Mái rơm mái rạ từng là hình ảnh quen thuộc ở làng quê Việt Nam và nhiều vùng nông thôn châu Âu, dùng rơm rạ phơi khô lợp lên khung mái để thoát nước nhanh và cách nắng mùa hè. Nhưng thứ đang được nhắc tới trong xây dựng bền vững hiện nay không còn dừng ở việc lợp mái — rơm được nén thành kiện rồi dùng làm chính phần tường chịu lực hoặc cách nhiệt của công trình, kỹ thuật gọi tên là straw bale construction. Kỹ thuật này đã qua thử nghiệm khoa học, được thương mại hoá tại Anh, và đang được nhìn nhận lại như một hướng vật liệu tự nhiên cho ngành xây dựng.
Kiện rơm chịu lực khác gì mái rơm truyền thống
Nhà mái bổi hay nhà tranh vách đất ở đồng bằng Bắc Bộ trước đây dùng cói hoặc rơm rạ để lợp mái, còn khung nhà vẫn là cột, kèo, rui mè bằng gỗ và tre luồng — vách ngăn giữa các gian dùng gỗ, hoặc ở một số hộ dùng đất sét đắp trực tiếp lên khung tre, gọi là vách trình tường. Rơm trong kiểu nhà này chỉ đóng vai trò lớp phủ chống mưa nắng, không chịu lực và không tham gia vào việc cách nhiệt cho tường.
Straw bale construction hiện đại lật ngược vai trò đó. Rơm được nén thành từng kiện chữ nhật đặc, kích thước tương đương một viên gạch lớn, rồi xếp thành lõi tường — hoặc tự kiện rơm chịu toàn bộ tải trọng mái, hoặc chỉ làm lớp chèn cách nhiệt bên trong một khung gỗ đã dựng sẵn chịu lực. Cả hai cách đều cần một lớp trát bên ngoài — vữa, thạch cao hoặc vôi — để bảo vệ lõi rơm khỏi nước, lửa và côn trùng. Giáo sư Pete Walker, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tại Đại học Bath, khẳng định trên BBC News rằng rơm là vật liệu xây dựng an toàn và vững chắc khi được xử lý đúng cách, bác bỏ quan niệm phổ biến rằng nhà làm từ rơm thì tạm bợ.
Hai cách dựng tường: chịu lực và chèn khung
Cách thứ nhất — thường gọi là load-bearing — xếp chồng kiện rơm trực tiếp thành tường như xây gạch, không cần cột chịu lực riêng. Mái đặt lên trên cùng sau khi tường đã hoàn thiện. Cách này phù hợp với công trình thấp tầng, mặt bằng đơn giản, vì bản thân độ dày và độ nén của kiện rơm đã đủ chịu tải mái và một phần tải gió.
Cách thứ hai — infill — dựng khung gỗ chịu lực hoàn chỉnh trước, tương tự khung nhà gỗ thông thường, rồi chèn kiện rơm vào các ô giữa cột và xà làm lớp cách nhiệt. Khung gỗ chịu toàn bộ tải trọng, kiện rơm không tham gia kết cấu. Dự án bảy căn nhà tại Bristol do công ty Modcell phối hợp với Đại học Bath thực hiện dùng đúng nguyên lý này: khung gỗ dựng sẵn, panel kiện rơm lắp ghép vào khung ngay tại công trường, sau đó ốp gỗ hoặc gạch bên ngoài để hoàn thiện thẩm mỹ.
Vì sao tường rơm cách nhiệt vượt trội
Độ dày của một kiện rơm — thường 35-50cm sau khi trát — cùng hàng triệu túi khí nhỏ mắc kẹt giữa các sợi rơm tạo ra chỉ số cách nhiệt R cao hơn hẳn tường gạch hay bê tông cùng độ dày. Nghiên cứu của Đại học Bath, được dẫn lại trong nhiều tài liệu kỹ thuật, ghi nhận nhà tường rơm trát vữa vừa thông thoáng tự nhiên vừa giữ nhiệt ổn định, giúp giảm 75-90% chi phí sưởi ấm và làm mát hằng năm so với nhà xây vật liệu thông thường.
Độ dày tường đó cũng mang lại khả năng cách âm đáng kể — lý do nhiều công trình tường rơm được chọn làm phòng thu âm hoặc nhà ở gần đường cao tốc, nơi cần chặn tiếng ồn từ bên ngoài. Đây là phần lợi ích ít được nhắc tới so với khả năng cách nhiệt, nhưng lại là yếu tố quyết định với công trình đô thị.
