Một bản vẽ cảnh quan đẹp trên giấy có thể hỏng hoàn toàn ngoài công trường nếu chọn sai vật liệu. Tay vịn kim loại lạnh vào mùa đông, mặt lát đá trơn trượt khi mưa, tấm gỗ mục sau hai mùa nắng — những sai lệch đó không nằm ở hình khối, mà nằm ở chất liệu. Vật liệu quyết định cách một không gian được cảm nhận bằng tay, bằng chân, bằng nhiệt độ da, không chỉ bằng mắt. Dưới đây là các nhóm vật liệu chính đang dùng trong kiến trúc và cảnh quan, cùng chỗ nào nên dùng, chỗ nào nên tránh.
Bê tông — vật liệu phổ biến nhất, nhưng không trung tính với môi trường
Bê tông là vật liệu xây dựng được dùng nhiều nhất thế giới, và cũng là vật liệu để lại dấu chân carbon lớn nhất trong ngành. Theo Global Cement and Concrete Association, ngành xi măng hiện phát thải hơn 2,5 tỷ tấn CO2 mỗi năm, tương đương 7-8% tổng phát thải CO2 toàn cầu. Tại Việt Nam, 1 m3 bê tông thương phẩm tiêu chuẩn thải ra khoảng 220 kgCO2, còn bê tông cường độ cao có thể lên tới 865-960 kgCO2/m3, theo khảo sát công bố trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Xây dựng Miền Tây. Thay 20-40% xi măng bằng phụ gia khoáng — tro bay, xỉ lò cao — có thể giảm phát thải 9-40% mà không đổi tính chất chịu lực đáng kể.
Trong cảnh quan, bê tông ít khi để thô — thường được đánh mài, phun cát hay in vân đá để tránh cảm giác công trình hạ tầng. Điểm cần lưu ý là mặt lát bê tông đặc kín không cho nước thấm, dẫn tới đọng nước và tăng nhiệt độ bề mặt vào mùa hè. Bê tông thấm nước (permeable concrete), như sản phẩm Topmix Permeable của Lafarge Tarmac, dùng cốt liệu thô hở để nước lọt qua bề mặt xuống lớp đá dăm bên dưới thay vì chảy tràn — phù hợp cho bãi đỗ xe, lối đi bộ và sân trong khu đô thị cần giảm ngập cục bộ.
Gỗ — vật liệu cũ nhất, đang có phiên bản mới
Gỗ là vật liệu xây dựng lâu đời và quen thuộc nhất, nhưng dạng gỗ dùng trong công trình hiện đại đã khác nhiều so với gỗ xẻ truyền thống. Gỗ dán nhiều lớp vuông góc — CLT, cross-laminated timber — ghép các lớp gỗ xẻ theo hướng vuông góc nhau, cho độ cứng hai phương và khả năng chịu lực tương đương một số cấu kiện bê tông, đồng thời hút giữ carbon thay vì phát thải carbon trong quá trình sản xuất. Theo tổng hợp của APA — The Engineered Wood Association, với thiết kế, bảo vệ và bảo trì đúng cách, công trình CLT có thể đạt tuổi thọ 50-100 năm, và đã được dùng làm cầu đi bộ ngoài trời như một lựa chọn thay thế thép và bê tông.
Với hạng mục cảnh quan ngoài trời — sàn gỗ (deck), lam che nắng, hàng rào — thứ quyết định tuổi thọ không phải loại gỗ đắt hay rẻ, mà là độ bền tự nhiên với ẩm và côn trùng, cùng cách xử lý bề mặt. Gỗ nhóm bền cao (teak, lim, căm xe) chịu được thời tiết mà không cần sơn phủ dày, trong khi gỗ nhóm mềm bắt buộc phải tẩm áp lực hoặc phủ dầu định kỳ. Bỏ qua bước xử lý này là sai lầm hay gặp nhất khi dùng gỗ ngoài trời — sàn gỗ mới lắp trông đẹp, nhưng mục từ phần chân tiếp đất lên chỉ sau một, hai mùa mưa nếu không có lớp cách ẩm giữa gỗ và kết cấu bên dưới.
