Sơn nhiệt
Các nhà khoa học Mexico đã tạo ra một loại sơn mới – sơn nhiệt với đặc tính dẫn nhiệt đặc biệt. Từ trước tới nay, người sử dụng thường quan niệm lớp sơn có tác dụng bảo vệ vật liệu khỏi các tác động có hại của khí quyển, mang lại cho sản phẩm một vẻ ngoài bắt mắt, làm mới những kết cấu đã cũ trong các công trình / nhà ở…
Các ống dẫn nước phủ một lớp sơn nhiệt dưới tác động của ánh sáng mặt trời có thể nóng lên tới +70oC. Hiệu quả đạt được khi sử dụng các hạt nano trong sơn khiến sơn có thể làm nóng cả khi trời âm u, hoặc nhiệt độ giảm thấp. Ngoài ra, giá của sơn nhiệt chỉ gần bằng một nửa so với các sơn thông thường khác.
Về mặt công nghệ, vật liệu bao gồm ba lớp:
- Lớp trên cùng rất mỏng bằng đồng.
- Lớp giữa có muối vonfram nano, được xử lý bằng chất cồn polyvinyl.
- Lớp dưới cùng là một lớp phân tử nano titan có tác dụng hút nhiệt và giữ nhiệt.
Cần nhớ rằng sau khi đánh bóng, loại sơn cải tiến sẽ tối đi (do có nguyên tố đồng), và thúc đẩy thêm quá trình giữ nhiệt. Cấu trúc có chi phí thấp do có các sợi vonfram vốn rất quen thuộc với các loại bóng đèn thông thường.
Sơn nhiệt không chỉ khô nhanh mà còn tạo ra mùi hương giống mùi keo xịt tóc, tức là mùi của sơn nhiệt khá dễ chịu – đây cũng là một tiêu chí quan trọng. Hiện loại sơn nhiệt đang được thử nghiệm để đăng ký bằng sáng chế và sản xuất hàng loạt. Các nhà phát minh hy vọng giai đoạn 2017-2018, sơn nhiệt sẽ được tung ra thị trường các vật liệu xây dựng cải tiến.
Vải bồi tường kháng chấn
Các cuộn vải bồi tường kháng địa chấn với sợi thủy tinh trong thành phần là một trong những cải tiến trên thị trường vật liệu xây dựng năm 2016.
Tại các khu vực có hoạt động địa chấn tăng cao, để xây dựng các công trình cần sử dụng các vật liệu đặc biệt và các thiết kế cho phép kháng lại các dao động của mặt đất khi động đất xảy ra.Tuy nhiên, cần có biện pháp gì với các công trình được xây dựng trước khi các kết cấu kháng chấn được nghiên cứu? Rõ ràng các công trình đó phải được gia cố bằng các vật liệu xây dựng kháng chấn. Một trong những giải pháp cho vấn đề đã được các chuyên gia Đức nghiên cứu - sử dụng các cuộn vải bồi tường cốt sợi thủy tinh có thể bảo vệ các công trình khỏi sự tàn phá do rung chấn.
Khi xảy ra động đất, các bức tường của công trình bị biến dạng khi chịu những lực căng kéo đáng kể. Để gia cố các bức tường một cách đơn giản nhất có thể sử dụng vải bồi tường cốt sợi thủy tinh. Các sợi cốt được dệt vào vải theo bốn chiều, điều này cho phép kháng lại các lực kéo theo các vectơ khác nhau.
Trong thực tế, để gia cố cho các bức tường, một loại vữa trát đặc biệt gồm vật liệu vải với cốt sợi thủy tinh hoặc sợi polypropylene được sử dụng. Để nâng cao cường độ và độ tin cậy, nhựa epoxy được thêm vào hỗn hợp vữa. Sau khi trát, bề mặt tường được làm nhẵn và lớp thứ hai được ứng dụng tiếp theo cùng một cách. Công nghệ này cho phép công trình trụ vững ngay cả khi trên các bức tường xuất hiện nhiều vết nứt.
Cần tính tới một vấn đề: Các cuộn vải bồi tường có tính năng kháng chấn không làm tăng độ cứng cho các bức tường đá của công trình, cũng không tạo cường độ đặc biệt. Đó được gọi là phương pháp “độ quánh cao", tức là sự kéo căng mà nếu không có thì một công trình cũ chắc chắn sẽ bị phá nát khi có địa chấn.
Bê tông cốt sợi carbon
Một trong những đại diện sáng giá cho vật liệu xây dựng trong tương lai chính là bê tông cốt sợi carbon.
Trong một số chi tiết của máy bay, tàu lượn, trong thân xe, vỏ cano, vợt… có vật liệu composite cốt sợi carbon. Thực tế này gợi ý cho các kỹ sư xây dựng của Đức ứng dụng sợi carbon vào bê tông thay cho cốt kim loại thông thường. Kết quả, một vật liệu xây dựng mới với tiềm năng ứng dụng rất lớn ra đời – bê tông cốt sợi carbon. Chính xác hơn, các sợi riêng lẻ không đóng vai trò của cốt, mà là một chất liệu dệt kim từ hàng nghìn, hàng chục nghìn sợi chỉ mảnh mai mà từ đó các máy dệt công nghiệp cho ra đời vải sợi carbon.
Thoạt nhìn, sáng chế dường như rất đơn giản, song các kỹ sư hóa và các nhà công nghệ trong lĩnh vực xây dựng đã mất rất nhiều thập kỷ để nghiên cứu.
Về bản chất, tấm vải dệt là một cấu trúc lưới, và để nó bám chắc với hỗn hợp bê tông, trên lớp vải dệt sẽ tạo một lớp phủ đặc biệt. Lớp phủ đó như thế nào – đó là bí mật của nhà sản xuất, cho tới giờ vẫn được giữ bí mật tuyệt đối.
Hai công nghệ được sử dụng để sản xuất các chế phẩm bê tông cacbon:
1. Công nghệ tạo các lớp: vải dệt bằng sợi carbon được xếp thành các lớp trong bê tông cho đến khi thu được sản phẩm có chiều dày cần thiết. Lưu ý việc xếp lớp cần xen kẽ - vải được xếp bên trên hỗn hợp, sau đó hỗn hợp bê tông được đổ tiếp, sau đó lại xếp vải, và cứ thế tiếp tục.
2. Công nghệ phân bố cốt sợi carbon trong ván khuôn cho lần đổ bê tông tiếp theo.
Cả hai công nghệ này đều cho phép chế tạo các chi tiết bê tông cacbon ở mọi hình thức khác nhau, đôi khi “không tưởng”.
Bê tông cốt sợi carbon có những ưu thế nổi trội như trọng lượng nhẹ, độ bền, tuổi thọ, không mòn gỉ và không nứt, tiết kiệm vữa bê tông; tuy vậy, việc ứng dụng loại bê tông này chưa phổ biến rộng rãi vì một lý do duy nhất – giá thành quá cao của sợi carbon. Song các kỹ sư Đức tin tưởng rằng giá thành cao có thể bù lại bởi một loạt ưu điểm không thể phủ nhận của bê tông carbon so với bê tông cốt thép; và việc phát minh ra loại bê tông này có thể coi là phát kiến ra loại vật liệu xây dựng của tương lai.
Thực tế cho thấy vật liệu mới hiện nay đã được áp dụng thành công để gia cố các công trình cũ có giá trị lịch sử, cứu các công trình này thoát khỏi việc phá dỡ hay bị hủy hoại. Tại Expo 2017 Astana (Kazakhstan), gian triển lãm của CHLB Đức bằng bê tông cốt sợi carbon với chiều cao đến bốn mét và bề dày tường chỉ 40 mm đã được dựng lên nhanh chóng. Xây một công trình tương tự bằng bê tông cốt thép là điều không khả thi. Do đó, một tương lai rộng mở cho vật liệu mới này đã được bảo đảm chắc chắn.
Mái nhà bằng ngói cao su
Các công ty xây dựng hiện nay không ngừng tìm kiếm những vật liệu xây dựng cải tiến có giá thành cạnh tranh và chất lượng cao hơn so với các vật liệu cùng loại. Sự chú tâm của các khách hàng trong thị trường vật liệu xây dựng hiện nay đang hướng tới lớp phủ mái nhà cải tiến – vốn là một phần rất quan trọng trong xây dựng nhà ở, đặc biệt mái ngói cao su gần đây đã xuất hiện trên thị trường. Lớp phủ mái mới nhanh chóng được phổ biến cùng với các mái cuộn quen thuộc và nhiều loại gạch ngói khác nhau.
Mái ngói cao su là lớp phủ tiết kiệm, chi phí thấp, vì để sản xuất vật liệu này, các lốp xe ô tô đã qua sử dụng nhiều năm và các chế phẩm cao su khác cũng như mùn cưa và bụi đá phiến sét được tận dụng.
Đặc điểm kỹ thuật của vật liệu cải tiến tương đương các thuộc tính của ngói gỗ, nhưng khác ở chỗ bền và thiết thực hơn. Ngói cao su không vụn vỡ, bền với tia cực tím, và cũng không nứt, không mủn nát (như ngói gỗ) và không thấm nước. Khác với ngói kim loại, ngói cao su không bị rỉ sét, không bắt lửa nên đặc tính chống cháy cao. Qua các tính toán, những nhà sáng chế ngói cao su đã cam kết thời hạn sử dụng của vật liệu tới 80 năm.
Lắp ghép các tấm lợp mái không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, thậm chí chỉ cần một người thợ là có thể xử lý quá trình này. Tuy nhiên, các chuyên gia cũng khuyến cáo:
- Độ dốc mái tối thiểu 10°.
- Nếu ngôi nhà nằm trong khu vực tuyết rơi dày đặc, độ dốc mái cần tăng lên tới 25º.
- Tránh tích tụ tuyết trên bề mặt ngói cao su.
Các panel sandwich từ giấy
Cellulose là một thành phần không thể thiếu của giấy và tất nhiên cả chất thải từ giấy – những vật liệu thứ cấp để sản xuất giấy. Bên cạnh đó, cellulose còn là một chất cách nhiệt tuyệt vời, vì vậy nhiều nhà nghiên cứu của các công ty xây dựng lớn từ lâu đã nuôi ý tưởng chế tạo các panel sandwich bằng giấy. Tuy nhiên, ý tưởng vẫn chỉ là ý tưởng bởi thiếu một phương pháp hiệu quả để tái xử lý cellulose. Hiện nay, nhờ nỗ lực của các kỹ sư người Anh cùng công ty Cygnum Timber Frame Limited, dự án Insula TFH để chế tạo các panel sandwich từ giấy, tức là từ cellulose đã được triển khai.
Bản chất công nghệ là xử lý giấy phế thải thành một khối đồng nhất, sau đó tiếp tục trộn với chất chống cháy để bảo vệ chống cháy và đổ đầy các panel sandwich gỗ. Sau đó, các panel được bít kín và xử lý nhiệt. Kết thúc quy trình, một loại vật liệu xây dựng bền vững được tạo ra, đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn môi trường sinh thái. Ngoài các đặc tính cách nhiệt, các panel này còn có khả năng chống thấm (nước), cách điện và độ kín khít cao nhờ ứng dụng các băng nén chặt và các màng đặc biệt.
Các nhà nghiên cứu khẳng định vật liệu mới trong tương lai sẽ rất hiệu quả và rẻ tiền. Các panel có thể được sử dụng để xây dựng các công trình có chỉ số cách nhiệt cao, và tránh cho các nhà xây dựng quá trình đổ đầy panel tường bằng vật liệu cách nhiệt trong quá trình thi công xây dựng công trình, qua đó rút ngắn thời gian thi công.
Khối xây bằng muối biển
Các khối xây bằng muối biển không phải sự tưởng tượng mà là thực tế hiển hiện trong cuộc sống. Ý tưởng tạo ra vật liệu khác thường này thuộc về kiến trúc sư người Hà Lan Eric Jobbers. Ông tin tưởng vật liệu mới có thể đồng thời giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến sinh thái trong xây dựng. Phát minh đã nhận bằng sáng chế năm 2017, dựa trên quy trình chiết xuất muối từ nước biển, có ứng dụng năng lượng mặt trời. Muối sau đó được trộn với một loại tinh bột cũng được chiết xuất từ rong biển.
Kết quả thu nhận được các khối có kích thước nhỏ có thể gọi là những viên gạch, có một ưu điểm khác với gạch không nung là cường độ nén rất cao, do đó, vật liệu mới có thể được sử dụng hiệu quả ở những nơi có khí hậu hanh khô. Theo tác giả của sáng chế, công nghệ sản xuất các khối muối thực chất là một quy trình khép kín, tức là không có bất cứ chất thải nào. Thực tế hiện nay đang có một công nghệ khử muối nước biển, với việc thải lượng muối còn lại ra biển; còn ở đây, muối thu được lại được tận dụng làm vật liệu để xây dựng các công trình.
