Các kỹ thuật và vật liệu xây dựng không ngừng phát triển. Trong quá trình này, một số nhóm nghiên cứu đang tìm cách giải quyết một số vấn đề cấp bách nhất, chẳng hạn như đạt được hiệu quả năng lượng cao hơn hoặc tích hợp các chức năng như điều hòa không khí hoặc chiếu sáng trực tiếp vào các cấu kiện xây dựng. Những tiến bộ như bê tông tạo ra điện và phân tích các tòa nhà , hoặc gạch chịu lực cao làm từ trứng, đang đưa công nghệ xây dựng tiến thêm một bước.
Gạch Aerobrick Empa Omicron.
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Empa, một viện nghiên cứu vật liệu đa ngành có trụ sở tại Zurich, Thụy Sĩ, đã cho ra mắt Aerobrick, một loại gạch trong suốt mới được làm đầy bằng silica aerogel. Vật liệu xây dựng mang tính cách mạng này, được mô tả chi tiết trong tạp chí khoa học Journal of Building Engineering, phục vụ cùng mục đích như gạch truyền thống nhưng có thêm khả năng truyền ánh sáng tự nhiên vào bên trong và mang lại khả năng cách nhiệt và độ bền vượt trội hơn đáng kể.
Trên thực tế, nhóm nghiên cứu do các kỹ sư Jannis Wernery và Michal Ganobjak dẫn đầu đã giới thiệu phiên bản đầu tiên của Aerobrick vào năm 2017, nhưng họ đã cải tiến thiết kế, thành phần và quy trình sản xuất để đạt được hiệu suất cao hơn. Mục tiêu – xây dựng các bức tường trong suốt hoàn toàn với khả năng cách nhiệt hiệu quả – giờ đây đã trở thành hiện thực. Những viên gạch mới này sẽ giúp tiết kiệm chi phí sưởi ấm, mà không cần phải thêm lớp cách nhiệt vào tường xây, và cũng tiết kiệm điện năng, bằng cách cung cấp ánh sáng khuếch tán trong mọi loại phòng.
Thủy tinh và aerogel
Wernery, Ganobjak và các đồng nghiệp của họ tại bộ phận Vật liệu và Linh kiện Năng lượng cho Xây dựng tại Empa muốn phát triển một loại vật liệu đáp ứng đúng các nguyên tắc mà kiến trúc sư La Mã Vitruvius coi là thiết yếu đối với một công trình xây dựng: độ bền, chức năng và vẻ đẹp.
Để đạt được điều này, họ đã thử nghiệm nhiều thiết kế, kích thước và sự kết hợp khác nhau, nhưng các thành phần chính luôn giống nhau: kính phẳng (được sản xuất bằng cách cho kính nóng chảy nổi trên một lớp thiếc nóng chảy để đạt được độ dày đồng nhất và bề mặt rất phẳng), nhựa epoxy và hạt silica aerogel. Tất cả các vật liệu này được lựa chọn vì độ trong suốt quang học cao, cho phép lượng ánh sáng tối đa đi qua mà không làm cho sản phẩm cuối cùng trở nên trong suốt.
Sau hàng trăm lần mô phỏng trên máy tính, thiết kế cuối cùng đã được hình thành với bốn tấm kính nổi 12mm được nối với nhau bằng các miếng đệm, với các bề mặt bên, đáy và mặt trên được bịt kín bằng một lớp epoxy 1,5mm. Các miếng đệm được hàn trực tiếp giữa các tấm kính bằng khuôn silicon. Kỹ thuật này cho phép kính được liên kết đồng thời tạo ra một số khoang không khí giữa chúng để tối ưu hóa khả năng cách nhiệt.
Nguyên mẫu gạch Aerobrick. Empa Omicrono.
