Trong nỗ lực xây dựng tương lai tốt đẹp hơn, một số nhà khoa học đang tìm kiếm câu trả lời trong quá khứ xa xưa.

Các nhà xây dựng cổ đại trên khắp thế giới đã tạo ra những công trình vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay, hàng nghìn năm sau -- từ các kỹ sư La Mã đổ hàng rào bê tông dày trên biển, đến thợ xây Maya chế tạo các tác phẩm điêu khắc thạch cao cho các vị thần của họ, đến các nhà xây dựng Trung Quốc xây tường chống lại quân xâm lược.

Tuy nhiên, rất nhiều công trình gần đây đã sắp hết hạn sử dụng: Bê tông tạo nên phần lớn thế giới hiện đại của chúng ta có tuổi thọ khoảng 50 đến 100 năm.

Ngày càng nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu các vật liệu từ thời xa xưa -- đẽo gọt các khối nhà, nghiên cứu các văn bản lịch sử, trộn lẫn các công thức bắt chước -- với hy vọng khám phá ra cách chúng tồn tại qua nhiều thiên niên kỷ.

Kỹ thuật đảo ngược này đã đưa ra một danh sách đáng ngạc nhiên các thành phần được trộn vào các tòa nhà xưa cũ - các vật liệu như vỏ cây, tro núi lửa, gạo, bia và thậm chí cả nước tiểu. Những phần bổ trợ bất ngờ này có thể là chìa khóa cho một số thuộc tính khá ấn tượng, như khả năng mạnh hơn theo thời gian và "chữa lành" các vết nứt khi chúng hình thành.

Việc tìm ra cách sao chép những đặc điểm đó có thể có tác động thực sự ngày nay: Mặc dù bê tông hiện đại của chúng ta có đủ sức mạnh để chống đỡ những tòa nhà chọc trời đồ sộ và cơ sở hạ tầng hạng nặng nhưng nó không thể cạnh tranh với độ bền của những vật liệu cổ xưa này.

Và với mối đe dọa ngày càng tăng của biến đổi khí hậu, ngày càng có nhiều lời kêu gọi xây dựng bền vững hơn. Một báo cáo gần đây của Liên Hợp Quốc ước tính rằng môi trường xây dựng chịu trách nhiệm cho hơn 1/3 lượng khí thải CO2 toàn cầu - và riêng sản xuất xi măng đã chiếm hơn 7% lượng khí thải đó.

Carlos Rodriguez-Navarro, nhà nghiên cứu di sản văn hóa tại Đại học Granada của Tây Ban Nha cho biết: “Nếu bạn cải thiện các đặc tính của vật liệu bằng cách sử dụng các công thức truyền thống từ người Maya hoặc người Trung Quốc cổ đại, bạn có thể sản xuất vật liệu có thể sử dụng trong xây dựng hiện đại theo cách bền vững hơn nhiều”.

Bê tông La Mã cổ đại có tốt hơn bê tông ngày nay không?

Nhiều nhà nghiên cứu đã tìm đến người La Mã để lấy cảm hứng. Bắt đầu từ khoảng năm 200 trước Công nguyên, các kiến trúc sư của Đế chế La Mã đã xây dựng những công trình bê tông ấn tượng đứng vững trước thử thách của thời gian - từ mái vòm cao vút của đền Pantheon đến hệ thống dẫn nước vững chắc vẫn dẫn nước cho đến ngày nay.

John Oleson, nhà khảo cổ học tại Đại học Victoria ở Canada, cho biết ngay cả ở các bến cảng, nơi nước biển đã vùi dập các công trình kiến trúc từ lâu đời, bạn vẫn sẽ tìm thấy bê tông “về cơ bản giống như khi được đổ vào cách đây 2.000 năm.”

Hầu hết bê tông hiện đại đều bắt đầu bằng xi măng Portland, một loại bột được làm bằng cách nung đá vôi và đất sét đến nhiệt độ siêu cao và nghiền chúng thành bột. Xi măng đó được trộn với nước để tạo ra một hỗn hợp có phản ứng hóa học. Sau đó, các khối vật liệu như đá và sỏi được thêm vào và hồ xi măng sẽ liên kết chúng thành một khối bê tông.

Theo ghi chép từ các kiến trúc sư cổ đại như Vitruvius, quá trình xây dựng của người La Mã cũng tương tự. Những người xây dựng cổ đại đã trộn các vật liệu như đá vôi cháy và cát núi lửa với nước và sỏi, tạo ra các phản ứng hóa học để liên kết mọi thứ lại với nhau.

Giờ đây, các nhà khoa học cho rằng họ đã tìm ra lý do chính khiến một số loại bê tông La Mã có thể trụ vững các công trình trong hàng nghìn năm: Vật liệu cổ xưa có khả năng tự sửa chữa khác thường. Chính xác thì vẫn chưa rõ ràng, nhưng các nhà khoa học đang bắt đầu tìm ra manh mối.

Trong một nghiên cứu được công bố đầu năm nay, Admir Masic, một kỹ sư dân dụng và môi trường tại Viện Công nghệ Massachusetts, đã đề xuất rằng sức mạnh này đến từ những khối vôi được rải khắp vật liệu La Mã thay vì được trộn đều. Các nhà nghiên cứu từng nghĩ rằng những khối này là dấu hiệu cho thấy người La Mã trộn vật liệu của họ chưa đủ tốt.

Thay vào đó, sau khi phân tích các mẫu bê tông từ Privernum - một thành phố cổ bên ngoài Rome - các nhà khoa học phát hiện ra rằng các khối này có thể thúc đẩy khả năng "tự phục hồi" của vật liệu. Masic giải thích: Khi vết nứt hình thành, nước có thể thấm vào bê tông. Nước đó kích hoạt các túi vôi còn sót lại, tạo ra các phản ứng hóa học mới có thể lấp đầy các phần bị hư hỏng.

