Cầu Thuận An là minh chứng cho xu hướng sử dụng bê tông hiệu năng cao trong hạ tầng hiện đại. Ảnh minh hoạ, nguồn: ITN.
Duy trì vai trò vật liệu chủ đạo, giảm phát thải
Trong nhiều thập kỷ, bê tông và bê tông cốt thép là “xương sống” của hạ tầng toàn cầu. Tuy nhiên, nếu như giai đoạn 1980-2010, có đặc trưng bởi tăng trưởng sản lượng nhanh, đặc biệt tại Trung Quốc, thì giai đoạn hiện nay, có sự chuyển dịch căn bản, cầu vật liệu đi ngang hoặc giảm nhẹ ở các thị trường trưởng thành đồng thời yêu cầu về phát thải carbon, độ bền lâu và minh bạch dữ liệu ngày càng khắt khe.
Theo một báo cáo của Hội Bê tông Việt Nam (VCA), sản lượng xi măng toàn cầu khoảng 4 tỷ tấn/năm; Trung Quốc chiếm hơn 50% nhưng đang có xu hướng giảm do bão hòa xây dựng và tái cơ cấu kinh tế, cho thấy động lực đổi mới không còn nằm ở “xây nhiều hơn”, mà ở “xây bền hơn - thông minh hơn - ít carbon hơn”, đặt ngành bê tông trước một yêu cầu kép, vừa phải duy trì vai trò vật liệu chủ đạo cho hạ tầng và đô thị, đồng thời giảm cường độ phát thải trong toàn bộ vòng đời.
Cấu trúc thị trường xi măng toàn cầu đang dịch chuyển, tăng trưởng tập trung tại Ấn Độ, trong khi Trung Quốc và EU giảm tốc và đẩy mạnh giảm carbon.
VCA cho rằng, các xu hướng công nghệ bê tông nổi bật có thể quy về năm trục lớn: (i) giảm carbon và tái cấu trúc vật liệu; (ii) thiết kế theo tính năng và độ bền lâu; (iii) công nghiệp hóa và modular hóa; (iv) số hóa và quản trị dữ liệu vòng đời; (v) gia tăng vai trò của bê tông hiệu năng cao và vật liệu đặc thù.
Trong đó, giảm phát thải carbon là trục xuyên suốt của đổi mới công nghệ bê tông. Các giải pháp giảm clinker và tăng sử dụng phụ gia khoáng (SCM) như: tro bay, xỉ lò cao, pozzolan tự nhiên, cũng như mô hình LC3 (đất sét nung - đá vôi) và tái chế phế thải xây dựng. Đây là nhóm giải pháp có tính khả thi cao vì không đòi hỏi thay đổi hoàn toàn hệ thống thiết kế - thi công, song có thể giảm đáng kể hệ số phát thải trên mỗi m³ bê tông.
Ở cấp độ sâu hơn, thu giữ và lưu trữ carbon (CCUS), khoáng hóa CO₂ trong vật liệu được coi là hướng đi dài hạn. Tuy nhiên, đây là công nghệ phụ thuộc mạnh vào cơ chế tài chính, giá carbon và các dự án trình diễn quy mô lớn. Vì vậy, nếu nhìn dưới góc độ chính sách, giải pháp ngắn hạn và trung hạn vẫn là “giảm clinker - tăng SCM - chuẩn hóa dữ liệu phát thải”.
Sản lượng xi măng toàn cầu tăng mạnh giai đoạn 1980-2010, chủ yếu nhờ Trung Quốc; từ sau 2013, xu hướng chững lại và chuyển trọng tâm sang giảm phát thải và tối ưu vòng đời.
Một điểm đáng chú ý là xu hướng mua sắm xanh, áp dụng EPD (Environmental Product Declaration) và LCA (Life Cycle Assessment) trong hồ sơ mời thầu. Điều này cho thấy công nghệ không thể tách rời chính sách công: khi chủ đầu tư và cơ quan quản lý đặt ngưỡng phát thải cụ thể cho dự án, thị trường buộc phải dịch chuyển. Như vậy, động lực đổi mới công nghệ bê tông hiện nay phần lớn đến từ khung chính sách carbon và yêu cầu minh bạch môi trường.
Chuyển từ tiêu chuẩn mô tả sang tiêu chuẩn tính năng
Song song với giảm carbon, VCA cũng cho rằng, thế giới đang chuyển từ tiêu chuẩn mô tả (prescriptive) sang tiêu chuẩn theo tính năng (performance-based). Xu hướng thiết kế - thi công - vận hành dựa trên mục tiêu độ bền lâu, được kiểm chứng bằng mô hình, thí nghiệm và dữ liệu giám sát.
Trọng tâm của cách tiếp cận này là: xác định môi trường xâm thực (chloride, sunfat), kiểm soát nứt do nhiệt và co ngót, đặt mục tiêu tuổi thọ 50-100 năm cho từng loại công trình. Độ bền lâu không còn là “yêu cầu phụ”, mà trở thành công cụ giảm chi phí vòng đời và giảm phát thải gián tiếp. Một công trình sửa chữa ít hơn đồng nghĩa với ít vật liệu hơn, ít năng lượng hơn và ít phát thải hơn trong suốt vòng đời khai thác.
Công nghệ bê tông hiện đại chuyển từ tiếp cận theo vật liệu đơn lẻ sang quản trị vòng đời: thiết kế độ bền theo môi trường, bảo vệ cốt thép, tích hợp vật liệu mới và giám sát dựa trên dữ liệu.
