Vật liệu xây dựng ra đời để đáp ứng nhu cầu xây dựng đồng thời nó cũng tác động ngược trở lại hiệu quả các công trình, con người và môi trường xung quanh. Vậy, trong thời gian tới, ngành vật liệu sẽ đi theo hướng nào?

Vật liệu “xanh” và hướng lựa chọn, sử dụng

Vật liệu xây dựng “xanh” có thể được định nghĩa là các vật liệu được sử dụng theo các phương pháp thân thiện với môi trường. Tiêu chí đánh giá có thể là: tổng năng lượng tiêu tốn trong quá trình khai thác, vận chuyển, xây dựng, sử dụng và phá dỡ; và tổng lượng chất thải và các chất gây ô nhiễm phát ra trong các quá trình trên. Như vậy một vật liệu được coi là vật liệu xanh khi tiêu tốn năng lượng thấp và ít gây ô nhiễm cho môi trường. Nói cách khác, việc sử dụng vật liệu xây dựng xanh là cách để hướng tới các giải pháp xây dựng bền vững.

Khối lượng các vật liệu sử dụng cho ngành xây dựng là khổng lồ. Lấy một ví dụ đối với bê tông xi măng – một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng hiện nay. Hàng năm khối lượng bê tông xi măng sử dụng trên toàn cầu vượt quá con số 13 tỷ tấn; Tương ứng cần phải sử dụng gần 1.9 tỷ tấn xi măng. Trong khi đó, sản xuất xi măng là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng nhiều nhất. Đồng thời nó cũng là một trong số những ngành thải ra lượng chất thải nhiều nhất. Tính riêng ngành này thải ra khoảng 5% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính  trên toàn cầu, và một lượng đáng kể khí NOx và các khí gây ô nhiễm khác như SO2. Trung bình để sản xuất ra 1 tấn xi măng cần xấp xỉ 1.7 tấn các nguyên liệu thô và thải ra khoảng 1 tấn khí CO2.

Tận dụng chất thải, một giải pháp góp phần sản xuất vật liệu “xanh”

Lượng chất thải tạo ra thường tuân thủ theo định luật bảo toàn khối lượng. Khối lượng chất thải, bao gồm cả chất thải rắn và chất thải lỏng, phát tán hàng năm trên toàn thế giới ước tính đến hàng ngàn tỷ tấn. Phần lớn trong số đó vẫn còn giá trị sử dụng hoặc vẫn có khả năng tái sử dụng, nhất là trong xây dựng. Dưới sức ép của các hiệp ước RiodeJaneiro và Nghị định thư Kyoto về bảo vệ môi trường, hầu hết các nước phát triển đã quan tâm đến vấn đề này và cho đến nay họ đã đạt được những thành tựu nhất định trong việc giảm thiểu, sử dụng lại, tái sử dụng và thu hồi lại được chất thải.

Năng lượng tiêu thụ để sản xuất một số vật liệu xây dựng phổ biến  hoàn toàn có thể tái sử dụng có hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng như: chất thải phá dỡ từ các công trình xây dựng; chất thải kim loại, chất thải từ các nhà máy nhiệt điện, chất thải từ các nhà máy luyện thép, chất thải thủy tinh, chất thải vỏ trấu, dầu thải các loại,… Lấy một ví dụ về chất thải rắn từ phá dỡ các công trình xây dựng cũ. Việt Nam hiện nay đang trong giai đoạn cần phá dỡ hàng loạt các công trình cũ, hết tuổi thọ khai thác để xây dựng mới. Như vậy lượng chất thải rắn từ chính các công trình phá dỡ sẽ rất lớn. Chúng hoàn toàn có thể tái sử dụng lại trong xây dựng mới, nhất là làm cốt liệu. Nếu tận dụng triệt để chúng sẽ giảm thiểu đáng kể lượng vật liệu khai thác từ thiên nhiên. Đồng thời giảm thiểu đáng kể năng lượng tiêu tốn cho khai thác và gia công vật liệu thiên nhiên. Điều đó đồng nghĩa với việc tiết kiệm được nguồn tài nguyên và hạn chế gây ô nhiễm. Hay nói khác đi, đó là một giải pháp để thực hiện mục tiêu sử dụng vật liệu “xanh”.

Tuy nhiên, cũng cần phải lường trước được những rào cản cản trở tiến trình tận dụng chất thải, nhất là trong lĩnh vực xây dựng. Rào cản cho tiến trình này có thể kể đến như: sự bảo thủ và trì trệ trong văn hóa và cách nghĩ về tận dụng và sử dụng các vật liệu được sản xuất từ một phần hoặc toàn bộ vật liệu thải; những tiêu chuẩn quy phạm mang tính lý thuyết cứng nhắc; vốn và các nguồn lực đầu tư cho nghiên cứu,… Đây thực tế cũng là những thách thức mà các nước phát triển đã gặp phải ở mấy thập niên trước.

