GRC và thiết kế xây dựng bền vững

Thiết kế xây dựng bền vững thể hiện cam kết với hiệu quả năng lượng, bảo vệ và bảo tồn môi trường. Công trình xây dựng bền vững là những công trình sử dụng vật liệu xanh, thân thiện với môi trường. Từ đó giúp giảm các tác động độc hại đến môi trường và sức khỏe con người trong quá trình thực hiện dự án. Vậy, việc lựa chọn vật liệu giúp thiết kế và xây dựng những dự án xanh, bền vững là rất quan trọng. Điều này thì GRC xứng đáng là vật liệu cho thiết kế và xây dựng bền vững. Vậy GRC và thiết kế xây dựng bền vững được thể hiện như thế nào?

GRC và thiết kế xây dựng bền vững tại công trình

GRC và thiết kế xây dựng bền vững

Qua nhiều năm, sợi thủy tinh đã được nghiên cứu chặt chẽ bởi các tổ chức nghiên cứu của chính phủ và tư nhân. Vật liệu composite GRC (xi măng gia cố sợi thủy tinh) đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình. GRC là một vật liệu có nền xi măng với các sợi thủy tinh dài ngắn được phân tán, làm tăng độ dẻo và khả năng chịu tác động.

Vì sợi thủy tinh làm từ nguồn tài nguyên tái chế, có thể sản xuất ngay tại địa phương. Điều này rất quan trọng khi ta xét đến sự tiêu thụ nhiên liệu và tác động từ môi trường.

Trong bài này, mối quan hệ giữa bê tông gia cố sợi thủy tinh GRC và thiết kế xây dựng bền vững được nghiên cứu, chứng minh GRC rất hữu ích cho ngành công nghiệp xây dựng.

Sợi thủy tinh gia cố trong vật liệu GRC 

1. Giới thiệu chung

Bê tông gia cố sợi thủy tinh là loại vật liệu thiết kế có chứa xi măng, polymer, sợi thủy tinh ăn sâu trong lớp vữa xi măng. Về cơ bản, GRC là vật liệu composite cực mạnh làm từ xi măng Portland và sợi thủy tinh phân tán ngẫu nhiên giúp gia cố bê tông và tăng khả năng chịu tải. GRC có tất cả những đặc điểm của bê tông thông thường. Nói chung, GRC và thiết kế xây dựng bền vững mang lại lợi ích đáng kể. Rõ ràng nhất là GRC nhẹ hơn 80% so với bê tông thông thường, vì vậy dễ dàng sản xuất và thi công hơn.

Bên cạnh tải trọng nhẹ, GRC tự hào về độ bền vượt trội của mình, tự tin trước thách thức của thời gian. Thêm nữa, GRC và thiết kế xây dựng bền vũng dễ dàng được đúc theo thiết kế phức tạp và chi tiết với đa dạng lựa chọn về màu sắc, kiểu dáng, kết cấu, là sự thay thế hoàn hảo cho bê tông đúc sẵn và là vật liệu lý tưởng cho đa dạng các dự án sáng tạo.

Là vật liệu được thiết kế, các đặc điểm của GRC và thiết kế xây dựng bền vững có thể thay đổi tùy theo thiết kế hỗn hợp, hàm lượng sợi thủy tinh và phương pháp sản xuất. Sợi thủy tinh trong GRC có cường độ chịu kéo cao hơn thép. Như một quy luật chung, hàm lượng sợi càng cao, cường độ càng cao. Hỗn hợp trộn điển hình với 5% sợi thủy tinh có cường độ nén từ 6000 đến 8000 psi.

GRC là vật liệu lý tưởng cho các dự án sáng tạo

2. Lịch sử GRC và thiết kế xây dựng bền vững

Ý tưởng sử dụng sợi để gia cố đã không còn mới mẻ. Sợi được dùng để gia cố đã xuất hiện từ thời xa xưa. Trong lịch sử, lông ngựa đã được sử dụng trong lớp vữa và rơm trong gạch bùn. Đầu những năm 1990, sợi khoáng silicat được sử dụng trong bê tông. Trong những năm 1950, khái niệm về vật liệu composite được hình thành và bê tông gia cố sợi thủy tinh là một trong những chủ đề được quan tâm nhất. Nhu cầu thay thế sợi khoáng silicat trong bê tông và các vật liệu xây dựng khác xuất hiện, khi mà những mối nguy hại về sức khỏe con người liên quan đến những vật liệu này tăng lên.

Vào những năm 1960, thép, thủy tinh (grc), và sợi tổng hợp (polypropylene) được sử dụng trong bê tông, và cuối cùng là bê tông gia cố sợi thủy tinh ngày nay. Ban đầu GRC được phát triển vào năm 1940 ở Liên Xô, nhưng mãi đến năm 1970 thì mới được biết đến và sử dụng rộng rãi.