Hỗn hợp tinh bột - muối rất thích hợp để xây dựng các kết cấu cong của các công trình tại khu vực sa mạc, ví dụ như ở các nước vùng Vịnh Ba Tư. Để đạt độ tin cậy cao hơn, bề mặt của các khối muối được phủ một chất liệu với thành phần chính là nhựa epoxy. Việc này đảm bảo bảo vệ hoàn toàn khối xây tránh các tác hại của khí ẩm.
Cần nói thêm, tác giả sáng chế - một nhà khoa học trẻ đầy tham vọng đã nghiên cứu một dự án xây dựng một thành phố nhỏ tại Qatar với việc ứng dụng sản phẩm của mình làm vật liệu xây dựng chủ đạo.
Khối xây lego
Các khối xây lego – nghe khá lạ tai song vật liệu xây dựng như vậy đã hiện hữu. Khối xây được tạo ra trong hình thức đồ chơi LEGO nổi tiếng của trẻ em, sáng chế của kỹ sư người Mỹ Arnon Rosan.
Các khối lego kích cỡ lớn được gọi là EverBlock và được thực hiện giống như đồ chơi bằng nhựa của trẻ em. Vật liệu mới ngay lập tức tìm được ứng dụng trong sản xuất đồ gỗ module, để làm lớp phủ sàn và tường vách bên trong phòng. Ngoài ra, các khối lego bằng nhựa có kích thước lớn có thể được sử dụng để dựng những ngôi nhà nhỏ tạm thời.
Các ứng dụng thực tế hơn của khối lego từ bê tông bọt có cốt rất đáng chú ý. Các khối này cũng được thiết kế theo phong cách lego, song có đủ cường độ để xây dựng một ngôi nhà, nhà để xe, nhà tắm hoặc nhiều kết cấu khác.
Như có thể thấy, các khối được kết nối theo nguyên tắc “đường - rãnh"”, cho phép thi công nhanh, không cần ứng dụng vữa hoặc keo dính. Điều duy nhất là cần ghép các mối nối dọc. Hơn nữa, việc xây lắp các bức tường không đòi hỏi trình độ cao.
Các khối xây lego bằng bê tông bọt là một loại vật liệu sinh thái hầu như không hấp thụ khí ẩm (độ thấm nước không quá 3%), cường độ tương đối. Khi đặt cốt bổ sung thông qua các mũi khoan công nghệ, có thể xây nhà hai tầng và nhiều công trình kiên cố khác bằng vật liệu này.
Kích thước tiêu chuẩn của khối lego bằng bê tông bọt 248 x 248 x 498 hiện đã có trên thị trường vật liệu xây dựng. Tại Moskva, khối xây lego bê tông bọt cốt sợi kích thước tiêu chuẩn có giá 120 rúp / khối (khoảng 2,5 USD) .
Những cải tiến trong sản xuất bê tông giai đoạn 2017 - 2018
Trong vài thập kỷ gần đây, phần lớn các sáng kiến trong việc chuẩn bị hỗn hợp bê tông chủ yếu tập trung trong việc bổ sung các phụ gia hóa dẻo khác nhau, cải thiện chất lượng khai thác của bê tông - tính kháng băng giá, không thấm nước, thời gian khai thác dài lâu. Bên cạnh đó, các chất hóa dẻo làm giảm nhu cầu về một lượng chất kết dính và cải thiện độ lưu động của vữa.
Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện một loại bê tông mới - bê tông nano, về bản chất ít có sự khác biệt về thành phần từ các loại bê tông thường. Tuy vậy, khi thay thế các phụ gia hóa dẻo thông thường bằng phụ gia nano, các đặc tính của bê tông đã biến đổi theo chiều hướng tốt hơn. Tất cả các phụ gia hóa dẻo thông thường được thay thế bằng các vi ống rỗng có đường kính chỉ vài micron. Khi tương tác với xi măng, các ống kết tinh, gia cường cho hỗn hợp bê tông tới khi thu được một cấu trúc mới ở cấp độ phân tử.
Với các đặc tính của mình, bê tông nano đã tiến một bước xa so với những “người anh em” khác. Có thể kể một số đặc điểm chính của loại bê tông mới:
-Không thay đổi các đặc tính ở nhiệt độ lên tới +800°C.
- Cường độ tăng lên 150%.
- Tính kháng băng giá tăng lên 50%.
- Các ống trong thành phần bê tông khi tương tác với oxy sẽ giải phóng oxy nguyên tử kháng khuẩn.
- Ứng dụng bê tông nano có thể giúp giảm 6 lần khối lượng của các kết cấu bê tông nhờ giảm các thành phần kết dính.
- Các ống nano trong bê tông cho phép giảm lượng kim loại để đặt cốt trong kết cấu.
- Cải thiện lực bám dính với kim loại.
-Đối với các công trình xây bê tông nano, móng không cần yêu cầu cao về cường độ như đối với các bê tông thông thường, do đó tiết kiệm vật liệu xây dựng.
Tất cả các đặc tính vừa nêu cho phép sử dụng bê tông nano để xây dựng các công trình cao đến 74 m (theo tính toán), và khối lượng tương đối nhỏ cho phép giảm chi phí xây dựng. Các tính chất cơ lý rất cao của loại bê tông mới mở ra chân trời rộng lớn cho bê tông trong lĩnh vực xây dựng hiện đại. Có thể coi đây là vật liệu thay thế xứng đáng cho các loại bê tông truyền thống.
Thế hệ gạch ốp mới 2017 -2018
Trong danh mục các vật liệu trang trí mới 2017-2018 có một loại gạch ốp mới – sản phẩm của công nghệ Hà Lan.
Trong thành phần của vật liệu mới có nguyên liệu thứ cấp từ các công trình đã bị phá hủy, mọi loại phế liệu - thủy tinh, bê tông, gạch cũ và nhiều vật liệu khác (trừ gỗ) – đều là cơ sở để sản xuất loại gạch này.
Có thể mô tả ngắn gọn quy trình sản xuất loại gạch này như sau: Tất cả các chất thải nêu trên được phân loại thận, và sau đó nghiền mịn. Tiếp theo, nguyên liệu thô được bổ sung một số chất kết dính sinh thái, và tất cả được ép thành các khối có kích thước và hình thù khác nhau. Vật liệu mới có cường độ cao, tính chống thấm (nước) tuyệt vời.
Từ cuối năm 2016, công ty StoneCycling (Hà Lan) đã khai thác sản xuất bốn loại gạch ốp trang trí có cấu trúc rất mịn, thành phần từ 60 - 100% nguyên liệu tái chế và có bốn sắc màu rất “thời thượng” – xám, nâu đen, đỏ và vàng.
Các thử nghiệm ứng dụng gạch ốp mới cho mặt tiền của các tòa nhà đã thành công. Vật liệu trang trí cải tiến trong các năm 2017-2018 đã xuất hiện tại Nga và các nước SNG khác.
Bọt xốp từ gỗ
Sản xuất tấm bọt xốp từ gỗ có thể được coi là công nghệ cải tiến trong sản xuất các vật liệu xốp xây dựng giai đoạn 2017-2018. Để đánh giá những ưu điểm của sản phẩm mới, nên nhớ rằng xốp thông thường được chế tạo từ polymer có nguồn gốc từ dầu lửa và rất độc hại đối với sức khỏe con người và môi trường xung quanh. Do gỗ là vật liệu sinh thái tự nhiên, một loại xốp chế tạo từ gỗ cũng sẽ thân thiện với môi trường hơn so với các vật liệu cùng loại được tái tạo từ nhựa.
"Bọt xốp gỗ" hoàn toàn được tái chế, đáp ứng việc tiết kiệm nguyên liệu thô. Hơn nữa,"bọt gỗ" có tiềm năng sử dụng để sản xuất vật liệu cách nhiệt và vật liệu bao bì. Vật liệu đã giành được giải thưởng Green Tec năm 2016 như một loại vật liệu có tiềm năng lớn trong việc xây dựng và sửa chữa các căn hộ và nhà ở.
Công nghệ sản xuất bọt xốp từ gỗ như sau: Nghiền gỗ thành một khối có độ nhớt đồng nhất. Giai đoạn tiếp theo, khối chất được nghiền được pha loãng với khí để tạo bọt và đông đặc. Quá trình đông cứng xảy ra nhờ các thành phần tự nhiên có trong gỗ. Tiếp đó là quy trình đóng khuôn vật liệu thành các tấm có độ dày khác nhau.
Vật liệu mới có thể xử lý cơ học rất tốt, cường độ tiêu chuẩn, không thấm nước, là vật liệu cách nhiệt lý tưởng. Hiện tại, các tác giả của sáng chế đang tiếp tục nghiên cứu chế tạo bọt xốp từ các loại gỗ khác nhau để xác định loại tối ưu cho mục đích hoàn thiện công nghệ sản xuất tấm xốp từ gỗ./.
Nguồn: Tạp chí Quỹ đạo Xây dựng (Nga) tháng 11/2017
ND: Lệ Minh