“Xi măng” của Tần Thuỷ Hoàng: Công nghệ vật liệu composite hàng nghìn năm tuổi bất ngờ tái sinh giữa cuộc sống hiện đại

Trong lịch sử xây dựng thế giới, rất ít vật liệu vừa bình dị vừa bí ẩn như loại xi măng được sử dụng dưới triều Tần Thủy Hoàng. Không công nghệ, không thép gia cường, không công thức hóa học hiện đại, nhưng những bức tường thành, nền móng và công trình quân sự của nhà Tần vẫn tồn tại hơn hai thiên niên kỷ, chống chịu mưa gió, động đất và cả nỗ lực phá hủy của con người. Câu trả lời nằm trong một nguyên liệu tưởng chừng không liên quan đến kiến trúc: gạo nếp.

Cuối thế kỷ 3 trước Công nguyên, khi Tần Thủy Hoàng thống nhất Trung Hoa, đế chế non trẻ này đối mặt với một bài toán sống còn: làm sao xây dựng nhanh, bền và đủ chắc để phục vụ phòng thủ, kiểm soát lãnh thổ rộng lớn và các công trình mang tính vĩnh cửu như lăng mộ hoàng đế. Đá và gạch có sẵn, vôi có thể nung, nhưng xi măng vôi thông thường không đủ sức chống chọi với thời gian và khí hậu khắc nghiệt.

Giải pháp mà các thợ xây thời Tần lựa chọn đi ngược mọi trực giác hiện đại: họ trộn vôi tôi với nước gạo nếp nấu đặc, tạo ra một loại xi măng sinh học – khoáng chất có độ kết dính và cường độ vượt trội. Đây không phải là kinh nghiệm dân gian đơn lẻ, mà là một công thức có tính hệ thống, được áp dụng nhất quán trong các công trình trọng yếu của nhà Tần và tiếp tục được kế thừa qua nhiều triều đại.

Các nghiên cứu vật liệu hiện đại đã phần nào giải mã bí mật này. Phân tích hóa học cho thấy gạo nếp chứa hàm lượng amylopectin rất cao – một polysaccharide có cấu trúc phân nhánh. Khi trộn với vôi (calcium hydroxide), amylopectin hình thành một mạng lưới vi mô bao bọc các tinh thể khoáng, giúp xi măng vừa cứng chắc vừa dẻo dai. Nói cách khác, đây là một dạng xi măng composite hữu cơ – vô cơ, xuất hiện trước khái niệm vật liệu composite hàng nghìn năm.

Hệ xi măng này sở hữu những tính chất khiến giới khoa học ngạc nhiên: cường độ nén cao hơn xi măng vôi thông thường, khả năng chống thấm tốt và đặc biệt là độ bền trước rung động và biến dạng địa chất. Chính điều này lý giải vì sao nhiều đoạn Vạn Lý Trường Thành, nền móng thành quách và các cấu trúc quân sự thời Tần – Hán vẫn giữ được độ liên kết sau hàng nghìn năm, bất chấp động đất và xói mòn.

Điều đáng chú ý là gạo nếp không phải vật liệu rẻ tiền trong xã hội cổ đại. Ngược lại, đây là lương thực cao cấp, thường dùng trong nghi lễ. Việc sử dụng nó trong xi măng cho thấy đây là vật liệu chiến lược, chỉ dành cho các công trình mang ý nghĩa quyền lực, quân sự và vĩnh cửu. Xi măng gạo nếp vì thế không đơn thuần là giải pháp kỹ thuật, mà còn là biểu hiện của quyền lực nhà nước.

Các cấu trúc liên quan đến lăng mộ Tần Thủy Hoàng là minh chứng rõ ràng nhất. Dù khu mộ chính chưa được khai quật, các tường bao, nền móng và công trình phụ trợ đã được khảo sát cho thấy loại xi măng này cứng đến mức thiết bị khoan hiện đại gặp nhiều khó khăn khi phá vỡ. Nhiều mạch xây vẫn bám chặt, không rời vữa, sau hơn 2.200 năm tồn tại.

So sánh với xi măng La Mã cổ đại – nổi tiếng nhờ tro núi lửa pozzolana – xi măng gạo nếp của Trung Quốc đi theo một con đường hoàn toàn khác. Nếu người La Mã dựa vào phản ứng khoáng – khoáng, thì người Trung Hoa cổ đại kết hợp chất hữu cơ sinh học với khoáng chất, tạo ra một hệ xi măng lai hiếm gặp. Hai nền văn minh lớn, hai triết lý kỹ thuật khác nhau, nhưng cùng đạt đến một kết luận chung: độ bền lâu dài nằm ở cấu trúc vi mô thông minh, không chỉ ở sức mạnh vật liệu.

Ngày nay, khi ngành xây dựng toàn cầu tìm kiếm các loại xi măng bền vững, ít phát thải carbon, xi măng gạo nếp bất ngờ quay trở lại trong các phòng thí nghiệm. Các polysaccharide tự nhiên đang được nghiên cứu để bổ sung vào vữa vôi phục vụ trùng tu di tích, bởi chúng tương thích hơn với vật liệu cổ và ổn định lâu dài hơn xi măng hiện đại trong môi trường ẩm.

Tuy vậy, điều mà khoa học hiện đại vẫn chưa thể tái tạo trọn vẹn là tư duy tổng thể của người xưa. Xi măng gạo nếp không tồn tại riêng lẻ, mà là một phần của hệ thống kỹ thuật bao gồm địa chất, kết cấu, độ dày tường và mục đích sử dụng. Nó được sinh ra không để tối ưu tốc độ xây dựng, mà để đồng hành cùng thời gian và quyền lực đế chế.

Trong câu chuyện về Tần Thủy Hoàng, người ta thường nhắc đến đội quân đất nung hay khát vọng bất tử. Nhưng sâu trong lòng đất và tường thành là một di sản thầm lặng hơn: một loại xi măng được tạo ra từ gạo nếp, thứ đã âm thầm gánh chịu hơn hai thiên niên kỷ lịch sử, như một minh chứng rằng công nghệ vĩ đại nhất đôi khi đến từ những vật liệu giản dị nhất.

Nguồn: Tổng hợp