Nghiên cứu do một nhóm các nhà khoa học làm việc tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (bang California, Mỹ) công bố trên tạp chí American Mineralogist, đã mô tả chi tiết cách các bức tường bê tông bên bờ biển từ thời La Mã cổ được xây dựng khoảng 2.000 năm trước đã có thể trường tồn với thời gian như thế nào.
 |
| Các mẫu đá được lấy từ bến tàu Portus Cosanus ở Orbetello, Italy được nghiên cứu với tia X của Berkeley Lab |
Họ đã sử dụng tia X để nghiên cứu các mẫu bê tông được hình thành từ thời La Mã tại một bến tàu và các đê chắn sóng cổ đại để tìm hiểu thêm về kết cấu của các loại “xi măng khoáng chất”. Đó là cách các nguyên tố do một phản ứng hóa học hiếm có dường như đã làm tăng cường lực của bê tông theo thời gian.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy các hỗn hợp xi măng hiện đại có xu hướng bị xói mòn, đặc biệt khi có nước biển, nhưng công thức từ thời Lamã cổ gồm tro núi lửa, vôi, nước biển và khoáng chất được gọi là nhôm tobermorite thực sự có tính năng tăng cường độ vững bền của bê tông và ngăn ngừa các vết nứt lan rộng.
Công thức này hình thành do nước biển liên tục đập vào các bờ tường trong hàng trăm năm, cho phép hỗn hợp khoáng chất của oxit silic và vôi phát triển giữa các lớp đá vôi và vữa, hình thành khả năng chống chọi với lực của nước.
 |
| Đấu trường La Mã cổ, một kỳ quan đồ sộ được dựng từ hàng triệu khối bê tông trường tồn với thời gian |
Marie Jackson, Giáo sư nghiên cứu địa chất và địa vật lý tại Đại học Utah, người đứng đầu công trình nghiên cứu cho biết: "Trái với các nguyên tắc của bê tông xi măng hiện đại, người La Mã đã tạo ra những khối bê tông tương tự như đá, tương tác hóa học mạnh và mở với nước biển". "Đó là một trong những hiện tượng hiếm có trên trái đất", bà nói thêm.
Nhóm nghiên cứu kết luận rằng khi nước biển xen kẽ qua bê tông trong đê chắn sóng và các bến tàu, nó đã giải thể các thành phần của tro núi lửa và cho phép các khoáng chất mới phát triển từ các chất lỏng có độ kiềm cao, đặc biệt là Al-tobermorite và khoáng chất Phillipsite. Al-tobermorite này có thành phần giàu silic, tương tự như tinh thể hình thành trong đá núi lửa. Các tinh thể có hình dạng platy làm tăng khả năng chống chịu của bê tông.
Công thức La Mã cổ đại rất khác với công thức của bê tông hiện đại, Jackson ghi nhận. Hầu hết các loại bê tông hiện đại là hỗn hợp của xi măng Portland - đá vôi, đá sa thạch, tro, phấn, sắt và đất sét, cùng một số thành phần khác - được nung nóng để tạo thành một vật liệu thủy tinh trộn với đất "hỗn hợp". Chẳng hạn như cát hoặc đá nghiền mà không chứa các phản ứng hóa học. Nếu phản ứng xảy ra trong các cốt liệu này, chúng có thể gây ra sự đứt gãy không mong muốn trong bê tông.
 |
| Hình ảnh phân tích từ tia X cho thấy vật liệu kết dính gồm canxi, nhôm-silicate-hydrate (C-A-S-H) hình thành bởi tro núi lửa, vôi và hỗn hợp nước biển. Tinh thể platin của Al-tobermorite đã phát triển trong ma trận CASH này |
Để hiểu quy trình hóa học dài hạn xảy ra trong cấu trúc La Mã, các nhà nghiên cứu đã sử dụng những mảnh lát mỏng, mịn và soi chúng bằng kính hiển vi điện tử ở Đức để lập bản đồ phân bố các nguyên tố trong các cấu trúc khoáng chất.
Họ kết hợp các phân tích này với một kỹ thuật tại Berkeley Lab được gọi là thấu kính tia X và một kỹ thuật tại UC Berkeley được gọi là quang phổ Raman, để tìm hiểu thêm về cấu trúc tinh thể trong các mẫu bê tông.
Từ đó, các nhà khoa học nhận thấy đây là loại bê tông dường như phát triển các aluminous tobermorite xi măng khoáng trong hàng thiên niên kỷ". Điều đó cho thấy quá trình này có thể hữu ích đối với các cấu trúc biển hiện đại, đặc biệt trong việc tạo ra hàng rào bê tông bao quanh các chất thải cực độc để bảo vệ môi trường sống.
 |
| Marie Jackson (trái) cùng các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley |
