Những vật liệu sáng tạo được sử dụng trong kiến trúc

Đổi mới là một điều thiết yếu đối với nhân loại. Nó lấp đầy các vết nứt và thay đổi cách sống của chúng ta. Từ thời kỳ đồ đá đến thời La Mã, từ Cách mạng Công nghiệp đến Chủ nghĩa Quốc tế, ngành công nghiệp xây dựng đã chứng kiến nhiều loại vật liệu sáng tạo. Nhưng sự tìm tòi phát triển không dừng lại ở đây!

Vòng quay đổi mới là quá trình chuyển động tiến về phía, làm ta choáng váng với những công nghệ khó tin. Và dưới đây là 8 loại vật liệu sáng ta được sử dụng trong kiến trúc. 

1. Bê tông tự phục hồi

Chỉ mỗi tên thôi cũng đã đủ làm bạn hiểu điểm mấu chốt. Vật liệu sáng tạo này đã chinh phục được nhược điểm lớn nhất của bê tông, chính là dễ bị xuất hiện các vết nứt.

Bê tông tự phục hồi.

Nhưng nó hoạt động như thế nào??

Một loại vi khuẩn có tên Bacillus Pasteurii và thức ăn của nó (ở dạng tinh bột) được thêm vào hỗn hợp xi măng. Và phần còn lại chính là “ma thuật”!! Bất cứ khi nào xuất hiện vết nứt trên bề mặt bê tông và không khí có thể lọt vào, vi khuẩn sẽ được đánh thức và bắt đầu hấp thụ tinh bột. Điều này có thể khiến bạn sợ hãi, những vi khuẩn bài tiết ra canxi (một loại của canxi cacbonat) và tạo nên liên kết với bê tông, do đó có thể lấp đầy các vết nứt.  

Trên thế giới, có một vài loại bê tông tự phục hồi đang được chế tạo hoặc là đang trong quá trình nghiên cứu. Ban đầu, vì phương pháp và vật liệu còn khá mới, nó có thể có giá gấp 3 đến 4 lần so với bê tông thường. Nhưng nếu chúng ta xem xét trong thời gian lâu dài, vật liệu này là vị cứu tinh rất lớn đối với mặt bảo trì, giá thành và thời gian.

2. Gạch gốm thủy điện 

Điều gì sẽ xảy ra nếu những công trình giống như con người cũng có thể đổ mồ hôi? Đừng thấy ghê tởm bản thân; đổ mồ hôi của con người dựa trên cơ chế tự nhiên của cơ thể giúp điều tiết thân nhiệt. Areti Markopoulou, giám đốc của Advanced Architecture Group tại viện Advanced Architecture ở Catalonia cho biết, khi nhiệt độ của cơ thể ta tăng lên, các tế bào của chúng ta giải phóng độ ẩm để cân bằng nhiệt độ cơ thể. Đó là lý do tại sao ta lại đổ mồ hôi, và đây chính xác là cách hệ thống gốm thủy điện hoạt động.

Gốm sứ thủy điện.


Chu kỳ sinh trưởng và bay hơi của khí Hydro.


Một viên gạch nguyên mẫu được hình thành bởi bốn lớp xen kẽ nhau.

Ban đầu, ý tưởng này được thực hiện trên đất sét, nhôm, và acrylic. Kết quả xác định rằng bản chất xốp của đất sét làm cho nó trở thành vật liệu tốt nhất để chứa Hydro.

Theo Markopoulou, viên gạch nguyên mẫu gồm bốn lớp xen kẽ nhau có một lớp nền, một lớp vải, “một đốm” hydro và lớp trên cùng. Khí hydro có thể hấp thụ nước lên tới 500 lần khối lượng của nó, và sau khi nhiệt độ tăng lên, nước này sẽ bay hơi. Nó tạo ra hiệu ứng mát lạnh trong tòa nhà và làm giảm nhiệt độ lên tới 6°C.

Sáng kiến này có thể làm giảm bớt việc sử dụng điều hòa, một nguyên nhân của biến đổi khí hậu.

3. Cabkoma

Bạn có bao giờ tự hỏi, liệu có giải pháp nào cho tòa nhà bị hư hại do động đất có thể được khắc phục nhờ sợi tổng hợp sợi carbon nhiệt dẻo dày 9mm không?

Phòng thí nghiệm Komatsu Seiten ở Nhật Bản đã phát triển một loại vật liệu sáng tạo gọi là Cabkoma để gia cố cho tòa nhà chống lại cơn địa chấn.