Tuy nhiên, cách tiếp cận theo tính năng đòi hỏi hệ thống dữ liệu dài hạn, cơ chế giám sát (SHM - Structural Health Monitoring) và năng lực phân tích rủi ro. Đây không chỉ là bài toán kỹ thuật mà còn là bài toán thể chế: tiêu chuẩn, quy chuẩn và cơ chế nghiệm thu phải đủ linh hoạt để cho phép vật liệu mới (SCM, UHPC, vật liệu tự hàn gắn) được chấp nhận khi chứng minh được tính năng.
Công nghiệp hóa là xu hướng nổi bật
Bên cạnh đó, Báo cáo của VCA cũng xác định, công nghiệp hóa là xu hướng nổi bật: đúc sẵn, modular, cấu kiện mỏng nhẹ bằng UHPC. Nếu như trước đây, đúc tại chỗ chiếm ưu thế, thì hiện nay tiền chế và lắp ghép được coi là phương thức kiểm soát chất lượng tốt hơn, rút ngắn tiến độ và giảm phụ thuộc lao động tại công trường.
Đáng lưu ý, công nghiệp hóa không chỉ nhằm tăng năng suất, mà còn để giảm biến thiên chất lượng - yếu tố then chốt khi yêu cầu tuổi thọ và dung sai hình học ngày càng nghiêm ngặt. Trong bối cảnh nhiều quốc gia đối mặt với thiếu hụt và già hóa nguồn nhân lực xây dựng, modular hóa trở thành giải pháp cấu trúc, không đơn thuần là lựa chọn kỹ thuật.
Tuy vậy, công nghiệp hóa cũng đặt ra yêu cầu cao về logistics, đầu tư nhà máy, tiêu chuẩn dung sai và đồng bộ chuỗi cung ứng. Nếu thiếu đồng bộ, lợi ích tiền chế có thể bị triệt tiêu bởi chi phí vận chuyển và thay đổi thiết kế muộn.
Công nghiệp hóa chỉ phát huy hiệu quả khi đi cùng số hóa: từ quản lý trạm trộn, QC theo mẻ, BIM/IFC, AI tối ưu cấp phối đến digital twin. Trong mô hình này, dữ liệu trở thành “hạ tầng mềm” quyết định năng suất, chất lượng và độ bền lâu của công trình.
Nếu không có dữ liệu đồng bộ từ sản xuất - thi công - vận hành, thiết kế theo tính năng sẽ chỉ dừng ở lý thuyết. Digital twin và cảm biến cho phép theo dõi sức khỏe công trình, hỗ trợ quyết định bảo trì dựa trên rủi ro thay vì phản ứng khi hư hỏng đã xảy ra.
Về chính sách, điều này đòi hỏi tiêu chuẩn hóa dữ liệu, chia sẻ thông tin giữa các bên và đầu tư cho hạ tầng số. Nếu không, khoảng cách giữa quốc gia dẫn đầu và quốc gia theo sau sẽ ngày càng lớn.
Bê tông hiệu năng cao dẫn dắt tăng trưởng và chất lượng hạ tầng
Đặc biệt, phân tích theo dải cường độ của VCA cho thấy, bê tông dưới 40 MPa vẫn chiếm tỷ trọng lớn, nhưng không còn chi phối tăng trưởng; dải 40-100 MPa là “xương sống” của hạ tầng hiện đại; còn UHPC (>100 MPa) tuy chiếm dưới 5% sản lượng, nhưng tăng nhanh và định hình chiến lược tuổi thọ và sửa chữa.
VCA khẳng định, tương lai của ngành bê tông không nằm ở sản lượng bê tông thường, mà ở năng lực phát triển, kiểm soát và ứng dụng vật liệu hiệu năng cao trong công trình đặc thù - cầu nhịp lớn, hầm sâu, môi trường biển, sửa chữa gia cường. Tuy nhiên, vật liệu cường độ cao thường đi kèm chi phí lớn và yêu cầu kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Nếu thiếu tiêu chuẩn theo tính năng và hệ thống kiểm định phù hợp, rủi ro kỹ thuật có thể gia tăng.
Tổng hợp các xu hướng trong Báo cáo của VCA cho thấy, công nghệ bê tông toàn cầu đang trải qua chuyển dịch cấu trúc, từ tăng trưởng sản lượng sang tối ưu carbon và vòng đời; từ tiêu chuẩn mô tả sang tiêu chuẩn theo tính năng; từ thi công thủ công sang công nghiệp hóa và số hóa.
Đối với các quốc gia đang phát triển, thách thức nằm ở chỗ phải thực hiện chuyển đổi kép, vừa đáp ứng nhu cầu hạ tầng lớn, vừa giảm phát thải và nâng cao độ bền lâu. Nếu chỉ tập trung tăng sản lượng mà không đồng thời đầu tư cho dữ liệu, tiêu chuẩn theo tính năng và vật liệu low-carbon, nguy cơ “khóa chặt carbon” trong nhiều thập kỷ tới là hiện hữu. Quốc gia nào chậm chuyển đổi sẽ đối mặt với rào cản carbon, áp lực thương mại và chi phí bảo trì ngày càng lớn. Ngược lại, quốc gia nào chủ động xây dựng hệ sinh thái tiêu chuẩn - dữ liệu - công nghiệp hóa - low-carbon sẽ nắm lợi thế cạnh tranh trong kỷ nguyên hạ tầng xanh.