10 vật liệu xây dựng sáng tạo có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp
Ngành xây dựng thế giới đang trải qua một cuộc cách mạng vô cùng lớn. Những vật liệu xây dựng sáng tạo đã mở ra kỷ nguyên mới với những bước tiến đột phá trong ngành xây dựng.
Hiện nay chúng ta đã có máy bay không người lái, thực tế ảo, tăng cường thực tế, BIM, quản lý dự án và hơn thế nữa. Nhưng mọi chuyện không dừng ở đó. Các nhà nghiên cứu và các viện nghiên cứu khác nhau tiếp tục đưa công nghệ lên cấp độ tiếp theo. Bê tông và các vật liệu xây dựng khác đã được phát triển tích cực và mạnh mẽ.
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu 10 vật liệu xây dựng sáng tạo có thể cách mạng hóa ngành xây dựng sau đây:
1. Gỗ trong suốt:
Các nhà khoa học thuộc Đại học Maryland, College Park đã phát triển một loại gỗ cao cấp trong suốt. Loại gỗ “vô hình” này – như Tiến sĩ Lương Bỉnh Hổ (Liangbing Hu) thuộc Khoa Vật liệu và Kỹ thuật của Trường đại học Maryland mô tả – chắc chắn hơn gỗ truyền thống và có thể thay thế các vật liệu ít thân thiện với môi trường hơn như plastic (nhựa).
Sodium hydroxit và hydrogen peroxide được dùng để tách lignin khỏi gỗ
Ảnh trái: những miếng gỗ trước và sau khi xử lý. Ảnh phải: quy trình xử lý hóa học 2 bước được sử dụng để tạo ra gỗ trong suốt.
Quá trình tạo ra gỗ trong suốt trải qua hai bước:
Thứ nhất, lignin – chất hữu cơ trong cây có mô mạch, tạo ra màu nâu-vàng của gỗ – được loại bỏ bằng phương pháp hóa học. Đây là bước tương tự như trong sản xuất bột giấy. Giai đoạn làm cho hợp chất trở nên giòn và không màu, mất 10 phút cho một mẩu gỗ nhỏ và lên đến 24 tiếng cho toàn bộ một khúc gỗ lớn.
Bước thứ hai là bơm epoxy vào các mạch gỗ. Trong xây dựng, epoxy thường được sử dụng trong chất kết dính và để gia cường cho vật liệu composite. Quá trình này diễn ra trong khoảng một giờ, mục đích để duy trì trạng thái của sợi nano xenlulozơ.
Thành phẩm cuối cùng của quy trình trên là một loại gỗ cực kỳ cứng. Nó nhẹ hơn bê tông và thép, dễ phân huỷ hơn nhựa và chịu lực gấp 10 lần so với gỗ thông thường.
Nghiên cứu cũng cho thấy các vật liệu gỗ composite trong suốt có đặc tính thấu quang cao, không chỉ tạo ra ánh sáng tán xạ rất đẹp mà còn giữ cho tia sáng phản xạ lại nhiều lần. Nếu bạn đặt một miếng gỗ trong suốt trước một tấm pin mặt trời, lượng ánh sáng hấp thụ sẽ cao hơn, và hiệu quả có thể tăng đến 30%.
Mô hình của một ngôi nhà với tấm gỗ trong suốt trên mái.
2. Gạch làm mát:
Thông qua sự kết hợp của đất sét và hydrogel, sinh viên tại Viện Kiến trúc tiên tiến của Catalonia đã tạo ra một vật liệu mới có tác dụng làm mát trên nội thất xây dựng. Hiệu ứng làm mát xuất phát từ sự hiện diện của hydrogel trong cấu trúc hấp thụ nước, lên đến 500 lần trọng lượng của nó. Nước hấp thụ được giải phóng để giảm nhiệt độ trong những ngày nóng.
Hydroceramics có khả năng làm giảm nhiệt độ trong nhà lên đến 6 độ C.
3. Tái chế Gạch từ tàn thuốc lá:
Tiến sĩ Abbas Mohajerani, Đại học RMIT tại Melbourne đang phát triển dự án biến chất thải từ tàn và mẩu thuốc lá còn lại sau khi hút thành những viên gạch xây dựng.
Từ hành động nhỏ của một cá nhân vứt những mẩu thuốc lá còn lại sau khi hút và thả tàn thuốc ra môi trường khi nhân lên vài nghìn tỷ lần trên toàn thế giới, lượng chất thải có thể lên tới 1,2 tỷ tấn. Chất thải này khi trộn lẫn với các chất thải thực vật và các kim loại nặng có thể gây ô nhiễm đất và nguồn nước. Chất thải từ thuốc lá được dự báo sẽ tăng lên 50% vào năm 2025.
