Bài viết đã luận chứng khả năng sử dụng các loại vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường như vật liệu cho kết cấu chịu lực (bê tông nặng, bê tông nhẹ kết cấu, thép cốt và kết cấu kim loại), vật liệu cho kết cấu bao che và ngăn cách (khối xây, vách ngăn, kính và kết cấu kính, mái), vật liệu hoàn thiện (vật liệu ốp lát, sơn, vật liệu chống thấm) và những nguyên tắc lựa chọn công nghệ xây dựng thân thiện môi trường.
Trang 1LUẬN CHỨNG CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU XÂY DỰNG THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÍ DỤ CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC
HOÀNG MINH ĐỨC*, TRẦN MẠNH LIỂU**, NGUYỄN NGỌC TRỰC, NGUYỄN QUANG HUY, TRƯƠNG VĂN THỊNH, HOÀNG ĐÌNH THIỆN,
NGUYỄN VĂN THƯƠNG
Scientific-Based Demonstration for the Choice of Environmentlly-Friendly Construction Materials: An Example of Project of Vietnam National University, Hanoi, in Hoa Lac
Abstracts: Environmentally-friendly construction materials has exceptional
features to those of traditional construction materials in insulation stability, reduces heat radiation, low-carbon and efficiency in economy, technology The paper has scientific-based demonstration for the Choice of environmentally-friendly construction materials, such as materials for load-bearing structures, materials for cover, separating, finishing materials, waterproof materials and applying recommendations to construction project
of Vietnam National University, Hanoi in Hoa Lac
1 GIỚI THIỆU *
Khái niệm “vật liệu thân thiện với môi
trường” ngày nay không còn xa lạ Sử dụng
vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường
đang trở thành xu hướng của ngành công
nghiệp xây dựng trên thế giới Thị trường vật
liệu xây dựng ngày càng xuất hiện nhiều loại
vật liệu thân thiện với môi trường Chúng có
những tính năng vượt trội so với những loại
vật liệu xây dựng truyền thống Việc luận
chứng cơ sở khoa học và thực tiễn trong lựa
chọn các vật liệu xây dựng phù hợp với điều
kiện khí hậu, môi trường, kinh tế và xã hội là
điều cần thiết và là trọng tâm nghiên cứu của
bài báo Bên cạnh những lợi ích về mặt môi
* Viện KHCN Xây dựng, Bộ Xây dựng
81 Trần Cung, Cầu Giấy, Hà Nội
Email: hmduc@yahoo.com
**
Đại học Quốc gia Hà Nội
Email: heutm@vnn.edu.vn
trường, yếu tố kinh tế - kỹ thuật đóng vai trò
to lớn quyết định khả năng sử dụng và phổ biến loại vật liệu này Nhiều chính sách đã được Chính phủ ban hành nhằm đẩy mạnh sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường ở nước ta
2 NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Tiết kiệm sử dụng VLXD, sử dụng vật liệu tái chế, vật liệu dễ chế tạo, vật liệu được tạo thành tiêu tốn ít năng lượng, vật liệu có nguồn gốc tự nhiên Tỷ lệ mặt tiền công trình sử dụng cửa kính phải được tính toán hợp lý phục vụ việc lấy ánh sáng, thông thoáng tự nhiên Không lạm dụng kính nhiều vì sẽ gây hiệu ứng nhà kính làm không khí nóng lên dưới ánh nắng mặt trời và sẽ tốn rất nhiều năng lượng điện để làm mát Cấu tạo lớp vỏ bọc công trình phải được tính toán thiết kế nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng điện trong điều hòa, thông thoáng, chiếu
Trang 2sáng, tăng cường sử dụng hiệu quả thông
thoáng, chiếu sáng tự nhiên Các mảng tường
bao chắn cần được xây dựng bằng vật liệu cách
nhiệt như gạch rỗng, bê thông xốp, tường 2 lớp
cách nhiệt
Trong nghiên cứu này, VLXD được xem xét
theo các nhóm: vật liệu cho kết cấu chịu lực, vật
liệu bao che và ngăn cách, vật liệu hoàn thiện và
các vật liệu khác
3 ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG CÁC LOẠI
VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG
TRONG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG XANH
3.1 Yêu cầu chung
Yêu cầu đối với vật liệu sử dụng trong công
nghệ xây dựng xanh bên cạnh các yêu cầu về
chức năng như VLXD thông thường còn là thân
thiện với môi trường, đáp ứng các yêu cầu đặc
biệt về ổn định và cách nhiệt, giảm bức xạ nhiệt
và có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao
3.2 Vật liệu cho kết cấu chịu lực
Vật liệu cho kết cấu chịu lực bao gồm bê tông
nặng, bê tông nhẹ kết cấu, thép cốt và kết cấu
kim loại Ngày nay, việc nâng cao hiệu quả của
bê tông gắn liền với việc phát triển các loại bê
tông đặc biệt (bê tông chất lượng cao, bê tông
cường độ cao, bê tông tự đầm, .) và nâng cao
mức độ thân thiện môi trường của bê tông như sử
dụng phế thải hoặc sử dụng vật liệu địa phương
