tông 2.000 năm bền hơn bê tông hiện đại

Sự bền bỉ vượt thời gian của các công trình La Mã phần lớn được cho là nhờ vào một loại vật liệu độc đáo mang tên bê tông pozzolanic.

05/12/2024 10:30

Càng chịu mưa nắng, bê tông do người La Mã cổ đại sáng tạo ra càng thêm bền bỉ nhờ vào một bí quyết đặc biệt trong vật liệu và cách trộn bê tông.

Người La Mã cổ đại được biết đến như những bậc thầy về xây dựng và kỹ thuật. Một trong những kiệt tác ấn tượng nhất của họ là hệ thống dẫn nước, vốn vẫn có thể hoạt động cho đến ngày nay.

Một ví dụ điển hình là đền Pantheon, công trình được xây bằng bê tông không cốt thép lớn nhất thế giới. Sau gần 2.000 năm, đền Pantheon vẫn đứng vững, như một minh chứng cho sự tinh tế của kỹ thuật La Mã cổ đại.

Đâu là bí quyết của Bê tông La Mã?

Bê tông pozzolanic (đặt tên theo thành phố Pozzuoli, Ý) được tạo thành từ hỗn hợp tro núi lửa (pozzolana) và vôi. Khi trộn với nước, hai thành phần này phản ứng hóa học để tạo ra một loại bê tông bền chắc. Nhưng bí mật của bê tông La Mã không chỉ nằm ở nguyên liệu mà còn ở cách người La Mã trộn chúng.

Đền Pantheon, công trình được xây bằng bê tông không cốt thép lớn nhất thế giới sử dụng loại bê tông La Mã đã 2000 năm. Ảnh: Milan Post

Trong các mẫu bê tông La Mã được khai quật, các nhà khoa học đã tìm thấy những cục vôi nhỏ màu trắng. Trước đây, người ta nghĩ rằng đây là kết quả của việc trộn bê tông không kỹ hoặc do vật liệu kém chất lượng.

Tuy nhiên, nghiên cứu từ nhóm các nhà khoa học của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã chỉ ra điều ngược lại. Những cục vôi này không phải lỗi kỹ thuật, mà chính là 'chìa khóa' tạo nên độ bền vượt trội của bê tông La Mã. Nhóm nghiên cứu của MIT, do nhà khoa học Admir Masic dẫn đầu, đã phân tích các mẫu bê tông 2.000 năm tuổi tại di chỉ Privernum ở Ý. Họ phát hiện rằng, thay vì sử dụng vôi tôi (loại vôi thông thường được làm từ canxi hydroxit), người La Mã có thể đã sử dụng vôi sống (canxi oxit) và trộn nó trực tiếp với pozzolana và nước ở nhiệt độ rất cao.

Kỹ thuật này được gọi là 'trộn nóng'. Theo nghiên cứu, quá trình trộn nóng mang lại hai lợi ích quan trọng. Đầu tiên, nhiệt độ cao tạo ra các hợp chất hóa học đặc biệt, không thể hình thành nếu chỉ dùng vôi tôi, giúp bê tông có độ bền cao hơn. Bên cạnh đó, thời gian đóng rắn và đông cứng của bê tông được rút ngắn, cho phép người La Mã xây dựng công trình nhanh hơn.

Đấu trường La Mã, thể hiện được chính xác những đặc điểm của kiến trúc và vật liệu ưu việc. Ảnh Milan Post

Điểm đặc biệt nhất của kỹ thuật trộn nóng là khả năng tự phục hồi của bê tông. Khi bê tông bị nứt, các vết nứt có xu hướng lan đến những cục vôi trong khối bê tông. Khi tiếp xúc với nước, cục vôi sẽ phản ứng hóa học, tạo ra một dung dịch giàu canxi. Dung dịch này khô lại, hình thành canxi cacbonat, và 'vá' các vết nứt, ngăn chúng lan rộng. Bằng chứng từ các công trình cổ Khả năng tự phục hồi này đã được quan sát rõ ràng trong các công trình La Mã cổ đại.

Ví dụ, tại lăng mộ Caecilia Metella, những vết nứt trên bê tông đã được lấp đầy hoàn toàn bằng canxit – một dạng tinh thể của canxi cacbonat. Tại các tường chắn sóng 2.000 năm tuổi, dù phải chịu va đập liên tục từ đại dương, bê tông La Mã vẫn tồn tại gần như nguyên vẹn.

Hiểu một cách đơn giản, càng chịu mưa gió và thời tiết khắc nghiệt, bê tông La Mã càng bền chắc. Để kiểm chứng lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã tái tạo bê tông La Mã bằng cách sử dụng kỹ thuật trộn nóng với vôi sống. Họ cũng tạo một loại bê tông không sử dụng vôi để so sánh.

Kết quả cho thấy, bê tông theo phương pháp La Mã có thể tự vá vết nứt trong vòng hai tuần, trong khi loại bê tông thông thường vẫn giữ nguyên vết nứt.

Có thể thấy, bê tông La Mã không chỉ là minh chứng cho sự sáng tạo và tầm nhìn xa của người La Mã cổ đại, mà còn là nguồn cảm hứng cho ngành xây dựng hiện đại.

Khả năng tự phục hồi và độ bền bỉ đáng kinh ngạc của nó có thể mở ra hướng đi mới cho các vật liệu xây dựng trong tương lai, đặc biệt trong bối cảnh cần các giải pháp thân thiện với môi trường.