Tương lai của bê tông trong kiến trúc - xây dựng

Thứ 3, 12/11/2019
903

Bê tông là vật liệu phổ biến trong ngành kiến trúc, xây dựng. Tuy nhiên, đứng trước bối cảnh thế giới đang đối phó với biến đổi khí hậu, vật liệu bê tông cũng đang có những bước chuyển mình để phù hợp hơn với yêu cầu của thời đại.

tuong-lai-be-tong-kien-truc-xanh-1

 

Bê tông là vật liệu được sử dụng nhiều thứ hai trên trái đất. Đây cũng là nguồn phát thải CO2 lớn thứ hai, cùng với sản xuất xi măng chiếm 5 đến 7% lượng khí thải hàng năm. Sự phổ biến liên tục của bê tông như một vật liệu được lựa chọn trong ngành thiết kế và xây dựng, cùng với sự gia tăng mức độ không hài lòng về hậu quả môi trường, đã đặt bê tông vào tầm ngắm của sự đổi mới và thử nghiệm. Do đó, các nhà thiết kế, kiến trúc sư và nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tạo ra nhiều viễn cảnh cho tương lai của bê tông trong kiến trúc.

 

tuong-lai-be-tong-kien-truc-xanh-1

 

Bê tông là vật liệu được lựa chọn cho các kiến trúc sư và nhà xây dựng trong hàng ngàn năm nay, với việc sử dụng bê tông sớm nhất được ghi nhận ở Syria và Jordan vào năm 6000 trước Công nguyên. Chi phí thấp, tính linh hoạt, ứng dụng nhanh và sự quen thuộc tuyệt đối với những người tham gia sử dụng nó đồng nghĩa với việc khoảng 22 tỷ tấn bê tông được đổ mỗi năm. Theo một nghiên cứu gần đây của BBC, sản xuất xi măng đã tăng gấp ba mươi lần kể từ năm 1950, và tăng gấp bốn lần kể từ năm 1990, một phần do xây dựng sau chiến tranh ở châu Âu và sự bùng nổ xây dựng trên khắp châu Á từ những năm 1990 trở đi. Theo dự đoán, để theo kịp nhu cầu ở Đông Nam Á và châu Phi cận Sahara, sản lượng xi măng có thể phải tăng 25% vào năm 2030. 

 tuong-lai-be-tong-kien-truc-xanh-1

 

Với sự xem xét kỹ lưỡng về sự đóng góp của môi trường xây dựng vào biến đổi khí hậu, bê tông đã chịu áp lực đặc biệt. Theo Lucy Rodgers tại BBC News, nếu ngành công nghiệp xi măng là một quốc gia, nó sẽ là nước phát thải lớn thứ ba trên thế giới - sau Trung Quốc và Mỹ. Nó phát thải nhiều CO2 hơn nhiên liệu hàng không (2,5%) và không kém cạnh nền kinh tế nông nghiệp toàn cầu (12%). Tại hội nghị về biến đổi khí hậu COP24 của UN 2018 tại Ba Lan, đã nhấn mạnh rằng để đáp ứng các yêu cầu của Thỏa thuận khí hậu Paris 2015, lượng khí thải xi măng phải giảm 16% vào năm 2030. Trong bối cảnh đó, các kiến trúc sư và nhà nghiên cứu đã tạo ra một tá những khả năng cho cách bê tông có thể phát triển để quá trình xây dựng xanh hơn.

 

tuong-lai-be-tong-kien-truc-xanh-1

 

Nhiều sáng kiến tập trung vào việc giảm xi măng trong hỗn hợp bê tông. Gần đây, các nhà nghiên cứu MIT đã tiết lộ một phương pháp thử nghiệm sản xuất xi măng trong khi loại bỏ khí thải CO2. Sử dụng phương pháp điện hóa thu giữ CO2 trước khi nó được giải phóng, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng carbon được cô lập trong ngành công nghiệp nhiên liệu và đồ uống.

 

 

Một nguồn gốc liên quan của sự đổi mới đến từ việc tích hợp các vật liệu và các yếu tố trên nền tảng sinh học vào hỗn hợp bê tông. Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Lancaster ở Anh đã tiết lộ một phương pháp mới về việc sử dụng các hạt nano được chiết xuất từ cà rốt và rau củ để tăng cường hỗn hợp bê tông. Một xu hướng khác của bê tông sinh học, được phát triển bởi Tiến sĩ Sandra Manso-Blanco, cho thấy bê tông kết cấu được xếp lớp với các vật liệu để khuyến khích sự phát triển của rêu và địa y hấp thụ CO2.

