__phwq.ahnn
Writer
Ngày nay, thị trường vật liệu xây dựng đang trở nên bão hòa với rất nhiều các loại vật liệu phổ biến. Tuy nhiên, mới đây khoa học vật liệu hiện đại đang có những tiến bộ đáng kể. Các vật liệu tổng hợp sáng tạo đã và đang được tạo ra với tiêu chí vật liệu xây dựng nhẹ hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường hơn so với các vật liệu truyền thống. Những tiến bộ này thúc đẩy kiến trúc mới, hoàn toàn khác với những gì chúng ta đã quen và chúng trở nên thân thiện hơn với môi trường.
Nhưng nếu bê tông có thể tự phục hồi thì sao? Hay nhựa đường, hoặc thậm chí là kim loại? Chỉ riêng việc sửa chữa và phục hồi cũng có thể tiết kiệm được hàng tỷ đồng, chưa kể đến việc giảm thiểu tác hại đến môi trường do việc thay thế vật liệu bị hư hỏng.
Có lẽ một số vật liệu xây dựng hiện đại có thể sẽ tìm được chỗ đứng của mình trong những thị trường ngách, nhưng cũng có một số vật liệu xây dựng sáng tạo có tiềm năng được sử dụng rộng rãi hơn. Các tòa nhà với kết cấu gạch và bê tông truyền thống sẽ dần trở thành dĩ vãng vì nhu cầu của con người là hiển nhiên: chúng ta cần những tòa nhà thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng, bền và nhẹ, vừa đẹp mắt vừa có chức năng cao. Thực tế rằng vật liệu nặng hơn sẽ làm tăng chi phí vận chuyển thiết bị xây dựng, thiết bị càng nhẹ thì càng dễ vận chuyển và càng ít tải trọng lên nhiên liệu được sử dụng, giúp giảm tác động đến môi trường.
Phát minh về vật liệu thân thiện với môi trường mới nhất ở thời điểm hiện tại - gỗ trong suốt - đã được công bố vào năm 2016. Tuy nhiên, mãi đến năm 2020, các nhà khoa học mới phát minh ra phương pháp làm cho gỗ trong suốt khi hợp tác với một nhóm từ Đại học Maryland tại College Park, mới tuyên bố rằng các thử nghiệm đã hoàn tất và họ đã đạt được kết quả ổn định. Gỗ trong suốt bền và nhẹ hơn kính ít nhất 5 lần, cũng như có hiệu suất nhiệt cao hơn. Chính những đặc điểm này khiến nó trở thành vật liệu thay thế vô cùng tiềm năng cho cửa sổ nhựa hoặc kính. Những ưu điểm khác của loại gỗ này có thể kể đến như là nguyên liệu thô có thể tái tạo và thân thiện với môi trường. Gỗ trong suốt được làm từ cây balsa, đây là loại cây phát triển nhanh, một cây trưởng thành chỉ trong 5 năm. Chi phí sản xuất cũng thấp hơn nhiều so với sản xuất kính, nơi có lượng khí thải carbon đáng chú ý do nhiệt độ cao cần thiết và điện được sử dụng trong quá trình này.
Gỗ trong suốt khá linh hoạt vì nó chứa xenlulo tự nhiên. Để đạt được độ trong suốt, gỗ balsa được ngâm trong dung dịch đặc biệt và sau đó thêm nhựa epoxy vào cấu trúc. Gỗ trong suốt hoặc kính gỗ có thể được sử dụng thay cho các đơn vị kính truyền thống hoặc các yếu tố khác trong các cấu trúc xây dựng trong suốt, nhưng cũng bền, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Sợi carbon thực sự là vật liệu của tương lai – mặc dù đã được sử dụng từ lâu trong các ngành thể thao khác nhau! Tuy nhiên, vật liệu cải tiến này ngày càng được sử dụng thường xuyên hơn trong xây dựng, một ngành công nghiệp thường đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền và độ nhẹ. Sợi carbon nhẹ hơn sắt 75% và nhẹ hơn nhôm 30%. Nó được sử dụng để gia cố các vật liệu xây dựng truyền thống nhằm cải thiện độ bền của chúng như gạch, khối bê tông cốt thép, kết cấu gỗ..., cũng như để giảm độ dày của bê tông và do đó, giảm trọng lượng của chúng. Gia cố bằng sợi carbon cho bê tông cũng cung cấp khả năng cách nhiệt tuyệt vời. Nhược điểm duy nhất và hạn chế ứng dụng rộng rãi của nó là chi phí vật liệu thường khá cao.
Vật liệu xây dựng sáng tạo không phải lúc nào cũng là vật liệu có các tính chất vật lý sáng tạo như độ bền hoặc độ an toàn. Đây cũng có thể là vật liệu tích hợp công nghệ để mang lại sự trang trí ngoạn mục và thực hiện các ý tưởng thiết kế xa hoa nhất. Một loại vật liệu hoàn thiện xây dựng mới là gạch nhạy cảm với sợi acrylic phản ứng với chuyển động, cảm ứng hoặc nguồn sáng của bạn. Sợi quang truyền ánh sáng và phản ứng: gạch có thể lấp lánh, phát sáng, bắt và phân tán các màu lân cận trên bề mặt của nó. Trang trí bằng vật liệu này mang đến những cơ hội mới trong kiến trúc và thiết kế nội thất.
Thuật ngữ “bê tông tự phục hồi” nghe có vẻ hơi kỳ lạ. Quay trở lại năm 2015, nhà phát minh Henk Jonkers từ Đại học Công nghệ Delft đã trình bày một phương pháp cải tiến để sửa chữa các vết nứt trong bê tông bằng cách sử dụng vi khuẩn. Nguyên lý của công nghệ này rất đơn giản: các viên nang chứa vi khuẩn và chất dinh dưỡng cụ thể cho chúng được thêm vào bê tông: vi khuẩn được kích hoạt ngay khi nước chạm vào. Bê tông bị nứt được xây dựng lại bằng độ ẩm, chứa đầy đá vôi do vi khuẩn tạo ra.
