Từ việc phát hiện vai trò của những cụm vôi giàu canxi trong bê tông cổ, nhóm nghiên cứu do Admir Masic, Phó Giáo sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), dẫn dắt đã làm rõ một cơ chế tự phục hồi mà người La Mã có thể đã vô tình hoặc chủ động tạo ra trong quá trình chế tạo vật liệu. Những phát hiện này sau đó trở thành nền tảng cho việc thương mại hóa công nghệ bê tông tự phục hồi của startup DMAT.
Nghiên cứu về bê tông La Mã cổ đại đang mở ra một hướng tiếp cận mới cho việc phát triển bê tông hiện đại có khả năng tự phục hồi các vết nứt nhỏ.
Bê tông là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng, nhưng khả năng xuất hiện các vết nứt nhỏ theo thời gian là một trong những nguyên nhân làm suy giảm độ bền và tạo điều kiện cho nước, muối cùng các tác nhân gây ăn mòn xâm nhập vào kết cấu. Trong khi đó, nhiều công trình La Mã cổ đại vẫn tồn tại sau khoảng 2.000 năm, trong đó có những kết cấu chịu điều kiện khắc nghiệt như cầu cảng, hệ thống thoát nước và công trình ven biển. Sự khác biệt này đã khiến các nhà khoa học tìm cách giải mã thành phần cũng như phương pháp chế tạo loại bê tông có độ bền đặc biệt của người La Mã.
Những “cục vôi” từng bị xem là dấu hiệu của bê tông kém chất lượng
Trong nghiên cứu công bố năm 2023 trên Science Advances, nhóm của Masic sử dụng các kỹ thuật hình ảnh và phân tích hóa học ở nhiều cấp độ để khảo sát bê tông La Mã cổ đại. Một trong những đặc điểm nổi bật là sự hiện diện của các cụm vật liệu màu trắng, có kích thước từ cấp milimet, thường được gọi là lime clasts – các cụm vôi giàu canxi.
Trước đây, những cụm vôi này thường bị xem là dấu hiệu của quá trình trộn không hoàn hảo hoặc nguyên liệu chất lượng thấp. Tuy nhiên, phân tích của nhóm nghiên cứu cho thấy chúng có thể đóng vai trò quan trọng đối với khả năng tự phục hồi của bê tông La Mã. Các mẫu được nghiên cứu trong công trình năm 2023 được lấy từ khu khảo cổ Privernum ở Italy.
Điểm đáng chú ý nằm ở phương pháp trộn nóng (hot mixing). Thay vì chỉ sử dụng vôi đã tôi, người La Mã có thể đã đưa vôi sống – hay calcium oxide (CaO) – trực tiếp vào hỗn hợp cùng các thành phần khô khác. Khi nước được thêm vào, phản ứng xảy ra tạo nhiệt, đồng thời hình thành các cụm vôi có cấu trúc đặc biệt trong bê tông đã đông cứng. Theo nhóm nghiên cứu, quá trình này vừa thúc đẩy các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao, vừa tạo ra nguồn canxi có tính phản ứng cao nằm trong cấu trúc vật liệu.
Cơ chế tự phục hồi hoạt động như thế nào?
Khi một vết nứt nhỏ xuất hiện trong bê tông, nước có thể xâm nhập qua khe nứt. Nước này tiếp xúc với các cụm vôi giàu canxi, khiến một phần vật liệu hòa tan và tạo ra dung dịch giàu canxi.
Khi các thành phần này di chuyển và phản ứng với môi trường bên trong vết nứt, chúng có thể kết tinh trở lại, trong đó calcium carbonate (calcite) là một trong những sản phẩm có khả năng lấp đầy khoảng trống. Vết nứt vì vậy có thể được bịt kín trước khi tiếp tục phát triển, đồng thời làm giảm khả năng nước tiếp tục đi sâu vào bên trong kết cấu.
Để kiểm chứng giả thuyết, nhóm nghiên cứu chế tạo các mẫu bê tông theo công thức có sử dụng vôi sống, sau đó chủ động tạo vết nứt và cho nước chảy qua. Sau khoảng hai tuần, các vết nứt trong mẫu có vôi sống đã tự lấp đầy và dòng nước không còn đi qua. Ngược lại, mẫu đối chứng không sử dụng vôi sống không thể tự phục hồi và nước tiếp tục chảy qua vết nứt.
