Nghiên cứu làm sáng tỏ thành phần bí ẩn giúp các công trình La Mã cổ đại có thể đứng vững hàng nghìn năm

08/01/2023 - Lượt xem: 446

Các công trình hùng vĩ tồn tại hàng thiên niên kỷ của La Mã cổ đại đã minh chứng cho sự khéo léo của các kỹ sư thời đó, những người đã hoàn thiện kỹ thuật sử dụng bê tông.

Nhưng làm thế nào mà vật liệu xây dựng đã giúp cho những tòa nhà khổng lồ như Pantheon (có mái vòm không được gia cố lớn nhất thế giới) và Đấu trường La Mã đứng vững trong hơn 2.000 năm?

Các nhà khoa học đã phát hiện ra thành phần bí ẩn cho phép người La Mã xây dựng các công trình bền vững hàng nghìn năm. (Ảnh: Pixabay)

Trong nhiều trường hợp, bê tông La Mã đã được chứng minh là tồn tại lâu hơn so với bê tông hiện đại, thứ có thể xuống cấp trong vòng vài thập kỷ.

Theo CNN, giờ đây, các nhà khoa học đứng sau một nghiên cứu mới cho biết họ đã phát hiện ra thành phần bí ẩn cho phép người La Mã chế tạo ra vật liệu xây dựng bền bỉ như vậy và xây dựng được các công trình phức tạp ở những nơi khó khăn như bến cảng, cống rãnh và khu vực động đất.

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

Họ phát hiện ra rằng các khối màu trắng trong bê tông, hay còn gọi là các cục vôi, đã giúp bê tông có khả năng hàn gắn các vết nứt hình thành theo thời gian. Trước đây, các khối này đã bị bỏ qua và bị coi như kết quả của việc trộn cẩu thả hoặc nguyên liệu kém chất lượng.

Tác giả nghiên cứu Admir Masic, phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết:

"Đối với tôi, thật khó để tin rằng (các kỹ sư) La Mã cổ đại sẽ không làm tốt công việc vì họ thực sự đã cố gắng cẩn thận khi lựa chọn và xử lý vật liệu".

Masic nói thêm: “Các học giả đã viết ra các công thức chính xác và áp dụng chúng cho các công trường xây dựng (trên khắp Đế chế La Mã)”.

Phát hiện mới có thể giúp bê tông được sản xuất ngày nay bền vững hơn, có khả năng tạo ra thay đổi căn bản trong toàn xã hội như người La Mã đã từng làm.

Masic nói: “Bê tông cho phép người La Mã có một cuộc cách mạng kiến ​​trúc. Người La Mã đã có thể tạo ra và biến các thành phố thành một thứ gì đó 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”.

Đấu trường La Mã tại Ý được xây dựng vào năm 70 và 72 sau công nguyên. Đây là đấu trường lớn nhất thủ đô Rome, trong quá khứ nó có thế chứa đến 50,000 khán giả. (Ảnh: Wikipedia)

Tại sao các cục vôi lại có thể gia tăng độ bền của bê tông?

Bê tông thực chất là đá hoặc đá nhân tạo, được hình thành bằng cách trộn xi măng, một chất kết dính 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).

Masic cho biết, các văn bản La Mã đã đề xuất việc sử dụng vôi tôi (vôi sống đã kết hợp với nước trước khi trộn) trong chất kết dính, và đó là lý do tại sao các học giả cho rằng đây là cách bê tông La Mã được tạo ra.

Tuy nhiên, với 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 có khả năng phản ứng mạnh với nước và tạo ra nhiệt độ nguy hiểm - khi trộn bê tông, chứ không phải vôi tôi.

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

Masic cho biết trong một thông cáo báo chí: “Lợi ích của việc trộn nóng gồm hai phần. 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 bạn chỉ sử dụng vôi tôi... Thứ hai, nhiệt độ cao làm giảm đáng kể quá trình bảo dưỡng và đông kết vì tất cả các phản ứng đều được tăng tốc, cho phép xây dựng nhanh hơn nhiều”.

Để điều tra xem liệu các lớp vôi có phải là nguyên nhân khiến bê tông La Mã có khả năng tự sửa chữa hay không, nhóm 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, và cố tình làm nứt chúng. Sau hai tuần, nước không thể chảy qua bê tông được làm theo công thức của người La Mã, trong khi nó chảy thẳng qua khối bê tông được làm theo công thức hiện đại không có vôi sống.

Phát hiện của họ cho thấy các cục vôi có thể hòa tan vào các vết nứt và kết tinh lại sau khi tiếp xúc với nước, chữa lành các vết nứt do thời tiết tạo ra trước khi chúng lan rộng. Các nhà nghiên cứu cho biết tiềm năng tự phục hồi này có thể mở đường cho việc sản xuất bê tông hiện đại bền vững hơn. Theo nghiên cứu, một động thái như vậy cũng sẽ làm giảm lượng khí thải carbon của bê tông đang chiếm tới 8% lượng khí thải nhà kính toàn cầu .

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. Loại tro này đã được vận chuyển qua đế chế La Mã rộng lớn để sử dụng trong xây dựng, và được các kiến ​​trúc sư và nhà sử học thời bấy giờ mô tả là thành phần chính để sản xuất bê tông.

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

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.

Nguồn: NTD