Các nhà nghiên cứu RMIT 'tái hiện' đất nện với ống bìa cứng

Loại bỏ nhu cầu sử dụng xi măng, các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne, Úc đã tạo ra một vật liệu xây dựng trong đó đất nện được bao bọc trong khuôn các tông cố định.

Thông thường, tường đất nện được xây dựng bằng cách nén chặt các lớp đất trộn với khoảng 8-10% xi măng bên trong các khuôn tạm thời được thiết kế để tăng cường độ và độ bền.

Sau khi tháo khuôn, đất ổn định sẽ tạo thành một bức tường dày đặc và nặng.

Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne (RMIT) cho biết bằng cách giữ đất nén chặt bên trong các ống bìa cứng nhẹ, họ có thể loại bỏ nhu cầu sử dụng xi măng, tạo ra vật liệu composite cách nhiệt, nhẹ và ít carbon có thể sử dụng cho các tòa nhà thấp tầng và nhà mô-đun.

Những phát hiện này vừa được công bố trên tạp chí Structures và các nhà nghiên cứu ước tính vật liệu này có thể sẵn sàng để thử nghiệm thương mại trong vòng một hoặc hai năm.

Bằng cách kết hợp đất nện với bìa cứng thành vật liệu mới gọi là CCRE (đất nện trong bìa cứng), các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể giảm thêm lượng carbon tích tụ, đồng thời cung cấp một con đường tái chế hữu ích cho chất thải bìa cứng.

Ngày nay, các tòa nhà và vật liệu xây dựng như bê tông và thép đóng góp 37% lượng khí thải CO₂ hằng năm của thế giới. Riêng ngành công nghiệp xi măng đã chiếm 8%.

Điều này đã khiến các kiến trúc sư và kỹ sư, những người đang tìm kiếm các giải pháp thay thế ít carbon như gỗ khối, gạch không nung hoặc đất nện phải tính toán lại.

Một "nguồn tài nguyên xây dựng carbon cực thấp"

Đồng thời, việc sử dụng bìa cứng làm vật liệu đóng gói đã tăng vọt cùng với sự bùng nổ của thương mại điện tử, gây ra nhiều thách thức trong việc quản lý chất thải.

Ví dụ, vào năm 2020 - 2021, bìa cứng và giấy chiếm 7,7% tổng lượng rác thải được tạo ra ở Úc, với con số khổng lồ 2,2 triệu tấn được đưa đến bãi chôn lấp.

"Điều này tạo ra cả thách thức về môi trường lẫn cơ hội" - tiến sĩ Jiaming Liu, một trong những nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu, chia sẻ với tạp chí kiến trúc Anh Dezeen.

"Việc tái sử dụng bìa các tông cho mục đích xây dựng không chỉ giúp giảm thiểu rác thải ra bãi rác mà còn biến chúng thành một nguồn tài nguyên xây dựng có giá trị, cực kỳ ít carbon".

Trong xây dựng bằng đất nện thông thường, đất được nén chặt bên trong ván khuôn tạm thời - thường làm bằng gỗ dán hoặc thép - để tạo hình cho bức tường. Khi đất cứng lại, ván khuôn được tháo ra, để lại một bức tường độc lập.

Với CCRE, bìa cứng đóng vai trò là ván khuôn cố định.

Không chỉ tạo hình mà còn hơn thế

"Nó không chỉ thực hiện cùng một vai trò tạo hình trong quá trình xây dựng mà còn cung cấp khả năng giới hạn liên tục cho lõi đất nện", ông Liu cho biết, lưu ý về sự tương tác giữa hai vật liệu: bìa cứng làm tăng độ bền của đất nện và khả năng chống nứt hoặc lực địa chấn, trong khi đất tăng cường hiệu suất nén của bìa cứng hơn 10 lần.

Nhóm nghiên cứu được truyền cảm hứng bởi kiến trúc sư người Nhật Shigeru Ban, người tiên phong trong việc sử dụng vật liệu bìa cứng trong các công trình tạm trú, nhà chòi và nhiều công trình khác.

Jiaming dẫn ví dụ nhà thờ bìa cứng ở Christchurch, New Zealand, hoàn thành năm 2013, và khơi nguồn ý tưởng kết hợp các đặc tính kết cấu của bìa cứng với đất nện.

Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã xây dựng các nguyên mẫu CCRE quy mô nhỏ để đánh giá độ bền cơ học, lượng khí thải carbon và hiệu suất vòng đời của vật liệu.

Ông Liu cho biết các nguyên mẫu cho thấy cường độ nén của CCRE tương đương với đất nện gia cố bằng xi măng và có hàm lượng carbon chỉ bằng khoảng 1/4 so với bê tông.

Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một phiên bản liên quan sử dụng sợi carbon mà họ cho biết có thể đạt được mức độ bền tương đương với bê tông hiệu suất cao.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu có kế hoạch xây dựng các cột CCRE quy mô đầy đủ và thử nghiệm các ván khuôn vượt ra ngoài hình trụ đơn giản.

Họ hình dung ra những khuôn bìa cứng có thể gấp lại được, lấy cảm hứng từ nghệ thuật gấp giấy origami, có thể vận chuyển phẳng và lắp ráp nhanh chóng tại chỗ, mở ra cánh cửa cho các hệ thống xây dựng tùy chỉnh, dạng mô-đun và dễ triển khai.