Sản phẩm bê tông đòi hỏi nâng cao một hoặc
một vài tính chất của bê tông phục vụ cho các
ứng dụng cụ thể Đối với các kết cấu bê tông cốt
thép chịu lực, đó là sử dụng bê tông cường độ
cao kết hợp với các loại thép cường độ cao, thép
dự ứng lực thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép
vượt nhịp, giảm thiết diện kết cấu Bê tông cường
độ cao nên được cân nhắc sử dụng cho các kết
cấu chịu lực như cột hoặc dầm, trong các công
trình nhà cao tầng, nhà thi đấu, sân vận động
Đối với kết cấu bao che, đó là giảm khối
lượng thể tích, giảm hệ số dẫn nhiệt nhằm tiết
kiệm năng lượng, nâng cao khả năng chống
thấm Bê tông nhẹ kết cấu nên được sử dụng
cho các kết cấu mái, kết cấu vượt nhịp trong
công trình nhà cao tầng, nhà thi đấu Bê tông nhẹ cách nhiệt nên sử dụng cho các kết cấu tường bao che và tường ngăn cho cả nhà cao tầng và các công trình thấp tầng
Đối với các kết cấu có mật độ cốt thép cao, hình dạng phức tạp đó là việc sử dụng bê tông
tự đầm nhằm đảm bảo chất lượng và tiết kiệm chi phí nhân công, máy Bê tông tự đầm phù hợp cho các kết cấu có hàm lượng thép cao như các cột, dầm nhà cao tầng, các kết cấu có yêu cầu về chống thấm như tường, sàn tầng hầm các công trình
Việc tối ưu hóa các tính chất của bê tông được thực hiện thông qua việc lựa chọn vật liệu đầu vào và tối ưu hóa cấp phối bê tông Trong các vật liệu thành phần của bê tông thì xi măng có chỉ số phát thải cacbon lớn nhất Do đó, giảm lượng dùng xi măng là hướng ưu tiên hàng đầu trong mục tiêu pháp triển xanh, bền vững của bê tông Giảm lượng dùng xi măng trong khi vẫn giữ nguyên và cải thiện các tính chất của bê tông có thể được thực hiện bằng các biện pháp sau: (1) sử dụng phụ gia giảm nước để giảm lượng dùng xi măng trong khi vẫn giữ nguyên được tỷ lệ nước trên xi măng, hay giữ nguyên được cường độ bê tông; (2) sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính thay thế một phần xi măng; (3) chỉ định tuổi thiết kế sau 28 ngày Việc chỉ định tuổi thiết kế hợp lý sẽ giúp tiết kiệm được xi măng trong khi vẫn đảm bảo được chất lượng công trình
Bên cạnh đó, để nâng cao hiệu quả bê tông cần ưu tiên sử dụng nguồn vật liệu địa phương Giảm nhu cầu vận chuyển vật liệu giúp giảm chi phí và năng lượng tiêu hao cho công tác này Nhờ đó, lượng phát thải cacbon cũng sẽ được giảm thiểu
Các dạng vật liệu như phế thải phá dỡ công trình xây dựng, phế thải của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim, sau khi sơ chế hợp
lý đều có thể sử dụng có hiệu quả trong bê tông Đây biện pháp có tác dụng tích cực, chủ động giải quyết vấn đề môi trường không những của ngành xây dựng mà còn của toàn xã hội Chỉ số
Trang 3phát thải cacbon của bê tông khi áp dụng kết
hợp nhiều biện pháp công nghệ vật liệu có thể
giảm xuống dưới 0,15 kg CO2/kg
3.3 Vật liệu cho kết cấu bao che và ngăn cách
Vật liệu cho kết cấu bao che và ngăn cách
bao gồm khối xây, vách ngăn, kính - kết cấu
kính và mái che Nâng cao hiệu quả của kết cấu
bao che trên góc độ sử dụng năng lượng hiệu
quả gắn liền với việc giảm tổng giá trị truyền
nhiệt qua kết cấu bao che Truyền nhiệt qua kết
cấu bao che liên quan đến tác động gia tăng
nhiệt độ của bức xạ mặt trời và truyền nhiệt của
bản thân vật liệu
Để hạn chế tác động của bức xạ mặt trời, cần
bố trí các kết cấu che nắng, giảm bớt tỷ lệ kính
trên tổng diện tích bao che, sử dụng vật liệu có
hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời thấp Để giảm
truyền nhiệt qua kết cấu tường đăc cần ưu tiên
sử dụng các vật liệu nhẹ Cần tiến hành thẩm
định hiệu quả của kết cấu bao che trên góc độ sử
dụng năng lượng hiệu quả Kết quả thẩm định là
căn cứ để chấp thuận phương án thiết kế và vật
liệu sử dụng
Với công trình nhà cao tầng, nhà thi đấu có
sử dụng tỷ lệ lớn kết cấu mặt dựng bằng kính,
cửa sổ kính cần chú ý các biện pháp che nắng
bằng các kết cấu đua ra Ngoài ra cần lựa chọn
sử dụng các loại kính tiết kiệm năng lượng, có
hệ số truyền nhiệt thấp, kính nhiều lớp, phản
quang, .kết hợp với hệ thanh định hình có hệ
số dẫn nhiệt thấp Với công trình thấp tầng, biện
pháp hiệu quả là sử dụng các kết cấu che nắng,
mái hiên, mái đua Đối với cửa sổ nên bố trí hệ
cửa chớp bên ngoài của kính để vừa đảm bảo
lấy sáng vừa hạn chế bức xạ nhiệt lên cửa kính
Kết cấu bao che cho nhà cao tầng nên sử
dụng khối xây gạch bê tông nhẹ vừa giúp cách
nhiệt cho công trình, vừa giảm tải trọng lên kết
cấu móng Còn đối với các công trình thấp tầng,
có thể cân nhắc sử dụng các sản phẩm gạch bê
