Gần hai thiên niên kỷ sau thời kỳ đỉnh cao của Đế chế La Mã, một số công trình thời đó vẫn còn trụ vững. Những kỳ quan vượt qua thách thức của thời gian như đền Pantheon ở Rome; cầu dẫn nước La Mã ở Segovia, Tây Ban Nha, nhà tắm La Mã ở Anh. Tuổi thọ của các công trình này phần lớn nhờ sử dụng bê tông La Mã. Theo Live Science, giới nghiên cứu vẫn đang tìm hiểu chính xác quá trình tạo ra bê tông La Mã, nhưng họ có một số manh mối, bao gồm nhiều thành phần của nó và khả năng tự phục hồi khi trời mưa.
Bê tông hiện đại bắt đầu với xi măng. Một thành phần chính trong xi măng là đá vôi trầm tích, chủ yếu cấu tạo từ canxi cacbonat, hợp chất cũng tìm thấy trong tự nhiên như trong vỏ trứng và vỏ sò. Đá vôi được trộn với vật liệu khác như đất sét, sau đó nung trong lò ở 1.482 độ C để tạo ra vật liệu gọi là clinker. Nghiền clinker cũng như một số chất phụ gia thành bột mịn sẽ tạo ra xi măng. Loại xi măng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay gọi là xi măng Portland. Tùy theo môi trường, công trình xây từ xi măng Portland có tuổi thọ từ 75 đến 100 năm.
Bê tông La Mã là một hỗn hợp độc đáo. Theo Kevin Dicus, phó giáo sư ngành cổ điển học tại Đại học Oregon, người La Mã sử dụng bê tông từ thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Bí mật đằng sau bê tông La Mã đến từ cả thành phần và phương pháp trộn, trong đó vật liệu quan trọng nhất là pozzolan hay tro núi lửa. Người La Mã sử dụng tro từ các lớp núi lửa ở thành phố Pozzuoli, Italy và vận chuyển khắp đế chế. Silic dioxide và nhôm oxit trong tro phản ứng với vôi và nước trong phản ứng ở nhiệt độ môi trường, tạo ra loại bê tông bền hơn. Pozzolan cũng được sử dụng để làm xi măng thủy lực, có thể cứng lại dưới nước.
Thành phần quan trọng khác là các mảnh vôi sống, giúp mang lại khả năng tự phục hồi cho bê tông La Mã. Bê tông bị phong hóa và yếu đi theo thời gian, nhưng nước có thể thâm nhập vào vết nứt và tiếp cận mảnh vôi. Khi phản ứng với nước, mảnh vôi tạo ra tinh thể gọi là canxit lấp đầy vết nứt. Theo cách này, bê tông La Mã có thể tự phục hồi. Ví dụ, lăng mộ Caecilia Metella 2.000 năm tuổi gần Rome có nhiều vết nứt được lấp đầy bằng canxit, cho thấy tại thời điểm nào đó, nước đã kích hoạt mảnh vôi trong bê tông dùng để xây công trình.
Một nhóm nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massacusetts (MIT) minh họa tác động của mảnh vôi trong nghiên cứu năm 2023. Họ phân tích bê tông La Mã bằng kính hiển vi điện tử quét, tia X để tìm hiểu quá trình chế tạo và điều gì khiến nó cứng chắc.
Người La Mã sử dụng phương pháp được gọi là trộn nóng, bao gồm kết hợp vôi sống với pozzolan, nước và thành phần khác, sau đó nung nóng. Nhóm nghiên cứu MIT phát hiện phương pháp này giúp tận dụng khả năng tự phục hồi của mảnh vôi, có thể dẫn đến đông kết nhanh hơn so với xi măng làm từ hỗn hợp vôi sống - nước gọi là vôi tôi thời nay.
Trong quy trình trộn hiện tại, xi măng Portland không hình thành mảnh vôi. Clinker sản xuất trong lò được nghiền thành bột mịn, phá hủy tất cả mảnh vôi tiềm năng. Ngược lại, khi người La Mã có thể đã trộn nóng vôi sống, tro và nước, khiến mảnh vôi vẫn tồn tại như những vật thể nhỏ trong xi măng.
An Khang (Tổng hợp)