Bê tông gai dầu: Từ những cây cầu La Mã đến vật liệu xây dựng tiềm năng cho tương lai 

Rất nhiều thành kiến và mâu thuẫn xoay quanh lịch sử của cây gai dầu trên toàn thế giới. Người ta ước tính rằng cây gai dầu là một trong những loại cây đầu tiên được nhân loại trồng trọt. Các nhà khảo cổ đã tìm thấy tàn tích của vải gai dầu từ vùng Lưỡng Hà cổ đại (nay là Iran và Iraq) có niên đại 8.000 năm trước Công nguyên [1]. Cũng có những ghi chép tương tự ở Trung Quốc ghi lại việc tiêu thụ hạt và dầu cây gai dầu, có niên đại từ 6 đến 4 nghìn năm trước Công nguyên. Khi đến Châu Âu, mục đích sử dụng chính của nó là sản xuất dây thừng và vải trên tàu: ngay cả buồm và dây thừng trên tàu của nhà thám hiểm Christopher Columbus cũng được làm bằng vật liệu này. Tương tự như vậy, những cuốn sách đầu tiên sau khi Gutenberg phát minh ra máy in [2] và nhiều bức tranh của họa sĩ Rembrandt hay họa sĩ Van Gogh cũng được làm bằng cây gai dầu.

Việc sử dụng cây gai dầu trong xây dựng dân dụng cũng không phải là điều gì mới lạ. Vữa làm từ cây gai dầu được phát hiện trên cột của những cây cầu do người Merovingian xây dựng vào thế kỷ thứ 6, ở vùng đất ngày nay là Pháp. Và điều rất nổi tiếng là người La Mã đã sử dụng sợi gai dầu để gia cố vữa trong các tòa nhà của họ. Ngày nay, mặc dù có những rào cản pháp lý ở nhiều quốc gia, việc sử dụng cây gai dầu làm vật liệu xây dựng đã có những kết quả đáng khích lệ đi kèm với nghiên cứu chứng minh chất lượng cách âm, cách nhiệt và chất lượng bền vững mà nó mang lại. Cây gai dầu có thể được tạo hình thành các tấm sợi xơ, tấm phủ, tấm vải, và thậm chí là gạch.

Điều quan trọng là phải bắt đầu bằng cách chỉ ra rằng mặc dù cây gai dầu và cần sa thuộc cùng một loài (cannabis sativa), chúng là những phân loại độc lập, với các đặc điểm khác nhau. Cần sa có tỷ lệ phần trăm THC (tetrahydrocannabinol) cao hơn – lên đến 20%, THC là chất tác động thần kinh chính trong cây cần sa và nằm chủ yếu trong hoa của cây. Nhưng ngược lại, cây gai dầu công nghiệp được trồng để lấy hạt, sợi và thân cây và nó chỉ chứa khoảng 0,3% THC – không đủ để ảnh hưởng đến bất kỳ ai.

Cây gai dầu cần ít nước để phát triển và do đó không cần hệ thống tưới, cây gai dầu phát triển nhanh hơn một cái cây bình thường khoảng 50 lần. Sau khi thu hoạch và cắt, cây gai dầu sau đó sẽ được phơi khô trong vài ngày trước khi được thu thập và đổ vào thùng chứa nước để làm trương nở thân cây. Khi khô, các sợi có thể được sử dụng trong số các ứng dụng khác như; để sản xuất giấy, vải, dây thừng, bao bì phân hủy sinh học, nhiên liệu sinh học và vật liệu xây dựng. Trong trường hợp thứ hai, vật liệu từ cây gai dầu có thể được sử dụng như một chất cách nhiệt, giống như bông thủy tinh hoặc đá, hoặc như bê tông gai dầu, thường được gọi là hempcrete. Để tạo ra bê tông gai dầu, máy trộn bê tông sẽ trộn cây gai dầu, bột đá vôi và nước cho tới khi hỗn hợp đặc sệt. Thông qua các phản ứng hóa học giữa các thành phần, hỗn hợp trên sẽ hóa đá và trở thành một khối nhẹ nhưng khá bền. Để làm tường, hỗn hợp từ gai dầu có thể được đúc dưới dạng khối, nghiền thành bột hoặc đổ theo hình dạng tuyến tính bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự như xây tường bùn.

