Gỗ có thể được xem là vật liệu xây dựng lâu đời và phổ biến nhất của nhân loại. Những cải tiến của 4 dự án mới đây tại Úc là đóng góp về công nghệ lẫn thiết kế giúp con người có thể tận dụng rộng rãi hơn tài nguyên gỗ.
Mật độ gỗ thông qua các phương pháp nén khác nhau giúp cải thiện độ bền và tăng cường khả năng chống cháy của gỗ mật độ thấp. Có khả năng chống lõm, trầy xước và mài mòn, gỗ đặc là vật liệu hoàn hảo cho sàn hoặc bề mặt khác.
Hình dung lại gỗ đặc
Theo trang tin Create Digital của Úc, hóa chất ngâm gỗ để tăng mật độ có nguy cơ tạo ra hiệu ứng đàn hồi. Cải thiện các tính chất cơ học của gỗ mật độ thấp có thể là một giải pháp bền vững, nhưng việc xử lý sơ bộ bằng hóa chất cũng có tác động riêng về mặt năng lượng và ô nhiễm.
Công ty Công nghệ Gỗ 3RT, tại bang Victoria, đang hướng tới việc thay thế gỗ cứng già cỗi bằng gỗ cứng trồng trọt phát triển nhanh, có thể được sản xuất từ ván lạng đã bóc vỏ như ván ép. 3RT đã tạo ra đơn vị quản lý kỹ thuật số có thể biến rừng trồng và tàn dư rừng thành các khối gỗ giống như gỗ cứng trong vòng một ngày.
Chuyên gia Paulo Lavisci cho biết quy trình đã được cấp bằng sáng chế sử dụng keo nano gốc nước, kết hợp với quá trình nén lũy tiến được điều khiển bằng thuật toán. Ông nói: “Nó không đòi hỏi quá nhiều năng lượng hoặc hóa chất để xuyên qua thành tế bào gỗ và cho phép đạt được mật độ dày đặc một cách có kiểm soát”. Quy trình này tạo ra gỗ vuông và không có hình tròn – vốn có thể gây trở ngại về năng suất cũng như giúp quá trình xử lý tiếp theo dễ dàng hơn. Sản phẩm thu được phù hợp cho cả ứng dụng trang trí và kết cấu, có tiềm năng thay thế thép và nhôm như một vật liệu xây dựng bền vững hơn.
Gỗ cốt composite
Các kết cấu chịu lực bằng gỗ gồm cột, vách và sàn bằng gỗ khối nhiều lớp thường bị hạn chế về khả năng sử dụng hoặc hiệu suất chống cháy. Tiến sĩ Cristian Malux từ Trường Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng thuộc Đại học Queensland (UQ) cho biết việc bổ sung một tỷ lệ nhỏ polymer cốt sợi (FRP) vào gỗ có thể tăng hiệu suất đáng kể. Thông qua Trung tâm Gỗ Tương lai của Hội đồng Nghiên cứu Úc, ông đã nghiên cứu phát triển các mẫu gỗ FRP với sự trợ giúp của chính quyền Queensland và nhà sản xuất Hyne Timber.
Thiết kế gỗ gia cố bằng composite tập trung vào việc phát triển các hệ thống và sản phẩm gỗ đại trà cải tiến, gồm gỗ dán keo (GLT) và gỗ ghép chéo (CLT). Bằng cách làm cứng gỗ, việc đưa FRP không chỉ làm giảm kích thước sản phẩm cần thiết mà còn làm tăng độ võng và độ rung của kết cấu. Mặt khác, vì FRP được đưa vào bên trong nhiều lớp gỗ trong quy trình sản xuất, lớp phủ gỗ sẽ bảo vệ FRP – vốn được coi là nhạy cảm với nhiệt độ cao của đám cháy, trong trường hợp nó không được bảo vệ. Malux khẳng định: “Chúng tôi đang thực hiện một loạt nghiên cứu thiết kế để chuyển hiệu suất sản phẩm được cải thiện sang hiệu suất của hệ thống tòa nhà. Chúng tôi hy vọng có thể triển khai một tòa nhà thương mại nếu tìm được nghiên cứu điển hình phù hợp cho nó”.