tông đá mạt, nhất là các loại gạch bê tông có sử
dụng phế thải công nghiệp Kết cấu tường xây
trong công trình chiếm tỷ trọng khá lớn, sử dụng
hợp lý vật liệu xây sẽ giúp cắt giảm đáng kể lượng phát thải cacbon
3.4 Vật liệu hoàn thiện
Vật liệu hoàn thiện gồm vật liệu ốp lát và sơn Công tác hoàn thiện có vai trò quan trọng
có tính quyết định đến công năng sử dụng và vẻ đẹp thẩm mỹ của công trình và chiếm tỷ trọng lớn trong các công trình xây dựng Các phương
án hoàn thiện rất đa dạng hơn và được đánh giá, lựa chọn theo nhiều tiêu chí, góc độ, trong đó yếu tố thẩm mỹ và các ý kiến chủ quan có ảnh hưởng đáng kể
3.5 Vật liệu chống thấm
Một số vật liệu chống thấm chính được sử dụng trong xây dựng bao gồm bê tông chống thấm, vữa chống thấm, sơn chống thấm, tấm chống thấm, băng cản nước và các loại vật liệu khác
Chống thấm là một công tác có tính đặc thù cao, trong đó, bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc xác định chính xác các nguy cơ thấm, lựa chọn các giải pháp hợp lý, thiết kế các chi tiết chống thấm phù hợp và đảm bảo chất lượng trong thi công có vai trò quyết định đến chất lượng chống thấm
4 ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠI VẬT THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG CHO
ĐÔ THỊ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC
4.1 Tổng quan dự án Đại học Quốc gia Hà Nội tại Hòa Lạc
Hình1 Vị trí xây dựng Đại học Quốc gia
Hà Nội tại Hòa Lạc [1]
Trang 4Khu vực quy hoạch xây dựng đô thị Đại học
quốc gia Hà Nội (ĐHGQHN) tại Hòa lạc, huyện
Thạch Thất, thành phố Hà Nội, được giới hạn ở
phía Đông là quốc lộ 21, phía Bắc cách đường
băng sân bay Hòa Lạc khoảng 1000m, phía Nam
giáp đường Láng Hòa Lạc, phía Tây giáp núi Thằn
Lằn Tổng diện tích quy hoạch là 1000 ha, thiết kế
cho quy mô đào tạo 60 000 sinh viên (2020) và
100 000 sinh viên (năm 2050), thời gian thực hiện
2003 - 2020, bao gồm 21 dự án thành phần: 01: Dự
án đền bù GPMB; 02: Dự án hệ thống hạ tầng kỹ
thuật; 03: Dự án khu trung tâm ĐHQGHN; 04: Dự
án Trung tâm Quốc phòng an ninh; 05: Dự án ký
túc xá sinh viên; 06: Dự án khu công vụ; 07: Dự án
Trường ĐH Khoa học tự nhiên; 08: Dự án Trường
ĐH công nghệ; 09: Dự án Trường ĐH Khoa học xã
hội và nhân văn; 0 10: Dự án Trường ĐH Ngoại
ngữ; 11: Dự án Trường ĐH Kinh tế; 12: Dự án các
viện, trung tâm nghiên cứu khoa học; 13: Dự án
Trường ĐH Quốc tế; 14: Dự ÁN Trương ĐH Giáo
dục; 15: Dự án Trường ĐH Luật; 16: Dự án Khoa
sau đại học liên ngành; 17: Dự án Trung tâm thể
dục thể thao; 18: Dự án Khoa Y - Dược và Bệnh
viện ĐHQGHN; 19: Dự án Khoa văn hóa nghệ
thuật; 20: Dự án Khoa Đô thị học; 21: Dự án Khoa
chính Sách công Năm 2014 bổ sung thêm dự án
Trường ĐH Việt - Nhật
4.2 Vật liệu cho kết cấu chịu lực dự án
ĐHQGHN tại Hòa Lạc
a) Bê tông nặng
Bê tông tính năng cao là bê tông có một hoặc
một vài tính năng được cải thiện đáp ứng các
yêu cầu cụ thể của công trình Các tính chất đó
có thể là cường độ chịu nén, cường độ chịu nén
ở tuổi sớm, tính công tác (bê tông tự đầm), hạn
chế co ngót, bền vững, thân thiện môi trường,
Mặc dù chưa được đề cập đến trong các tiêu
chuẩn Việt Nam nhưng hiện nay bê tông tính
năng cao đang dần được sử dụng trong nhiều
công trình xây dựng Chúng không những góp
phần nâng cao chất lượng công trình mà còn
đem lại hiệu quả cao về cả kinh tế - kỹ thuật lẫn
xã hội - môi trường
Kết cấu bê tông cốt thép chịu lực của công trình có thể được thi công tại chỗ hoặc được đúc sẵn tại nhà máy Trong đó, thi công tại chỗ cho phép chế tạo các kết cấu với khả năng tùy biến cao, với các hình dạng, kích thước và tính chất bất kỳ theo yêu cầu của thiết kế Ngược lại, việc
sử dụng các kết cấu đúc sẵn, mặc dù đặt ra yêu cầu thiết bị cẩu lắp và xử lý các mối nối ghép nhưng việc chế tạo kết cấu trong nhà máy cho phép quản lý chất lượng tốt hơn, tiết kiệm chi phí, hạn chế ảnh hưởng tới môi trường và rút ngắn thời gian thi công
Chỉ số phát thải cacbon của bê tông được tính toán bao gồm phát thải cacbon từ các vật liệu thành phần, phát thải cacbon trong quá trình sản xuất, vận chuyển, phá dỡ, Trong đó, chỉ số phát thải cacbon từ vật liệu thành phần phụ thuộc rất nhiều vào cấp phối bê tông Chỉ số phát thải cacbon của bê tông có thể biến động từ 0,12 - 0,25 kgCO2/kg Công trình xây dựng ĐHQGHN được đề nghị giảm chỉ số này xuống dưới 0,15 kg CO2/kg
b) Bê tông nhẹ kết cấu
Theo TCVN 5574:2012 bê tông cốt liệu nhẹ được phân thành các mác theo khối lượng thể tích từ D800 đến D2000 với cấp theo cường độ chịu nén từ B2,5 đến B40 Trong đó, các loại bê tông nhẹ có cường độ từ cấp B15 trở lên có thể