Kết quả này cho thấy “tự phục hồi” không có nghĩa bê tông có thể sửa chữa mọi dạng hư hỏng. Cơ chế được nghiên cứu chủ yếu có ý nghĩa đối với các vết nứt nhỏ, khi vẫn còn nguồn vật liệu phản ứng và nước có thể tiếp cận khu vực bị nứt. Đây là một cơ chế hóa học – khoáng vật diễn ra trong chính vật liệu, thay vì một hệ thống cơ học hoặc thiết bị bên ngoài.
Từ nghiên cứu vật liệu cổ đại đến startup công nghệ
Phát hiện của nhóm Masic không dừng lại ở việc giải thích vì sao một số loại bê tông La Mã có độ bền cao. Đây còn là cơ sở để phát triển một dạng bê tông hiện đại có thêm chức năng tự phục hồi.
Năm 2021, Masic cùng doanh nhân người Italy Paolo Sabatini đồng sáng lập DMAT, với mục tiêu thương mại hóa những hiểu biết từ nghiên cứu về bê tông La Mã. Startup này phát triển các công thức bê tông và phụ gia dựa trên nguyên lý duy trì những cụm vôi giàu canxi trong hỗn hợp, đồng thời xây dựng thêm danh mục công nghệ riêng trên nền tảng được chuyển giao từ MIT.
Một điểm quan trọng trong cách tiếp cận của DMAT là không hướng tới việc thay thế hoàn toàn quy trình sản xuất bê tông hiện nay. Doanh nghiệp phát triển phụ gia và công thức phối trộn có thể được tích hợp vào quy trình sản xuất hiện có, qua đó giảm nhu cầu thay đổi lớn đối với thiết bị hoặc cách vận hành của các nhà sản xuất bê tông. Theo MIT News, đây cũng là một trong những mục tiêu thương mại quan trọng của DMAT: tạo ra vật liệu có thêm chức năng tự phục hồi nhưng vẫn phù hợp với hệ sinh thái sản xuất bê tông hiện tại.
Bên cạnh bê tông mới, DMAT còn phát triển vữa sửa chữa có khả năng tự phục hồi khi xuất hiện các vết nứt nhỏ. Sản phẩm này đã được sử dụng trong một số dự án hạ tầng tại châu Âu. MIT cho biết công nghệ của DMAT đã được ứng dụng trong các công trình như bể chứa nước ngầm, dải phân cách đường và mặt đường tại Italy và Thụy Sĩ; doanh nghiệp cũng đang chuẩn bị mở rộng sang thị trường Mỹ.
Một ví dụ được MIT đề cập là vữa sửa chữa của DMAT được sử dụng trên tuyến đường N13 tại bang Grisons, Thụy Sĩ, một tuyến giao thông quan trọng trong khu vực. Công nghệ này hướng tới khả năng tự phục hồi các vết nứt nhỏ và tăng độ bền của kết cấu sau khi sửa chữa.
Tiềm năng giảm phát thải CO₂
Lợi ích của bê tông tự phục hồi không chỉ nằm ở việc giảm chi phí bảo trì. Nếu một kết cấu có thể duy trì chức năng lâu hơn và giảm tốc độ xuống cấp, số lần sửa chữa hoặc thay thế trong suốt vòng đời công trình cũng có thể giảm theo. Điều này đồng nghĩa với việc giảm nhu cầu sử dụng thêm xi măng, cốt liệu, năng lượng và hoạt động vận chuyển.
Đây là điểm đặc biệt đáng chú ý trong bối cảnh ngành xi măng và bê tông có dấu chân carbon lớn. MIT cho biết sản xuất xi măng hiện đóng góp khoảng 8% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu. Vì vậy, bên cạnh việc tìm cách giảm phát thải trong quá trình sản xuất, việc kéo dài tuổi thọ của các kết cấu bê tông cũng có thể trở thành một hướng giảm phát thải thông qua việc tránh phải sản xuất và thay thế vật liệu mới.