Ngoài công nghệ sinh học này, còn có một phương án thay thế khác từ các nhà nghiên cứu Hàn Quốc, trong đó các viên nang của một loại polymer nhất định được thêm vào bê tông. Dưới tác động của độ ẩm và ánh sáng mặt trời, nó cũng bắt đầu phản ứng, nở ra và lấp đầy vết nứt.
Bê tông truyền thống là vật liệu xây dựng rất đáng tin cậy và đã được khẳng định bởi nhiều chuyên gia, nhưng nó mất đi tính chất khi bị nứt. Nhiều chuyên gia khoa học vật liệu trên thế giới đang nỗ lực nâng cấp vật liệu cơ bản theo hướng hiện đại.
Gần đây, các nhà khoa học Mỹ từ Viện Công nghệ Worcester (WPI) cũng đã đưa ra bằng chứng cho thấy họ đã phát triển được bê tông sinh học. Trong trường hợp này, một loại enzyme được thêm vào để phản ứng với các tinh thể canxi cacbonat giải phóng CO2 - tính chất của chúng tương tự như bê tông. Kết quả là, tất cả các vết nứt đều được lấp đầy và cường độ của bê tông được cải thiện. Phương pháp này có thể phục hồi vết nứt 1mm trong một ngày.
Một phát triển khác của các nhà khoa học từ Đại học Colorado dựa trên quá trình quang hợp của vi khuẩn. T Bioconcrete được tạo thành từ hỗn hợp vi khuẩn lam – vi khuẩn quang hợp – gelatin và cát. Chúng phản ứng với nước và tăng kích thước để lấp đầy bất kỳ lỗ hổng nào.
Vật liệu cứng nhất và nhẹ nhất trên thế giới được tạo thành từ 99,8% không khí!
Vật liệu siêu nhẹ xốp tổng hợp này có nguồn gốc từ gel trong đó thành phần lỏng của gel được thay thế bằng khí. Kết quả là chúng tạo ra một khối rất rắn với mật độ cực thấp và độ dẫn nhiệt thấp. Khi chạm vào, nó giống như bọt polystyrene giòn. Aerogel có thể được tạo thành từ nhiều hợp chất hóa học khác nhau. Nó được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1931 bởi Samuel Stephens Kistler. Ông lập luận rằng ông có thể thay thế chất lỏng bằng khí mà không làm co cấu trúc. Các aerogel đầu tiên được làm từ silica gel. Công trình sau này của Kistler liên quan đến aerogel dựa trên nhôm oxit, crom oxit và thiếc dioxit. Các aerogel carbon lần đầu tiên được phát triển vào cuối những năm 1980. Một tính năng đặc biệt của aerogel là chúng có thể có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với khí mà chúng chứa. Vật liệu này là một chất cách nhiệt tuyệt vời, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt thân thiện với môi trường và hiệu quả ở quy mô công nghiệp. Do có độ xốp cao và mịn của cấu trúc, aerogel có thể được sử dụng để thu thập các hạt bụi nhỏ nhất.
Richlite là vật liệu ngược lại với giấy bền. Nó được làm từ các loại giấy bị thải ra môi trường sau đó được ép thành các tấm cứng, mịn có thể gia công. Giấy có nguồn gốc hợp lý thân thiện với môi trường hơn nhiều so với nhiều vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong xây dựng và đây là một trong những lợi thế chính của Richlite. Khi các vật liệu cũ được tái sử dụng để sản xuất Richlite mới, năng lượng tiêu tốn trong quá trình sản xuất sẽ ít hơn. Điều này dẫn đến lượng khí thải carbon trong sản xuất thấp hơn và sản phẩm cuối sẽ bền vững hơn nhiều. Tuy nhiên, công nghệ hiện đại biến nó thành một nguyên liệu thô tuyệt vời, rất cần thiết cho xây dựng sinh thái.
Không giống như đá hoặc các bề mặt cứng khác, Richlite hoạt động theo cùng một cách như gỗ cứng dày đặc, và nó có thể dễ dàng được nghiền, chà nhám và ghép nối. Richlite cũng là một vật liệu chống nước và vệ sinh có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, khả năng chịu nhiệt và chống cháy cao. Nó không gây hại cho môi trường và bề ngoài đẹp với lớp hoàn thiện tự nhiên. Do đó, nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ xây dựng đến thiết kế đồ nội thất. Nó thậm chí còn được sử dụng để sản xuất nhạc cụ, thay thế gỗ mun đắt tiền trong khi vẫn cung cấp chất lượng âm thanh cao. Richlite đã trở thành một vật liệu nổi tiếng, được nhiều kiến trúc sư yêu thích làm lớp hoàn thiện cho đồ nội thất, các yếu tố nội thất và các công trình sáng tạo.
Đá “lỏng” nhân tạo là hỗn hợp xây dựng dạng lỏng đặc biệt (được tạo thành từ 70% vụn đá cẩm thạch và 30% phụ gia đặc biệt và chất độn trang trí) được phun lên các bề mặt bao gồm bê tông, gạch, đá và nhựa đường. Do thành phần của nó, chất lỏng đông lại để tạo thành một lớp niêm phong chặt chẽ, mang lại cho bề mặt độ bền và vẻ ngoài hấp dẫn. Đá granit lỏng là vật liệu thân thiện với môi trường vì nó bao gồm nhựa an toàn, vụn đá cẩm thạch tự nhiên và chất độn khoáng. Vật liệu tổng hợp này thường được sử dụng trong các công trình hoàn thiện, để sản xuất hoặc phủ các cấu trúc riêng lẻ hoặc các yếu tố nội thất.
Nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng bê tông là một trong những mục tiêu phổ biến nhất trong khoa học vật liệu, nhưng điều này không có gì đáng ngạc nhiên.
Ngày nay, hầu như mọi công trình xây dựng đều dựa trên bê tông. Chúng tôi đã đề cập rằng một trong những vấn đề của bê tông là tính dễ vỡ nếu bị sứt mẻ và nứt. Ngoài ra, mặc dù bê tông cực kỳ chắc chắn, nhưng nó lại bị hạn chế về tải trọng mà nó có thể chịu được. Quay trở lại năm 2014, người Singapore không chỉ có thể cải thiện độ bền và giảm trọng lượng của bê tông bằng cách loại bỏ cốt thép trong các kết cấu bê tông, mà họ còn tăng thêm tính linh hoạt, vốn không phải là đặc tính đặc trưng của bê tông truyền thống.
