Người La Mã cổ đại được coi là những nhà xây dựng và kỹ sư bậc thầy. Một trong những ví dụ nổi tiếng nhất là cống dẫn nước của các thành phố La Mã, vẫn còn hoạt động cho đến ngày nay.
Theo đó, những kiệt tác kiến trúc này được thực hiện dựa trên một loại vật liệu xây dựng độc đáo có tên là bê tông pozzolanic, được đặt tên theo thành phố Pozzuoli của Ý. Đây là vật liệu đã mang lại cho các công trình La Mã độ bền đáng kinh ngạc qua hàng nghìn năm. Có thể kể đến Patheeon, nhà thờ bê tông không cốt thép lớn nhất thế giới vẫn còn nguyên vẹn sau gần 2000 năm.
Bê tông Pozzolanic được cho là “bí quyết” đằng sau giúp các công trình do người La Mã cổ đại xây dựng vẫn trường tồn qua hàng nghìn năm. Ảnh: Internet
Các đặc tính của bê tông pozzolanic thường được quy cho các thành phần của nó: pozzolana, tức là hỗn hợp tro núi lửa và vôi. Khi trộn với nước, hai vật liệu này có thể phản ứng để tạo thành bê tông bền chắc. Tuy nhiên, bí mật đằng sau bê tông pozzolanic của người La Mã không chỉ dừng lại ở thành phần cấu tạo. Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đứng đầu đã phát hiện ra rằng bê tông pozzolanic có các đặc tính tuyệt vời nhờ kỹ thuật được sử dụng để trộn chúng.
Ví dụ, có thể tìm thấy những khối vôi nhỏ, màu trắng trong bê tông trộn đều. Sự hiện diện của các khối này trước đây được cho là do trộn bê tông không đạt tiêu chuẩn hoặc thành phần vật liệu kém. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu MIT không đồng ý.
“Nếu người La Mã đã nỗ lực hết sức để tạo ra một vật liệu xây dựng tuyệt vời, tuân theo tất cả các công thức chi tiết đã được tối ưu hóa qua nhiều thế kỷ, tại sao họ không nỗ lực hơn nữa để đảm bảo bê tông được trộn đều?” nhà khoa học vật liệu MIT Admir Masic cho biết.
Bí mật hoàn hảo của người La Mã
Masic và một nhóm do kỹ sư xây dựng Linda Seymour dẫn đầu đã nghiên cứu cẩn thận các mẫu bê tông La Mã 2.000 năm tuổi từ địa điểm khảo cổ Privernum ở Ý.
Một trong những câu hỏi đến từ cách sử dụng vôi. Giải thích tiêu chuẩn của bê tông pozzolanic là nó sử dụng vôi tôi. Đầu tiên, đá vôi được nung ở nhiệt độ cao để tạo ra một loại bột ăn da có tính phản ứng cao được gọi là vôi sống, hay canxi oxit. Trộn vôi sống với nước tạo ra vôi tôi, hoặc canxi hydroxit: một loại bột nhão ít phản ứng hơn. Về lý thuyết, chính loại vôi tôi này được cho là đã được người La Mã cổ đại sử dụng để trộn với pozzolana.
Tuy nhiên, dựa trên phân tích của nhóm, vôi cục trong các mẫu của họ không phù hợp với phương pháp này. Thay vào đó, bê tông La Mã có thể được tạo ra bằng cách trộn trực tiếp vôi sống với pozzolana và nước ở nhiệt độ cực cao, một quy trình mà nhóm gọi là “trộn nóng” dẫn đến vôi vón cục.
“Đầu tiên, khi toàn bộ bê tông được nung nóng ở nhiệt độ cao, nó sẽ tạo ra các chất hóa học không thể có nếu bạn chỉ sử dụng vôi tôi, tạo ra các hợp chất khó hình thành khi gặp nhiệt độ cao. Thứ hai, nhiệt độ tăng lên này làm giảm đáng kể thời gian đóng rắn và đông kết vì tất cả các phản ứng được tăng tốc, cho phép quá trình xây dựng diễn ra nhanh hơn nhiều”, Masic cho biết.
Và nó còn có một lợi ích khác: Các cục vôi mang lại cho bê tông khả năng tự phục hồi vượt trội.
Khi các vết nứt hình thành trong bê tông, chúng ưu tiên di chuyển đến các cục vôi, có diện tích bề mặt cao hơn các hạt khác trong ma trận. Khi nước đi vào vết nứt, nó sẽ phản ứng với vôi để tạo thành dung dịch giàu canxi. Dung dịch này sẽ khô và cứng lại dưới dạng canxi cacbonat, liên kết vết nứt lại với nhau và ngăn vết nứt lan rộng hơn.
Điều này đã được quan sát thấy trong bê tông từ một địa điểm 2.000 năm tuổi khác, Lăng mộ của Caecilia Metella, nơi các vết nứt trên bê tông đã được lấp đầy bằng canxit. Nó cũng có thể giải thích tại sao bê tông La Mã từ đê chắn sóng được xây dựng cách đây 2.000 năm vẫn còn nguyên vẹn trong nhiều thiên niên kỷ, bất chấp sự va đập liên tục của đại dương. Nói một cách đơn giản, càng nhiều mưa gió, bê tông của người La Mã càng chắc chắn và bền bỉ.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm phát hiện của họ bằng cách tạo ra bê tông pozzolanic từ các công thức cổ xưa và hiện đại bằng cách sử dụng vôi sống. Họ cũng tạo ra một loại bê tông được trộn không có vôi và thực hiện các bài kiểm tra vết nứt. Nhờ đó, bê tông làm bằng phương pháp thông thường khi bị nứt vẫn có thể lấp đầy hoàn toàn trong vòng hai tuần. Trong khi đó, những vết nứt trên bê tông không được trộn vôi vẫn còn nguyên.
Được biết, nhóm nghiên cứu hiện đang ấp ủ thương mại hóa loại bê tông dựa trên nền tảng của người La Mã cổ đại, như một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn so với bê tông hiện tại.
Tham khảo Báo khoa học