GRC ứng dụng đa dạng trong thiết kế trang trí đầu cột

3. Ảnh hưởng của sợi trong bê tông sợi thủy tinh GRC và thiết kế xây dựng bền vững

Vật liệu GRC chứa sợi thủy tinh cường độ cao chôn sâu vào lớp vữa xi măng. Trong khuôn đúc, cả sợi và vữa vẫn duy trì được đặc tính hóa học và vật lý của mình, nhưng chúng cũng sản sinh ra những đặc tính phối hợp không thể có nếu thiếu một trong hai. Sợi giúp chịu được tải trọng thành phần, trong khi lớp vữa xung quanh giữ chúng nằm đúng định hướng và vị trí mong muốn, hoạt động như một phương tiện chuyển tải giúp bảo vệ chúng khỏi sự phá hủy của môi trường.

Trong thực tế, sợi giúp tăng gia cố cho lớp vữa cũng như các chức năng hữu ích khác của vật liệu composite gia cố sợi. Sợi thủy tinh có thể được kết hợp với lớp vữa theo chiều dài liên tục hoặc không liên tục (cắt nhỏ). Loại khuôn phổ biến để đúc hỗn hợp này thường được làm từ gỗ công nghiệp. Định hướng sợi trong mỗi lớp cũng như trình tự sắp xếp các lớp khác nhau có thể được kiểm soát để tạo ra một loạt các đặc tính vật lý và và cơ học cho gỗ composite.

Quá trình thiết kế tấm ốp GRC phải dựa trên kiến thức về các đặc tính cơ bản như độ uốn, kéo, nén và lực cắt, đi cùng với ước tính về các hiệu suất phụ như: sự chuyển động của từ biến, nhiệt và độ ẩm. Có vài sự khác nhau giữa kim loại kết cấu và composite gia cố sợi. Chẳng hạn, kim loại có giới hạn chảy và biến dạng dẻo, trong khi hầu hết composite gia cố sợi có tính đàn hồi tốt.

Vai trò của sợi thủy tinh trong vật liệu GRC

4. Ứng dụng GRC trong thiết kế và xây dựng bền vững

Trong thương mại, GRC được sử dụng làm các tấm ốp lớn, tải trọng nhẹ cho mặt dựng. Tấm ốp này là loại phi cấu trúc, có thể được thiết kế để hỗ trợ tải trọng riêng của chúng, thêm với tải trọng động đất và gió, hay dùng trong sản xuất cửa sổ tường kính. Tải trọng nhẹ của tấm ốp là nhờ vào độ mỏng của vật liệu, không phải vì bê tông GRC có tỷ trọng thấp hơn bê tông thông thường. Xét về khối lượng trung bình, hai loại bê tông này tương tự nhau. Tấm ốp mặt dựng thường được liên kết với khung thép kết cấu để hỗ trợ cho tấm ốp cũng như được treo lên thông qua các mối nối.

GRC có thể được dùng làm tấm ốp, surround cửa sổ, tường lửng, đầu cột, mặt dưới vòm, phào chỉ, dầm hẫng, đá góc tường, lan can, cột trụ tường, gáy tường, mái vòm… Bên cạnh đó, GRC còn là vật liệu lý tưởng cho các thiết kế cảnh quan như chậu cây, trụ neo, bình vại, bàn, đài phun nước, công trình biển, hồ bơi, và các tạo hình đá. GRC được dùng cho tu bổ các công trình lịch sử, thay thế các chi tiết trang trí từ đất nung, đá chạm khắc và gỗ.

Tấm ốp GRC có đa dạng màu sắc, kết cấu và hình dáng, nhẹ hơn 80% so với tấm ốp bê tông đúc sẵn. GRC được lắp đặt trực tiếp lên mặt dựng đang tồn tại trên công trình mà không phải áp đặt tải trọng quá nhiều vào công trình xây dựng.

Ứng dụng GRC cho kiến trúc mặt dựng công trình

5. Thiết kế bền vững với vật liệu GRC

Xây dựng bền vững gắn với những mục tiêu chăm sóc sức khỏe rộng lớn bằng việc đẩy mạnh an toàn sức khỏe của cư dân, của cộng đồng xung quanh cũng như môi trường toàn cầu. Các công trình xanh giúp mang lại một môi trường lành tính cho con người, một nơi làm việc hiệu quả hoặc nghỉ ngơi thoải mái nhất. Chúng còn đem lại những lợi ích kinh tế khá rõ ràng, giúp hạn chế sử dụng năng lượng và giảm chi phí tu bổ cho các công trình.

Ngành thiết kế xây dựng thế giới hiện nay đang đối diện với khá nhiều lựa chọn khi nhắc đến thiết kế và xây dựng bền vững. Kỹ thuật và vật liệu xanh đã không còn mới lạ; thực tế chúng đã rất phổ biến, hiện diện trong mỗi giai đoạn thiết kế, xây dựng, vận hành và tu bổ. Các doanh nghiệp lớn đang tiếp cận đến công trình xanh; các cơ quan chính phủ được công nhận về những nỗ lực bền vững, và từng cá nhân trên toàn cầu đang đưa ra quyết định về những vật liệu và phương pháp sẽ gây tác động lớn đến thế hệ tương lai.

