Gần hai thiên niên kỷ sau thời kỳ cực thịnh của Đế chế La Mã, nhiều công trình như đền Pantheon ở Rome, hệ thống dẫn nước tại Segovia (Tây Ban Nha) hay các nhà tắm La Mã ở Anh vẫn sừng sững. Điểm chung là chúng được xây bằng bê tông La Mã – loại vật liệu được xem là bí quyết giúp đế chế này để lại những công trình trường tồn.
Bê tông hiện đại và tuổi thọ hạn chế
Bê tông hiện đại bắt đầu từ xi măng, chủ yếu là xi măng Portland, được sản xuất bằng cách nung đá vôi và đất sét ở 1.482°C tạo thành clinker. Theo bà Somayeh Nassiri, Phó giáo sư Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường tại Đại học California, Davis, các công trình dùng xi măng Portland thường có tuổi thọ khoảng 75-100 năm, tùy điều kiện môi trường.
Vật liệu giống bê tông đã xuất hiện từ thời đồ đá, nhưng bê tông La Mã mới là bước đột phá. Kevin Dicus, Phó giáo sư Khảo cổ học tại Đại học Oregon, nhận định: “Bê tông đã xây dựng nên cả một đế chế”. Người La Mã sử dụng loại bê tông này từ khoảng thế kỷ III trước Công nguyên.
Bí mật nằm ở tro núi lửa và mảnh vôi
Theo Dicus, yếu tố tạo nên khác biệt lớn nhất là pozzolan – tro núi lửa từ Pozzuoli (Italy). Tro chứa nhiều silica và alumina, khi kết hợp với vôi và nước tạo phản ứng hóa học giúp bê tông cứng hơn, bền hơn và có thể đông cứng dưới nước.
Thành phần đặc biệt nhất là những mảnh vôi sống nhỏ còn sót lại. Khi bê tông nứt, nước mưa thấm vào, các mảnh vôi phản ứng tạo tinh thể canxit lấp đầy khe nứt, giúp bê tông tự phục hồi. Ví dụ điển hình là Lăng mộ Caecilia Metella gần Rome, nơi các nhà nghiên cứu phát hiện nhiều vết nứt đã được lấp đầy bằng canxit.
Kỹ thuật trộn nóng của người La Mã
Năm 2023, nhóm nghiên cứu tại MIT công bố trên tạp chí Science Advances, sử dụng kính hiển vi điện tử và phân tích tia X. Họ phát hiện người La Mã dùng kỹ thuật trộn nóng: trộn trực tiếp vôi sống, tro núi lửa và nước ở nhiệt độ cao, giữ lại các mảnh vôi nhỏ – yếu tố tạo khả năng tự phục hồi. Ngược lại, quy trình sản xuất xi măng Portland nghiền clinker thành bột mịn, khiến các hạt vôi biến mất, nên bê tông hiện đại không thể tự hàn gắn.
Bí mật chưa được giải mã hoàn toàn
Các nhà khoa học cho rằng vẫn còn nhiều điều chưa biết. Bà Somayeh Nassiri cho biết: “Chúng tôi vẫn đang khám phá cách họ trộn và chuẩn bị vật liệu”. Ông Kevin Dicus đặt câu hỏi: “Đây chỉ là một sự trùng hợp may mắn, hay người La Mã thực sự hiểu rõ những gì họ đang làm?”
Dù câu trả lời là gì, kết quả vẫn hiện hữu. Ông Dicus nói: “Bức tường này đã 2.000 năm tuổi và vẫn cứng chắc như ngày đầu tiên được đổ”. Những bức tường ấy là nguồn cảm hứng để nghiên cứu loại bê tông bền vững hơn, kéo dài tuổi thọ công trình và giảm phát thải.