Thép — chịu lực mảnh, nhưng cần chống gỉ đúng cách ngoài trời
Thép cho phép kết cấu mảnh hơn nhiều so với bê tông ở cùng khả năng chịu lực, nên hay dùng làm cột, dầm, lan can, mái che nhẹ — những chỗ cần vượt nhịp mà không muốn khối tích cồng kềnh. Trang chuyên ngành steelconstruction.info liệt kê thép là vật liệu vừa gia cố kết cấu, vừa có thể để lộ ra ngoài như một lớp hoàn thiện, khác với bê tông thường phải bọc hoặc sơn phủ.
Cái giá thật của thép ngoài trời nằm ở việc chống gỉ. Thép thường phải sơn tĩnh điện hoặc mạ kẽm nhúng nóng mới chịu được độ ẩm liên tục; thép Corten (thép chịu thời tiết) thì ngược lại, để tự oxy hoá tạo lớp gỉ bảo vệ bề mặt bên trong, thường dùng làm vách trang trí hoặc bồn cây vì màu gỉ nâu đỏ đặc trưng. Chọn nhầm loại — dùng thép thường không xử lý ở khu vực ven biển có độ mặn cao — là lỗi khiến hạng mục kim loại hỏng nhanh nhất trong cảnh quan, nhanh hơn cả gỗ.
Kính — lấy sáng tốt, nhưng không phải vật liệu trung tính về nhiệt
Kính là vật liệu phổ biến nhất để lấy ánh sáng tự nhiên và tạo độ trong suốt cho mặt tiền công trình đương đại. PPG Glass Education Center mô tả xu hướng đang mở rộng sang kính thông minh — loại kính đổi màu hoặc độ truyền sáng theo cường độ ánh nắng, giảm tải cho hệ thống điều hoà. Trong cảnh quan, kính hay xuất hiện ở vách chắn gió, mái che sân trong, lan can hồ bơi — những chỗ cần giữ tầm nhìn mà vẫn phải ngăn được gió hoặc nước.
Điều hay bị bỏ qua nhất khi dùng kính ngoài trời là hiệu ứng nhà kính cục bộ: một tấm kính lớn không có lớp phủ Low-E hay không tính hướng nắng sẽ biến không gian phía sau thành lò hấp nhiệt vào buổi trưa. Với công trình cảnh quan, kính cường lực hoặc kính dán an toàn là bắt buộc ở mọi vị trí có người tiếp xúc trực tiếp — lan can, vách ngăn thấp — để tránh vỡ mảnh sắc khi va chạm.
Gạch và đá — cùng là vật liệu nặng, nhưng ứng xử ngoài trời khác nhau
Gạch có hình dạng chữ nhật cố định, nhưng chính sự lặp lại đơn vị đó lại cho khả năng tạo hoa văn, độ rỗng thông gió hay bề mặt gợn sóng khi xây bởi thợ có tay nghề. Brick Development Association ghi nhận xu hướng dùng gạch mỏng hơn, kết hợp module để giảm khối lượng vận chuyển mà vẫn giữ được độ bền cơ học của gạch nung truyền thống.
Đá tự nhiên có phổ tính chất rộng hơn nhiều — về kết cấu, màu sắc và độ cứng — tuỳ theo loại đá granite, đá phiến, đá vôi hay đá ong. The Building Stone Institute lưu giữ dữ liệu chi tiết về độ hút nước, hệ số ma sát và khả năng chịu mài mòn của từng loại đá dùng trong xây dựng. Với mặt lát ngoài trời, hệ số chống trượt (thường đo bằng chỉ số R hoặc PTV) quan trọng hơn cả vẻ đẹp bề mặt — đá đánh bóng láng đẹp trong phòng trưng bày nhưng trơn trượt nguy hiểm khi ướt, nên phải chọn bề mặt nhám, khía rãnh hoặc phun cát cho lối đi, bậc thang, thành hồ bơi.
Đá cũng là vật liệu duy nhất trong nhóm này có thể dùng làm kè chắn không cần chất kết dính — kè đá hộc xếp khan dựa vào trọng lượng và ma sát giữa các viên đá để giữ ổn định mái dốc, vừa thoát nước tốt qua khe hở, vừa không cần bảo trì bề mặt như tường bê tông.