sử dụng cho các kết cấu chịu lực Bê tông nhẹ chịu lực ở Việt Nam hiện nay chủ yếu được sản xuất với cốt liệu nhẹ keramzit (đất sét phồng nở)
Sử dụng bê tông nhẹ kết cấu cho phép giảm đáng kể tải trọng của bản thân kết cấu, làm giảm tải trọng toàn bộ công trình, nhờ đó giúp giảm chi phí cho các kết cấu móng, cọc Bê tông nhẹ
có hệ số dẫn nhiệt nhiệt thấp hơn bê tông nặng thông thường do đó khi sử dụng trong các kết cấu bao che sẽ giúp nâng cao khả năng cách nhiệt, nhờ đó giúp giảm năng lượng dùng trong điều hòa môi trường bên trong Hệ số dẫn nhiệt của bê tông nhẹ phụ thuộc vào khối lượng thể tích của vật liệu và bản chất của cốt liệu nhẹ sử dụng chế tạo bê tông (bảng 1, 2)
Trang 5Bảng 1 Tương quan hệ số dẫn nhiệt của bê tông xỉ với khối lượng thể tích
Bảng 2 Tương quan hệ số dẫn nhiệt của bê tông keramzit với khối lượng thể tích
Về khía cạnh thân thiện môi trường, hệ số phát
thải cacbon của bê tông nhẹ tính trên khối lượng
vật liệu có thể cao hơn so với bê tông nặng thông
thường có cùng cường độ Nhưng nhờ vào khối
lượng thể tích nhỏ hơn nên tổng lượng phát thải
khi sử dụng bê tông nhẹ có thể lại thấp hơn
c) Thép cốt và kết cấu kim loại
Thép xây dựng có khối lượng riêng 7850
kg/m3 , hệ số dẫn nhiệt: 58 W/m.°K, và chỉ số
phát thải cacbon khoảng 3,0 - 4,1 kgCO2/kg Thép
cốt là thành phần không thể thiếu của kết cấu bê
tông cốt thép Cốt thép dùng trong kết cấu BTCT
bao gồm cốt thép chịu lực được xác định theo tính
toán và cốt thép cấu tạo được đặt theo yêu cầu cấu
tạo mà không tính toán Thép cốt trong bê tông
bao gồm thép thanh tròn trơn (TCVN
1651-1:2008) với đường kinh danh nghĩa từ 6 mm đến
40 mm, thép thanh vằn (TCVN 1651-2:2008) với
đường kinh danh nghĩa từ 6 mm đến 50 mm và
lưới thép hàn (TCVN 1651-3:2008)
Hiệu quả sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép
cần được đánh giá trong bài toán tổng thể của kết
cấu Trong đó, việc sử dụng cốt thép cường độ cao,
cốt thép dự ứng lực cho phép tiết kiệm được đáng
kể khối lượng vật liệu sử dụng Cốt thép dự ứng lực
có thể ở dạng thanh (chiều dài dưới 12 m) hoặc
dạng sợi, cáp (chiều dài kết cấu trên 12 m) Cốt
thép dự ứng lực có thể được kéo căng trước hoặc
sau khi đổ bê tông và có thể bám dính hoặc không
bám dính Dự ứng lực cốt thép giúp tiết kiệm đáng
kể khối lượng thép sử dụng, nhất là trong các kết
cấu có nhịp lớn, sử dụng nhiều cốt thép chịu kéo
Hiệu quả của công nghệ dự ứng lực sẽ thấp hơn đối
với các kết cấu nhịp không lớn, cho các công trình
nhà dân dụng thấp tầng thông thường
Các kết cấu kim loại cũng được sử dụng phổ biến trong một số hạng mục công trình nhất là các kết cấu có nhịp lớn như mái sân vận động, mái bể bơi Kết cấu thép được tổ hợp từ các thanh thành phần và được liên kết với nhau bằng hàn, bắt bulông hoặc sử dụng các loại nút cầu hoặc nút trụ Sử dụng kết cấu thép trong công trình nhà cao tầng cũng đem lại những lợi ích so với kết cấu bê tông cốt thép Việc sử dụng vật liệu với khả năng chịu lực cao giúp tăng khẩu độ, giảm thiết diện và tổng khối lượng các kết cấu chính Tiến độ thi công kết cấu thép có thể được rút ngắn hơn và vật liệu thép có thể dễ dàng tái chế Tuy nhiên khi sử dụng kết cấu thép cần chú ý tới vấn đề chống ăn mòn và nâng cao giới hạn chịu lửa của kết cấu
4.3 Vật liệu cho kết cấu bao che và ngăn cách dự án ĐHQGHN tại Hòa Lạc
a) Khối xây
Khối xây là dạng kết cấu bao che và ngăn cách chủ yếu trong các công trình xây dựng Khối xây được cấu tạo từ viên xây gắn kết bằng vữa Khả năng chịu lực của khối xây phụ thuộc vào cường độ của viên xây, cường độ của vữa
và độ bám dính giữa vữa và viên xây Vữa xây chủ yếu hiện nay là các loại vữa xi măng cát có mác M7,5, M10 và vữa mạch mỏng
Gạch đất sét nung là vật liệu xây truyền thống, được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, công đoạn nung gạch đất sét sử dụng nhiều năng lượng và là nguồn gây ô nhiễm Một trong những vật liệu thay thế gạch đất sét nung là gạch bê tông Các sản phẩm này được sản xuất theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2011 trên nền chất kết dính xi măng Cốt liệu được sử dụng chủ yếu là đá mạt, có thể có
Trang 6hoặc không có cát Chúng được sản xuất với nhiều
loại kích cỡ khác nhau Sử dụng các blốc xây bê
tông cốt liệu kích thước lớn cho phép đẩy nhanh
tiến độ thi công, tiết kiệm chi phí Mặt khác, nhờ
tận dụng được các nguồn phế thải trong sản xuất