Nhờ có các chất khác được thêm vào, bê tông ConFlexPave mới có độ dẻo dai và độ bền cao hơn bê tông truyền thống tới 3 lần. Các sợi siêu nhỏ polyme mỏng nhất được trộn vào dung dịch, phân bổ tải trọng trên toàn bộ tấm bê tông. Điều này giúp bê tông trở nên bền như kim loại và bền gấp đôi bê tông thông thường khi chịu uốn cong.
Tuy nhiên, không có giới hạn nào cho sự hoàn hảo, và các nhà khoa học khác vẫn tiếp tục theo đuổi bê tông dẻo. Ví dụ, các chuyên gia từ Đại học Swinburne đã tạo ra bê tông không sử dụng xi măng, nhưng vẫn có cùng đặc điểm nổi bật về độ dẻo và tải trọng. Loại bê tông mới này cũng thân thiện với môi trường vì nó kết hợp tro bay và xỉ lò cao, khói silica, tro trấu, cốt liệu bê tông tái chế và kể cả nhựa phế thải - loại chất thải điển hình từ các nhà máy điện than. Nó cũng đông cứng ở nhiệt độ phòng, nghĩa là không cần chi phí sản xuất cao không bền vững. Nhưng quan trọng nhất, bê tông mới dẻo hơn bê tông truyền thống gấp 400 lần, trong khi vẫn duy trì cùng cường độ. Các vật liệu địa trùng hợp không chỉ tăng thêm hệ số uốn mà còn cải thiện khả năng chống lại các vết nứt nhỏ có thể xảy ra. Các sợi polyme giữ cho kết cấu chịu tải trọng lớn ngay cả khi có vết nứt, do đó, vật liệu mới có thể được sử dụng ở những khu vực dễ xảy ra động đất vì nguy cơ sụp đổ của các tòa nhà làm bằng loại bê tông này được giảm thiểu.
Vật liệu mang tính cách mạng này là một tấm vải bê tông dạng cuộn. Tính linh hoạt của nó mang lại khả năng thiết kế vô hạn cho các kiến trúc sư và đặt ra những thách thức mới cho xây dựng
Giải pháp Concrete Canvas được cấp bằng sáng chế được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ xây dựng và hơn thế nữa. Nó cho phép xây dựng các cấu trúc bê tông với quá trình lắp đặt tối thiểu và đào tạo chuyên gia. Việc lắp đặt thường nhanh hơn gấp mười lần: chỉ cần trải một cuộn đã chuẩn bị và thêm nước
Đây là vật liệu phụ trợ giúp ích cho một số công tác chuẩn bị trước khi thi công và cũng được sử dụng trong quá trình chuẩn bị các công trình cơ sở hạ tầng: kênh rạch, sửa chữa và bảo vệ bề mặt và mái dốc, gia cố hồ chứa và đường ống
Vật liệu của tương lai này là một thiết kế sử dụng vật lý. Nói một cách đơn giản, nó là một loại gốm trong suốt dựa trên nhôm oxynitride (AlON). Các tính năng chính của vật liệu này là khả năng chống trầy xước và độ bền. Nhôm trong suốt bền hơn nhiều so với thủy tinh aluminosilicate (thạch anh) và cũng cứng hơn 85% so với sapphire. Ngoài ra, nó có thể chịu được nhiệt độ lên tới 2.100⁰C. Nó có khả năng chống bức xạ, axit, kiềm và nước. Đương nhiên, vật liệu này đã được các ngành công nghiệp quân sự và quang học áp dụng ngay lập tức. Nhưng trong xây dựng, nó được sử dụng cho các cửa sổ chống va đập, mái vòm và các yếu tố khác đòi hỏi độ trong suốt và độ bền.
Đây là vật liệu cải tiến sử dụng gỗ trong mọi thành phần của nó. Gỗ được ép thành tấm và ép nhiều lớp, tạo thành khối rắn chắc hơn nhiều so với gỗ thông thường.
Với loại gỗ này, bạn sẽ tìm thấy các loại khác như gỗ dán chéo và gỗ dán nhiều lớp. Gỗ dán nhiều lớp bao gồm nhiều mảnh gỗ dán lại với nhau, được sử dụng để tạo thành các thanh dầm chắc chắn. Gỗ dán chéo được làm từ các mảnh gỗ xếp theo các hướng xen kẽ để tạo thành các tấm lớn có thể chịu được tải trọng lớn. Cả hai loại gỗ đều có khả năng chống cháy cực cao. Các lớp bên ngoài, khi đốt cháy, tạo ra than giúp cách nhiệt phần gỗ còn lại. Trong các thử nghiệm chống cháy, chúng đã chứng minh được khả năng duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của chúng. Sử dụng gỗ nguyên khối giúp tạo điều kiện thu giữ carbon trong khi cây đang phát triển và trong khi gỗ được sử dụng trong các tòa nhà. Theo một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Lâm nghiệp bền vững, nếu sử dụng lâm nghiệp bền vững, có thể ngăn ngừa được 14 đến 31% lượng khí thải toàn cầu bằng cách thay thế vật liệu được sử dụng trong các tòa nhà và cầu bằng gỗ.
Đây là vật liệu mặt tiền tổng hợp làm từ đất sét và hydrogel có khả năng làm mát bên trong tòa nhà lên đến 6 °C. Hydroceramics sử dụng khả năng hấp thụ lượng nước gấp 500 lần trọng lượng của chính hydrogel để tạo ra một hệ thống tòa nhà "trở thành một sinh vật sống như một phần của thiên nhiên, chứ không phải vượt ra ngoài thiên nhiên". Công nghệ này được phát triển bởi các sinh viên Tây Ban Nha tại Viện Kiến trúc Tiên tiến của Catalonia vào năm 2014. Kể từ đó, vật liệu cải tiến cho phép hệ thống tự làm mát này có nhu cầu rất lớn trong ngành xây dựng và trong giới kiến trúc sư. Nó đặc biệt phổ biến đối với các công trình xây dựng sinh thái vì có thể tiết kiệm tới 28% tổng mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị làm mát truyền thống.
