6 loại vật liệu mới đang thay đổi Kiến trúc Thương mại

Khi xi măng bị nứt, nó gặp phải một vấn đề lớn hơn nhiều so với mọi người có thể nhận ra. Tính thẩm mỹ là một chuyện, nhưng cuối cùng, nước sẽ thắm vào vết nứt và bắt đầu mòn dần ở phần bê tông còn lại và các kết cấu thép được nhúng thêm vào để tăng thêm sự chắc chắn.

Trong một môi trường lạnh, vấn đề đó được giải quyết bởi hoạt động đóng băng: Nước trong vết nứt nở ra khi nó đóng băng, đẩy mỗi bên cách xa nhau một chút, chỉ để làm tan một lần nữa và giải quyết sâu hơn vào vết nứt.

Nhưng nếu bê tông có thể tự chữa lành thì sao? Hoặc nhựa đường, hoặc thậm chí là kim loại? Thế giới có thể tiết kiệm hàng tỷ đô la chưa kể chi phí cải tạo và sửa chữa, chưa kể đến việc giảm tác hại đối với môi trường. 

Khi nghiên cứu và phát triển trong khoa học vật liệu tiến bộ, những cách thức mới để xây dựng các tòa nhà đang xuất hiện nhiều hơn. Một số loại vật liệu có thể sẽ phù hợp với những phạm vi nhỏ, những cái khác có thể có khả năng ứng dụng rộng rãi, nhưng điều rõ ràng là các tòa nhà của thập kỷ tới sẽ chắc chắn hơn, thân thiện với môi trường hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với các tòa nhà trước đây.

Dưới đây là 6 loại vật liệu mới đang thay đổi Kiến trúc Thương mại tốt hơn:

1. Gỗ khối (Mass Timber)

Con người đã xây dựng bằng gỗ kể từ khi họ mới rời khỏi hang động, nhưng trong thời hiện đại, các vật liệu như xi măng và thép đã thay thế nó cho các tòa nhà cao tầng. Có một lý do chính đáng cho điều đó: Gỗ thường yếu hơn các vật liệu khác và nó dễ bị cháy.

Một sản phẩm của gỗ khối

Tuy nhiên, sau khi nghiên cứu liên bang về các kỹ thuật xây dựng gỗ tiên tiến hơn, công nghệ cũ của ngành xây dựng đang nhận được một số thủ thuật mới. Gỗ khối - trong đó gỗ đặc được ốp và ép để tăng cường độ và các đặc tính hữu ích khác - đang giúp các tòa nhà gỗ cao xuất hiện trở lại ở các thành phố trên khắp nước Mỹ.

Các loại gỗ khối bao gồm một số loại gỗ nhiều lớp, đáng chú ý nhất là gỗ ép và gỗ dán keo. Gỗ dán keo được tạo thành từ nhiều miếng gỗ được dán lại với nhau và rất hữu ích để tạo ra các cây đà kiên cố. Gỗ ép được tạo thành từ những mảnh gỗ xếp chồng lên nhau theo các hướng xen kẽ và tạo ra những tấm lớn có thể chịu được trọng lượng lớn.

Cả hai loại gỗ đều có khả năng chống cháy đáng ngạc nhiên. The Alantic báo cáo rằng các lớp bên ngoài tạo ra một mảng bảo vệ khi bị đốt cháy giúp cách nhiệt phần còn lại của gỗ. Trong thử nghiệm chịu lửa, họ đã chứng minh khả năng duy trì tính toàn vẹn cấu trúc của chúng.

Gỗ khối hỗ trợ việc thu giữ carbon khi cây phát triển và sau đó cô lập nó trong các tòa nhà. Theo một nghiên cứu trên Tạp chí Lâm nghiệp bền vững, với các kỹ thuật lâm nghiệp bền vững, 14 đến 31% lượng khí thải toàn cầu có thể được ngăn chặn bằng cách thay thế các vật liệu được sử dụng trong các tòa nhà và cầu bằng gỗ.

2. Vật liệu tự phục hồi (Self-Healing Materials)

Cũng thú vị là những phát triển gần đây trong xi măng tự phục hồi. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, ngay cả một vết nứt nhỏ trong cấu trúc bê tông cũng có thể phát triển thành vấn đề lớn hơn, tốn kém hơn nhiều. Theo CityLab, các nhà khoa học vật liệu gần đây đã tìm ra một cách mới lạ sử dụng các bào tử sống để giúp bê tông tự khắc phục khi có vết nứt!