Marie Jackson, một nhà địa chất tại Đại học Utah, lại có quan điểm khác. Nghiên cứu của bà đã phát hiện ra rằng chìa khóa có thể nằm ở những vật liệu núi lửa cụ thể được người La Mã sử dụng.

Những người xây dựng sẽ thu thập đá núi lửa còn sót lại sau các vụ phun trào để trộn vào bê tông của họ. Jackson cho biết, vật liệu phản ứng tự nhiên này thay đổi theo thời gian khi nó tương tác với các nguyên tố, cho phép nó bịt kín các vết nứt phát triển.

Jackson nói: “Khả năng thích ứng theo thời gian thực sự là thiên tài của vật liệu. Bê tông được thiết kế tốt đến mức nó có thể tự duy trì được."

Sử dụng nước ép cây để tạo ra tác phẩm điêu khắc chắc chắn như vỏ sò

Tại Copan, một địa điểm của người Maya ở Honduras, các tác phẩm điêu khắc và đền thờ phức tạp bằng vôi vẫn còn nguyên vẹn ngay cả sau hơn 1.000 năm tiếp xúc với môi trường nóng ẩm. Và theo một nghiên cứu được công bố đầu năm nay, bí mật về tuổi thọ của những cấu trúc này có thể nằm ở những cái cây mọc lên giữa chúng.

Các nhà nghiên cứu ở đây có mối liên hệ sống động với những người tạo ra các cấu trúc: Họ đã gặp những người thợ xây địa phương ở Honduras, những người có nguồn gốc của họ từ những người xây dựng Maya, Rodriguez-Navarro, người tham gia nghiên cứu, giải thích.

Các thợ xây đề xuất sử dụng chiết xuất từ cây chukum và cây jiote địa phương trong hỗn hợp vôi. Khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm công thức - thu thập vỏ cây, cho các khối vào nước và thêm "nước ép" từ cây vào vật liệu - họ nhận thấy thạch cao thu được có độ bền đặc biệt trước các hư hỏng vật lý và hóa học.

Khi các nhà khoa học phóng to, họ thấy một số chất hữu cơ từ nước ép cây đã được tích hợp vào cấu trúc phân tử của thạch cao. Bằng cách này, thạch cao của người Maya có thể mô phỏng các cấu trúc tự nhiên chắc chắn như vỏ sò và gai nhím biển - và mượn một số độ dẻo dai của chúng, Rodriguez-Navarro nói.

Các nghiên cứu đã tìm thấy tất cả các loại vật liệu tự nhiên được trộn vào các cấu trúc từ lâu đời: 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.

May mắn hay kỹ năng?

Cecilia Pesce, nhà khoa học vật liệu tại Đại học Sheffield ở Anh, cho biết một số nhà xây dựng cổ xưa này có thể đã gặp may mắn. Họ sẽ ném bất cứ thứ gì vào hỗn hợp của mình, miễn là nó rẻ và sẵn có - và những thứ không hiệu quả đã sụp đổ từ lâu.

Pesce nói: “Họ sẽ đưa đủ thứ vào xây dựng. Và bây giờ, chúng ta chỉ còn lại những tòa nhà còn tồn tại. Vì vậy, nó giống như một quá trình chọn lọc tự nhiên."

Nhưng một số vật liệu dường như thể hiện rõ ý đồ hơn - như ở Ấn Độ, nơi các nhà xây dựng chế tạo hỗn hợp vật liệu địa phương để tạo ra các đặc tính khác nhau, Thirumalini Selvaraj, kỹ sư xây dựng và giáo sư tại Viện Công nghệ Vellore của Ấn Độ, cho biết.

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. Dọc theo bờ biển, họ đã thêm đường thốt nốt, một loại đường chưa tinh chế, có thể giúp bảo vệ khỏi tác hại của muối. Và ở những khu vực có nguy cơ động đất cao hơn, họ đã sử dụng “gạch nổi” siêu nhẹ làm từ trấu.

Selvaraj nói: “Họ biết khu vực, họ biết điều kiện đất đai, họ biết khí hậu. Vì vậy, họ thiết kế một loại vật liệu dựa trên điều này."

La Mã cổ đại ... tòa nhà chọc trời?

Những người xây dựng ngày nay không thể chỉ sao chép các công thức cổ xưa. Mặc dù bê tông La Mã tồn tại rất lâu nhưng nó không thể chịu được tải nặng: “Bạn không thể xây dựng một tòa nhà chọc trời hiện đại bằng bê tông La Mã,” Oleson nói. “Nó sẽ sụp đổ khi lên tới tầng thứ ba.”

Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đang cố gắng sử dụng một số đặc tính đặc biệt của vật liệu cổ xưa và thêm chúng vào hỗn hợp hiện đại. Masic là một phần của công ty khởi nghiệp đang cố gắng xây dựng các dự án mới bằng bê tông "tự phục hồi" lấy cảm hứng từ La Mã. Và Jackson đang làm việc với Công binh Lục quân để thiết kế các kết cấu bê tông có thể chịu được nước biển -- giống như các kết cấu ở các cảng ở La Mã -- nhằm giúp bảo vệ bờ biển khỏi mực nước biển dâng.

Masic nói rằng chúng ta không cần phải làm cho mọi thứ tồn tại lâu như người La Mã đã làm để có tác động. Nếu chúng ta tăng thêm 50 hoặc 100 năm tuổi thọ của bê tông, “về lâu dài, chúng ta sẽ cần ít việc phá dỡ hơn, ít bảo trì hơn và ít vật liệu hơn.”

© 2023 The Associated Press

Bản tiếng Việt của The Canada Life