Từ thực tế đó, Tiến sĩ Abbas Mohajerani, trường Đại học RMIT, Melbourne đã đặt mục tiêu sử dụng chất thải này để sản xuất những viên gạch xây dựng. Tiến sĩ Mohajerani cho biết: “Tôi đã mơ ước nhiều năm nay về việc tìm ra phương pháp bền vững và thực tiễn cho việc giải quyết các vấn đề ô nhiễm chất thải thuốc lá”. Nếu lượng vật liệu để sản xuất 2,5% các sản phẩm gạch toàn cầu là từ tàn và mẩu thuốc lá thì có thể sử dụng được hết lượng chất thải từ thuốc lá.
Gạch được sản xuất từ tàn và mẩu thuốc lá rẻ hơn và sử dụng ít năng lượng hơn so với gạch nung truyền thống. Các mẩu thuốc lá được trộn với gạch đất sét truyền thống, làm giảm 58% lượng năng lượng cần thiết. Những viên gạch này có khả năng cách điện tốt hơn, giúp cắt giảm chi phí sưởi và làm mát trong nhà và dễ dàng vận chuyển bởi gạch có trọng lượng nhẹ hơn gạch truyền thống. Mohajerani tin rằng kỹ thuật của ông có thể góp phần lớn vào việc chống ô nhiễm toàn cầu.
4. Bê tông bằng vật liệu trên sao Hỏa:
Bằng cách nung nóng lưu huỳnh ở nhiệt độ gấp đôi điểm nóng chảy của nó, các nhà khoa học tin rằng họ có thể tạo ra bê tông từ vật liệu trên sao Hỏa, tạo điều kiện xây dựng các công trình kiên cố trên đó nhằm phục vụ cho các sứ mạng đưa con người lên định cư vĩnh viễn trong tương lai.
Nếu như việc tạo ra bê tông bên dưới Trái Đất là bình thường nhưng trên sao Hỏa thì điều đó là không hề đơn giản do không có nước – thứ quá xa xỉ đối với một hành tinh khô và lạnh như sao Hỏa. Tuy nhiên, bê tông lại là một trong những loại vật liệu khả thi nhất để xây dựng các công trình bền vững trên sao Hỏa và nếu tạo ra được bê tông từ vật liệu tại chỗ luôn thì càng tốt.
Và mới đây, tiến sĩ Lin Wan và các đồng nghiệp tại Đại học Northwestern tuyên bố đã tìm được cách tạo ra bê tông trên sao Hỏa bằng cách nung lưu huỳnh tới nhiệt độ 240 độ C, gấp đôi điểm nóng chảy của nó. Khi đó, lưu huỳnh lỏng sẽ được trộn với nguồn đất đá dồi dào trên sao Hỏa thành một loại “bê tông đặc biệt” sau đó để nguội. Bấy giờ, lưu huỳnh và đất sẽ gắn kết lại với nhau tạo thành khối bê tông rắn.
Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Lin đã mô phỏng lại đất của sao Hỏa bằng cách sử dụng chủ yếu hỗn hợp của Silic Dioxide, Nhôm Dioxide và một số khoáng chất phù hợp khác. Sau đó, họ bắt đầu áp dụng cách nung chảy lưu huỳnh, tạo thành bê tông, từ đó thu thập dữ liệu, xác định tính chất lý hóa của nó. Cuối cùng, nhóm đã hình thành nên công thức trộn bê tông lưu huỳnh trên sao Hỏa mà họ cho là phù hợp: “Tỷ lệ thích hợp nhất là 50% lưu huỳnh và 50% đất sao Hỏa với kích thước cốt liệu tối đa là 1 mm.”
Khối Bê tông sao Hỏa
Bê tông lưu huỳnh còn có đặc tính là cực kỳ bền và có khả năng chịu được cường độ nén cao gấp đôi so với bê tông tiêu chuẩn cho các công trình xây dựng dưới Trái Đất. Mặt khác, nếu không cần sử dụng công trình nữa thì vẫn có thể nấu chảy nó ra để tái chế nhằm xây dựng cái khác. Và quan trọng hơn cả, việc sản xuất bê tông lưu huỳnh là rẻ hơn gấp nhiều lần so với việc đưa nguyên liệu từ Trái Đất lên sao Hỏa để xây dựng. Các nhà khoa học cho rằng đây là một thành công mang tính đột phá, đưa kế hoạch định cư sao Hỏa trở nên gần với thực tế hơn.
