Lĩnh vực kiến trúc đang ngày một phát triển mạnh mẽ với những sáng kiến về một loại vật liệu xây dựng mới tiên tiến hơn. Yêu cầu kiến tạo nên các công trình xây dựng bền vững, chắc chắn và linh hoạt đồng nghĩa với việc vật liệu sử dụng trong xây dựng cũng cần được phát triển và chú trọng hơn. Một trong những xu hướng hiện nay là chuyển đổi từ các vật liệu truyền thống sang những vật liệu thông minh và thân thiện với môi trường. Sự thay đổi này có thể định hình lại bản thiết kế của các công trình xây dựng hiện đại, từ đó thúc đẩy ngành xây dựng tiếp tục tìm kiếm những vật liệu độc đáo đầy hứa hẹn cho tương lai.
Vật liệu in 3D
Vật liệu in 3D là các loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tạo hình, bao gồm việc xây dựng các đối tượng ba chiều bằng cách xếp chồng các lớp vật liệu lên nhau. Trong lĩnh vực xây dựng, vật liệu in 3D được áp dụng để tạo ra các phần và cấu trúc tòa nhà thông qua máy in 3D quy mô lớn.
Hiện nay, các chuyên gia đang phát triển những loại vật liệu như Graphene – một loại vật liệu nhân tạo cứng nhất và đá sa thạch (3D-printed sandstone) với khả năng tạo hình đáng ngạc nhiên.
Ưu điểm vật liệu in 3D so với vật liệu xây dựng truyền thống bao gồm:
- Tiết kiệm chi phí: In 3D có thể giảm chi phí xây dựng đáng kể, tránh lãng phí vật liệu và giảm thiểu chi phí lao động.
- Tính linh hoạt trong thiết kế: In 3D cho phép thực hiện những thiết kế phức tạp và tinh xảo hơn mà các phương pháp xây dựng truyền thống khó đạt được.
- Tốc độ xây dựng: In 3D giúp giảm thời gian xây dựng đáng kể, vì máy in quy mô lớn có khả năng nhanh chóng tạo ra các bộ phận và cấu trúc của tòa nhà.
- Tính bền vững: Vật liệu in 3D thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp xây dựng truyền thống, giảm lượng khí thải carbon.
Công nghệ in 3D vẫn mới mẻ trong ngành xây dựng, nhưng đã có những dự án tiêu biểu sử dụng vật liệu này như : Văn phòng bảo tàng The Dubai Future Foundation, ngôi nhà in 3D đầu tiên ở Mỹ Được xây dựng tại bang Texas chỉ trong 24 giờ, BOD ở Hà Lan được in toàn bộ bằng 3D, thiết kế bền vững và tiết kiệm năng lượng.
Bê tông tự phục hồi (SHC - Self Healing Concrete)
Bê tông tự phục hồi là một loại vật liệu xây dựng tiên tiến, có khả năng tự làm liền vết nứt xuất hiện trong quá trình sử dụng. Bằng cách bổ sung vào vào hỗn hợp bê tông các yếu tố như vi sinh vật đặc biệt, vi nang hoặc mạng lưới vi mạch, vật liệu khác như Canxi Cacbonat để hình thành nên hợp chất chữa lành khi tiếp xúc với nước hoặc không khí. Quá trình này giúp lấp đầy các vết nứt và khôi phục độ bền của vật liệu.
Một trong những ưu điểm nổi bật của bê tông tự phục hồi là khả năng kéo dài tuổi thọ của cấu trúc bê tông, làm cho chúng trở nên bền bỉ và ổn định hơn. Bằng cách tự hàn gắn những vết nứt xuất hiện theo thời gian, bê tông tự phục hồi có thể ngăn chặn tình trạng ẩm ướt, bào mòn do hóa chất…gây ảnh hưởng đến sự ổn định và chất lượng công trình.
Bê tông tự phục hồi là một công nghệ mới nhưng đã được ứng dụng thành công trong ngành xây dựng. Ví dụ, tại Đại học Cambridge ở Vương quốc Anh, dự án “Bê tông cảm ứng sinh học” sử dụng bề mặt bê tông tự phục hồi. Tòa nhà “Komehyo Nagoya Daikou” ở Nhật Bản cũng là một ví dụ khác, với nền bê tông tự phục hồi có khả năng tự động sửa chữa các vết nứt và duy trì tính toàn vẹn.
Polyme gia cố sợi carbon (Carbon Fiber Reinforced Polymer - CFRP)
Polyme – Hay Nhựa gia cố sợi carbon (CFRP) là một loại vật liệu composite với độ bền cao, được tổng hợp từ sợi carbon và ma trận nhựa polymer. Các sợi carbon có tính chất chắc chắn, nhẹ và cứng, trong khi ma trận nhựa polymer đem lại tính dẻo dai và linh hoạt. Khi kết hợp, chúng tạo thành một hỗn hợp với trọng lượng nhẹ nhưng bền bỉ hơn đáng kể so với các vật liệu xây dựng truyền thống như thép và bê tông.
Việc áp dụng CFRP trong xây dựng mang lại nhiều lợi ích. Trước hết, vật liệu này nhẹ hơn nhiều so với những loại thông thường, giúp quá trình vận chuyển và lắp đặt trở nên thuận tiện. Thứ hai, CFRP có độ bền cao và rất chắc chắn. Nó là lựa chọn lý tưởng cho các công trình chịu tải trọng lớn như cầu, tòa nhà hay tua-bin gió. Cuối cùng, khả năng chống ăn mòn của nhựa gia cố sợi carbon là yếu tố khiến cho nó có tuổi thọ cao hơn so với vật liệu truyền thống.
Có rất nhiều công trình xây dựng sử dụng CFRP. Shard ở London – tòa nhà cao nhất Liên minh Châu Âu, là một trong những ví dụ nổi tiếng. Ngọn tháp của Shard sử dụng kết cấu thép và CFRP nặng 500 tấn, mang lại sự ổn định và sự vững chãi. Viện Thiết kế Máy Tính (ICD) và Viện Kết cấu Xây dựng và kết cấu thiết kế (ITKE) tại Đức được xây dựng hoàn toàn bằng CFRP.
D-CREA sẽ tiếp tục cập nhật thêm nhiều thông tin về các loại vật liệu tương lai đầy ưu việt trong những phần tiếp theo. Việc hiểu và “đón đầu” những xu thế mới nhất là điều làm nên sự thành công trong mọi thiết kế và công trình.
Ảnh: Internet