Đối với những vùng dễ xảy ra động đất như Nhật Bản, vật liệu có khả năng chịu được động đất là một điều rất quan trọng. Đó là lý do tại sao phòng thí nghiệm của Komatsu Seiten Fabric đã phát triển một loại vật liệu làm từ sợi carbon nhiệt dẻo có tên là Cabkoma - sợi Hydrocarbon.
Vật liệu này được phủ bằng sợi vô cơ và sợi tổng hợp, với lớp hoàn thiện bằng nhựa nhiệt dẻo, tạo nên hệ thống gia cố địa chấn nhẹ nhất thế giới. Các sợi cải tiến này nhẹ hơn gần năm lần so với dây kim loại có cùng độ bền và thậm chí còn có thiết kế khá đẹp. Chúng cũng hiệu quả, giúp các tòa nhà đáp ứng các yêu cầu về gia cố địa chấn. Tất nhiên, giống như tất cả các vật liệu gốc sợi carbon, nhược điểm của Cabkoma là không hề rẻ.
Flexicomb lấy cảm hứng từ thiên nhiên – như bạn có thể đoán từ tên gọi, cấu trúc của vật liệu này lấy cảm hứng từ tổ ong. Ý tưởng rất đơn giản này đã trở nên cực kỳ linh hoạt và hữu dụng. Ý tưởng này lần đầu tiên xuất hiện tại Đại học Yale, nơi các nhà khoa học đã nghiên cứu cấu trúc tổ ong. Bằng cách kết hợp các ống hút thành một mảng, họ có thể dễ dàng tạo ra một cấu trúc giống như tổ ong. Nó cũng mang đến cơ hội tái chế hoặc tái sử dụng một loại nhựa gây hại cho môi trường vô cùng phổ biến hiện nay - ống hút.
Trong Flexicomb, hàng ngàn ống polypropylene được kết nối chặt chẽ thành một ma trận linh hoạt, có thể tạo ra nhiều hình dạng khác nhau. Những cấu trúc này trong mờ, vì vậy chúng thường được sử dụng để sản xuất các thành phần chiếu sáng trang trí.
Mọi người đều biết rằng màu trắng có thể phản xạ ánh sáng cực tốthểVif vậy các nhà khoa học đã tạo ra "loại sơn trắng nhất thế giới" có thể đóng vai trò như máy điều hòa không khí làm mát phòng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue đã tạo ra một loại sơn trắng phản xạ 98,1% ánh sáng mặt trời. Bí mật của loại sơn này là thành phần của nó có chứa bari sulfat.
Loại sơn này có màu trắng tinh khiết hoàn hảo với hiệu ứng phản chiếu. Theo kết quả thử nghiệm, việc sơn thử loại sơn này dẫn đến kết quả đáng kinh ngạc: Các nhà nghiên cứu đã thử sơn một mái nhà rộng 90 m2 có thể mang lại công suất làm mát là 10 kW. Con số này cao hơn công suất thông thường của máy điều hòa không khí trong các hộ gia đình.
Ngoài việc sử dụng để làm mát các tòa nhà, loại sơn mới này còn có thể ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt của hệ thống điện ngoài trời.
Công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Berlin - Made of Air đã phát triển một loại nhựa sinh học đặc biệt không độc hại làm từ than sinh học từ chất thải rừng và nông nghiệp. Nó thu giữ carbon và có thể được sử dụng cho mọi thứ từ mặt tiền tòa nhà, đồ nội thất, giao thông và cơ sở hạ tầng đô thị.
Vật liệu tái chế bao gồm 90% carbon và có khả năng hấp thụ CO2 từ khí quyển, bản thân nó cũng là vật liệu có lượng carbon âm.
Vật liệu xốp, giàu carbon giữ lại carbon rất hiệu quả. Không giống như sinh khối phân hủy, nhanh chóng giải phóng carbon trở lại khí quyển, than sinh học vẫn ổn định trong hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn năm. Nhựa than sinh học của Made of Air rẻ hơn nhựa sinh học thông thường, nhưng vẫn đắt hơn vật liệu gốc dầu mỏ.
Các tấm lục giác có tên HexChar lần đầu tiên được lắp đặt làm vật liệu ốp tại một trung tâm đại lý Audi ở Munich vào năm 2021; đây là lần đầu tiên sản phẩm này được sử dụng trong một tòa nhà. Một phân tích vòng đời đã chỉ ra rằng lớp ốp của đại lý có thể lưu trữ được 14 tấn carbon.
Các nhà nghiên cứu từ Học viện Bách khoa Rensselaer ở Hoa Kỳ đã phát minh ra một loại cây gai dầu thay thế cho cốt thép, mà họ cho là có thể tránh được vấn đề ăn mòn và giảm lượng khí thải carbon trong quá trình xây dựng.
Vật liệu gia cố bằng gai dầu có thể được sử dụng để hỗ trợ các kết cấu bê tông theo cùng cách như thép và các loại vật liệu gia cố khác hiện nay, nhưng ít tác động đến môi trường hơn do thành phần của vật liệu và độ bền của nó.
Hiện nay, tình trạng rỉ sét của cốt thép là lý do chính khiến các công trình như cầu, đường, đập và các tòa nhà bị phá dỡ sớm. Cốt thép gai cải tiến sẽ cung cấp độ bền và khả năng chống ăn mòn gấp ba lần. Hơn nữa, không giống như cốt sợi thủy tinh trong các công trình dễ bị ăn mòn, cốt thép gai không đòi hỏi quá nhiều năng lượng để sản xuất và lắp đặt, khiến nó trở thành giải pháp thân thiện với môi trường hơn.