Mặt cắt vách mỏng bằng gỗ FRP lai
PGS. Joe Gattas, cũng từ Trường Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng UQ cho biết phần lớn môi trường xây dựng được tạo thành từ thép ở dạng các phần có tường mỏng. Theo truyền thống, gỗ không được sử dụng làm sản phẩm định hình do tính biến đổi tự nhiên cao và các khuyết tật bên trong vật liệu cũng như khó khăn trong việc kết nối các vật liệu gỗ có thành mỏng với nhau. Các vật liệu gỗ mỏng, chẳng hạn như gỗ veneer, có thể có đặc tính cơ học tốt nhưng chúng chủ yếu chạy dọc theo hướng thớ gỗ. Bằng cách kết hợp gỗ veneer và FRP, chúng ta có thể kiểm soát hướng di chuyển của vật liệu gỗ có thành mỏng với nhau, tăng cường các thuộc tính hiệu suất hai chiều. PGS. Gattas giải thích: “Bạn có độ bền và độ cứng cực tốt của gỗ, nhưng lại có đặc tính tương đối yếu ở trục thớ ngang và các đặc điểm tự nhiên làm giảm độ bền. Vì vậy, chúng tôi đặt một lớp FRP rất mỏng, vuông góc hoặc nghiêng theo hướng thớ gỗ, để cải thiện hiệu suất của thớ gỗ và giảm áp lực cục bộ của bất kỳ khuyết tật tự nhiên nào”.
Vì FRP có thể được áp dụng cho các dạng phức tạp nên nó có thể được sử dụng để tạo ra một mặt cắt có thành mỏng với đặc tính cơ học theo trọng lượng riêng tương tự như các sản phẩm thép có thành mỏng, bao gồm dầm và cột. Điều này có nghĩa là các vật liệu gỗ theo truyền thống vốn được xem là sản phẩm phụ phi cấu trúc, chẳng hạn như ván lạng và ván ép cấp thấp, gỗ mỏng trong rừng hoặc sợi nông nghiệp, nay có thể được chế biến thành các sản phẩm gỗ kỹ thuật có hiệu suất cao.
Gỗ cứng lai ghép chéo
PGS. Jon Shanks – chuyên về kỹ thuật gỗ tại Đại học Tasmania (UTAS) cho biết con đường phát thải Carbon thấp nhất để xây dựng một tòa nhà thường không liên quan đáng kể đến sửa đổi vật liệu. Ông nói thêm: “Sự đổi mới tốt nhất có thể là một cách hơi khác để ghép khung gỗ lại với nhau, nghĩa là bạn có thể sử dụng nhiều tài nguyên hiện có hơn, trong đó CLT là một giải pháp tốt”.
Tiến sĩ Assaad Taoum, giảng viên cao cấp về kỹ thuật xây dựng và kết cấu cho biết CLT được sản xuất bằng gỗ xẻ, dán và xếp lớp, có thể thay thế cho tấm bê tông, vách tường hoặc thậm chí mái nhà. Sản phẩm này có thể được sản xuất, khoan trước và chuẩn bị cho việc xây dựng bên ngoài công trường; sau đó lắp ráp tại chỗ với lượng lao động tối thiểu.
Trụ sở mới của cao ốc Atlassian Sydney, dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2025, sẽ là cấu trúc gỗ lai cao nhất thế giới, với sàn bên trong được làm gần như hoàn toàn bằng CLT. Trong khi các nhà sản xuất CLT ở Úc chủ yếu sản xuất từ các sản phẩm gỗ thông thì Công ty CUSP của Tasmania là nơi đầu tiên trên thế giới sản xuất nguyên liệu từ Eucatuptus nitens – một loại gỗ cứng thường được gọi là Shinning Gum. Sự đổi mới được xác định từ nghiên cứu của các trường kỹ thuật và kiến trúc cũng như thiết kế tại UTAS. Trong số này có trung tâm kiến trúc bền vững với gỗ – nơi đã tìm ra cách tái sử dụng sản phẩm từ đồn điền Shinning Gum, vốn ban đầu được chỉ định để sản xuất giấy và bột giấy khi được trồng từ 20 năm trước đó. Mặc dù gỗ không được dùng để sản xuất các sản phẩm kết cấu nhưng nhóm UTAS đã sử dụng gỗ dạng nguồn gốc có trách nhiệm về môi trường để làm ra sản phẩm kết cấu đáng tin cậy, kể cả CLT.
Trúc Lâm
