Đã biết bí quyết giúp bê tông người La Mã bền chắc cả 2.000 năm

Người La Mã cổ đại là bậc thầy về xây dựng và kỹ thuật với những công trình nổi tiếng như hệ thống dẫn nước, các đền, lăng. Ngày nay, đền Pantheon – một trong những công trình kiến trúc lớn tại Ý – vẫn còn nguyên vẹn và dù đã gần 2.000 năm tuổi. Công trình này hiện giữ kỷ lục về mái vòm bê tông không cốt thép lớn nhất thế giới.

Vật liệu đặc biệt

Theo trang tin Science Alerts, những công trình này có thể trụ vững đến ngày nay là nhờ vào một loại vật liệu xây dựng độc đáo, đó là bê tông pozzolanic.

Bên ngoài đền Pathenon ở Rome (Ý). Ảnh: SCIENCE ALERTs

Các đặc tính của loại bê tông này thường được cho là do thành phần của nó: pozzolana, hỗn hợp tro núi lửa (được đặt theo tên của thành phố Pozzuoli của Ý, nơi có thể tìm thấy nhiều chất này) và vôi. Khi trộn với nước, 2 chất này có thể phản ứng với nhau để tạo ra bê tông chắc chắn.

Tuy nhiên, đây không phải là toàn bộ nguyên nhân giúp loại bê tông này trở nên ưu việt. Vào năm 2023, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) (Mỹ) phụ trách đã phát hiện ra rằng kỹ thuật dùng để trộn bê tông pozzolanic cũng khác biệt so với cách làm bê tông ngày nay.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu cẩn thận các mẫu bê tông La Mã 2.000 năm tuổi từ địa điểm khảo cổ Privernum (Ý). Các mẫu này được quan sát bằng kính hiển vi điện tử và bằng nhiều kỹ thuật hiện đại để tìm cho ra kết quả phân tích chính xác.

Trước đây, các nhà khoa học cho rằng người La Mã sử dụng vôi tôi để tạo ra bê tông pozzolanic. Đầu tiên, đá vôi được nung ở nhiệt độ cao để tạo ra một chất có tính phản ứng cao gọi là vôi sống hay canxi oxit. Trộn vôi sống với nước sẽ cho ra vôi tôi hoặc canxi hydroxit – một loại chất nhão ít phản ứng và ít ăn mòn hơn. Theo lý thuyết, chính loại vôi tôi này đã được người La Mã cổ đại trộn với pozzolana.

Dựa trên phân tích của các nhà khoa học MIT, các mảng vôi trong mẫu nghiên cứu của họ không phù hợp với phương pháp này. Nói đúng hơn, bê tông La Mã có lẽ được tạo ra bằng cách trộn trực tiếp vôi sống với pozzolana và nước ở nhiệt độ cực cao, hoặc trộn thêm với vôi tôi.

"Đầu tiên, khi nhiệt độ cao, quá trình làm bê tông sẽ tạo ra các chất hóa học không thể có được nếu bạn chỉ sử dụng vôi tôi. Thứ hai, nhiệt độ tăng này làm giảm đáng kể tốc độ quá trình đông kết, cho phép quá trình xây dựng diễn ra nhanh hơn nhiều” – nhà khoa học vật liệu Admir Masic cho biết.

Khả năng tự phục hồi

Theo các nhà khoa học, ngoài việc đẩy nhanh quá trình xây dựng, bê tông pozzolanic còn có khả năng tự phục hồi đáng kinh ngạc.

Một khối bê tông cổ ở Rome (Ý). Ảnh: SCIENCE ALERT

Khi các vết nứt hình thành trong bê tông, chúng ưu tiên di chuyển đến các lớp vôi, nơi có diện tích bề mặt cao hơn các phần khác trong bê tông. Khi nước lọt vào vết nứt, nó phản ứng với vôi tạo thành dung dịch giàu canxi, khô và cứng lại như canxi cacbonat, hàn vết nứt lại với nhau và ngăn không cho lan rộng thêm.

Điều này cũng được chứng minh khi các nhà khoa học khảo sát cấu trúc công trình Lăng mộ Caecilia Metella. Tại đây, các vết nứt trên bê tông được lấp đầy bằng canxit. Điều này cũng có thể giải thích tại sao bê tông La Mã từ các đê biển được xây dựng cách đây 2.000 năm vẫn tồn tại nguyên vẹn qua nhiều thiên niên kỷ, bất chấp việc sóng biển liên tục tác động.

Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện thí nghiệm đối chứng. Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu chế tạo bê tông pozzolanic từ các công thức sử dụng vôi sống. Họ cũng chế tạo bê tông đối chứng không có vôi sống. Sau đó, các nhà khoa học tạo vết nứt trên bê tông. Sau 2 tuần, các nhà khoa học nhận thấy bê tông pozzolanic lành các vết nứt hoàn toàn, trong khi bê tông đối chứng vẫn bị nứt.

KHOA ĐIỀM