Bê tông Lã Mã và bí ẩn về sự trường tồn bền bỉ, ngày càng vững chải theo thời gian
Thợ xây thời Roma cổ đại sở hữu năng lực kỹ thuật về kiến trúc cực kỳ cao, họ chính là tác giả của những cơ sở hạ tầng thiết yếu được xây dựng từ hơn 2000 năm trước và vẫn tồn tại bền bỉ cho đến ngày nay như các con đường, cầu dẫn nước hay các công trình xây dựng.
Vậy, câu hỏi đặt ra ở đây là “Tại sao các công trình bê tông thời Roma cổ đại dù đã trải qua 2000 năm vẫn bền bỉ trường tồn và ngày càng trở nên chắc chắn hơn cùng với thời gian?” Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Viện Công nghệ Massachusett ( Đại học MIT) dẫn đầu đã điều tra bí ẩn này. Người ta phát hiện rằng có một kỹ xảo nào đó trong quá trình chế tạo bê tông.
Với năng lực kỹ thuật kiến trúc cao, loại bê tông mà các thợ xây thời Roma cổ đại sử dụng là bê tông La Mã cổ đại. So với loại bê tông cốt thép phổ biến và được sử dụng rộng rãi ở thời hiện đại, bê tông cổ này có độ bền cao, duy trì tốt kết cấu lên đến 2000 năm, trong khi tuổi thọ của loại bê tông cốt thép hiện tại nhanh chóng xuống cấp và chỉ duy trì tuổi thọ ở mức 50-100 năm.
Dưới đây là hình ảnh đền thờ Pantheon La mã cổ đại.
Công trình này được xây dựng từ năm 118 đến năm 128. Với thiết kế mái vòm được dựng trên nền bê tông La Mã, mặc dù chưa được cải tạo lần nào tính từ thời điểm khởi công xây dựng cách đây 2000 năm về trước nhưng công trình này vẫn nguyên vẹn đến thời điểm hiện tại.
Lịch sử nghiên cứu về bê tông La Mã cho thấy rằng phương pháp trộn tàn tro núi lửa vào nguyên liệu sản xuất đã tạo ra được hợp chất có tính liên kết cao, thúc đẩy phản ứng Pozzolanic, góp phần làm tăng cường độ của khối bê tông tạo thành. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng chứng minh được rằng tận dụng quá trình ăn mòn do nước biển cũng là một trong những phương pháp cải thiện độ cứng của khối bê tông.
Gia tăng độ cứng của bê tông La mã nhờ hiện tượng ăn mòn của nước biển
Mới đây, nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học MIT dẫn đầu đã tiến hành nghiên cứu tập trung về những cục đá vôi nhỏ, gọi là “vỏ vôi” – thứ được tìm thấy trong bê tông La Mã. Ông Admir Masic – giảng viên khoa công nghệ môi trường của Đại học MIT nói rằng: từ khi bắt đầu tìm hiểu về bê tông La Mã, ông luôn bị cuốn hút bởi những đặc trưng của vật liệu này. Ông cũng đặt ra câu hỏi rằng: “Tại sao những cục đá vôi nhỏ đó không hề có trong kết cấu của bê tông thời hiện đại mà nó lại tồn tại trong bê tông La Mã?”
Đến thời điểm hiện tại, người ta quan niệm rằng vỏ vôi chỉ đơn giản là sự kết hợp của nguyên liệu thô nhám hoặc là do sử dụng nguyên liệu chất lượng thấp tạo nên. Tuy nhiên, ông Masic không hoàn toàn đồng tình và vẫn đặt dấu chấm hỏi ở vấn đề đó. Ông nói rằng người La Mã đã nỗ lực rất nhiều để tạo ra loại vật liệu ưu việt với công thức tỉ mỉ được tối ưu hóa qua nhiều thế kỷ thì không lý nào họ lại không trộn nguyên liệu một cách phù hợp, vỏ vôi chắc chắn phải có một ý nghĩa đặc biệt nào đó, và nghiên cứu của ông bắt nguồn từ những vấn đề chưa có lời giải như trên.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích thủ công bê tông mẫu thu thập được từ dấu tích của La Mã Cổ đại bằng kính hiển vi điện tử quét và quang phổ tia X tán sắc năng lượng, phân tích nhiễu xạ tia X, hình ảnh Raman đồng tiêu.
Giả thuyết cho rằng loại vôi được dùng trong bê tông La Mã thời đó là vôi tôi (canxi hydroxit). Tuy nhiên, phân tích vỏ vôi lại cho thấy rằng trong bê tông La Mã có chứa vôi sống, hoặc cả vôi tôi và vôi sống.
Nhóm nghiên cứu cho rằng việc sử dụng vôi sống, thay vì vôi tôi khiến phản ứng phát nhiệt xảy ra và Hot mixing ( trộn nóng ) chính là chìa khóa gia cố và cải thiện độ bền của bê tông La Mã.
Theo ông Masic, hot mixing- trộn nóng có hai ưu điểm. Đầu tiên, việc làm nóng toàn bộ bê tông đến nhiệt độ cao sẽ gây ra các phản ứng hóa học mà nếu chỉ sử dụng vôi tôi thì không thể xảy ra, tạo ra các hợp chất liên quan đến nhiệt độ cao. Tiếp theo, nhiệt độ cao có tác dụng thúc đẩy tất cả các phản ứng, giảm đáng kể thời gian cô đọng, đông kết và thời gian thi công, góp phần mang lại hiệu quả thi công tốt hơn.
Trong quá trình trộn ở nhiệt độ cao, lớp vỏ vôi liên kết thành cấu trúc hạt nano giòn đặc trưng, giúp bê tông La Mã có khả năng tự phục hồi. Người ta nói rằng cấu trúc hạt nano xuyên qua các vết nứt sẽ phản ứng với nước và kết tinh lại dưới dạng canxi cacbonat, lấp đầy các vết nứt và tăng cường độ cho bê tông.
Để tìm hiểu sâu hơn về giả thuyết này, trên thực tế nhóm nghiên cứu đã lần lượt tạo bê tông với hai nguyên liệu: thứ nhất là nguyên liệu được dùng trong bê tông Lã Mã đang được đề cập ở trên và nguyên liệu đang được sử dụng để cấu thành bê tông hiện đại. Cố ý tạo ra vết nứt trên bê tông và đổ nước vào đó, người ta phát hiện được rằng loại bê tông chứa vôi sống trong nguyên liệu có khả năng tự phục hồi và điền đầy các vết nứt trong vòng 2 tuần.
Tiếp thu kết quả của nghiên cứu trên, nhóm nghiên cứu đang nỗ lực để tạo ra sản phẩm bê tông thân thiện với môi trường, thay thế dần cho bê tông hiện đại. Ông Masic chia sẻ ông hi vọng rằng loại bê tông có độ bền cao như thế này không chỉ đơn thuần kéo dài tuổi thọ của các công trình xây dựng mà còn nâng cao hơn nữa độ bền của bê tông in 3D.
Nguồn: GIGAZINE.NET
