Nhà hát lớn Hàng Châu tiên phong ứng dụng UHPC tại Trung Quốc.
Trong bối cảnh ngành Xây dựng bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ theo hướng xanh, tiết kiệm năng lượng và tối ưu vòng đời công trình, VLXD không còn đơn thuần là yếu tố cấu tạo mà trở thành thành tố quyết định đến hiệu quả kỹ thuật, thẩm mỹ và môi trường. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tất Cương - Viện Kiến trúc quốc gia, về bê tông hiệu suất siêu cao (UHPC – Ultra-High Performance Concrete) cho thấy, UHPC không chỉ là một loại vật liệu mới, mà là một hướng tiếp cận thiết kế – kỹ thuật có khả năng tái định hình tư duy kiến trúc hiện đại.
Mở rộng không gian sáng tạo và nâng cao hiệu quả công trình
Theo nghiên cứu, UHPC là loại bê tông được thiết kế tối ưu về cấu trúc vi mô và thành phần vật liệu, thường bao gồm: xi măng mịn, cốt liệu siêu nhỏ, silica fume, phụ gia hoạt tính và sợi gia cường (kim loại hoặc polymer). Cấu trúc đặc chắc giúp UHPC: đạt cường độ nén từ 150 MPa trở lên; khả năng chịu uốn và chịu kéo cao nhờ hệ sợi phân tán; độ bền lâu và khả năng chống xâm thực vượt trội; và tuổi thọ sử dụng ước tính 80–100 năm trong điều kiện khí hậu bình thường.
Ứng dụng đa dạng của UHPC trong các công trình hạ tầng: cầu, đập, bãi đỗ xe và nhà máy xử lý nước.
Điểm khác biệt căn bản của UHPC không chỉ nằm ở cường độ cao, mà ở khả năng duy trì ổn định cơ học trong môi trường khắc nghiệt như khu vực ven biển, công trình hạ tầng giao thông hoặc công trình chịu tải trọng lớn. Vật liệu này cho phép giảm kích thước tiết diện cấu kiện mà vẫn đảm bảo an toàn chịu lực, từ đó mở ra khả năng thiết kế cấu kiện mỏng, nhẹ nhưng bền vững.
Đáng chú ý, nghiên cứu chỉ ra rằng, một trong những giá trị nổi bật của UHPC là khả năng tạo hình linh hoạt. Cấu kiện có thể đạt độ dày chỉ từ 10–30 mm, giảm đáng kể khối lượng so với bê tông truyền thống. Điều này cho phép: thiết kế mặt đứng cong, phi tuyến hoặc cấu trúc hình học phức tạp; tạo các chi tiết kiến trúc tinh xảo có tính biểu tượng; và giảm tải trọng tổng thể cho công trình cao tầng và công trình nhịp lớn.
Ngoài giá trị thẩm mỹ, UHPC còn góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng công trình. Nhờ khả năng kiểm soát truyền nhiệt và đặc tính bề mặt bền vững, việc sử dụng UHPC trong lớp vỏ công trình có thể giúp giảm khoảng 15–20% nhu cầu năng lượng cho điều hòa không khí. Việc giảm khối lượng vật liệu và tối ưu cấu kiện cũng góp phần giảm chi phí vận chuyển, lắp dựng và bảo trì.
Ở góc độ kinh tế vòng đời, nghiên cứu cho thấy mặc dù chi phí đầu tư ban đầu của UHPC cao hơn bê tông thường, nhưng tổng chi phí theo vòng đời (Life Cycle Cost) có thể thấp hơn nhờ tuổi thọ dài và chi phí bảo trì giảm. Đây là yếu tố cần được nhìn nhận trong đánh giá hiệu quả đầu tư dài hạn thay vì chỉ xét chi phí ban đầu.
Thách thức ứng dụng và định hướng phát triển
Bên cạnh các ưu điểm, của tác giả Nguyễn Tất Cương cũng chỉ rõ những thách thức trong ứng dụng UHPC tại Việt Nam như: chi phí đầu tư ban đầu còn cao; yêu cầu kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt; hệ thống tiêu chuẩn, hướng dẫn kỹ thuật chưa được hoàn thiện đồng bộ; năng lực thiết kế – thi công đối với vật liệu hiệu suất cao còn hạn chế.
Để UHPC phát huy đầy đủ vai trò trong kiến trúc hiện đại, tác giả Nguyễn Tất Cương đề xuất một số định hướng: tăng cường nghiên cứu phát triển sản xuất trong nước; tối ưu quy trình thi công; tích hợp công nghệ BIM trong quản lý thiết kế và thi công; từng bước đưa vật liệu hiệu suất cao vào hệ thống tiêu chí công trình bền vững.
Quan trọng hơn, việc sử dụng UHPC cần được xem như một lựa chọn chiến lược ngay từ giai đoạn thiết kế cơ sở, thay vì chỉ là giải pháp bổ sung ở giai đoạn hoàn thiện. Chỉ khi vật liệu được tích hợp đồng bộ vào tư duy thiết kế, các lợi ích về kỹ thuật, môi trường và kinh tế mới được khai thác tối đa.
Như vậy, UHPC với cường độ ≥150 MPa, cấu kiện mỏng 10–30 mm, tuổi thọ 80–100 năm và hiệu quả tiết kiệm năng lượng 15–20% cho thấy tiềm năng trở thành vật liệu quan trọng trong chiến lược phát triển kiến trúc bền vững. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tất Cương khẳng định, UHPC không chỉ nâng cao hiệu quả kỹ thuật và thẩm mỹ công trình, mà còn góp phần tối ưu chi phí vòng đời và giảm tác động môi trường.
Trong bối cảnh ngành Xây dựng Việt Nam đang chuyển dịch theo hướng xanh và hiệu quả, việc nhận diện đúng vai trò của vật liệu hiệu suất siêu cao và hoàn thiện khung chính sách – kỹ thuật liên quan sẽ là điều kiện quan trọng để khai thác tiềm năng của loại vật liệu này trong thực tiễn.