Danh sách này chỉ là một phần nhỏ trong số những phát triển và các công nghệ mới đã được sử dụng trong ngành xây dựng. Mỗi vật liệu đều được cải tiến hàng năm hoặc một giải pháp được thay thế bằng một giải pháp tốt hơn. Xây dựng là một lĩnh vực mà vật liệu tiên tiến về mặt công nghệ và các giải pháp kỹ thuật số sáng tạo có thể cách mạng hóa cách thức thực hiện các dự án và tạo ra các cơ sở vật chất hiện đại thực sự trong tương lai. #xuhướngvậtliệuxâydựngmới
Vật liệu cải tiến giúp giải quyết các vấn đề trong quá khứ
Trong những công trình xây dựng, tình huống xi măng bị nứt thông thường rất nghiêm trọng. Bởi không chỉ ảnh hưởng tới vấn đề thẩm mỹ mà còn ảnh hưởng tới cấu trúc. Lúc này, nước sẽ bắt đầu thấm vào vết nứt và làm giảm độ bền của bê tông.Nhưng nếu bê tông có thể tự phục hồi thì sao? Hay nhựa đường, hoặc thậm chí là kim loại? Chỉ riêng việc sửa chữa và phục hồi cũng có thể tiết kiệm được hàng tỷ đồng, chưa kể đến việc giảm thiểu tác hại đến môi trường do việc thay thế vật liệu bị hư hỏng.
Có lẽ một số vật liệu xây dựng hiện đại có thể sẽ tìm được chỗ đứng của mình trong những thị trường ngách, nhưng cũng có một số vật liệu xây dựng sáng tạo có tiềm năng được sử dụng rộng rãi hơn. Các tòa nhà với kết cấu gạch và bê tông truyền thống sẽ dần trở thành dĩ vãng vì nhu cầu của con người là hiển nhiên: chúng ta cần những tòa nhà thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng, bền và nhẹ, vừa đẹp mắt vừa có chức năng cao. Thực tế rằng vật liệu nặng hơn sẽ làm tăng chi phí vận chuyển thiết bị xây dựng, thiết bị càng nhẹ thì càng dễ vận chuyển và càng ít tải trọng lên nhiên liệu được sử dụng, giúp giảm tác động đến môi trường.
Vật liệu xây dựng sáng tạo nhất
Chúng tôi đã thu thập những vật liệu xây dựng thú vị và sáng tạo nhất hiện đang được sử dụng và một số chúng là những vật liệu đầy hứa hẹn đang được thử nghiệm trong các dự án thí điểm. Một số vật liệu xây dựng không nhất thiết phải là những vật liệu hoàn toàn mới - tức là công nghệ đã được phát triển và thử nghiệm từ lâu, nhưng vẫn được sử dụng một cách có chọn lọc và không phổ biến. Vật liệu xây dựng mới được sử dụng cho cả lớp hoàn thiện trang trí và làm vật liệu cốt lõi trong các kết cấu xây dựng.Gỗ trong suốt
Phát minh về vật liệu thân thiện với môi trường mới nhất ở thời điểm hiện tại - gỗ trong suốt - đã được công bố vào năm 2016. Tuy nhiên, mãi đến năm 2020, các nhà khoa học mới phát minh ra phương pháp làm cho gỗ trong suốt khi hợp tác với một nhóm từ Đại học Maryland tại College Park, mới tuyên bố rằng các thử nghiệm đã hoàn tất và họ đã đạt được kết quả ổn định. Gỗ trong suốt bền và nhẹ hơn kính ít nhất 5 lần, cũng như có hiệu suất nhiệt cao hơn. Chính những đặc điểm này khiến nó trở thành vật liệu thay thế vô cùng tiềm năng cho cửa sổ nhựa hoặc kính. Những ưu điểm khác của loại gỗ này có thể kể đến như là nguyên liệu thô có thể tái tạo và thân thiện với môi trường. Gỗ trong suốt được làm từ cây balsa, đây là loại cây phát triển nhanh, một cây trưởng thành chỉ trong 5 năm. Chi phí sản xuất cũng thấp hơn nhiều so với sản xuất kính, nơi có lượng khí thải carbon đáng chú ý do nhiệt độ cao cần thiết và điện được sử dụng trong quá trình này.
Gỗ trong suốt khá linh hoạt vì nó chứa xenlulo tự nhiên. Để đạt được độ trong suốt, gỗ balsa được ngâm trong dung dịch đặc biệt và sau đó thêm nhựa epoxy vào cấu trúc. Gỗ trong suốt hoặc kính gỗ có thể được sử dụng thay cho các đơn vị kính truyền thống hoặc các yếu tố khác trong các cấu trúc xây dựng trong suốt, nhưng cũng bền, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Sợi carbon
Sợi carbon thực sự là vật liệu của tương lai – mặc dù đã được sử dụng từ lâu trong các ngành thể thao khác nhau! Tuy nhiên, vật liệu cải tiến này ngày càng được sử dụng thường xuyên hơn trong xây dựng, một ngành công nghiệp thường đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền và độ nhẹ. Sợi carbon nhẹ hơn sắt 75% và nhẹ hơn nhôm 30%. Nó được sử dụng để gia cố các vật liệu xây dựng truyền thống nhằm cải thiện độ bền của chúng như gạch, khối bê tông cốt thép, kết cấu gỗ..., cũng như để giảm độ dày của bê tông và do đó, giảm trọng lượng của chúng. Gia cố bằng sợi carbon cho bê tông cũng cung cấp khả năng cách nhiệt tuyệt vời. Nhược điểm duy nhất và hạn chế ứng dụng rộng rãi của nó là chi phí vật liệu thường khá cao.
Sensitiles - Gạch Acrylic trang trí
Vật liệu xây dựng sáng tạo không phải lúc nào cũng là vật liệu có các tính chất vật lý sáng tạo như độ bền hoặc độ an toàn. Đây cũng có thể là vật liệu tích hợp công nghệ để mang lại sự trang trí ngoạn mục và thực hiện các ý tưởng thiết kế xa hoa nhất. Một loại vật liệu hoàn thiện xây dựng mới là gạch nhạy cảm với sợi acrylic phản ứng với chuyển động, cảm ứng hoặc nguồn sáng của bạn. Sợi quang truyền ánh sáng và phản ứng: gạch có thể lấp lánh, phát sáng, bắt và phân tán các màu lân cận trên bề mặt của nó. Trang trí bằng vật liệu này mang đến những cơ hội mới trong kiến trúc và thiết kế nội thất.