Nhưng Cabkoma là gì?

Cabkoma là sợi tổng hợp cacbon nhiệt dẻo, cải tiến phần lõi thành sợi cacbon và lớp bên ngoài được phủ bằng sợi vô cơ, pha với nhựa nhiệt dẻo. Do sự hiện diện của nhựa nhiệt dẻo, vật liệu có thể được cải tạo nhờ vào nhiệt ngay cả khi nó trải qua quá trình làm cứng.

Thanh sợi Cabkoma.


Sợi Cabkoma có trọng lượng nhẹ và có thể cầm trên tay.

Cuộn Cabkoma dài 160m chỉ có trọng lượng 12kg khiến nó trở thành vật liệu nhẹ và dễ vận chuyển. Ngoài ra, các sợi này có độ đàn hồi tốt, chống ăn mòn, độ bền tuyệt vời và ít biến đổi kích thước do nhiệt độ. Hệ thống dây đan vào nhau được chế tạo để truyền lực tác động của động đất xuống mặt đất, do đó có thể ngăn ngừa rung động trong các tòa nhà.

Phòng thí nghiệm vải Komatsu Matere (fa-bo).

Ưu điểm lớn nhất của những sợi này là chúng có thể lắp đặt trên tòa nhà, được xây dựng mà không cần xem xét lực địa chấn. Nhưng chúng có thể không phải giải pháp thiết thực cho một vài công trình, vì việc lắp đặt đòi hỏi phải có không gian rộng lớn xung quanh để kết nối dây với mặt đất.

4. Gỗ nhiều lớp

Một vật liệu bền vững không yêu cầu việc phải đốt nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất. Nó bao gồm gỗ (thường thu được từ việc tái trồng rừng) và nó có thể sử dụng trong nhiều cấu trúc khác nhau từ công trình nhỏ đến những tòa nhà chọc trời.

CLT bao gồm những tấm gỗ được xử lý theo các cách khác nhau, xếp chồng lên nhau theo chiều vuông góc. Các lớp này cung cấp cấu trúc vững chắc theo cả hai hướng, tăng độ căng và độ nén cho vật liệu.

Bố trí lắp ráp của gỗ nhiều lớp.


Gỗ nhiều lớp.


The Smile của Alison Brooks Architects.

CLT có thời gian cháy chậm vì nó là gỗ cacbon hóa, nó tạo thành một lớp bảo vệ trong khi vẫn giữ lại tính vững chắc. Thêm vào đó, những tấm này có thể kín khí tuyệt đối nếu được xây dựng đúng cách, ngăn đám cháy lan rộng ra phần khác của ngôi nhà.

Vững chắc, bền bỉ, thẩm mĩ và bền vững. Tất cả công lại làm cho CLT trở thành loại bê tông của tương lai. Có nguồn gốc từ châu Âu, vật liệu sáng tạo này hiện đang được sử dụng trên toàn Thế giới.

5. Kính tạo ra điện

Mái nhà và sân thượng có thể được chuyển đổi thành các thiết kế tiện ích to lớn hoặc giữ nguyên như hiện tại. Nhưng khi được bao phủ bởi những tấm quang điện lớn, chúng gần như không có không gian dư nào để dùng cho các mục đích khác.

Nhiều công ty khác nhau trên toàn thế giới đã làm việc để phát triển việc cân bằng nội môi ở mặt trước và đưa kính năng lượng mặt trời có thể biến cửa sổ thành tấm phát điện. Nó có thể được sử dụng ở mặt trước, cửa sổ, mái nhà, và giếng trời để có thể cùng lúc vừa tạo ra điện tại chỗ và vừa tạo thêm nét thẩm mỹ cho tòa nhà.

Tấm năng lượng mặt trời trong suốt.


Tấm năng lượng mặt trời trong suốt biến các tòa nhà thành nhà máy điện.


Nhà kính R&H của Đại học Murdoch, Úc.

Không giống như những tấm kính khác, kính năng lượng mặt trời chứa một lớp năng lượng mặt trời trong suốt hấp thụ có chọn lọc và chuyển đổi tia cực tím và cận hồng ngoại thành điện trong khi vẫn cho phép ánh sáng xuyên vào trong tòa nhà. Kính tạo ra năng lượng này có thể sử dụng ở nhiều phạm vi khác nhau, hiệu quả của chúng còn phụ thuộc vào độ mờ, nó có thể thay đổi từ mờ 50% đến mờ hoàn toàn. 

