Thay vì phá dỡ công trình và biến vật liệu thành phế thải, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Graz (Áo) đang phát triển hệ thống tường gạch có thể tháo rời và tái sử dụng cho công trình mới. Công nghệ có thể giảm khoảng 60% lượng phát thải CO₂ sau ba vòng đời sử dụng so với phương pháp xây dựng truyền thống. Tháo công trình để tái sử dụng thay vì phá dỡ
Xử lý chất thải xây dựng đang trở thành một trong những thách thức lớn đối với quá trình chuyển đổi xanh của ngành Xây dựng. Theo thống kê tại châu Âu, chất thải xây dựng và phá dỡ hiện chiếm hơn 1/3 tổng lượng chất thải phát sinh.
Phần lớn các công trình hiện nay được thiết kế theo một vòng đời tương đối tuyến tính: Khai thác nguyên liệu, sản xuất vật liệu, xây dựng, sử dụng và cuối cùng là phá dỡ. Khi công trình hết thời hạn sử dụng, một lượng lớn vật liệu vẫn còn giá trị nhưng rất khó thu hồi nguyên vẹn để sử dụng cho một công trình khác.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Graz (Áo) đưa ra một cách tiếp cận khác: Ngay từ đầu, công trình được thiết kế để có thể tháo dỡ thay vì phá bỏ.
Ý tưởng có thể hình dung tương tự những khối Lego. Một công trình sau khi hết nhu cầu sử dụng có thể được tháo thành các cấu kiện riêng biệt, vận chuyển đến địa điểm khác rồi tiếp tục sử dụng để xây dựng một công trình mới.
Trở ngại lớn nhất nằm ở cách liên kết các viên gạch. Trong xây dựng truyền thống, vữa tạo thành liên kết tương đối cố định giữa các viên gạch. Khi phá dỡ, việc tách từng viên ra mà vẫn giữ được trạng thái đủ tốt để tái sử dụng thường khó thực hiện.
Nhóm nghiên cứu Đại học Công nghệ Graz vì vậy phát triển các cấu kiện tường gạch đúc sẵn sử dụng những mối nối có khả năng tháo lắp. Thay vì liên kết vĩnh viễn bằng vữa thông thường, các cấu kiện có thể được tháo rời khi công trình kết thúc vòng đời và tiếp tục sử dụng tại một dự án khác.
Các viên gạch được sử dụng trong nghiên cứu có chiều dày 44 cm và tích hợp lớp len cách nhiệt nhằm nâng cao hiệu quả nhiệt của công trình. Các cấu kiện tường cũng được trát hoàn thiện trước tại nhà máy, qua đó giảm khối lượng công việc phải thực hiện trực tiếp tại công trường.
Việc sản xuất cấu kiện theo phương pháp đúc sẵn đồng thời tạo điều kiện kiểm soát chất lượng tốt hơn và đơn giản hóa quá trình lắp dựng. Tuy nhiên, khi loại bỏ liên kết bằng vữa truyền thống, một vấn đề kỹ thuật khác xuất hiện là bảo đảm sự ổn định của toàn bộ công trình.
Vữa không chỉ liên kết các viên gạch mà còn góp phần tạo nên khả năng làm việc đồng nhất của bức tường. Vì vậy, muốn công trình có thể tháo rời mà vẫn đáp ứng yêu cầu an toàn, nhóm nghiên cứu phải tìm giải pháp chịu lực thay thế.
Hai phương án đã được đề xuất. Một là sử dụng kết cấu mái có trọng lượng đủ lớn để tạo lực giữ và ổn định hệ thống tường phía dưới. Phương án còn lại sử dụng các thanh ren chịu lực bố trí theo phương thẳng đứng xuyên qua hệ thống gạch để liên kết các cấu kiện với nhau.
Theo nhóm nghiên cứu, cả hai phương án đều có thể tạo độ ổn định cần thiết và đáp ứng các yêu cầu an toàn, trong khi vẫn duy trì khả năng tháo rời các bức tường khi công trình không còn được sử dụng.
Giảm 60% phát thải qua ba vòng đời công trình
Khả năng tái sử dụng nhiều lần chính là điểm đáng chú ý nhất của giải pháp này.
Theo ông Hans Hafellner - Giám đốc dự án thuộc Viện Vật lý, Dịch vụ và Xây dựng của TU Graz, kết quả nghiên cứu cho thấy việc phát triển giải pháp liên kết có thể tháo rời giúp giảm đáng kể lượng phát thải khi vật liệu bước sang vòng đời sử dụng thứ hai.
Nếu tính trong ba vòng đời, nhóm nghiên cứu ước tính lượng phát thải CO₂ có thể giảm khoảng 60% so với phương pháp xây dựng truyền thống.
Lợi ích này xuất phát từ việc một cấu kiện không phải kết thúc vòng đời cùng với công trình đầu tiên. Thay vì phá bỏ tường, xử lý phế thải rồi tiếp tục khai thác nguyên liệu và sản xuất gạch mới cho dự án tiếp theo, chính những cấu kiện hiện hữu có thể được tháo xuống và đưa trở lại quá trình xây dựng.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm chứng ý tưởng thông qua một công trình thử nghiệm. Tòa nhà mẫu được xây dựng, sau đó tháo dỡ và lắp dựng lại tại một địa điểm khác. Công trình sau khi xây dựng lại vẫn hoạt động bình thường và đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
Kết quả cho thấy một hướng tiếp cận đáng chú ý đối với kinh tế tuần hoàn trong xây dựng: Không chỉ tái chế vật liệu sau khi nghiền hoặc xử lý, mà ưu tiên tái sử dụng trực tiếp cấu kiện ở trạng thái gần như nguyên vẹn.
Sự khác biệt này có ý nghĩa bởi quá trình tái chế vật liệu xây dựng vẫn có thể tiêu tốn năng lượng cho phá dỡ, vận chuyển, nghiền, phân loại và sản xuất lại. Trong khi đó, nếu một bức tường hoặc cấu kiện có thể được tháo ra để tiếp tục sử dụng, một phần đáng kể những công đoạn trên có thể được hạn chế.
Cách tiếp cận này cũng có thể làm thay đổi quan niệm về vòng đời của công trình. Thay vì coi giá trị của vật liệu gần như kết thúc khi tòa nhà bị phá dỡ, các cấu kiện có khả năng tháo lắp vẫn giữ một phần giá trị để tiếp tục được đưa vào những dự án tiếp theo.
Nếu được hoàn thiện và áp dụng ở quy mô lớn, giải pháp của Đại học Công nghệ Graz có thể góp phần chuyển hoạt động xây dựng từ mô hình "khai thác - xây dựng - sử dụng - phá bỏ" sang mô hình tuần hoàn, trong đó vật liệu và cấu kiện được thiết kế ngay từ đầu để có thể tháo dỡ, thu hồi và sử dụng qua nhiều vòng đời.
Đây cũng là hướng tiếp cận có tiềm năng giảm đồng thời nhu cầu nguyên liệu mới, lượng chất thải xây dựng và phát thải carbon, qua đó kéo dài giá trị sử dụng của vật liệu trong suốt vòng đời của môi trường xây dựng.
