Dự kiến đến năm 2050, sự cạn kiệt nhanh chóng của nguồn nguyên liệu thô sẽ khiến thế giới không có đủ cát và thép để xây dựng bê tông. Mặt khác, chi phí xây dựng vẫn sẽ tiếp tục tăng cao, với mức tăng từ 5% đến 11% so với năm trước. Và về tác động của nó đối với môi trường, ngành xây dựng vẫn chiếm 23% trong các nguyên nhân gây ô nhiễm không khí, 50% trong biến đổi khí hậu, 40% trong ô nhiễm nước uống và 50% trong các vấn đề chất thải chôn lấp.
Ngành xây dựng ảnh hưởng gián tiếp đến con người thông qua môi trường
Khi xi măng bị nứt, đó là một vấn đề lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta có thể nhìn thấy. Tính thẩm mỹ là một chuyện, nhưng cuối cùng, nước sẽ xâm nhập vào vết nứt và bắt đầu mài mòn phần bê tông còn lại, các kết cấu thép để tăng cường độ chắc chắn cũng sẽ bị nhúng nước và mất dần, dẫn đến sự rạn nứt ngày càng lan rộng.
Trong một môi trường trở nên lạnh giá, vấn đề đó được tạo ra bởi hiện tượng đóng băng - tan băng: Nước trong vết nứt sẽ mở rộng khi nó đóng băng, đẩy hai bên bê tông rạn nứt càng cách xa nhau hơn, rồi khi băng tan thì nước lại càng lắng sâu vào vết nứt đó, tạo nên sự mài mòn kéo dài.
Các vết nứt bê tông xảy ra trên đường phố sẽ là điều kiện khiến tác động của thiên tai trở nên mạnh mẽ hơn, ví dụ như các trận động đất hay lũ lụt. Thêm vào đó, các vết rạn nứt này cũng ảnh hưởng trực tiếp đến con người khi di chuyển giao thông trên đường bị cản trở.
Một vấn đề khác khi đô thị hóa phát triển, kéo theo sự xuất hiện ngày càng nhiều của các tòa nhà cao tầng. Tòa nhà càng cao thì việc sử dụng các vật liệu xây dựng thô sẽ khiến trọng lượng của các thành phố tăng dần. Do đặc tính của từng loại vật liệu, điều này còn làm tăng đảo nhiệt đô thị, hiệu ứng nhà ứng, biến đổi khí hậu và nhiều thiên tai khác kéo theo.
Không có gì ngạc nhiên khi thiết kế đã trở thành một đóng góp thiết yếu cho quá trình khoa học phát triển vật liệu. Từ thuở sơ khai của loài người, vật liệu đã hình thành nên loài người, mang lại những công cụ giúp cải tiến các cấu trúc xã hội, kinh tế và dân sự của loài người. Chuyển tiếp nhanh đến thời hiện đại và nhu cầu phát triển, các thiết kế sáng tạo, cùng với các vật liệu và công nghệ tiên tiến đang định hình các ngành công nghiệp, nền kinh tế và cuối cùng là tương lai. Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, mục tiêu của việc phát triển vật liệu xây dựng chưa từng quá chú trọng đến đời sống của con người, cho dù đó là thể chất, tình cảm hay tinh thần. Điều này đã trở thành điểm khởi đầu cho sự phát triển của các vật liệu mới.
Vật liệu xây dựng mới chú trọng bảo vệ con người
Bê tông xuyên sáng là một trong những vật liệu xây dựng toàn diện nhất trong thập kỷ qua. Cùng với khả năng chiếu sáng đường cao tốc, đường và làn đường dành cho xe đạp vào ban đêm mà không cần sử dụng điện, đảm bảo an toàn cho người đi bộ, loại bê tông này cũng có thể bù đắp hiệu suất môi trường kém của vật liệu. Gần đây, sinh viên kỹ sư đại học tại Đại học Hoa Kỳ ở Cairo đã phát triển một loại bê tông hấp thụ ánh sáng mặt trời, giống như phát quang sinh học, phát ra năng lượng của nó vào ban đêm dưới dạng tia sáng “để giảm lượng năng lượng khổng lồ được sử dụng trong việc chiếu sáng đường cao tốc và biển báo đường phố cần thiết cho các chuyến đi an toàn”.