Để cải thiện hiệu suất, một khe hở nhỏ được để lại ở phần bịt kín của mỗi trong sáu khoang rỗng tạo thành: bốn khe ở lớp giữa của viên gạch và một khe ở mỗi lớp ngoài. Những khe hở này được lấp đầy bằng các hạt aerogel không chất kết dính, và cuối cùng, các khe hở được bịt kín bằng băng keo trong suốt. Kích thước cuối cùng của viên gạch là 500 mm × 136 mm × 84 mm.
Sau khi có được các nguyên mẫu đầu tiên, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc thử nghiệm khả năng của chúng, cả trong mô phỏng máy tính và trong phòng thí nghiệm. Khi được ép bằng máy ép thủy lực, Aerobrick đã chứng minh độ bền nén khoảng 45 megapascal (MPa), vượt trội so với bất kỳ loại gạch nào hiện có trên thị trường.
Về khả năng dẫn nhiệt, gạch thủy tinh chứa aerogel có hệ số dẫn nhiệt không vượt quá 53 mW/(mK), giá trị thấp nhất được ghi nhận trong số tất cả các loại gạch hiện có. Hơn nữa, nó truyền dẫn hầu hết quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Do đó, vật liệu này có thể trở thành mộtmới cho mặt tiền nhờ hiệu suất cao và tính thẩm mỹ vượt trội.
Các trường hợp sử dụng
Theo các nhà nghiên cứu, gạch kính aerogel lý tưởng cho những không gian không nên có tầm nhìn trực tiếp ra bên ngoài vì lý do riêng tư, an ninh hoặc để tránh bị quấy rầy, nhưng vẫn cho phép ánh sáng ban ngày khuếch tán chiếu vào. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh tính hữu ích của chúng chủ yếu trong các tòa nhà văn phòng, thư viện, bảo tàng và các không gian công cộng khác.
Một trong những viên gạch Aerobrick trong máy ép công nghiệp. Empa Omicrono.
Họ cũng nhấn mạnh tính linh hoạt của loại đèn này trong các tòa nhà nơi việc tối đa hóa ánh sáng ban ngày và tiết kiệm không gian là điều cần thiết. Ví dụ, họ dẫn chứng các khu dân cư đông đúc ở thành phố với các tòa nhà cao tầng và nhiều căn hộ - một mô tả áp dụng cho trung tâm Madrid, Barcelona, hoặc bất kỳ thành phố lớn nào khác. Hơn nữa, họ nhấn mạnh những lợi ích mà loại đèn này có thể mang lại cho người sử dụng tòa nhà và nhịp sinh học của họ, đề cập đến những thay đổi về thể chất, tinh thần và hành vi tuân theo chu kỳ 24 giờ và phần lớn được điều chỉnh bởi ánh sáng ban ngày.
Tương tự, đối với nhịp sinh học khỏe mạnh, các địa điểm như bệnh viện và viện dưỡng lão, cũng như sở thú, chuồng ngựa và các cơ sở chăn nuôi động vật khác cũng được bao gồm. Các loại cây không cần ánh nắng trực tiếp cũng có thể hưởng lợi rất nhiều từ nhà kính được xây bằng loại gạch này.
Hình minh họa cho thấy một bức tường chịu lực được xây dựng bằng gạch Aerobrick. Empa Omicrono.
Hiện tại, trong khi chờ đợi được cấp bằng sáng chế và tìm kiếm các đối tác công nghiệp tiềm năng, các nhà quản lý của Aerobrick rất tự hào về một giải pháp cho phép tạo ra các bức tường bao quanh nhẹ, mỏng và tiết kiệm năng lượng: "Chúng tôi tin rằng gạch kính chứa aerogel có thể mang lại nhiều ánh sáng hơn vào bên trong tòa nhà thông qua lớp vỏ bao quanh, đồng thời cải thiện sức khỏe và giúp tiết kiệm năng lượng cần thiết cho chiếu sáng và sưởi ấm.".
Nguồn: https://www.elespanol.com/omicrono/.