Nhựa, vải và các vật liệu nhẹ khác trong cảnh quan
Nhựa hay bị đánh giá là vật liệu rẻ tiền, nhưng phạm vi ứng dụng của nó đã mở rộng nhiều — từ nhựa tái chế đúc thành tấm lát, đến nhựa sinh học phân huỷ được. Hội đồng Hoá học Hoa Kỳ (American Chemistry Council) ghi nhận in 3D đang mở thêm một hướng sản xuất cấu kiện nhựa theo hình dạng tuỳ biến mà khuôn đúc truyền thống không làm được.
Vật liệu dệt và vải bạt kỹ thuật (membrane) dùng cho mái căng, giàn che di động — loại vật liệu này nhẹ hơn nhiều so với mái cứng cùng diện tích, dựng và tháo nhanh, phù hợp với sự kiện ngoài trời hoặc khu vực cần thay đổi công năng theo mùa. Fabric Architecture Magazine mô tả xu hướng mở rộng sang ghế vải chịu lực và nhà hơi — những dạng kết cấu vốn chỉ dùng tạm thời nay bắt đầu có phiên bản bền vững hơn cho công trình lâu dài.
Vật liệu bền vững mới — chưa phổ biến, nhưng đang được thử ở quy mô nhỏ
Một nhóm vật liệu khác đang được nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm, dù chưa phổ biến rộng trong công trình cảnh quan thông thường. Graphene, về lý thuyết, nhẹ hơn nhưng cứng hơn cả thép và sợi carbon — Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (Mỹ) vừa phát triển phương pháp lắng đọng hơi hoá học để sản xuất graphene rẻ hơn, mở đường cho việc kết hợp nó với vật liệu xây dựng truyền thống trong tương lai, dù chi phí sản xuất hiện vẫn là rào cản chính.
Vật liệu nano, khi kết hợp với bê tông cốt thép, tạo ra hỗn hợp có khả năng chịu nén và chịu áp lực tốt hơn đáng kể so với bê tông cốt thép thông thường. Aerogel cách điện — vật liệu do NASA phát triển, giữ 13 kỷ lục Guinness năm 2011 về đặc tính cách nhiệt — nằm trong nhóm chất cách điện nhẹ và hiệu quả nhất hiện có, đang bắt đầu được thử nghiệm cho panel cách nhiệt mờ trong công trình dân dụng. Bụi thép, một phụ phẩm công nghiệp, có thể nén thành khối bê tông với độ linh hoạt cao hơn bê tông tiêu chuẩn, đồng thời hấp thụ một phần CO2 trong quá trình đóng rắn — hướng đi biến chất thải công nghiệp thành vật liệu xây dựng.
Điều thú vị là phần lớn các vật liệu bền vững mới không thay thế hoàn toàn vật liệu truyền thống, mà chỉ trộn thêm vào — phụ gia khoáng thay một phần xi măng, sợi nano gia cường một phần cốt thép. Vật liệu cũ vẫn làm phần việc chịu lực chính; vật liệu mới chỉ giảm bớt phần chi phí môi trường của nó.
Chọn vật liệu cho công trình ngoài trời thì ưu tiên gì trước
Với công trình trong nhà, thứ tự ưu tiên thường là thẩm mỹ rồi mới đến độ bền. Ngoài trời thì ngược lại: khả năng chịu thời tiết — nắng, mưa, độ ẩm, biên độ nhiệt ngày đêm — phải xét trước, vì một vật liệu đẹp nhưng xuống cấp nhanh sẽ kéo theo chi phí bảo trì vượt xa phần tiết kiệm ban đầu. Ba câu hỏi nên đặt ra cho mỗi hạng mục: vật liệu này có hút nước và giữ ẩm không (liên quan đến rêu mốc, nứt do đóng băng-tan băng ở vùng lạnh), có cần xử lý bề mặt định kỳ không (sơn, dầu, tẩm), và bề mặt có đủ độ nhám để an toàn khi ướt không. Bỏ qua ba câu này ngay từ khâu chọn vật liệu là nguyên nhân phổ biến nhất khiến công trình cảnh quan xuống cấp sớm hơn tuổi thọ thiết kế.
Nguồn: canhquan.net
Ảnh bìa: David Kernan / Wikimedia Commons — CC BY 4.0. Nguồn: canhquan.net.