5.1. Sợi thủy tinh trong vật liệu GRC và thiết kế xây dựng bền vững

Tự thân vật liệu GRC đã thân thiện với môi trường. Yếu tố sợi thủy tinh có nguồn gốc từ vật liệu tái sinh hoặc tái chế, và hỗn hợp xi măng có chứa tro bay – là khí thải từ ống khói công nghiệp. Lớp hoàn thiện là vật liệu chứa nước thân thiện với hệ sinh thái, khi sản xuất sẽ không thải ra chất độc hoặc các chất gây ô nhiễm. Sử dụng GRC thân thiện với môi trường cũng chính là thúc đẩy sự phát triển của công trình xanh.

GRC chứa các vật liệu từ đất, không ảnh hưởng xấu đến môi trường. Thành phần trong bê tông bao gồm tro bay, cát silica, xi măng Portland và cốt liệu. Trong GRC có các thành phần của sợi thủy tinh cũng như các hóa chất tự nhiên khác để sản xuất một loại vật liệu siêu bền và độ uốn cao. Việc sử dụng các cốt liệu tái chế như thủy tinh, kim loại tái chế và một số vật liệu tái chế khác mang lại cái nhìn hiện đại cho GRC.

5.2. GRC cách điện an toàn và bền vững

Với những kiểm nghiệm chứng minh về cách nhiệt và cách ẩm, sợi thủy tinh an toàn cho cả công nhân và những người sử dụng công trình. Sợi thủy tinh cũng rất bền vì nó chứa các vật liệu tái chế có sẵn tại địa phương.

5.3. Sản phẩm tải trọng nhẹ

Mặc dù GRC có tỷ trọng tương tự bê tông, sản phẩm làm ra vẫn nhẹ hơn nhiều lần, vì độ dày GRC chỉ có 10-15mm. Tấm ốp mặt dựng sản xuất từ bê tông đúc sẵn với độ dày 100mm sẽ nặng 240kg/m², tương đương với tấm ốp GRC chỉ từ 40-50kg/m². Trong thực tế, nhiều sản phẩm GRC có thể được nâng và mang bằng tay.

5.4. Chống ăn mòn và mục

Sản phẩm GRC không chứa cốt thép mềm nên vấn đề liên quan đến ăn mòn cốt thép sẽ không xảy ra. GRC không bị tác động khi phơi ngoài trời, khi ngâm nước nên không bị mục rữa.

5.5. Chống cháy

Hầu hết công thức sản xuất GRC đều tuân thủ tiêu chí không dễ cháy theo chuẩn Anh và EU. Polymer trong GRC không được phân loại là chất chống cháy nhưng phù hợp với yêu cầu Tầng O chịu lửa của Quy chế xây dựng Anh Quốc (British Building Regulations).

5.6. Đa dạng tạo hình

GRC có thể được thiết kế và sản xuất giống hệt như đá, đá phiến, đất nung và đá cẩm thạch mỏng nhẹ, dễ dàng thi công và xử lý.

5.7. GRC và hiệu quả năng lượng

GRC và thiết kế xây dựng bền vững đã trở thành vật liệu phổ biến dùng trong nhiều ứng dụng. Dưới đây là những lợi ích:

– GRC và thiết kế xây dựng bền vững không dễ cháy. Khi tiếp xúc với ngọn lửa, bê tông có chức năng như bộ điều chỉnh nhiệt, giúp bảo vệ vật liệu khỏi nguồn nhiệt của lửa.

– GRC và thiết kế xây dựng bền vững tương đối nhẹ hơn vật liệu thông thường, giúp đơn giản hóa quy trình lắp đặt.

– GRC và thiết kế xây dựng bền vững có thể được đúc thành cột, ván khuôn, tấm ốp tường, surround lò sưởi và mái vòm.

– Với tỷ số giữa độ bền và trọng lượng cao, sản phẩm GRC rất bền và nhẹ, giúp hạn chế đáng kể chi phí vận chuyển.

– Không cần đầm rung khi sản xuất GRC bằng công nghệ phun, còn GRC đúc khuôn thì cần phải dùng đến con lăn hoặc đầm rung cho gia cố.

– Rất ít hoặc không xuất hiện lỗ khí hay các khuyết điểm tương tự trên lớp hoàn thiện bề mặt.

– Vì vật liệu có lớp phủ sợi, chúng không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân môi trường và còn chống ăn mòn.

6. Kết luận

Độ bền của sản phẩm GRC và thiết kế xây dựng bền vững dựa vào hàm lượng sợi thủy tinh kháng kiềm và acrylic polymer. Hàm lượng sợi thủy tinh kháng kiềm cao giúp vật liệu GRC chịu tải kéo tốt, còn vật liệu có độ uốn tốt nhờ vào hàm lượng polymer. Như vậy, GRC trong thiết kế và xây dựng bền vững là vật liệu có độ kéo và uốn tốt, hiệu suất hoạt động cũng tốt hơn bê tông thông thường.