5. Xi măng phát quang:
Tiến sỹ khoa học người Mexico, José Carlos Rubio và các nhà nghiên cứu thuộc Đại học San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) đã sáng chế thành công loại xi măng có thể phát sáng, chịu nhiệt và có tuổi thọ trên 100 năm, có thể sử dụng trong xây dựng để tạo nên các con đường phát sáng hoặc các tòa nhà phát sáng mà không cần đến điện.
Hỗn hợp xi-măng trên được trộn cả chất lân quang hấp thụ ánh sáng mặt trời ban ngày rồi chiếu sáng vào ban đêm. Khả năng này rất hữu ích cho những người đi bộ, đi xe đạp hay thậm chí cả những người đi xe máy ban đêm.
Theo các nhà nghiên cứu, loại xi-măng đặc biệt này có thể hấp thụ ánh sáng trong những ngày thời tiết u ám và phát sáng liên tục trong 12 giờ đồng hồ. Bằng việc điều chỉnh các thành phần xi-măng, người ta có thể dễ dàng đạt được độ sáng và màu sắc phù hợp để những người đi xe ban đêm không bị lóa mắt.
Loại xi-măng lân tinh được sản xuất như xi-măng thông thường. Các nhà nghiên cứu cho biết việc bổ sung thêm thành phần lân tinh không làm thay đổi cấu trúc vật liệu. Chính vì vậy, chất liệu này có thể dễ dàng dùng trát cho các tòa nhà hoặc bề mặt như xi-măng thông thường.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng cho rằng cần thêm thời gian để hoàn thiện loại vật liệu này, nhất là cho mục đích sử dụng thương mại. Hiện tại, việc thay thế sửa chữa các bề mặt dùng vật liệu xi-măng lân tinh vẫn đang được nghiên cứu.
6. Sợi CABKOMA (CABKOMA Strand Rod):
Loại vật liệu gia cố siêu nhẹ này có tên gọi CABKOMA, được tiến hành nghiên cứu và sản xuất bởi phòng thí nghiệm vật liệu sợi Komatsu có trụ sở tại tỉnh Ishikawa, Nhật Bản.
Sợi CABKOMA có lõi bằng carbon, bao quanh là lớp vỏ sợi vải và nhựa thông dẻo. Một đoạn dài 160m có trọng lượng chưa bằng đoạn ống nước và bạn có thể mang đi chỉ bằng một tay.
Sợi carbon là một trong những vật liệu hấp thụ sóng chấn động tốt nhất mà không cần cột chống đỡ nào.
Sợi carbon có độ căng tốt, bền chắc như thép nhưng lại nhẹ hơn thép 90%, không đòi hỏi phải khoan sâu để lắp đặt như cột chống đỡ. Bạn chỉ cần sử dụng ốc, đinh vít và chất kết dính vật liệu đễ cố định chúng. Về cơ bản, nó hoạt động như các phương pháp gia cố truyền thông, nhưng thay vì cố định tường của công trình với nền móng, sợi carbon sẽ nối từ phần mái nhà đến nền đất. Vì vậy, khi xảy ra dư chấn, toàn bộ ngôi nhà sẽ cùng rung chuyển, thay vì mỗi bộ phận riêng lẻ.
Kết cấu sợi carbon có nhược điểm không thể dùng với những tòa nhà trong khu phố đông đúc và với tòa cao ốc. Tuy nhiên, lưới sợi carbon cũng làm tăng thêm vẻ đẹp kiến trúc của tòa nhà, làm nhà đứng vững trong vùng tâm chấn động đất mà không tòa nhà nào chịu được. Hi vọng trong tương lai, thiết kế này mang đến sự an toàn cho hàng nghìn người luôn phải sống chung với những thảm họa tự nhiên bất ngờ.
7. Đồ nội thất sinh học:
Điều gì sẽ xảy ra nếu ghế của bạn có thể phân hủy? Một sự đổi mới rất đẹp khác trong ngành xây dựng là phát minh ra đồ nội thất sinh học. Sự đổi mới này là do nỗ lực chung của Terreform One và Genspace.
