Bí ẩn giúp các công trình kiến trúc cổ đại trường tồn qua thời gian

Trong khi các công trình hiện đại chỉ có tuổi thọ từ khoảng 50-100 năm, thì các công trình xây dựng cổ đại lại có thể tồn tại hàng nghìn năm. Có một bí ẩn nào đó với vật liệu hoặc công nghệ đã thôi thúc các nhà khoa học nghiên cứu chúng.

Các nhà khoa học hiện đại đã nghiên cứu, tìm hiểu các vật liệu, nhằm khám phá ra bí ẩn trong kỹ thuật xây dựng của người xưa, giúp các công trình cổ đại trường tồn với thời gian.

Thông qua nghiên cứu bóc tách vật liệu xây dựng từ các công trình cổ đại, các nhà khoa học Mỹ đến từ viện công nghệ Massachusett và đại học Harvard đã phát hiện rằng các thợ xây thời La Mã cổ đại đã thêm vôi sống vào bê tông xây dựng. Hỗn hợp này sẽ tạo ra phản ứng hóa học cực nóng cho ra cặn canxi.

Các nhà khoa học phát hiện ra trong các mẫu bê tông lấy từ các công trình xây dựng từ thời kỳ cổ La Mã có chứa một chất thuộc về đá vôi. Thành phần này giúp bê tông có khả năng hàn gắn các vết nứt theo thời gian mà không cần can thiệp của con người. Nguyên lý hoạt động là nếu các vết nứt hình thành trên công trình, nước có thể thấm vào bê tông. Lúc này nước sẽ “kích hoạt” các khối vôi còn sót lại, tạo các phản ứng hóa học để bổ sung thêm những hỗn hợp mới có thể vá phần hư hỏng.

Đại diện nhóm nghiên cứu nói: “Bê tông đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong kiến trúc cổ đại. Người La Mã có khả năng tạo ra những thành phố kiên cố. Cuộc cách mạng này về cơ bản đã thay đổi hoàn toàn cách sống và sinh hoạt của con người.”

Nhà địa chất Marie Jackson từ Đại học Utah (Mỹ) phát hiện thêm chìa khóa có thể nằm ở những vật liệu núi lửa được người La Mã sử dụng. Cụ thể, các nhóm xây dựng bấy giờ thường thu thập đá núi lửa còn sót lại sau các vụ phun trào để trộn vào bê tông. Vật liệu này có thể phản ứng với một số nguyên tố tự nhiên để bịt kín các vết nứt xuất hiện theo thời gian.

Loại bê tông tạo ra các bức tường biển cổ đại được làm bằng hợp chất bao gồm vôi, nước biển, tro núi lửa và đá. Theo các nhà khoa học cho biết khi vôi sống được trộn với nước sẽ trở thành vôi tôi và có khả năng dùng làm chất kết dính trong xây dựng.

Việc trộn các vật liệu này sẽ tạo ra một phản ứng có tên là ‘possolanic’ – đặt tên theo xã Pozzuoli ở Naples. Đó là phản ứng hóa học khi một vật liệu kết hợp với canxi hydroxit tạo thành hợp chất có tính chất xi măng. Cách tiếp cận này được gọi là “trộn nóng” vì nhiệt sinh ra. Nhiệt độ cao này không chỉ giúp vữa đông kết mà còn làm giảm hàm lượng nước trong và xung quanh các lớp vôi.

Nhóm nghiên cứu cho rằng việc sử dụng hỗn hợp vật liệu này có khả năng giúp bê tông “tự chữa lành” khi hư hại, vì nước thấm vào các vết nứt trên vật liệu sẽ hòa tan canxi cacbonat. Hỗn hợp chất lỏng giàu canxi này phản ứng với vật liệu núi lửa hoặc bằng cách kết tinh lại, giúp bê tông tự phục hồi.

Điều đó góp phần giải thích tại sao có nhiều vết nứt chứa đầy canxi cacbonat được tìm thấy trong bê tông La Mã. Đây cũng là một trong những nguyên do lớn nhất khiến các công trình kiến trúc kỳ vĩ này có thể được bảo quản gần như hoàn hảo trong hàng ngàn năm.

• Trộn vật liệu công trình với nước ép

Một bức tường gạch tại Coban, Honduras. (Ảnh: Wikicommons)

Tại Copan, Honduras, người ta tìm thấy nhiều công trình kiến trúc và đền thờ bằng vôi của người Maya vẫn còn nguyên vẹn ngay cả sau hơn 1.000 năm trong môi trường nóng ẩm. Một nghiên cứu trong năm 2023 của nhóm các nhà khoa học từ Đại học Granada (Tây Ban Nha) cho thấy bí mật đến từ những loài thực vật.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra chiết xuất từ cây chukum và jiote địa phương trong hỗn hợp vôi của người Maya. Khi thử nghiệm công thức, nhóm cho vôi vào nước và thêm “nước ép” từ vỏ cây chukum và jiote. Nhóm nhận thấy thạch cao thu được có độ bền đặc biệt, có thể chống lại các hư hỏng vật lý và hóa học.

Khi phóng to vật liệu, các nhà khoa học nhận thấy một số chất hữu cơ từ “nước ép” này đã được tích hợp vào cấu trúc phân tử của thạch cao các công trình. Nhờ vậy, thạch cao của người Maya có thể mô phỏng các cấu trúc tự nhiên chắc chắn như vỏ sò và gai nhím biển.

Một số nghiên cứu khác đã tìm thấy tất cả các loại vật liệu tự nhiên được trộn vào các công trình từ lâu đời như chiết xuất từ trái cây, sữa, phô mai, bia, thậm chí cả phân và nước tiểu.

Loại vữa dùng để kết dính một số công trình kiến trúc nổi tiếng nhất của Trung Quốc – bao gồm Vạn Lý Trường Thành và Tử Cấm Thành – có chứa dấu vết tinh bột từ gạo nếp.

• Thợ xây cổ đại thực sự giỏi hay chỉ “ăn may”?

Nhà khoa học vật liệu Cecilia Pesce từ Đại học Sheffield (Anh) cho rằng những người thợ xây cổ đại có thể chỉ “ăn may” khi tạo ra các công trình kiến trúc đứng vững với thời gian. Ông cho rằng vì thiếu vật liệu xây dựng, nên người xưa vô thức đã trộn bất cứ thứ gì vào hỗn hợp miễn là nó rẻ và sẵn có cho công trình. Theo thời gian, những công trình còn lại là kết quả của những kết hợp hoàn hảo, giống như quá trình “chọn lọc tự nhiên”.

Ngược lại, giáo sư Thirumalini Selvaraj tại Viện Công nghệ Vellore của Ấn Độ cho rằng những người thợ xây dựng cổ đại thực sự rất uyên bác trong cách xử lý vật liệu. Tất cả những nguyên vật liệu “lạ” được bỏ vào một cách có ý đồ. Theo nghiên cứu của Selvaraj, tại các khu vực ẩm ướt của Ấn Độ, các nhà xây dựng đã sử dụng các loại thảo mộc địa phương để giúp các công trình chống lại độ ẩm cao.

Hoặc dọc theo bờ biển, các nhà xây dựng cổ lại thêm đường thốt nốt vào bê tông để có thể giúp hạn chế tác hại của muối biển. Còn ở những khu vực có nguy cơ động đất cao hơn, họ đã sử dụng một loại “gạch nổi” làm từ trấu. “Họ biết khu vực, điều kiện đất đai và khí hậu để tạo các vật liệu phù hợp”, Selvaraj nói.

Lê Na tổng hợp