Sử dụng vật liệu có độ bền cao

Một vật liệu được coi là bền vững, cần phải đạt được đồng thời các chỉ tiêu về đặc tính cơ học như cường độ, mô đun đàn hồi, khả năng chịu biến dạng, chịu mài mòn; các chỉ tiêu về vật lý như các tính chất có liên quan đến khối lượng thể tích, nhiệt, âm, nước; và đặc biệt phải có khả năng chống chịu các tác nhân xâm thực trong quá trình khai thác dưới các tác động của các yếu tố môi trường như ăn mòn, cacbonat hóa và lão hóa. Có như vậy tuổi thọ khai thác của công trình mới đạt được theo dự kiến.

Một công trình xây dựng sử dụng vật liệu có độ bền cao sẽ kéo dài được tuổi thọ khai thác của công trình. Chi phí đầu tư ban đầu có thể cao hơn so với truyền thống. Nhưng bù lại, chi phí cho khai thác thấp (phản ánh thông qua chi phí duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa…). Bên cạnh đó, vòng đời sử dụng vật liệu được kéo dài là một yếu tố quan trọng góp phần giảm thiểu năng lượng tiêu tốn cho xây dựng và khai thác cũng như giảm thiểu lượng chất thải tạo ra. Những lợi ích đó không chỉ nâng cao được hiệu quả vốn đầu tư mà còn góp phần vào mục tiêu giữ gìn sự bền vững của môi trường sống.

Cũng tương tự như vậy, trong xây dựng mặt đường có chất kết dính bitum, khi mà điều kiện khí hậu của Việt Nam thúc đẩy nhanh quá trình hóa già của bitum, và đó là yếu tố chủ yếu dẫn tới phá hoại kết cấu mặt đường. Nếu vấn đề nêu trên được quan tâm nghiên cứu một cách có hệ thống và các loại bitum có tốc độ hóa già phù hợp được sử dụng thì sẽ góp phần đáng kể để nâng cao tuổi thọ của con đường và chắc chắn hiệu quả đầu tư, khai thác các con đường sẽ được nâng cao hơn.

Vật liệu mới, kết cấu mới, công nghệ mới

Khoa học kỹ thuật đang phát triển từng giờ, góp phần tạo ra những tiến bộ vượt bậc trong mọi lĩnh vực. Nhờ đó, các vật liệu xây dựng tiên tiến đã ra đời đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Hầu hết các nghiên cứu về vật liệu xây dựng trên thế giới đều hướng tới những giải pháp vật liệu có độ bền cao, tuổi thọ khai thác dài, qua đó giảm thiểu được các tác động đến môi trường. Khi tiến bộ khoa học phát triển kéo theo nó là công nghệ nghiên cứu về vật liệu được nâng lên một bước. Vật liệu được quan sát cấu trúc ở mức vi mô hơn để hiểu biết về chúng chính xác hơn. Các khuyết tật được nhìn nhận rõ ràng hơn để từ đó có được các giải pháp cải tiến tốt hơn. Công nghệ nano phát triển đi kèm là cấu trúc nano của vật liệu được giải đáp. Các khuyết tật và các giải pháp cải tiến vật liệu ở mức cấu trúc nano được thực hiện giúp nâng cao các đặc tính của vật liệu lên rất nhiều.

Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu mới và kết cấu mới nên được đặt trong mối quan hệ hữu cơ với việc áp dụng công nghệ mới. Sẽ là không hiệu quả nếu các vật liệu mới được áp dụng trên nền của các loại kết cấu cũ và sử dụng công nghệ thi công truyền thống. Cũng giống như việc áp dụng vật liệu “xanh”, vấn đề định hướng và áp dụng các vật liệu mới, kết cấu mới và công nghệ tiên tiến luôn gặp phải những rào cản trên con đường để trở nên phổ biến. Một mặt, việc áp dụng chúng có thể sẽ tăng chi phí đầu tư ban đầu, một trong những nguyên nhân mang tính trực quan khó thuyết phục được các nhà quản lý, đầu tư. Thứ hai, thói quen của những người sử dụng khó có thể chấp nhận một sự đổi mới toàn diện. Thêm nữa là trình độ khoa học kỹ thuật còn hạn chế của số đông các kỹ sư cũng cản trở sự áp dụng phổ biến chúng.

Nguồn: Vật liệu “xanh" và bền vững – Xu hướng để phát triển xây dựng (TS. Đào Văn Đông, Viện KH&CNXD Giao thông – Đại học Giao thông vận tải)