Trong nhiều trường hợp, bê tông La Mã tồn tại lâu hơn bê tông hiện đại vốn xuống cấp trong vòng vài thập kỷ. Giờ đây, các nhà nghiên cứu phát hiện thành phần bí ẩn giúp người La Mã tạo ra vật liệu cực bền và xây dựng nhiều công trình công phu ở những vị trí thách thức như bến tàu, ống cống và vùng động đất. Họ công bố nghiên cứu hôm 6/1 trên tạp chí Science Advances.
Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học đến từ Mỹ, Italy và Thụy Sĩ, phân tích mẫu vật bê tông 2.000 năm lấy từ tường của một thành phố ở di chỉ khảo cổ Privernum tại miền trung Italy, tương tự về thành phần với bê tông khác trên khắp đế quốc La Mã. Họ nhận thấy những mẩu màu trắng bên trong bê tông gọi là vụn đá vôi giúp vật liệu có khả năng vá lành vết nứt hình thành theo thời gian. Trước đó, chúng được xem như bằng chứng trộn nhiều nước hoặc vật liệu thô kém chất lượng.
"Đối với tôi, thật khó tin những kỹ sư La Mã cổ đại không làm tốt công việc bởi họ vô cùng cẩn thận khi lựa chọn và xử lý nguyên liệu", tác giả nghiên cứu Admir Masic, phó giáo sư kỹ thuật dân sự và môi trường ở Viện Công nghệ Massachusetts, chia sẻ. "Các học giả viết lại công thức chính xác và ứng dụng ở nhiều công trường xây dựng trên khắp đế quốc La Mã".
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo, được tạo ra bằng cách trộn xi măng, chất kết dính làm từ đá vôi, nước, hạt mịn (như cát hoặc đá nghiền nhỏ) và hạt thô (sỏi). Ghi chép thời La Mã gợi ý sử dụng vôi tôi trong chất kết dính. Đó là lý do giới học giả cho rằng đây là cách sản xuất bê tông La Mã.
Khi tìm hiểu sâu hơn, các nhà nghiên cứu kết luận vụn đá vôi tồn tại do sử dụng vôi sống (canxi oxit), dạng đá vôi khô, nguy hiểm và phản ứng mạnh nhất khi trộn bê tông, thay cho hoặc dùng cùng với vôi tôi. Phân tích kỹ hơn mẫu vật bê tông cho thấy vụn đá vôi hình thành ở nhiệt độ cực hạn thường thấy khi dùng vôi sống, và "trộn nóng" là yếu tố chủ chốt dẫn tới độ bền của bê tông La Mã.
"Trộn nóng có hai lợi ích. Khi bê tông được nung tới nhiệt độ cao, nó cho phép các phản ứng hóa học vốn không thể xảy ra nếu chỉ sử dụng vôi tôi, sản sinh những hợp chất bình thường không thể xuất hiện. Thứ hai, nhiệt độ gia tăng làm giảm đáng kể thời gian vá lành do tất cả phản ứng được đẩy nhanh, nhờ đó quá trình xây dựng diễn ra nhanh hơn nhiều", Masic giải thích.
Để tìm hiểu liệu vụn đá vôi có chịu trách nhiệm cho khả năng tự vá lành của bê tông La Mã, nhóm nghiên cứu tiến hành một thí nghiệm. Họ tạo ra hai mẫu vật bê tông, một theo công thức La Mã và một theo tiêu chuẩn hiện đại, sau đó cố ý làm nứt chúng. Sau hai tuần, nước không thể ngấm qua bê tông làm theo công thức La Mã, trong khi có thể chảy thẳng qua khối bê tông không dùng vôi sống.
Phát hiện của nhóm nghiên cứu cho thấy vụn đá vôi có thể hòa tan trong vết nứt và tái kết tinh sau khi tiếp xúc với nước, vá lành vết nứt trước khi chúng lan rộng. Tiềm năng tự vá lành này có thể mở đường cho việc sản xuất bê tông hiện tại bền vững hơn, giúp giảm lượng khí thải chứa carbon.