Bê tông tự phục hồi
Thuật ngữ “bê tông tự phục hồi” nghe có vẻ hơi kỳ lạ. Quay trở lại năm 2015, nhà phát minh Henk Jonkers từ Đại học Công nghệ Delft đã trình bày một phương pháp cải tiến để sửa chữa các vết nứt trong bê tông bằng cách sử dụng vi khuẩn. Nguyên lý của công nghệ này rất đơn giản: các viên nang chứa vi khuẩn và chất dinh dưỡng cụ thể cho chúng được thêm vào bê tông: vi khuẩn được kích hoạt ngay khi nước chạm vào. Bê tông bị nứt được xây dựng lại bằng độ ẩm, chứa đầy đá vôi do vi khuẩn tạo ra.
Ngoài công nghệ sinh học này, còn có một phương án thay thế khác từ các nhà nghiên cứu Hàn Quốc, trong đó các viên nang của một loại polymer nhất định được thêm vào bê tông. Dưới tác động của độ ẩm và ánh sáng mặt trời, nó cũng bắt đầu phản ứng, nở ra và lấp đầy vết nứt.
Bê tông truyền thống là vật liệu xây dựng rất đáng tin cậy và đã được khẳng định bởi nhiều chuyên gia, nhưng nó mất đi tính chất khi bị nứt. Nhiều chuyên gia khoa học vật liệu trên thế giới đang nỗ lực nâng cấp vật liệu cơ bản theo hướng hiện đại.
Gần đây, các nhà khoa học Mỹ từ Viện Công nghệ Worcester (WPI) cũng đã đưa ra bằng chứng cho thấy họ đã phát triển được bê tông sinh học. Trong trường hợp này, một loại enzyme được thêm vào để phản ứng với các tinh thể canxi cacbonat giải phóng CO2 - tính chất của chúng tương tự như bê tông. Kết quả là, tất cả các vết nứt đều được lấp đầy và cường độ của bê tông được cải thiện. Phương pháp này có thể phục hồi vết nứt 1mm trong một ngày.
Một phát triển khác của các nhà khoa học từ Đại học Colorado dựa trên quá trình quang hợp của vi khuẩn. T Bioconcrete được tạo thành từ hỗn hợp vi khuẩn lam – vi khuẩn quang hợp – gelatin và cát. Chúng phản ứng với nước và tăng kích thước để lấp đầy bất kỳ lỗ hổng nào.
Aerogel
Vật liệu cứng nhất và nhẹ nhất trên thế giới được tạo thành từ 99,8% không khí!
Vật liệu siêu nhẹ xốp tổng hợp này có nguồn gốc từ gel trong đó thành phần lỏng của gel được thay thế bằng khí. Kết quả là chúng tạo ra một khối rất rắn với mật độ cực thấp và độ dẫn nhiệt thấp. Khi chạm vào, nó giống như bọt polystyrene giòn. Aerogel có thể được tạo thành từ nhiều hợp chất hóa học khác nhau. Nó được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1931 bởi Samuel Stephens Kistler. Ông lập luận rằng ông có thể thay thế chất lỏng bằng khí mà không làm co cấu trúc. Các aerogel đầu tiên được làm từ silica gel. Công trình sau này của Kistler liên quan đến aerogel dựa trên nhôm oxit, crom oxit và thiếc dioxit. Các aerogel carbon lần đầu tiên được phát triển vào cuối những năm 1980. Một tính năng đặc biệt của aerogel là chúng có thể có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với khí mà chúng chứa. Vật liệu này là một chất cách nhiệt tuyệt vời, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt thân thiện với môi trường và hiệu quả ở quy mô công nghiệp. Do có độ xốp cao và mịn của cấu trúc, aerogel có thể được sử dụng để thu thập các hạt bụi nhỏ nhất.
Richlite
Không giống như đá hoặc các bề mặt cứng khác, Richlite hoạt động theo cùng một cách như gỗ cứng dày đặc, và nó có thể dễ dàng được nghiền, chà nhám và ghép nối. Richlite cũng là một vật liệu chống nước và vệ sinh có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, khả năng chịu nhiệt và chống cháy cao. Nó không gây hại cho môi trường và bề ngoài đẹp với lớp hoàn thiện tự nhiên. Do đó, nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ xây dựng đến thiết kế đồ nội thất. Nó thậm chí còn được sử dụng để sản xuất nhạc cụ, thay thế gỗ mun đắt tiền trong khi vẫn cung cấp chất lượng âm thanh cao. Richlite đã trở thành một vật liệu nổi tiếng, được nhiều kiến trúc sư yêu thích làm lớp hoàn thiện cho đồ nội thất, các yếu tố nội thất và các công trình sáng tạo.
Đá Granite lỏng
Đá “lỏng” nhân tạo là hỗn hợp xây dựng dạng lỏng đặc biệt (được tạo thành từ 70% vụn đá cẩm thạch và 30% phụ gia đặc biệt và chất độn trang trí) được phun lên các bề mặt bao gồm bê tông, gạch, đá và nhựa đường. Do thành phần của nó, chất lỏng đông lại để tạo thành một lớp niêm phong chặt chẽ, mang lại cho bề mặt độ bền và vẻ ngoài hấp dẫn. Đá granit lỏng là vật liệu thân thiện với môi trường vì nó bao gồm nhựa an toàn, vụn đá cẩm thạch tự nhiên và chất độn khoáng. Vật liệu tổng hợp này thường được sử dụng trong các công trình hoàn thiện, để sản xuất hoặc phủ các cấu trúc riêng lẻ hoặc các yếu tố nội thất.
Bê tông uốn
Nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng bê tông là một trong những mục tiêu phổ biến nhất trong khoa học vật liệu, nhưng điều này không có gì đáng ngạc nhiên.
Ngày nay, hầu như mọi công trình xây dựng đều dựa trên bê tông. Chúng tôi đã đề cập rằng một trong những vấn đề của bê tông là tính dễ vỡ nếu bị sứt mẻ và nứt. Ngoài ra, mặc dù bê tông cực kỳ chắc chắn, nhưng nó lại bị hạn chế về tải trọng mà nó có thể chịu được. Quay trở lại năm 2014, người Singapore không chỉ có thể cải thiện độ bền và giảm trọng lượng của bê tông bằng cách loại bỏ cốt thép trong các kết cấu bê tông, mà họ còn tăng thêm tính linh hoạt, vốn không phải là đặc tính đặc trưng của bê tông truyền thống.