6. Đất nện

Kỹ thuật đất nên có từ thời kỳ đồ đá mới. Được sản xuất bằng cách sử dụng những nguyên tố tự nhiên như đất, phấn, vôi, hay sỏi, nó đã được hồi sinh lại như một phương pháp xây dựng bền vững.

Ví dụ sớm nhất của kỹ thuật này là các bộ phận của Vạn Lý Trường Thành - Trung Quốc, Granada Alhambra ở Tây Ban Nha, và nhiều công trình nổi tiếng khác vẫn còn tồn tại hơn hai nghìn năm sau. 

Một quy trình điển hình để đúc sẵn tường đất nện.

Tường đất nện được đúc sẵn bằng cách lấp đầy khung có sẵn bằng một lớp đất ẩm bao gồm cát, sỏi, đất sét và chất ổn định. Lớp này sau đó được nén còn 50% thể tích ban đầu của nó.  Toàn bộ quá trình được lặp đi lặp lại để lấp đầy dần khung, sau đó khung được loại bỏ, để lại bức tường đất nện.

Đất nện là một vật liệu xây dựng sáng tạo của quá khứ, hiện tại và tương lai. Nó được coi là loại vật liệu thân thiện với môi trường với lượng khí thải cacbon gần như bằng không. Ngoài ra, nó còn là một kỹ thuật với chi phí thấp, và vật liệu chính (tức là đất ẩm) đã có sẵn tại hầu hết các vị trí xây dựng.

Nhà đất nện từ công ty xây dựng thân thiện với môi trường Hive Earth.


Tường bên trong bằng đất nện.

Công trình với móng đất nện có mức độ bảo trì thấp, chống sâu bệnh, chống cháy, bền, linh hoạt và có thể làm giảm bớt tiếng ồn. Việc xây dựng chủ yếu có trụ sở tại Ghana và các khu vực lân cận Sahara khác, dần dần thu hút sự chú ý từ các kiến trúc sư khác trên toàn thế giới.

7. Gỗ trong suốt

Điều này nghe có vẻ kỳ quái, nhưng ngay bây giờ bạn có thể nhìn xuyên qua gỗ. Một trong những loại vật liệu sáng tạo đầy độc đáo.

Sự hiện diện của lignin và cellulose là những gì làm cho gỗ mờ đục đi. Nó thậm chí thối rữa và bị mọt ăn. Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Maryland đã dùng hydrogen peroxide (thường dùng trong chất tẩy tóc) để làm gỗ trong suốt. Vật liệu này có thể khắc phục được các nhược điểm của thủy tinh và nhựa vì có thể phân hủy sinh học được, mạnh mẽ hơn, dễ uốn và cách điện tốt.

So sánh giữa gỗ thường và gỗ trong suốt.


Gỗ trong suốt.

Ứng dụng của gỗ trong suốt có thể rất đa dạng. Nó có thể dùng cho mái nhà, mặt tiền nhà, và thậm chí là vật liệu cấu trúc cho một số thiết bị quang điện và pin mặt trời.

8. Gạch làm từ nhựa

Theo như các nhà nghiên cứu ở UNEP, có khoảng 300 triệu tấn chất thải nhựa được sản xuất mỗi năm, gần bằng trọng lượng của toàn bộ dân số. 

Nzambi Matee, một kỹ sư vật liệu đến từ Kenya đã tìm ra cách để chuyển đổi chất thải nhựa thành những viên gạch. Chất thải công nghiệp và chất thải sinh hoạt (ví dụ như dầu gội và hộp sữa, nắp lật, xô, dây thừng và túi) được trộn chung với cát, đun nóng ở nhiệt độ cao, và sau đó nén thành những loại gạch khác nhau.

Gạch nhựa thân thiện với môi trường.


Nhựa được tái chế thành nhiều loại gạch.


Gạch nhựa dùng để lát đường lái xe.

Nzambi tuyên bố rằng vật liệu sáng tạo này mạnh hơn từ 5 đến 7 lần so với bê tông. Nó là một vật liệu nhẹ và rẻ hơn 30% so với gạch thông thường. Gạch nhựa có thể dùng để làm tường công trình, lát đường và những nhu cầu xây dựng khác.

Việc sử dụng vật liệu cũng phụ thuộc vào nhu cầu, vị trí và loại công trình. Từ bê tông tự hồi phục đến Gạch nhựa, những vật liệu sáng tạo này đều là những hướng đi mới cho cách mạng hóa ngành xây dựng và vật liệu trong tương lai.

VLXD.org (TH/ The Archspace)