Vì sao các công trình kiến trúc La Mã cổ đại có khả năng "tự phục hồi"?

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Mỹ tin rằng, họ đã khám phá ra bí ẩn về độ bền của cấu trúc 2.000 năm tuổi chính là nhờ vào bê tông tự phục hồi.

Các nhà nghiên cứu, người có phát hiện được công bố trên ấn bản mới nhất của tạp chí Science Advances cho biết bí mật nằm ở thành phần của bê tông cổ đại được sử dụng bởi người La Mã. Chi tiết này đã bị bỏ qua ở một số nghiên cứu trước đây trong quá khứ.

Độ bền của bê tông được người La Mã thường sử dụng tới từ tro núi lửa Pozzuoli trên Vịnh Naples, được vận chuyển qua đế chế La Mã để xây dựng.

Nhưng các nhà nghiên cứu tập trung sự chú ý của họ vào một thành phần khác của hỗn hợp bê tông cổ đại, những khối nhỏ màu trắng được gọi là "vôi vụn".

Vì sao các công trình kiến trúc La Mã cổ đại có khả năng "tự phục hồi"?

Admir Masic, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường của MIT, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Kể từ lần đầu tiên tôi bắt đầu làm việc với bê tông La Mã cổ đại, tôi đã luôn bị mê hoặc bởi những đặc điểm này. Những thứ này không được tìm thấy trong các công thức bê tông hiện đại, vậy tại sao chúng lại có mặt trong những vật liệu cổ xưa này?"

Các nhà nghiên cứu trước đó cho biết các lớp vôi được cho là kết quả của "việc trộn cẩu thả" hoặc nguyên liệu thô kém chất lượng. Nhưng trên thực tế, chúng là thứ mang lại cho bê tông cổ đại một khả năng tự phục hồi trước đây chưa được công nhận.

Masic cho biết: "Ý tưởng rằng sự hiện diện của những cục vôi này chỉ đơn giản là do việc kiểm soát sản xuất không tốt luôn khiến tôi băn khoăn. Nếu người La Mã đã nỗ lực rất nhiều để tạo ra một loại vật liệu xây dựng vượt trội, thì tại sao họ lại không bỏ công để đảm bảo sản xuất ra một sản phẩm cuối cùng được trộn đều?"

Đối với nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các mẫu bê tông La Mã 2.000 năm tuổi từ vữa xây tường thành ở Privernum, Ý.

Họ phát hiện ra rằng một quá trình được gọi là "trộn nóng" là thứ đã mang lại cho bê tông "bản chất siêu bền", trong đó người La Mã trộn vôi sống với nước và tro núi lửa ở nhiệt độ cao.

Masic nói: "Có hai lợi ích từ việc trộn nóng. Đầu tiên, khi toàn bộ bê tông được nung nóng ở nhiệt độ cao, nó tạo ra các chất hóa học không thể có nếu chỉ sử dụng vôi tôi. Từ đó, tạo ra các hợp chất liên quan đến nhiệt độ cao mà không thể hình thành.

Thứ hai, nhiệt độ cao này làm giảm đáng kể thời gian bảo dưỡng và đông kết vì tất cả các phản ứng đều được tăng tốc, cho phép xây dựng nhanh hơn nhiều".

Theo nhóm nghiên cứu, bao gồm cả các nhà khoa học từ Thụy Sĩ và Ý, chính những lớp vôi này đã mang lại cho bê tông cổ "chức năng tự phục hồi". Các vết nứt nhỏ trên bê tông sẽ có xu hướng di chuyển qua các lớp vôi có diện tích bề mặt cao và khi tiếp xúc với nước, sẽ kết tinh lại thành canxi cacbonat, lấp đầy vết nứt gần giống như keo.

"Những phản ứng này diễn ra một cách tự phát và do đó tự động hàn gắn các vết nứt trước khi chúng lan rộng", các nhà nghiên cứu cho hay.