Nhờ có các chất khác được thêm vào, bê tông ConFlexPave mới có độ dẻo dai và độ bền cao hơn bê tông truyền thống tới 3 lần. Các sợi siêu nhỏ polyme mỏng nhất được trộn vào dung dịch, phân bổ tải trọng trên toàn bộ tấm bê tông. Điều này giúp bê tông trở nên bền như kim loại và bền gấp đôi bê tông thông thường khi chịu uốn cong.
Tuy nhiên, không có giới hạn nào cho sự hoàn hảo, và các nhà khoa học khác vẫn tiếp tục theo đuổi bê tông dẻo. Ví dụ, các chuyên gia từ Đại học Swinburne đã tạo ra bê tông không sử dụng xi măng, nhưng vẫn có cùng đặc điểm nổi bật về độ dẻo và tải trọng. Loại bê tông mới này cũng thân thiện với môi trường vì nó kết hợp tro bay và xỉ lò cao, khói silica, tro trấu, cốt liệu bê tông tái chế và kể cả nhựa phế thải - loại chất thải điển hình từ các nhà máy điện than. Nó cũng đông cứng ở nhiệt độ phòng, nghĩa là không cần chi phí sản xuất cao không bền vững. Nhưng quan trọng nhất, bê tông mới dẻo hơn bê tông truyền thống gấp 400 lần, trong khi vẫn duy trì cùng cường độ. Các vật liệu địa trùng hợp không chỉ tăng thêm hệ số uốn mà còn cải thiện khả năng chống lại các vết nứt nhỏ có thể xảy ra. Các sợi polyme giữ cho kết cấu chịu tải trọng lớn ngay cả khi có vết nứt, do đó, vật liệu mới có thể được sử dụng ở những khu vực dễ xảy ra động đất vì nguy cơ sụp đổ của các tòa nhà làm bằng loại bê tông này được giảm thiểu.
Vật liệu mang tính cách mạng này là một tấm vải bê tông dạng cuộn. Tính linh hoạt của nó mang lại khả năng thiết kế vô hạn cho các kiến trúc sư và đặt ra những thách thức mới cho xây dựng
Giải pháp Concrete Canvas được cấp bằng sáng chế được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ xây dựng và hơn thế nữa. Nó cho phép xây dựng các cấu trúc bê tông với quá trình lắp đặt tối thiểu và đào tạo chuyên gia. Việc lắp đặt thường nhanh hơn gấp mười lần: chỉ cần trải một cuộn đã chuẩn bị và thêm nước
Đây là vật liệu phụ trợ giúp ích cho một số công tác chuẩn bị trước khi thi công và cũng được sử dụng trong quá trình chuẩn bị các công trình cơ sở hạ tầng: kênh rạch, sửa chữa và bảo vệ bề mặt và mái dốc, gia cố hồ chứa và đường ống
Nhôm trong suốt
Vật liệu của tương lai này là một thiết kế sử dụng vật lý. Nói một cách đơn giản, nó là một loại gốm trong suốt dựa trên nhôm oxynitride (AlON). Các tính năng chính của vật liệu này là khả năng chống trầy xước và độ bền. Nhôm trong suốt bền hơn nhiều so với thủy tinh aluminosilicate (thạch anh) và cũng cứng hơn 85% so với sapphire. Ngoài ra, nó có thể chịu được nhiệt độ lên tới 2.100⁰C. Nó có khả năng chống bức xạ, axit, kiềm và nước. Đương nhiên, vật liệu này đã được các ngành công nghiệp quân sự và quang học áp dụng ngay lập tức. Nhưng trong xây dựng, nó được sử dụng cho các cửa sổ chống va đập, mái vòm và các yếu tố khác đòi hỏi độ trong suốt và độ bền.
Gỗ nhiều lớp
Đây là vật liệu cải tiến sử dụng gỗ trong mọi thành phần của nó. Gỗ được ép thành tấm và ép nhiều lớp, tạo thành khối rắn chắc hơn nhiều so với gỗ thông thường.
Với loại gỗ này, bạn sẽ tìm thấy các loại khác như gỗ dán chéo và gỗ dán nhiều lớp. Gỗ dán nhiều lớp bao gồm nhiều mảnh gỗ dán lại với nhau, được sử dụng để tạo thành các thanh dầm chắc chắn. Gỗ dán chéo được làm từ các mảnh gỗ xếp theo các hướng xen kẽ để tạo thành các tấm lớn có thể chịu được tải trọng lớn. Cả hai loại gỗ đều có khả năng chống cháy cực cao. Các lớp bên ngoài, khi đốt cháy, tạo ra than giúp cách nhiệt phần gỗ còn lại. Trong các thử nghiệm chống cháy, chúng đã chứng minh được khả năng duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của chúng. Sử dụng gỗ nguyên khối giúp tạo điều kiện thu giữ carbon trong khi cây đang phát triển và trong khi gỗ được sử dụng trong các tòa nhà. Theo một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Lâm nghiệp bền vững, nếu sử dụng lâm nghiệp bền vững, có thể ngăn ngừa được 14 đến 31% lượng khí thải toàn cầu bằng cách thay thế vật liệu được sử dụng trong các tòa nhà và cầu bằng gỗ.
Hydroceramic (Làm mát thụ động)
Đây là vật liệu mặt tiền tổng hợp làm từ đất sét và hydrogel có khả năng làm mát bên trong tòa nhà lên đến 6 °C. Hydroceramics sử dụng khả năng hấp thụ lượng nước gấp 500 lần trọng lượng của chính hydrogel để tạo ra một hệ thống tòa nhà "trở thành một sinh vật sống như một phần của thiên nhiên, chứ không phải vượt ra ngoài thiên nhiên". Công nghệ này được phát triển bởi các sinh viên Tây Ban Nha tại Viện Kiến trúc Tiên tiến của Catalonia vào năm 2014. Kể từ đó, vật liệu cải tiến cho phép hệ thống tự làm mát này có nhu cầu rất lớn trong ngành xây dựng và trong giới kiến trúc sư. Nó đặc biệt phổ biến đối với các công trình xây dựng sinh thái vì có thể tiết kiệm tới 28% tổng mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị làm mát truyền thống.