nên giá thành khối xây sử dụng gạch bê tông có
thể giảm đáng kể và nhỏ hơn giá thành khối xây
sử dụng gạch đất sét nung Để đảm bảo tiện lợi
trong việc vận chuyển thủ công, khối lượng viên
gạch không quá 20 kg
Gạch canxi silicat (TCVN 2118:1994) được
sản xuất từ hỗn hợp vôi, cát (tro) thông qua chưng
áp cũng là một dạng viên xây thay thế gạch truyền
thống Gạch canxi silicat có khối lượng thể tích
khá lớn (tới 1650 kg/m3), quá trình chưng áp sử
dụng hơi nước đòi hỏi tiêu tốn năng lượng nên
gạch canxi silicát ít phổ biến ở nước ta hiện nay
Trong những năm gần đây, một xu hướng mới
trong thi công khối xây được đánh dấu bằng việc
sử dụng các dạng viên xây nhẹ bê tông tổ ong Bê
tông tổ ong không sử dụng cốt liệu lớn và gồm hệ
thống các bọt khí Bọt khí có thể được hình thành
bằng bọt kỹ thuật (bê tông bọt) hoặc các chất sinh
khí (bê tông khí) Bê tông tổ ong được sản xuất
trên nền chất kết dính xi măng hoặc canxi silicat
Với chất kết dính canxi silicat, các sản phẩm phải
trải qua quá trình chưng áp
Gạch bê tông nhẹ hiện nay bao gồm gạch bê
tông bọt, khí không chưng áp (TCVN
9029:2011) và gạch bê tông khí chưng áp
(TCVN 7959:2011) Các sản phẩm gạch bê tông
nhẹ có khối lượng thể tích từ 400 kg/m3 đến
1000 kg/m3, cường độ từ 2 MPa đến trên 10
MPa Nhờ khối lượng thể tích được giảm nhẹ nên khả năng cách nhiệt của vật liệu được cải thiện đáng kể Ngoài ra, giảm nhẹ khối lượng vật liệu xây còn cho phép giảm tổng tải trọng công trình giúp tiết kiệm chi phí cho móng Việc sử dụng gạch bê tông nhẹ được khuyến cáo trong các quy định của nhà nước cho các công trình nhà cao tầng Xét về mặt sử dụng năng lượng trong công trình thì đây là một trong những phương án khối xây bao che có hiệu quả nhất Tuy nhiên, do có cấu trúc rỗng nên độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện vận hành
có ảnh hưởng đáng kể đến khối lượng thể tích
và hệ số dẫn nhiệt của vật liệu Vì vậy cần có các biện pháp cách ẩm, chống thấm cho khối xây Đồng thời với đó, các tính toán về truyền nhiệt cho lớp bao che cần tính đến cả tác động của lượng ẩm cân bằng này
Chỉ số phát thải cacbon tính theo khối lượng của bê tông tổ ong, nhất là bê tông khí chưng áp cao hơn so với bê tông nặng và gạch đất sét nung Ngoài ra, nhờ khối lượng thể tích nhỏ nên khối lượng vật liệu sử dụng giảm Do đó, bê tông tổ ong được đánh giá là vật liệu thân thiện với môi trường Tuy nhiên, do gạch bê tông nhẹ
là sản phẩm mới có những đặc thù riêng nên cần chú ý tính đến trong thi công để đảm bảo chất lượng Khối xây sử dụng gạch nhẹ nên được thi công bằng các loại vữa mạch mỏng, có khả năng tạo liên kết, bám dính cao với viên xây Quy trình thi công khối xây gạch bê tông nhẹ có những điểm khác biệt, do đó đòi hỏi đơn vị thi công phải có trình độ và kinh nghiệm nhất định
Bảng 3 Đặc tính thân thiện với môi trường của một số loại vậy liệu khối xây
tích, kg/m 3
Hệ số dẫn nhiệt, W/m.°K
Chỉ số phát thải cacbon, kgCO 2 /kg
0,4 - 0,5
Trang 7Vật liệu Khối lƣợng thể
tích, kg/m 3
Hệ số dẫn nhiệt, W/m.°K
Chỉ số phát thải cacbon, kgCO 2 /kg
b) Vách ngăn
Vách ngăn có chức năng phân chia các
không gian bên trong nhà có thể được làm bằng
khối xây, tấm panel hoặc các hệ vách có khung
Tùy theo mục đích sử dụng có thể chỉ định các
dạng vách ngăn khác nhau Vách ngăn bằng
khối xây được dùng cho các khu vực phân chia
tương đối lâu dài, tường ngăn giữa các căn hộ,
ngăn khu kỹ thuật, khu vực cầu thang, Trong
khi đó, các loại vách ngăn tường nhẹ, panel và
hệ vách ngăn có khung được dùng ngăn chia các
khu vực trong phạm vi căn hộ, phòng làm việc
Do làm việc trong không gian bên trong nhà nên
yêu cầu về chống thấm, cách nhiệt đặt ra đối với
vách ngăn không khắt khe như đối với kết cấu bao
che Tuy nhiên, việc giảm nhẹ khối lượng của vách
ngăn giúp giảm tổng tải trong công trình sẽ cho
phép tiết kiệm chi phí xây dựng Sử dụng vách
ngăn nhẹ dạng panel, tấm 3D hay vách thạch cao
giúp thiết kế bố trí linh hoạt không gian bên trong
với khả năng cải tạo thay đổi một cách dễ dàng
Để nâng cao khả năng cách âm, cách nhiệt của
vách, có thể bố trí các vật liệu nhẹ trong phần
khung của vách, sử dụng kết hợp nhiều lớp các
tấm thạch cao Để nâng cao khả năng cách ẩm,
chịu nước có thể sử dụng các tấm thạch cao có
lớp phủ mặt bằng polimer Ngoài ra, các hãng
sản xuất cũng khuyến cáo các chi tiết cấu tạo các
dạng vách với giới hạn chịu lửa khác nhau
Một số các sản phẩm dạng tấm khác cũng có
thể được sử dụng thay thế cho tấm thạch cao