Những chiếc ghế được làm từ Mycoform, một chất liệu bao gồm chất nền sợi nấm – sự kết hợp giữa các mảnh vụn gỗ, thạch cao và cám yến mạch cùng với Ganoderma lucidum, một loại nấm có khả năng tiêu hóa các chất thải này và biến chúng thành vật liệu kết cấu cứng được bao bọc bởi một lớp vi khuẩn cenllulose. Hai yếu tố này kết hợp để tạo ra một loại nhựa composite bền vững phù hợp để sử dụng không chỉ trong đồ nội thất, mà còn có thể áp dụng trong kiến trúc xây dựng.
Terreform ONE mô tả quá trình tạo ra vật liệu trên không cần sự đòi hỏi cao về công nghệ, tiết kiệm năng lượng và không ô nhiễm. Khi đồ nội thất đã kết thúc tuổi thọ của nó, nó có thể được xử lý trong bất kỳ môi trường sinh học nào – chẳng hạn như vườn – và sẽ được phân hủy.
Ngoài ra, họ mô tả công nghệ này là “dễ dàng chuyển giao cho thế giới đang phát triển”, làm cho những băng ghế này trở thành một giải pháp thay thế thú vị cho sản xuất truyền thống, tại sao tài sản nhà của chúng ta không thể là một phần của trật tự tự nhiên.
8. Cầu phao (The Floating Piers):
Trên mặt nước của hồ Iseo tại nước Ý, bạn có thể thấy thêm một sự đổi mới lớn trong ngành xây dựng. Đó là chiếc cầu phao được đặt tên là “The Floating Piers”, dài gần 3 km, rộng khoảng 16 m, chứa hơn 200.000 m3 khí Polyetylen, được phủ bởi lớp vải màu cam nổi bật. Chiếc cầu được cố định trên mặt hồ, không hề có thành cầu và luôn nhấp nhô như đang thở theo từng gợn sóng.
Đưa ra ý tưởng thiết kế chiếc cầu phao nổi tiếng này là nghệ nhân Christo Vladimirov Javacheff – người nổi tiếng với các công trình nghệ thuật dựa trên nét đẹp tự nhiên của môi trường xung quanh. The Floating Piers không chỉ dẫn du khách trải nghiệm cảm giác đi bộ qua mặt hồ Iseo mà còn giúp họ chiêm ngưỡng vẻ đẹp của thiên nhiên khi đi vòng quanh các đảo.
Với cấu tạo là một chiếc cầu phao, The Floating Piers vẫn luôn nổi trên mặt nước mà không phụ thuộc vào mực nước của hồ. Ngoài ra, cầu phao có thể thu gọn khi thời tiết xấu và trải ra nhanh chóng sau đó, giúp các đảo không bị cô lập khi các cây cầu bị phá hủy bởi những thảm họa tự nhiên.
9. Gạch hút bụi (The Breathe Brick):
Gạch Hút bụi được phát triển bởi Carmen Trudell , một nữ giáo sư trợ lý tại trường kiến trúc Cal Poly tại San Luis Obispo, Mỹ và là người sáng lập tập đoàn BOTH Landscape and Architecture.
Gạch Hút bụi được thiết kế để tạo thành một phần của hệ thống thông gió thông thường của tòa nhà, với mặt tiền hai lớp của viên gạch chuyên dụng ở bên ngoài, được bổ sung bởi lớp bên trong là vật liệu cách nhiệt. Tại trung tâm chức năng của Gạch Hút bụi là lọc lốc xoáy, một ý tưởng được mượn từ các máy hút bụi hiện đại, tách các hạt ô nhiễm nặng ra khỏi không khí và thả chúng vào một phễu có thể tháo rời ở chân tường.
Gạch Hút bụi có thể hoạt động với cả hai hệ thống thông gió cơ học và thụ động, vì gạch chỉ đơn giản là cung cấp không khí được lọc vào thành tường; không khí này sau đó có thể được chuyển đến bên trong tòa nhà thông qua thiết bị cơ khí hoặc thông qua các lỗ thông hơi được điều khiển bởi các hệ thống thụ động như thông gió ngăn xếp.
Gạch Hút bụi có thể hoạt động cùng với hệ thống điều hòa thụ động, chẳng hạn như mê cung địa nhiệt và ống khói năng lượng mặt trời. Hiệu quả Gạch Hút bụi sẽ được cải thiện khi hoạt động song song với hệ thống thông gió cơ khí và hệ thống thông gió tự nhiên sẽ được cải thiện bằng cách phân phối không khí ngoài trời đã lọc.
10. Bê tông tự vá:
Nguồn: Dịch, Tổng hợp từ các thông tin trên Internet