Cabkoma - Sợi Hydrocarbon
Đối với những vùng dễ xảy ra động đất như Nhật Bản, vật liệu có khả năng chịu được động đất là một điều rất quan trọng. Đó là lý do tại sao phòng thí nghiệm của Komatsu Seiten Fabric đã phát triển một loại vật liệu làm từ sợi carbon nhiệt dẻo có tên là Cabkoma - sợi Hydrocarbon.
Vật liệu này được phủ bằng sợi vô cơ và sợi tổng hợp, với lớp hoàn thiện bằng nhựa nhiệt dẻo, tạo nên hệ thống gia cố địa chấn nhẹ nhất thế giới. Các sợi cải tiến này nhẹ hơn gần năm lần so với dây kim loại có cùng độ bền và thậm chí còn có thiết kế khá đẹp. Chúng cũng hiệu quả, giúp các tòa nhà đáp ứng các yêu cầu về gia cố địa chấn. Tất nhiên, giống như tất cả các vật liệu gốc sợi carbon, nhược điểm của Cabkoma là không hề rẻ.
Flexicomb
Flexicomb lấy cảm hứng từ thiên nhiên – như bạn có thể đoán từ tên gọi, cấu trúc của vật liệu này lấy cảm hứng từ tổ ong. Ý tưởng rất đơn giản này đã trở nên cực kỳ linh hoạt và hữu dụng. Ý tưởng này lần đầu tiên xuất hiện tại Đại học Yale, nơi các nhà khoa học đã nghiên cứu cấu trúc tổ ong. Bằng cách kết hợp các ống hút thành một mảng, họ có thể dễ dàng tạo ra một cấu trúc giống như tổ ong. Nó cũng mang đến cơ hội tái chế hoặc tái sử dụng một loại nhựa gây hại cho môi trường vô cùng phổ biến hiện nay - ống hút.
Trong Flexicomb, hàng ngàn ống polypropylene được kết nối chặt chẽ thành một ma trận linh hoạt, có thể tạo ra nhiều hình dạng khác nhau. Những cấu trúc này trong mờ, vì vậy chúng thường được sử dụng để sản xuất các thành phần chiếu sáng trang trí.
Đế làm mát thụ động
Mọi người đều biết rằng màu trắng có thể phản xạ ánh sáng cực tốthểVif vậy các nhà khoa học đã tạo ra "loại sơn trắng nhất thế giới" có thể đóng vai trò như máy điều hòa không khí làm mát phòng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue đã tạo ra một loại sơn trắng phản xạ 98,1% ánh sáng mặt trời. Bí mật của loại sơn này là thành phần của nó có chứa bari sulfat.
Loại sơn này có màu trắng tinh khiết hoàn hảo với hiệu ứng phản chiếu. Theo kết quả thử nghiệm, việc sơn thử loại sơn này dẫn đến kết quả đáng kinh ngạc: Các nhà nghiên cứu đã thử sơn một mái nhà rộng 90 m2 có thể mang lại công suất làm mát là 10 kW. Con số này cao hơn công suất thông thường của máy điều hòa không khí trong các hộ gia đình.
Ngoài việc sử dụng để làm mát các tòa nhà, loại sơn mới này còn có thể ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt của hệ thống điện ngoài trời.
Lót than sinh học
Công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Berlin - Made of Air đã phát triển một loại nhựa sinh học đặc biệt không độc hại làm từ than sinh học từ chất thải rừng và nông nghiệp. Nó thu giữ carbon và có thể được sử dụng cho mọi thứ từ mặt tiền tòa nhà, đồ nội thất, giao thông và cơ sở hạ tầng đô thị.
Vật liệu tái chế bao gồm 90% carbon và có khả năng hấp thụ CO2 từ khí quyển, bản thân nó cũng là vật liệu có lượng carbon âm.
Các tấm lục giác có tên HexChar lần đầu tiên được lắp đặt làm vật liệu ốp tại một trung tâm đại lý Audi ở Munich vào năm 2021; đây là lần đầu tiên sản phẩm này được sử dụng trong một tòa nhà. Một phân tích vòng đời đã chỉ ra rằng lớp ốp của đại lý có thể lưu trữ được 14 tấn carbon.
Thép cây Hemp
Các nhà nghiên cứu từ Học viện Bách khoa Rensselaer ở Hoa Kỳ đã phát minh ra một loại cây gai dầu thay thế cho cốt thép, mà họ cho là có thể tránh được vấn đề ăn mòn và giảm lượng khí thải carbon trong quá trình xây dựng.
Vật liệu gia cố bằng gai dầu có thể được sử dụng để hỗ trợ các kết cấu bê tông theo cùng cách như thép và các loại vật liệu gia cố khác hiện nay, nhưng ít tác động đến môi trường hơn do thành phần của vật liệu và độ bền của nó.
Hiện nay, tình trạng rỉ sét của cốt thép là lý do chính khiến các công trình như cầu, đường, đập và các tòa nhà bị phá dỡ sớm. Cốt thép gai cải tiến sẽ cung cấp độ bền và khả năng chống ăn mòn gấp ba lần. Hơn nữa, không giống như cốt sợi thủy tinh trong các công trình dễ bị ăn mòn, cốt thép gai không đòi hỏi quá nhiều năng lượng để sản xuất và lắp đặt, khiến nó trở thành giải pháp thân thiện với môi trường hơn.
Danh sách này chỉ là một phần nhỏ trong số những phát triển và các công nghệ mới đã được sử dụng trong ngành xây dựng. Mỗi vật liệu đều được cải tiến hàng năm hoặc một giải pháp được thay thế bằng một giải pháp tốt hơn. Xây dựng là một lĩnh vực mà vật liệu tiên tiến về mặt công nghệ và các giải pháp kỹ thuật số sáng tạo có thể cách mạng hóa cách thức thực hiện các dự án và tạo ra các cơ sở vật chất hiện đại thực sự trong tương lai. #xuhướngvậtliệuxâydựngmới
