Giải mã bí mật đặc biệt giúp kiến trúc La Mã trường tồn suốt hàng nghìn năm

Nghiên cứu mới của nhóm các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT-Mỹ) được công bố trên tạp chí Nature Communications đã đưa ra lời giải thích thuyết phục cho câu hỏi kéo dài hàng thập niên về lý do tại sao các công trình La Mã vẫn đứng vững qua hàng nghìn năm, trong khi bê tông hiện đại thường xuống cấp chỉ sau vài thập niên.

Theo trang ScienceAlert, mấu chốt của nghiên cứu này nằm tại một địa điểm khảo cổ với niên đại gần 2.000 năm ở Pompeii (Ý) – thành phố đã bị chôn vùi bởi thảm họa núi lửa Vesuvius vào năm 79. Tại đây, các nhà nghiên cứu tìm thấy một công trường xây dựng dang dở, khắc họa trọn vẹn quy trình thi công thời bấy giờ. Cụ thể, khu vực này vẫn còn những bức tường chưa hoàn thiện, các đống vật liệu khô trộn sẵn cùng công cụ cân đo nằm nguyên tại chỗ.

Chính từ việc phân tích những đống vật liệu thô sơ này, nhóm nghiên cứu phát hiện người La Mã đã sử dụng một kỹ thuật gọi là trộn nóng. Khác với phương pháp sử dụng vôi tôi truyền thống hay còn gọi là trộn nước, kỹ thuật này sử dụng thêm tro núi lửa vào quá trình để trộn, tạo nên vữa pozzolan. Quá trình này sẽ tạo ra phản ứng hóa học sinh nhiệt cực lớn. Nhiệt độ cao sẽ giúp hình thành các hạt màu trắng gọi là vôi cục.

Trước đây, sự hiện diện của các vôi cục này thường bị coi là dấu hiệu của việc trộn ẩu. Tuy nhiên, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng chính là chìa khóa để bê tông có khả năng tự chữa lành.

Khi bê tông nứt do tác động môi trường, nước sẽ xâm nhập vào vết nứt và phản ứng với các vôi cục, tạo thành dung dịch giàu canxi. Dung dịch này nhanh chóng kết tinh lại thành canxi cacbonat, lấp đầy và hàn gắn vết nứt, ngăn chặn sự phá hủy cấu trúc.

Chia sẻ về phát hiện này với Reuters, ông Admir Masic, giáo sư tại MIT cũng là trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu trên thực sự mang lại cho tôi cảm giác như được du hành ngược thời gian và đang đứng cạnh những người thợ khi họ trộn và đổ bê tông”. Ông nhấn mạnh rằng không giống các công trình đã hoàn thiện trải qua nhiều thế kỷ tu sửa, địa điểm này cung cấp một bức tranh chân thực về quy trình kỹ thuật ngay tại thời điểm thi công.

Phát hiện này cũng giúp lý giải vì sao ghi chép của kiến trúc sư La Mã Vitruvius vào thế kỷ 1 TCN khác với bằng chứng khảo cổ. Theo ông Vitruvius mô tả, quá trình xây dựng sử dụng vôi tôi, nhưng các mẫu vật tại Pompeii cho thấy kỹ thuật trộn nóng mới hơn đã được áp dụng phổ biến vào thời điểm công trình này được xây dựng.

Giáo sư Masic cho rằng sự tiến bộ này giống như bước nhảy vọt từ điện thoại quay số thập niên 1920 lên điện thoại thông minh ngày nay. Chính sự cải tiến này đã cho phép người La Mã công nghiệp hóa bê tông, xây dựng các bến cảng chịu nước và những mái vòm khổng lồ không cần cốt thép.

Trong bối cảnh ngành xây dựng hiện nay, các loại bê tông hiện đại sản xuất thường tốn kém năng lượng và thiếu khả năng tự phục hồi. Vì vậy, việc “tái tạo tự chữa lành” của vữa pozzolan mang lại ý nghĩa rất lớn. Giáo sư Masic khẳng định nhóm nghiên cứu không muốn sao chép hoàn toàn bê tông La Mã, nhưng muốn ứng dụng nguyên lý tự tái tạo của nó. Việc áp dụng kiến thức này có thể tạo ra thế hệ bê tông mới bền bỉ hơn, giảm thiểu khí thải carbon và chi phí bảo trì cho cơ sở hạ tầng toàn cầu.