Tính sáng tạo của bê tông gai dầu làm cho vật liệu xây dựng và chức năng của nó hoạt động như một vật liệu đa năng. Nó hoàn toàn có thể thay thế cốt liệu khoáng chất trong bê tông thông thường, và trong lịch sử, nó đã được thêm vào bê tông và vữa để tránh hiện tượng co ngót trong thạch cao hoặc gạch đất nung [3]. Khi rắn lại, nó giữ lại một lượng lớn không khí, với tỷ trọng tương đương 15% bê tông truyền thống. Chính điều đó đã làm cho nó trở thành một chất cách nhiệt và cách âm tuyệt vời. Một đặc điểm thú vị của vật liệu này nữa là nó vừa là chất cách nhiệt tốt, vừa có quán tính nhiệt cao [4]. Tức là, mặc dù nhẹ và xốp, bê tông gai dầu có thể nhanh chóng tích trữ năng lượng và giải phóng nó dần dần, tạo hiệu quả cho các vùng khí hậu có sự thay đổi nhiệt độ cao giữa ngày và đêm. Nó cũng có khả năng chống cháy tốt, không độc hại, có khả năng chống nấm mốc và côn trùng tự nhiên. Thậm chí, có những cuộc khảo sát chỉ ra rằng bê tông gai dầu là một vật liệu âm carbon, ngoài việc bù đắp lượng carbon thải ra trong quá trình sản xuất, bê tông gai dầu còn hoạt động bằng cách lưu trữ thêm carbon trong vật liệu.

Để đạt được những đặc tính cách âm và cách nhiệt này, vật liệu cần phải “thở” – tức là tương tác với cả môi trường bên trong và bên ngoài, cho phép bê tông gai dầu hấp thụ và phân tán hơi nước (độ ẩm) và làm dịu sự dao động nhiệt độ. Tường bê tông thậm chí có thể nhận được lớp phủ miễn là chúng cho phép những trao đổi này diễn ra.

Tuy nhiên, tính năng cơ học của bê tông gai dầu kém hơn nhiều so với bê tông hoặc thép truyền thống. Nó có cường độ nén 2 MPa khi không vượt quá tỷ trọng 1000 kg / m2, tương đương với gạch không nung [3]. Nó hoạt động tốt hơn như một hàng rào hơn là cho các bức tường tự chống đỡ. Nhược điểm khác so với các loại gạch xây thông thường là thời gian chất rắn lại, ngược lại với gạch thông thường. Ngoài ra, nó vẫn là một sản phẩm tương đối đắt tiền với ít thông tin và nhân lực có sẵn để làm việc hiệu quả với công nghệ này.

Mặc dù thực tế này đang dần thay đổi, phần lớn việc thiếu các nghiên cứu kỹ thuật về vật liệu này là do luật pháp. Lịch sử cho thấy, hơn cả bằng chứng khoa học – cuộc chiến chống cần sa được thúc đẩy bởi các yếu tố chủng tộc, kinh tế, chính trị và đạo đức. Hơn nữa, lệnh cấm tương tự đối với loại thuốc này thường áp dụng đối với các loại cây không được sử dụng để giải trí. Dần dần, các quốc gia trên thế giới đã xem xét lại các lệnh cấm này, với một số quốc gia cho phép trồng cây cần sa hợp pháp để làm thuốc và thậm chí là sử dụng giải trí. Hiện tại, nhà sản xuất gai dầu lớn nhất thế giới là Trung Quốc, chiếm hơn 70% tổng sản lượng toàn cầu. Tuy nhiên, các quốc gia khác cũng có liên quan đến sản xuất gai dầu toàn cầu.

Nghiên cứu, thử nghiệm và thí nghiệm là điều cần thiết để làm cho vật liệu hứa hẹn này trở nên phổ biến hơn và rẻ hơn để sử dụng hàng loạt trong xây dựng. Có lẽ một trong những loài cây lâu đời nhất được nhân loại trồng trọt có thể trở thành vật liệu xây dựng bền vững và hiệu quả trong tương lai.

>>>>> Đọc thêm các bài viết về cần sa y tế

Dịch giả: Sadie Pices
Nguồn: Arch Daily | Hemp Concrete: From Roman Bridges to a Possible Material of the Future

Ghi chú:
[1] The People’s History. The Thistle. Volume 13, Number 2: Sept./Oct., 2000
[2] Hemp users’ stories and its use as a medical remedy. MMedics
[3] Monika Brümmer, Mª Paz Sáez-Pérez, and Jorge Durán Suárez. Hemp Concrete: A High Performance Material for Green-Building and Retrofitting
[4] Komsi, Jere. Thermal Properties of Hempcrete, a Case Study. Helsinki Metropolia University of Applied Sciences