Bê tông tự phục hồi vết nứt

Giải pháp liên quan đến những viên nang nhỏ, thấm nước có thể trộn vào bê tông ướt. Một khi bê tông trở nên cứng và khô, các bào tử tồn tại trong trạng thái lơ lửng một cách linh hoạt - giống như các gói men khô. Tuy nhiên, khi một vết nứt mở ra trong bê tông và nước thấm vào, chúng bắt đầu phát triển và tạo ra canxit, một dạng tinh thể của canxi cacbonat được tìm thấy trong đá cẩm thạch và đá vôi. Các canxit lấp đầy các vết nứt trong bê tông và cứng lại, ngăn vết nứt ngày càng rộng hơn.

Bê tông tự phục hồi có thể giúp các tòa nhà, đường hầm, cầu, và các cấu trúc khác tồn tại lâu hơn mà không cần sửa chữa hoặc thay thế đáng kể. Tiền sẽ tiết kiệm được trong thời gian này khó có thể đong đếm được, cũng như việc giảm lượng khí thải carbon. Điều đó nói rằng, chi phí hiện nay cao hơn đáng kể so với bê tông thông thường và nếu nó không giảm, đây chỉ có thể là một lựa chọn cho các dự án về lâu sau này.

3. Gạch làm sạch không khí (Air Cleaning Bricks)

Chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đang trở thành mối quan tâm quan trọng hơn đối với bất động sản thương mại khi chúng ta hiểu rõ hơn về cách môi trường được xây dựng ảnh hưởng đến sức khỏe của những người sống và làm việc trong đó. Không thiếu cách để cải thiện IAQ, nhưng hầu hết trong số chúng đòi hỏi sử dụng năng lượng tích cực để lọc không khí. Cách tiếp cận đó thải ra nhiều carbon và các chất ô nhiễm khác vào không khí trong thời gian dài.

Gạch làm sạch không khí

Carmen Trudell, trợ lý giáo sư tại trường kiến trúc Cal Poly San Luis Obispo và người sáng lập của Both Landscape and Architecture, đã phát minh ra một hệ thống thụ động sử dụng các viên gạch ở bên ngoài tòa nhà để lọc các hạt nặng hơn trong không khí khi nó đi vào không gian. Các viên gạch bê tông đưa không khí vào một bộ phận lọc xoáy bên trong để tách các phần tử nặng và thả chúng xuống một cái phễu ở chân tường. Không khí sạch sau đó được kéo vào tòa nhà, bằng cơ học hoặc thụ động, và người bảo trì có thể chỉ cần loại bỏ và làm trống phễu trên cơ sở định kỳ.

Trong các thử nghiệm, hệ thống đã loại bỏ khoảng 1/3 vật chất hạt mịn và 100% hạt thô. Và tốt hơn nữa là, hệ thống của Trudell không tốn kém hơn so với các lựa chọn thay thế  khác, và bà đang hình dung việc sử dụng chúng ở các nước đang phát triển.

4. Thanh sợi (Strand Rods)

Tại Nhật Bản, nơi động đất là một thực tế không may của cuộc sống, Phòng thí nghiệm Vải Komatsu Seiten đã bao phủ trụ sở chính của mình bằng một hỗn hợp sợi carbon nhiệt dẻo hay còn gọi là CABKOMA Strand Rod. Hỗn hợp được bao phủ trong các sợi vô cơ, sợi tổng hợp và hoàn thiện bằng nhựa nhiệt dẻo, sử dụng độ bền kéo để tạo ra hệ thống gia cố địa chấn nhẹ nhất thế giới.

Cấu tạo sợi CABKOMA Strand Rod

Bao phủ công trình bằng CABKOMA Strand Rod

Các thanh này nhẹ hơn đến năm lần so với dây kim loại có cùng độ bền, tạo ra một motif hấp dẫn đáng ngạc nhiên. Chúng cũng rất hiệu quả - tòa nhà được đánh giá cao hơn nhiều so với yêu cầu thực hiện thông thường để gia cố địa chấn.

Các thanh sợi sẽ tìm được hướng tiếp cận với các tòa nhà trên khắp thế giới? Điều đó vẫn có nhiều khả năng thực tế. Trang web của công ty chưa cung cấp thông tin chi tiết về chi phí.