Đó là các dạng ván ép gỗ, composit, ván ép xi
măng và phế thải sản xuất gỗ, Mặc dù các sản
phẩm này chưa được phổ cập trên thị trường
nhưng việc sử dụng các vật liệu trên cơ sở phế
thải sẽ góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế được chỉ số phát thải cacbon
c) Kính và kết cấu kính
Kính xây dựng có một số chỉ tiêu khối lượng riêng 2500 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt 0,78 W/m.°K, chỉ số phát thải cacbon 1,23 - 2,57 kgCO2/kg Đặc điểm cơ bản của kính là khả năng cho phép ánh sáng đi qua, nhờ đó, kính được sử dụng trong các kết cấu bao che và ngăn cách có yêu cầu lấy sáng hoặc có yêu cầu mỹ thuật Kính được sử dụng trong cửa sổ, cửa đi, vách bao che, vách ngăn, mái và các kết cấu khác Do các giới hạn
về khả năng chịu lực nên trong các kết cấu trên, kính không được dùng một cách độc lập mà thường được gắn vào hệ kết cấu chịu lực Kết cấu chịu lực này có thể là gỗ, bê tông cốt thép, kim loại, nhựa, composit Việc gắn kết giữa kính và khung có thể được thực hiện bằng các dạng nẹp, gioăng hoặc keo Do đó, khi đánh giá các kết cấu này cần đánh giá một cách tổng hợp giải pháp sử dụng bao gồm tất cả các thành phần trên Tuy nhiên, hệ thống tiêu chuẩn của ta hiện nay mới chỉ chủ yếu tập trung vào bản thân tấm kính chứ chưa chưa đề cập được đầy đủ đến hệ khung Trong khi đó, chính hệ khung làm nên sự khác biệt giữa các hệ sản phẩm khác nhau
Việc sử dụng kính trong công trình xây dựng ở nước ta với khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, bức xạ mặt trời cao, cần được cân nhắc để đảm bảo tiện nghi cho người dùng và hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng Một mặt, sử dụng tỷ lệ cửa sổ, vách kính lớp trên kết cấu bao che cho phép tận dụng ánh sáng tự nhiên giúp tiết kiệm năng lượng chiếu sáng cho tòa nhà Ở đây cũng cần chú ý rằng ánh nắng mặt trời gay gắt điều kiện khí hậu nhiệt đới
Trang 8nếu không được khống chế tốt lại làm tăng quá
mức độ rọi, ảnh hưởng đến tiện nghi của người
dùng Mặt khác, bề mặt kính lớn làm tăng tác động
của bức xạ mặt trời tới không gian bên trong, làm
tăng nhiệt độ không gian bên trong, gia tăng chi phí
năng lượng cho điều hòa không khí
Để giải quyết vất đề trên, có thể hạn chế bố
trí các cửa sổ, mặt kính, sử dụng các loại kính
có hệ số hấp thụ nhiệt (SHGC) hoặc hệ số che
nắng (SC) nhỏ, sử dụng các kết cấu che nắng
cho kính Một điều cần chú ý rằng, tuy không
được đề cập đến trong QCVN 09:2013/BXD,
nhưng nhiều nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng
của hệ khung của kết cấu cửa sổ, vách kính có
ảnh hưởng đáng kể tổng nhiệt trở của kết cấu
Do đó, việc sử dụng các loại kính có hiệu quả
cao cần đi kèm với các loại thanh, đố phù hợp
d) Mái
Mái là kết cấu bao che bên trên công trình
Kết cấu mái rất đa dạng và thực hiện đồng thời
nhiều chức năng bao gồm chịu lực, bao che,
cách nhiệt, chống thấm Trong đó một dạng kết
cấu hoặc vật liệu có thể đảm nhiệm một hoặc
nhiều chức năng Sơ bộ có thể phân loại kết cấu
mái làm ba nhóm bao gồm: mái dốc, mái bằng
và mái giàn không gian
Mái dốc hình thành một góc nghiêng với
phương nằm ngang nên mặt trên của mái chỉ thực
hiện nhiệm vụ bao che mà không được dùng cho
các mục đích sử dụng khác Về cấu tạo mái dốc
gồm các vật liệu lợp được định vị trên hệ kết cấu
đỡ mái Kết cấu chịu lực của mái dốc có thể là hệ
dầm, xà gồ, lanh tô bằng tre, gỗ, kim loại, Vật
liệu lợp cho mái dốc là các loại ngói hoặc tấm lợp
như ngói đất sét nung (TCVN 1452:2004), ngói xi
măng cát (TCVN 1453:1986), ngói tráng men
(TCVN 7195:2002), ngói gốm tráng men (TCVN
9133:2011), tấm sóng amiăng (TCVN 4434:2000),
tấm lợp bitum dạng sóng (TCVN 8052-1:2009),
tấm tôn hoặc các dạng tấm lợp khác Ngói và tấm
lợp được cài hoặc bắt vít vào hệ vì kèo
Khả năng cách nhiệt của mái dốc phụ thuộc chủ
yếu vào vật liệu lợp Các loại ngói, tấm sóng amiăng,
tấm tôn thông thường nhìn chung không đáp ứng được yêu cầu Để cách nhiệt cho mái dốc cần sử dụng các vật liệu cách nhiệt hiệu quả cao (tôn lạnh, ), bổ sung các lớp cách nhiệt chuyên biệt hoặc bố trí sàn phụ hoặc trần treo Mái dốc là kết cấu mái truyền thống phù hợp cho các công trình thấp tầng