 

 

Một hỗn hợp thay thế đã đi vào kiến trúc chính là GFRC (Bê tông cốt sợi thủy tinh). Vật liệu này bao gồm một lớp vữa làm bằng bê tông, cát, sợi thủy tinh chống kiềm và nước. Độ dẻo là một trong những phẩm chất chính của GFRC, cho phép đúc các mảnh mặt tiền mỏng hơn và do đó nhẹ hơn. Ví dụ, vật liệu này được sử dụng trong lớp vỏ của Trung tâm Heydar Aliyev của kiến trúc sư Zaha Hadid, và nó cũng đang được sử dụng để thực hiện các hình thức phức tạp của Nhà thờ Gaudi của Sagrada Familia.

 

tuong-lai-be-tong-kien-truc-xanh-8

 

Cùng với việc nắm lấy GFRC trong quá trình xây dựng, Zaha Hadid Architects cũng đã trưng bày một cách tiếp cận mới lạ hơn đối với bê tông, tiết lộ một lớp vỏ dệt kim 3D tại Bảo tàng Đại học Nghệ thuật Contemporaneo ở Mexico City. Hình thành một phần của triển lãm đầu tiên của ZHA tại Châu Mỹ Latinh, KnitCandela tỏ lòng tôn kính với kiến trúc sư và kỹ sư người Tây Ban Nha - Mexico, ông Felix Candela, bằng cách tái hiện các cấu trúc vỏ bê tông sáng tạo của mình thông qua công nghệ ván khuôn sáng tạo. Với thời gian đan là 36 giờ, hệ thống ván khuôn cáp và vải cho phép tính biểu đạt, bề mặt bê tông với hình thức tự do được xây dựng mà không cần khuôn. Vải dệt kim cho KnitCandela, được phát triển tại ETH Zurich, đã được vận chuyển từ Mexico đến Thụy Sĩ trong hai chiếc vali được kiểm tra, tổng cộng 350 km sợi nặng 25 kg. Vỏ bê tông mỏng, cong hai lần, chỉ nặng tổng cộng 5 tấn, mặc dù diện tích bề mặt là 50 mét vuông.

 

 

Mặc dù đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ KnitCrete ở triển lãm ZHA, ETH Zurich cũng đã đi đầu trong một số đổi mới liên quan đến bê tông. Với mục đích tối đa hóa không gian có sẵn và tránh đội vốn chi phí xây dựng, các nhà nghiên cứu từ Sở Kiến trúc ETH Zurich, đã phát minh ra một tấm sàn bê tông có độ dày chỉ 2cm, vẫn chịu được tải trọng và đồng thời mang tính bền vững. Trái ngược với sàn bê tông truyền thống bằng phẳng, những tấm này được thiết kế dạng vòm để hỗ trợ tải trọng lớn, gợi nhớ đến trần nhà hình vòm được tìm thấy trong các nhà thờ theo kiến trúc Gothic. Không cần gia cố thép và với ít bê tông hơn, việc sản xuất CO2 được giảm thiểu và kết quả là sàn 2cm nhẹ hơn 70% so với các sàn bê tông điển hình.

 

 

Gần đây, tổ chức này cũng đã cho thấy tiềm năng của bê tông in 3D. Tác phẩm sắp đặt "The Conrete Choreography" tại Riom, Thụy Sĩ, đã trình bày sân khấu bê tông in 3D đầu tiên bằng robot, bao gồm các cột được chế tạo mà không cần ván khuôn. Phối hợp với Lễ hội Origen ở Riom, Thụy Sĩ, bản sắp đặt có chín cột cao 2,7 mét, được thiết kế riêng với phần mềm tùy chỉnh và được chế tạo bằng quy trình in 3D robot mới do ETH Zurich phát triển với sự hỗ trợ của NCCR DFAB. Các cấu trúc bê tông rỗng được in để cho phép các vật liệu được sử dụng có tính toán, mở ra cách tiếp cận bền vững hơn với kiến trúc bê tông. Ngoài ra, vật liệu trang trí được thiết kế tính toán và kết cấu bề mặt thể hiện tính linh hoạt và tiềm năng thẩm mỹ đáng kể trong in ấn bê tông 3D khi được sử dụng trong các cấu trúc quy mô lớn.

 

 

Do đó, rõ ràng là có rất nhiều tương lai tiềm năng để bê tông tiếp tục là vật liệu được lựa chọn trong ngành thiết kế và xây dựng. Bê tông đã định hình các thành phố của chúng ta trong nhiều thế kỷ, tạo điều kiện mở rộng nhanh chóng và đạt tầm cao mới, giờ là lúc để xem xét làm thế nào các vật liệu như bê tông có thể tiếp tục hỗ trợ đổi mới, bằng cách trở thành chủ đề của sự đổi mới. Thách thức đối với các kiến trúc sư sẽ là đảm bảo rằng các giải pháp sáng tạo như vậy, với tiềm năng để thay đổi một cách căn bản cách chúng ta sử dụng bê tông, sẽ bắt đầu được chấp nhận trong một ngành công nghiệp bảo thủ truyền thống. Mặt khác, rõ ràng là tác động môi trường của bê tông như hiện nay cho thấy vật liệu sẽ bị vượt qua bởi các đối thủ cạnh tranh xanh của nó.