5. Gốm làm mát thụ động (Passive Cooling Ceramics)

Điều hòa không khí là một quá trình sử dụng nhiều năng lượng, chiếm một phần lớn trong lượng khí thải carbon toàn cầu. Các phương pháp làm mát thụ động đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, nhưng hầu hết đều không hiệu quả khi bên ngoài rất nóng và có nhiều xung đột, thay vì sự hỗ trợ và làm mát nhân tạo. Tuy nhiên, gần đây, các sinh viên tại Viện kiến trúc tiên tiến của công ty kiến trúc kỹ thuật số thông minh Catalonia đã tạo ra một mặt tiền làm từ hỗn hợp đất sét và hydrogel làm mát các tòa nhà giống như cách da chúng ta làm mát cơ thể.

Cơ thể chúng ta đổ mồ hôi để hạ nhiệt cho chúng ta. Khi da chúng ta ẩm ướt, nhiệt truyền vào nước và các hạt nước nóng nhất bốc hơi, lấy đi nhiệt. Vật liệu này hoạt động theo cùng một cách. Nước thu thập trong các giọt hydrogel được nhúng trong hỗn hợp đất sét. Khi tòa nhà nóng lên, nhiệt được truyền vào nước và sau đó mất đi do bốc hơi. Hiệu ứng này xảy ra nhanh hơn nhiều khi nóng hơn, có nghĩa là hệ thống cũng đáp ứng với điều kiện nhiệt độ.

Các sinh viên chịu trách nhiệm cho dự án nhận thấy rằng nó có thể tạo ra mức giảm nhiệt độ tới 6,4 độ trong suốt 20 phút. Trong điều kiện lý tưởng, điều này có thể dẫn đến mức giảm 28% cho việc sử dụng điều hòa không khí, giúp tiết kiệm đáng kể và giảm lượng khí thải carbon.

6. Rác (Trash)

Vâng, rác rưởi. Các kiến trúc sư và nhà xây dựng trên đỉnh cao của phong trào môi trường đang sử dụng các vật liệu tái chế như kim loại phế thải, bìa cứng và thậm chí là chai nhựa để tạo ra các tòa nhà mới có lượng phát thải CO₂ nhỏ hơn. 

Ví dụ, các-tông tái chế đang được sử dụng để tạo ra vật liệu cách nhiệt cellulose chất lượng cao nhanh hơn so với cách thực hiện theo quy trình truyền thống. UltraCell cách nhiệt sử dụng một quy trình ướt, trái ngược với các quy trình khô cũ hơn dẫn đến các sản phẩm bị nhiễm bẩn và bụi.

Chai Soda nhựa và chai nước luôn được tái chế, nhưng nhìn chung, chúng chỉ có thể được sử dụng để tạo ra chai mới một vài lần trước khi chúng cần được xử lý. Trong vài thập kỷ qua, chai nhựa đã ngày càng tìm thấy tuổi thọ mới, dài hơn dưới dạng thảm PET (polyethylen terephthalate). PET trong chai là lý tưởng để làm thảm mềm, xơ và khi hết tuổi thọ như một tấm thảm, nó có thể được tái sử dụng trong các bộ phận xe hơi, vật liệu hỗn hợp và cách nhiệt.

Trên đảo Governors của thành phố New York, một cuộc thi đã được tổ chức gần đây để xem xét cách thiết kế có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề môi trường. Kết quả là một sự pha trộn hấp dẫn của nghệ thuật và thiết kế bền vững. Đội Aesop gồm năm thành viên đã đưa ra năm tấn đất sét và làm khô, dẫn đến các vết nứt lớn, hữu cơ. Những khe nứt này sau đó được lấp đầy bằng các lon nhôm nóng chảy từ một trung tâm tái chế địa phương để tạo ra các tấm bạt bền, nhẹ và hấp dẫn tự nhiên.

Khi chính phủ liên bang rời khỏi vị trí lãnh đạo về các vấn đề môi trường, các tiểu bang, doanh nghiệp tư nhân và người tiêu dùng đang bước vào để lấp đầy khoảng trống. Hy vọng trong tương lai chúng ta sẽ thấy nhiều loại vật liệu mới hơn tìm đường vào thị trường xây dựng khi các công ty trở nên bền vững về tài chính.

Alex Richardson

Kiến Ngoại Ngữ dịch

(Link bài gốc...)