Theo thông tin MIT News công bố ngày 19/8/2026, DMAT cho biết công nghệ phụ gia của doanh nghiệp có thể tăng tuổi thọ kết cấu khoảng 50% và đưa lượng phát thải CO₂ xuống còn khoảng 40% so với bê tông truyền thống. Đây là các chỉ số do doanh nghiệp công bố, không nên hiểu là kết quả áp dụng cố định cho mọi loại bê tông hoặc mọi công trình. Hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào công thức cấp phối, điều kiện môi trường, quy mô công trình, yêu cầu thiết kế và phạm vi đánh giá vòng đời.
Không phải công nghệ bê tông tự phục hồi duy nhất
Bê tông tự phục hồi không phải là một khái niệm hoàn toàn mới. Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã phát triển các phương pháp khác nhau, chẳng hạn sử dụng vi khuẩn tạo khoáng, polymer, vật liệu đóng nang hoặc các chất phản ứng có khả năng kích hoạt khi vết nứt xuất hiện.
Điểm khác biệt trong hướng tiếp cận của DMAT nằm ở việc khai thác một cơ chế hóa học vốn đã tồn tại trong vật liệu xây dựng cổ đại. Thay vì bổ sung một hệ thống sinh học hoặc polymer phức tạp, công nghệ tập trung vào việc duy trì các nguồn canxi có tính phản ứng trong ma trận bê tông để chúng có thể tham gia quá trình lấp đầy vết nứt khi nước xâm nhập.
Theo Masic, mục tiêu rộng hơn không phải là loại bỏ hoàn toàn bê tông Portland truyền thống mà là bổ sung thêm các chức năng cho vật liệu hiện có. Ông gọi đây là hướng phát triển “bê tông đa chức năng”, trong đó kết cấu không chỉ chịu tải mà còn có thể thực hiện các chức năng như tự phục hồi hoặc lưu trữ năng lượng.
Từ Pompeii đến vật liệu xây dựng tương lai
Nghiên cứu về bê tông La Mã tiếp tục được mở rộng. Trong công bố năm 2025, MIT cho biết nhóm của Masic đã tiến hành phân tích một bức tường cổ tại Pompeii để tìm hiểu sâu hơn về công nghệ xây dựng của người La Mã. Kết quả tiếp tục củng cố nhận định rằng các mảnh vôi được hình thành trong quá trình trộn nóng có thể được giữ lại trong vật liệu và tham gia vào cơ chế tự phục hồi khi nước xâm nhập qua vết nứt.
Điều đáng chú ý ở đây là một công nghệ vật liệu tồn tại từ hàng nghìn năm trước đang được nhìn nhận lại bằng các công cụ phân tích hiện đại, sau đó chuyển hóa thành giải pháp dành cho ngành xây dựng ngày nay. Đây là một ví dụ về cách nghiên cứu vật liệu cổ đại có thể cung cấp những nguyên lý hữu ích cho thiết kế vật liệu mới – một hướng tiếp cận mà Masic gọi là “paleo-inspired design”.
Từ những cụm vôi từng bị xem là dấu hiệu của quá trình trộn kém, các nhà nghiên cứu đã nhận ra một cơ chế có khả năng giúp bê tông tự sửa chữa những tổn thương nhỏ. Khi được chuyển hóa thành công nghệ thương mại, nguyên lý này có thể mở ra hướng phát triển các loại bê tông có tuổi thọ cao hơn, giảm nhu cầu bảo trì và hạn chế lượng vật liệu phải thay thế trong suốt vòng đời công trình.
Nếu tiếp tục được chứng minh ở quy mô lớn và trong nhiều điều kiện sử dụng khác nhau, bê tông tự phục hồi có thể trở thành một trong những hướng công nghệ đáng chú ý của ngành vật liệu xây dựng – nơi độ bền của công trình không chỉ được tạo ra bằng cách làm vật liệu “cứng hơn”, mà còn bằng khả năng để chính vật liệu phản ứng và phục hồi khi bắt đầu xuất hiện những hư hỏng nhỏ.
BuilData (Nguồn: MIT News, MIT Sustainability; DMAT)
