Giải bí kíp bê tông siêu chắc thời La Mã cổ đại

Công thức tạo ra bê tông siêu bền thời La Mã đã được hé lộ, giúp nhân loại phần nào lý giải được sức trường tồn của các công trình cổ đại. 

Theo kết quả nghiên cứu của các chuyên gia Mỹ, Italy, mẫu bê tông lấy từ đê chắn sóng ở vịnh Pozzuoli, nằm phía Bắc vịnh Naples có từ năm 37 trước Công nguyên có thể tạo ra cuộc cách mạng kiến trúc hiện đại. Bởi lẽ công trình này vẫn còn khá nguyên vẹn sau các trận động đất, bị va đập mạnh bởi sóng biển trong thời gian dài.

Trong những tài liệu lịch sử về kết cấu bê tông cổ đại, nó từng xuất hiện trong các tác phẩm của học giả nổi tiếng người La Mã Pliny the Elder. Người này sống vào thế kỷ 1 sau Công nguyên. Theo ghi chép của Pliny, kết cấu bê tông hàng hải tốt nhất được làm từ tro núi lửa. Những công trình làm từ vật liệu đó được các chuyên gia tìm thấy ở các khu vực xung quanh vịnh Naples, đặc biệt là gần thị trấn ở Pozzuoli ngày nay.

Các chuyên gia đã phân tích các thành phần khoáng chất có trong lớp xi măng lấy từ đê chắn sóng của vịnh Pozzuoli tại phòng thí nghiệm của UC Berkeley cũng như ở cơ sở Arab Saudi và Đức. Sau thời gian dài “mổ xẻ” mẫu vật trên, nhóm nghiên cứu quốc tế đã khám phá ra bí mật về độ bền, siêu chắc tồn tại hàng nghìn năm của bê tông thời La Mã. Họ phát hiện ra những người La Mã làm bê tông bằng cách trộn đá vôi với đá núi lửa để tạo thành một hỗn hợp vữa xây nên các công trình.

Để xây dựng các công trình dưới nước, người La Mã dùng hỗn hợp vôi và tro núi lửa hòa quyện vào nhau. Sau đó, người ta đem hỗn hợp vữa đó trộn thêm đá núi lửa và cho vào khuôn gỗ. Nước biển sẽ tiếp xúc với khuôn gỗ trên gây ra một phản ứng hóa học. Thông qua đó, các thành phần trong kết cấu tạo ra phản ứng kết nối với nhau và khiến cho chúng vững chắc hơn. Cuối cùng nó tạo ra hợp chất canxi nhôm silicat-hydrat (C-A-S-H) siêu chắc và có độ bền cao.

Nếu đem nó so sánh với xi măng Portland (mẫu bê tông phổ biến nhất hiện nay) thì cho ra kết quả ấn tượng. Loại xi măng hiện đại thiếu nguyên liệu là vôi và tro núi lửa được sử dụng vào khoảng hai thế kỷ. Các công trình sử dụng nguyên liệu đó thường có tuổi thọ tối đa là 50 năm.

Ngoài ra, con người sản xuất xi măng Portland tạo ra một số số lượng khá lớn khí carbon dioxide, một trong những loại khí nguy hiểm nhất đối với sức khỏe của con người. Chất này thường được gọi là khí nhà kính.

Giáo sư Paulo Monteiro chuyên về công nghệ và môi trường công tác tại Đại học California chính là người đứng đầu nhóm nghiên cứu về dự án phân tích kết cấu bê tông của người La Mã cho biết rằng, hiện con người sản xuất 19 tỷ tấn xi măng Portland hàng năm. Điều đó đồng nghĩa với việc chúng thải ra 7% khí độc carbon dioxide vào bầu khí quyển.

Được xây dựng vào thế kỷ thứ 2, Pantheon ở Rome là mái vòm bê tông lớn nhất trên thế giới chưa từng được trùng tu lại lần nào kể từ khi xây dựng cho đến nay.

Kết cấu bê tông của người La Mã không chỉ bền hơn so với xi măng Portland mà nó còn dễ sản xuất. Cụ thể, sản xuất xi măng Portland cần lượng lớn carbon trong quá trình đốt nhiên liệu để nung chảy hỗn hợp đá vôi và đất sét lên đến 1.450 độ C (2.642 độ F) cũng như làm nóng chất canxi cacbonat. Trong khi đó, bê tông của người La Mã sử dụng ít vôi hơn và chỉ cần nung đá vôi ở nhiệt độ 900 độ C (1652 độ F) hoặc thấp hơn. Chính vì vậy, nó cần ít nhiên liệu hơn để sản xuất ra loại bê tông siêu bền.

Nhờ những kết quả quan trọng này, nó giúp công ty sản xuất bê tông hiện đại thực hiện quy trình hiện đại hơn cũng như sử dụng những nguyên liệu thân thiện với môi trường thay thế một phần cho xi măng Portland. Họ bắt đầu sử dụng tro núi lửa hoặc tro bay từ các nhà máy điện sử dụng than.

Ông Monteiro và các đồng nghiệp của mình cũng cho biết, sản xuất bê tông theo phương pháp của người La Mã cổ đại không chỉ bền hơn mà còn tạo ra ít khí độc carbon dioxide.

Ông Monteiro ước tính rằng, chất pozzolan (nó là một vật liệu mà khi kết hợp với canxi hiđroxit thì tạo thành hợp chất có tính chất xi măng) có thể dễ dàng tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới. Chúng có đủ khả năng thay thế 40% nhu cầu sử dụng xi măng Portland như hiện nay.

"Các nhà xây dựng La Mã cổ đại đã tạo ra loại bê tông bền hơn so với những gì mà con người hiện đại sử dụng. Chính vì vậy, họ để lại cho chúng ta tài sản vô cùng quý giá và có giá trị vượt thời gian. Nó tạo nên cuộc cách mạng kiến trúc hiện đại. Từ đó, con người có thể tạo ra những công trình bền mãi theo thời gian”, ông Monteiro cho hay.