Giải mã bí mật bê tông siêu chắc thời La Mã cổ đại

Hiện nay các kỹ sư đang bắt đầu tìm hiểu tại sao bê tông của người La Mã cổ đại lại mang những đặc tính độc đáo đến vậy.

Bê tông để xây dựng nhiều tòa nhà và tượng đài trong thành Rome được tạo từ hỗn hợp đá vôi, cát và đá núi lửa. Các tòa nhà và công trình kiến trúc của La Mã cổ đại, một trong những công trình ngoạn mục nhất trên thế giới, vẫn có thể đứng vững sau khi phải chịu không biết bao nhiêu tác động hóa học và vật lý trong suốt 2.000 năm qua.

Đấu trường Colosseum là một trong những công trình ấn tượng của người La Mã cổ đại còn tn tại đến ngày nay. (Ảnh: BigStockPhoto)

Nghiên cứu trước đây đã phát hiện được rằng bê tông của người La Ma bền vững hơn nhiều so với bê tông hiện đại vốn chỉ có thể tn tại trong khoảng 120 năm.

Người ta đã biết rằng cát núi lửa sử dụng trong bê tông và vữa vôi La Mã đã giúp những tòa nhà của họ tn tại lâu đến vậy. Giờ đây, nghiên cứu mới đây của một nhóm các kỹ sư và nhà nghiên cứu đã tìm ra công thức chính xác giúp bê tông La Mã có khả năng tn tại lâu dài hơn bê tông ngày nay.

Sử dụng công thức cổ xưa của kiến trúc sư người La Mã Vitruvius, các nhà nghiên cứu đã tạo nên một hỗn hợp vữa và để nó đông chắc lại trong vòng 6 tháng. Khi quan sát bằng kính hiển vi, họ phát hiện những đám khoáng chất dày đặc đang hình thành trong quá trình trộn vữa của người La Mã. Những tinh thể strätlingite (xi măng), hình thành bởi cát núi lửa khi nó hòa trộn với đá vôi, đã giúp ngăn chặn các vết nứt phát triển rộng hơn bằng cách gia cố thêm cho vùng tiếp giáp giữa các bề mặt, vốn là những liên kết yếu bên trong khối bê tông.

Hình ảnh phóng đại của một mảnh bê tông La Mã gm đá vôi, cát núi lửa và đá. ( Wikimedia Commons)

Phương pháp này không chỉ giúp bê tông tn tại lâu hơn mà còn không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường trong quá trình sản xuất, bởi hỗn hợp chỉ cần nung đến 900 độ C (thay vì 1.450 độ C như bê tông hiện đại).

“Bền chắc hơn, tuổi thọ cao hơn, sử dụng ít nhiên liệu và thải ít khí cacbon vào khí quyển, đây có thể là di sản về cách thức chế tạo loại xi măng độc nhất vô nhị của người La Mã”, trang Ancient Origins nhận xét. Theo nghiên cứu mới đây, việc nung nóng đá vôi để sản xuất 19 tỷ tấn xi măng Portland hằng năm chiếm 7% lượng khí cacbon con người thải vào bầu khí quyển.

Trần nhà bên trong đền Pantheon, làm hoàn toàn từ bê tông La Mã. (Ảnh: Giulio Menna / flickr)

Rome nằm giữa 2 vùng núi lửa, Monti Sabatini ở phía Bắc và Alban Hills ở phía Nam. Khi trở thành Hoàng đế đầu tiên của La Mã vào năm 27, Vua Augustus đã khởi xướng một chiến dịch xây dựng. Sau khi những người thợ tạo nên hỗn hợp vữa bằng cách dùng tro Pozzolonic từ dòng chảy tro Pozzolane Rosse của Alban Hills, Vua Augustus đã ra sắc lệnh tuyên bố vữa Pozzolonic trở thành vật liệu tiêu chuẩn để xây dựng các công trình của La Mã. Kiến trúc sư La Mã phát hiện, loại vữa này cải tiến đáng kể biên độ an toàn cho các công trình, ngày càng được họ thiết kế táo bạo hơn.

Ứng dụng đầu tiên có thể kể đến là đền Pantheon, một công trình kiến trúc mái vòm cao hơn 42 m bằng bê tông được xây dựng vào khoảng thế kỷ 2 SCN.

Đền Pantheon là một công trình bê tông lớn đã tn tại qua gần 2.000 năm. (Ảnh: BigStockPhoto)

“Cấu tạo toàn bộ bằng bê tông mà không được gia cố bằng khung thép, không có bất kỳ kỹ sư nào hiện nay dám xây dựng một công trình như vậy”, David Moore, tác giả của cuốn The Roman Pantheon: The Triumph of Concrete (tạm dịch: Đền Pantheon La Mã: Thành tựu của bê tông) nói. ‘Các kỹ thuật hiện đại không cho phép một trò đùa tai hại như vậy,’” trang Smithsonian.com nói.