Nghịch lý chống cháy của kiện rơm nén chặt
Rơm rời cháy rất nhanh vì diện tích tiếp xúc với oxy lớn. Nhưng khi nén chặt thành kiện, không khí gần như không lọt được vào giữa các sợi, khiến lửa khó lan và khó duy trì. Thử nghiệm của nhóm Đại học Bath cho thấy tường rơm chống cháy gấp 2-3 lần tường xây truyền thống cùng điều kiện thử. Lớp trát vữa hoặc thạch cao bên ngoài bổ sung thêm một lớp chắn nhiệt, ngăn lửa tiếp cận trực tiếp lõi rơm bên trong.
Kiểm tra của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada — cơ quan tiêu chuẩn được dẫn lại trong tài liệu về straw bale construction — ghi nhận tường rơm trát vữa chịu được nhiệt độ khoảng 1.010 độ C trong hai giờ liên tục, đạt tiêu chuẩn chống lửa cấp độ A, mức áp dụng cho các công trình công cộng. Con số này đủ để phản bác hình ảnh quen thuộc trong chuyện cổ tích ba chú heo con, nơi ngôi nhà rơm là ngôi nhà yếu nhất.
Chống ẩm và côn trùng: lớp trát quyết định tuổi thọ
Điểm yếu thật sự của tường rơm không phải là lửa mà là nước đọng lâu ngày trong lõi. Rơm trước khi đưa vào kiện phải được phơi khô và bảo quản tránh ẩm mốc, mối mọt trong suốt quá trình thi công. Sau khi dựng tường, lớp trát bên ngoài — vữa, thạch cao hoặc vôi — là hàng rào chính ngăn côn trùng, loài gặm nhấm và hơi ẩm xâm nhập vào lõi rơm. Lớp trát nứt hở hoặc thi công sai kỹ thuật là nguyên nhân phổ biến nhất khiến tường rơm xuống cấp sớm.
Khi lớp trát được duy trì tốt, tuổi thọ của tường rơm không hề ngắn. Nhóm nghiên cứu Đại học Bath ghi nhận nhiều căn nhà rơm ở Bắc Mỹ, có căn xây từ cuối thế kỷ 19 tại vùng Sandhills, Nebraska, đã đứng vững hơn 75 năm qua nhiều kiểu khí hậu khác nhau — từ nóng sang lạnh, từ khô đến ẩm.
Bài toán chi phí: tường rẻ, vận hành mới là lãi thật
Vì rơm là phụ phẩm nông nghiệp sẵn có, nhiều người mặc định xây nhà rơm sẽ rẻ hơn hẳn nhà truyền thống. Thực tế phần tường chỉ chiếm khoảng 10-15% tổng chi phí xây dựng một công trình, nên khoản tiết kiệm từ nguyên liệu rơm không kéo tổng giá thành xuống nhiều — cộng thêm chi phí cửa, mái, nền và xử lý chống ẩm, tổng chi phí xây dựng nhà rơm có thể nhỉnh hơn đôi chút so với nhà truyền thống.
Khoản lợi thực sự nằm ở chi phí vận hành về sau, nhờ khả năng cách nhiệt đã nói ở trên. Barbara Jones, một trong những chuyên gia thi công nhà rơm tại Anh, khẳng định rơm hoàn toàn có thể góp phần giải quyết bài toán nhà ở, đặc biệt khi ngành xây dựng chuyển hướng sang vật liệu ít phát thải carbon. Rơm hấp thụ khí CO2 trong quá trình sinh trưởng, nên dùng rơm xây tường cũng là một cách giữ lượng carbon đó lại trong công trình thay vì thải ra khi đốt bỏ phụ phẩm nông nghiệp.
Số liệu được Bộ Năng lượng Mỹ dẫn lại cho thấy quy mô của phụ phẩm nông nghiệp này: mỗi năm nước Mỹ đốt bỏ hơn 200 triệu tấn rơm, phát sinh một lượng khí thải lớn. Thay vì đốt, lượng rơm đó đủ để xây 2-3 triệu ngôi nhà. Vì rơm có sẵn ở nhiều nơi trồng lúa, ngũ cốc, chi phí vận chuyển nguyên liệu cũng thấp hơn so với vật liệu phải sản xuất công nghiệp tập trung rồi chở đi xa — đây là một lợi thế cạnh tranh riêng của rơm so với các vật liệu xây dựng xanh khác, bên cạnh khả năng hấp thụ carbon.
Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm thì áp dụng ra sao
Phần lớn dữ liệu thử nghiệm về straw bale construction đến từ Anh và Bắc Mỹ — khí hậu ôn đới, độ ẩm không khí thấp hơn nhiều so với miền Bắc và miền Nam Việt Nam. Khả năng cách nhiệt của tường rơm vẫn có giá trị với khí hậu nhiệt đới, vì nắng nóng gay gắt là điều kiện mà tường dày, chỉ số R cao phát huy tác dụng rõ nhất. Nhưng độ ẩm không khí cao quanh năm và mưa nhiều tháng là thách thức lớn hơn hẳn so với vùng khí hậu khô ráo nơi kỹ thuật này được kiểm chứng.
Với điều kiện đó, phần cấu tạo cần siết chặt hơn ở khu vực nhiệt đới là lớp trát chống thấm ngoài tường, mái đua đủ rộng để hắt nước mưa ra khỏi mặt tường, và khe thoáng ở chân tường để hơi ẩm từ nền không bị giữ lại trong lõi rơm. Đây là phần cấu tạo bổ sung so với các công trình mẫu ở Anh, nơi mưa ít và độ ẩm không khí không thường xuyên ở mức cao kéo dài như khí hậu nhiệt đới gió mùa.
So với vật liệu xây dựng phổ biến tại Việt Nam — gạch nung, bê tông, tôn — kiện rơm có ưu thế rõ ở khối lượng nhẹ và chỉ số cách nhiệt, nhưng lại phụ thuộc vào việc kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt hơn suốt vòng đời công trình, từ khâu chọn rơm khô, thi công đúng mùa ít mưa, đến bảo trì lớp trát định kỳ. Đây là điểm khác biệt căn bản: tường gạch hay bê tông chấp nhận sai sót thi công ở mức độ nhất định mà không sụp đổ hệ cách nhiệt, còn tường rơm nếu lớp trát hỏng thì lõi cách nhiệt bên trong xuống cấp nhanh hơn nhiều. Vì vậy straw bale construction ở vùng nhiệt đới phù hợp hơn với công trình có đơn vị thi công chuyên trách theo dõi bảo trì, hơn là công trình tự phát không có người kiểm soát chất lượng lớp trát lâu dài.
Từ Nebraska tới Bristol: một kỹ thuật cũ được thương mại hoá lại
Straw bale construction không phải kỹ thuật mới. Nó xuất hiện cuối thế kỷ 19 tại vùng Sandhills, Tây Bắc Nebraska (Mỹ), khi người định cư thiếu gỗ xây dựng ở một khu vực chỉ toàn cát và cỏ, lại không nằm gần tuyến đường sắt để vận chuyển gỗ về. Rơm ép kiện trở thành giải pháp thay thế, và những căn nhà, trường học, nhà thờ tường rơm đầu tiên bắt đầu xuất hiện từ đó.
Từ năm 2010, nhóm nghiên cứu của Đại học Bath do Giáo sư Pete Walker đứng đầu tiến hành hàng loạt thử nghiệm trên kiện rơm, đo được các thông số về khả năng chịu gió, chịu nhiệt và chống cháy đã nêu ở trên. Kết quả nghiên cứu là nền tảng cho dự án bảy căn nhà rơm tại Bristol, do Đại học Bath phối hợp cùng công ty kiến trúc Modcell thực hiện với khung gỗ kết hợp panel kiện rơm lắp sẵn. Bảy căn nhà này chính thức được chào bán trên thị trường bất động sản Anh từ tháng 2/2015 — không phải nhà rơm đầu tiên ở Anh, nhưng là kết quả thương mại hoá đầu tiên của một dự án nghiên cứu straw bale được tài trợ bởi Liên minh châu Âu, theo công bố của Đại học Bath và tin tức từ chính công ty Modcell. Manjit Kaur, đại diện phụ trách bán nhà rơm tại Bristol khi đó, cho biết một khi nhà rơm tạo được lòng tin với người mua, vấn đề còn lại chỉ là không có đủ nhà để bán.
Số liệu và trích dẫn kỹ thuật trong bài dẫn từ nghiên cứu của Đại học Bath và tư liệu công bố của Modcell về dự án nhà rơm Bristol. Nguồn: canhquan.net
Ảnh bìa: Øyvind Holmstad / Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0. Nguồn: canhquan.net.