Bê tông phát sáng từ lâu đã được coi là một giải pháp đáng kể cho tác động của ngành xây dựng đối với cuộc khủng hoảng khí hậu. Ban đầu được phát triển bởi Tiến sĩ Jose Carlos Rubio từ Đại học Michoacan của Saint Nicholas of Hidalgo ở Mexico, sự đổi mới điều chỉnh cấu trúc vi mô của xi măng để loại bỏ các tinh thể để một khi nó kết hợp với nước, nó sẽ chuyển thành dạng gel, hấp thụ năng lượng mặt trời, và giải phóng nó dưới dạng ánh sáng.
Tòa nhà Italian Pavilion, Thượng Hải, Trung Quốc - sử dụng bê tông xuyên sáng để xây dựng. (Ảnh: heidelbergcement.com)
Mặc dù mỗi vật liệu có tuổi thọ riêng, nhưng hầu hết các vật liệu xây dựng, đặc biệt là vật liệu tổng hợp, có xu hướng xấu đi sau vài năm chịu lực và tiếp xúc với các yếu tố bên ngoài. Vật liệu thường cho thấy sự hư hỏng này, chẳng hạn như qua các vết nứt, nhưng trong một số trường hợp nhất định, các hư hỏng có xu hướng không được phát hiện, tạo ra rủi ro vật lý cho những người liên tục sử dụng các bề mặt này.
Để giải quyết tình huống khó xử này, các nhà nghiên cứu ETH Zurich phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Fribourg đã phát triển một loại laminate mới có thể thay đổi màu sắc ngay khi vật liệu bị biến dạng.
Là một quốc gia dễ bị động đất, Nhật Bản gần đây đã bắt đầu sử dụng thanh sợi CABKOMA trên mặt ngoài của các tòa nhà. Như đã thấy tại trụ sở chính của Kengo Kuma's Komatsu Seiren, vật liệu composite sợi carbon nhiệt dẻo này được sử dụng đặc biệt cho mục đích phục hồi bằng cách bảo vệ các công trình khỏi động đất. Cùng với các tính năng thẩm mỹ của nó, nó là loại gia cố địa chấn nhẹ nhất trên thế giới với độ bền kéo cao.
Để đối phó với cuộc khủng hoảng khí hậu hiện nay, các kiến trúc sư và nhà thiết kế đã thực hiện các biện pháp tuyệt vời để giảm lượng khí thải carbon trong và sau quá trình xây dựng. “Gạch Thở”, hay còn gọi là gạch hấp thụ ô nhiễm, là một giải pháp thay thế hiệu quả cho gạch thông thường, được phát triển bởi Ar. Carmen Trudell, một trợ lý giáo sư tại Trường Kiến trúc Cal Poly San Luis Obispo . Lấy cảm hứng từ 'lọc lốc xoáy' trong máy hút bụi, những viên gạch này tuân theo nguyên tắc lọc không khí bằng cách lọc không khí bên ngoài, tách các chất ô nhiễm và bụi, sau đó chuyển nó vào bên trong cấu trúc. Những viên gạch có hình dạng như một khối bê tông xốp với các trục bên trong và thiết kế có mặt để hướng luồng không khí vào bên trong thiết bị.
Sau đại dịch, hầu hết mọi ngành công nghiệp đều tung ra sản phẩm “kháng khuẩn” của riêng mình, và ngành thiết kế nội thất cũng không ngoại lệ. Một số công ty sơn đã phát triển sơn nội thất cho các bề mặt tường và đồ nội thất với công nghệ khử trùng đã được cấp bằng sáng chế được cho là có thể tiêu diệt 99% vi khuẩn nhất định (tụ cầu khuẩn, E. coli, MRSA và VRE,...). Trên thực tế, quy mô thị trường sơn và chất phủ chống vi khuẩn dự kiến sẽ tăng từ 3,7 tỷ USD vào năm 2020 lên 9,54 tỷ USD vào năm 2029, cho thấy tác động tích cực của nó đối với người dùng.
Khi nghiên cứu và phát triển của khoa học vật liệu ngày càng tiến bộ, các phương pháp mới để xây dựng các tòa nhà đang xuất hiện. Một số loại có thể chỉ phổ biến trong một khu vực nhỏ, một số loại khác thì có thể có khả năng được ứng dụng rộng rãi, nhưng điều chắc chắn là các tòa nhà của thập kỷ tới sẽ mạnh mẽ hơn, thân thiện hơn với môi trường và tiết kiệm chi phí hơn so với các tòa nhà của thập kỷ trước.