Mái bằng có cấu tạo gồm kết cấu bản bê tông cốt thép vừa thực hiện đồng thời nhiều chức năng (chịu lực, bao che, cách nhiệt, chống thấm, ) và các lớp bổ sung bên trên nhằm nâng cao tính năng của mái Các lớp bổ sung có thể là lớp chống thấm, lớp cách nhiệt, lớp hoàn thiện bề mặt, Khả năng cách nhiệt của mái phụ thuộc vào bản chất của vật liệu sử dụng Theo các tính toán về truyền nhiệt, chỉ kết cấu bê tông cốt thép mái không thể đáp ứng được yêu cầu về nhiệt trở tối thiểu Do đó, cần bổ sung các lớp vật liệu cách nhiệt như bê tông nhẹ, gạch rỗng, tấm polystyrol, Chi tiết về bố trí cấu tạo và tính toán cách nhiệt cho mái bằng có thể tham khảo theo tài liệu Một phương án cấu tạo mái bằng được đánh giá có độ thân thiện cao với môi trường là mái vườn Trong đó, bên trên kết cấu bê tông cốt thép bố trí lớp vật liệu thoát nước, lớp màng ngăn, lớp đất và trên cùng là lớp thực vật, cây trồng Kết cấu mái dạng này có khả năng cách nhiệt cao, tạo điều kiện cảnh quan môi trường tốt nhưng đòi hỏi chăm sóc thường xuyên Mái giàn không gian mái sử dụng các phần
tử thanh giàn liên kết tại đầu mút với nhau hình thành hệ kết cấu không gian Sử dụng giàn không gian cho phép chế tạo các kết cấu mái có chiều dài vượt nhịp lớn, cấu tạo phức tạp Phụ thuộc vào phương pháp liên kết các thanh giàn
ta có giàn không gian liên kết bằng nút cầu, liên kết bằng nút trụ hoặc hàn Mái giàn không gian
sử dụng các tấm lợp kích thước lớn Các tấm lợp có thể bằng kim loại, chất dẻo hoặc thủy tinh mang lại khả năng tùy biến cao trong thiết
kế kiến trúc đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ của công trình Mái giàn không gian thường được áp dụng trong các công trình có khẩu độ lớn như sân vận động, bể bơi, nhà thi đấu,
Trang 94.4 Vật liệu hoàn thiện cho dự án ĐHQGHN
tại Hòa Lạc
a) Vật liệu ốp lát
Vật liệu ốp và lát đều là vật liệu hoàn thiện
dạng tấm và có yêu cầu cao về thẩm mỹ, chất
lượng bề mặt Nhưng các tiêu chí cụ thể đối với
vật liệu ốp và lát cũng có những điểm khác biệt
Vật liệu lát chịu tác động của người và phương
tiện đi lại nên cần có khả năng chống mài mòn
tốt hơn Vật liệu ốp, lát cần phải được liên kết
tốt với bề mặt nền, tuy nhiên, với bề mặt ốp liên
kết này có thể bằng các móc, chốt neo
Vật liệu ốp lát bao gồm vật liệu có nguồn gốc
tự nhiên (đá, gỗ, ) và nhân tạo (đá nhân tạo, gạch
gốm, gạch xi măng, ., tăng cứng sàn) Một loại
vật liệu có thể dùng cả để ốp và lát nhưng cũng có
thể chỉ dùng cho một mục đích Một số loại vật
liệu ốp lát tiêu biểu bao gồm: đá tự nhiên và nhân
tạo, gỗ, ceramic, vật liệu gốc xi măng
Nhóm vật liệu ốp lát gốc ceramic bao gồm
gốm đất sét nung, gốm sứ được sản xuất từ đất
sét và (hoặc) các nguyên liệu vô cơ khác, được
tạo hình bằng phương pháp dẻo, phương pháp
bán khô hoặc các phương pháp khác, qua quá
trình sấy, nung ở nhiệt độ thích hợp để hình
thành vật liệu vô cơ đặc chắc có cấu trúc tinh
thể Với các chủng loại phong phú, kích thước,
tính chất đa dạng, vật liệu ceramic là vật liệu ốp
lát phổ biến nhất, được sử dụng cả trong nhà và
ngoài trời, dùng ốp và lát Tuy nhiên, đây là vật
liệu nung nên xét trên khía cạnh bảo vệ môi
trường, trong điều kiện có thể nên thay thế bằng
các vật liệu có chỉ số phát thải cacbon thấp hơn
Trong giai đoạn trước, vật liệu ốp lát được thi
công với hồ, vữa xi măng Phương pháp thi công
này có một số nhược điểm như liên kết kém, tỷ lệ
bong bộp cao, nguy cơ tiết vôi làm mất tính thẩm
mỹ của các mặt ốp, lát Trong thời gian gần đây,
vữa chuyên dụng dán gạch ốp lát đã dầnt hay thế
vữa xi măng thông thường Ngoài ra, phương pháp
ốp khô sử dụng hệ móc neo kim loại cũng được áp
dụng để ốp các tấm đá kích thước lớn
b) Sơn
Sơn là một trong những vật liệu hoàn thiện quan trọng, không những mang tính chất trang trí mỹ thuật cho công trình, mà còn góp phần bảo vệ các kết cấu được sơn phủ của công trình khỏi các tác động trực tiếp của môi trường Hệ sơn là lớp vật liệu che phủ bên ngoài của các kết cấu xây dựng Vì vậy
hệ sơn chịu tác động trước tiên và trực tiếp của môi trường xung quanh, bao gồm các tác động vật lý, cơ
lý, các tác động xâm thực hoá học cũng như sinh học Nhìn chung, tuổi thọ trung bình của hệ sơn thường thấp hơn nhiều so với tuổi thọ công trình Định kỳ, lớp sơn bề mặt được tu bổ, thi công mới Điều này không những đòi hỏi chi phí không nhỏ,
mà còn ảnh hưởng đến quá trình sử dụng công trình
