Các chuyên gia xây dựng cổ đại khắp thế giới nổi tiếng vì tạo ra những công trình tồn tại hàng nghìn năm. Trong khi các tòa nhà ngày nay thường chỉ có tuổi thọ khoảng từ 50 đến 100 năm.

Do vậy, ngày càng nhiều nhà khoa học nghiên cứu các vật liệu xa xưa, với hy vọng có thể học hỏi ít nhiều từ cách chúng tồn tại qua thiên niên kỷ.

Các khối vôi bất quy tắc

Kiến trúc thời La Mã là cảm hứng cho nhiều nhà khoa học. Nhiều công trình đã được xây dựng từ những năm 200 trước Công nguyên.

Trong một nghiên cứu mới đây, Admir Masic - kỹ sư dân dụng tại Viện Công nghệ Massachusetts - và nhóm nghiên cứu nhận thấy sức mạnh của bê tông La Mã đến từ những khối vôi được phân bổ rải rác khắp các mảng bê tông, thay vì được trộn đều như kỹ thuật hiện đại.

Admir Masic cho rằng một số giả thuyết phê bình những khối vôi "bất quy tắc" này cho thấy người La Mã trộn vật liệu chưa tốt. Tuy nhiên, sau khi tiến hành nhiều phân tích các mẫu bê tông từ thành phố cổ Privernum bên ngoài Rome (Ý), các nhà khoa học phát hiện cách làm này hóa ra lại thúc đẩy khả năng "tự phục hồi" của vật liệu.

Masic giải thích 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 cho ra thêm những hỗn hợp mới có thể vá phần hư hỏng.

Trong khi đó, 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.

Trộn vật liệu công trình với… nước ép

Tại Copan, một địa điểm của người Maya cổ mà ngày nay thuộc Honduras, các công trình kiến trúc và đền thờ bằng vôi vẫn còn nguyên vẹn ngay cả sau hơn 1.000 năm trong môi trường nóng ẩm. 

Một nghiên cứu trong năm 2023 của nhóm nhà khoa học từ Đại học Granada (Tây Ban Nha) cho thấy bí mật đến từ những loài… thực vật.

Rodriguez-Navarro từ Đại học Granada đã đến gặp những người thợ xây địa phương ở Honduras để tham khảo thêm góc nhìn khi xem xét các mẫu vật liệu hàng ngàn năm tuổi.

Nhóm 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, sữa đông 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 xưa giỏi hay may mắn?

Nhà khoa học vật liệu Cecilia Pesce từ Đại học Sheffield (Anh) nhận định một số nhà xây dựng cổ xưa này có thể đã gặp may mắn. Thuở xa xưa, có thể họ 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 có 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.

Hoặc dọc theo bờ biển, các nhà xây dựng cổ lại thêm vào… đường thốt nốt 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.

Rome không được xây dựng cho khí hậu ngày nay - cứu kịp không?

Câu hỏi không phải là liệu một trận lụt kinh hoàng có xảy ra hay không và khi nào? Cơ quan khí hậu mới của Rome ráo riết tìm giải pháp.