Là vật liệu trang trí bên ngoài chịu tác động của mặt trời nên màu sắc của sơn ngoại thất ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt của tường bao che thông qua hệ số hấp thụ nhiệt Theo đó, sơn màu hồng có hệ số hấp thụ nhiệt 0,52; xanh da trời - 0,64; xanh sáng - 0,58; tím - 0,83; vàng - 0,44 và đỏ - 0,63 Lựa chọn sơn sáng màu là biện pháp hữu hiệu để giảm hấp thụ nhiệt của tường Màu sắc của sơn còn có tác động nhất định đến người sử dụng Các nghiên cứu cho thấy các màu như đỏ, vàng, da cam tạo cảm giác ấm áp, màu xanh da trời, xanh lá cây, tím tạo cảm giác mát, bình yên Các khối nhà cao tầng nên được sơn các tông màu đậm để tạo điểm nhấn trên nền trời Trong khi đó, nhà thấp tầng nên sơn màu sáng để không tạo cảm giác thấp bé, thưa thớt Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm mưa nhiều,
có cường độ bức xạ mặt trời mạnh như nước ta, hệ sơn ngoài nhà cần bền vững dưới tác động của ánh sáng mặt trời và chế độ nhiệt ẩm, có khả năng chống thấm nhất định Ngoải ra, tùy theo chất liệu nền, nên lựa chọn loại sơn phù hợp cho thép có sự trao đổi hơi ẩm giữa nền và môi trường
c) Vật liệu chống thấm
Một số vật liệu chống thấm chính được sử dụng trong xây dựng bao gồm: bê tông chống thấm, vữa chống thấm, sơn chống thấm, tấm chống thấm, băng cản nước và các loại vật liệu khác
Kết cấu bê tông cốt thép có khả năng chống thấm
Trang 10nhất định, phụ thuộc vào tính chất của bê tông sử dụng
Nâng cao khả năng chống thấm cho cho kết cấu thông
qua việc cải thiện khả năng chống thấm của bản thân
thân bê tông là giải pháp đơn giản, không làm phát
sinh các công tác chống thấm bổ sung Giải pháp
chống thấm toàn khối này là giải pháp ưu tiên cần tính
đến đầu tiên trong thiết kế chống thấm
Chống thấm là một công tác có tính đặc thù cao,
trong đó, bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc xác
định chính xác các nguy cơ thấm, lựa chọn các giải
pháp hợp lý, thiết kế các chi tiết chống thấm phù
hợp và đảm bảo chất lượng trong thi công có vai
trò quyết định đến chất lượng chống thấm
5 KẾT LUẬN
Bài báo đã luận chứng khả năng sử dụng các
loại vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường
như vật liệu cho kết cấu chịu lực (bê tông nặng, bê
tông nhẹ kết cấu, thép cốt và kết cấu kim loại); vật
liệu cho kết cấu bao che và ngăn cách (khối xây,
vách ngăn, kính và kết cấu kính, mái); vật liệu
hoàn thiện (vật liệu ốp lát, sơn, vật liệu chống
thấm); và những nguyên tắc lựa chọn công nghệ
xây dựng thân thiện môi trường Việc nghiên cứu
đề xuất lựa chọn các loại vật liệu xây dựng tiên
tiến đáp ứng các yêu cầu của công nghệ xây dựng
xanh đã được kiến nghị cho dự án xây dựng đô thị
đại học Quốc gia Hà Nội tại Hòa Lạc
Lời cảm ơn: Bài báo được hoàn thành với sự
hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu khoa học
và công nghệ cấp ĐHQGHN (đề tài nhóm A/B)
“Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học cho xây
dựng đô thị đại học phát triển bền vững, đề xuất
áp dụng cho dự án xây dựng Đại học Quốc gia
Hà Nội tại Hòa Lạc”, Mã số: QGTD.11.07
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Bộ trưởng Bộ Xây dựng, Quyết định phê
duyệt quy hoạch chi tiết xây dựng tỷ lệ 1/2000
Đại học Quốc gia Hà Nội tại Hòa Lạc, 2011,
Bộ xây dựng
2 Bộ Xây dựng, Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, Quy hoạch xây dựng, 2008, Bộ Xây dựng
3 Bộ Xây dựng, TCXDVN: Chiếu sáng nhân tạo bên ngoài các công trình công cộng và kỹ thuật hạ tầng đô thị - tiêu chuẩn thiết kế, 2005
4 Cơ quan phát triển Pháp (AFD), Bộ công thương Việt Nam, Cơ quan Môi trường và Quản
lý Năng Lượng (ADEME) (2008) Chính sách
sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam Báo cáo nghiên cứu
5 Hoàng Minh Đức, (2012) Nghiên cứu hoàn thiện công tác thiết kế và thi công chống thấm các công trình xây dựng nhà cao tầng trên địa bàn Hà Nội, Báo cáo tổng kết Đề tài NCKH
mã số 01C-04/08-2010-2 Viện KHCN&KT Xây dựng Hà Nội p 119
6 Hoàng Minh Đức, (2008) Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mái và tường ngoài nhà cao tầng nhằm sử dụng tiết kiệm năng lượng Báo cáo tổng kết Đề tài NCKH mã số TK 05-07.,
Viện KHCN Xây dựng p 126
7 QCVN 09:2013/BXD, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả., NXB Xây dựng p 55
8 Thủ tướng chính phủ, Quyết định Phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, 2006
9 СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий
10 Antti Ruuska, Carbon footprint for buiding products ECO2 data for materials and products with the focus on wooden building products, 2003 p 126
11 Concrete industry - Greenhouse gas emission, 2010: Northcliff, South Africa p 60
12 John Barett, Thomas Wiedmann, A comparative carbon footprint analysis of on-site construction and an off-site manufactured house Research reporrt 07-04, 2007, Stockholm Environment Institute p 16
Người phản biện: PGS.TS ĐẶNG HỮU DIỆP