XU HƯỚNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỰ THẤM TRONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KIẾN TRÚC CẢNH QUAN

1. Giới thiệu

Bê tông hóa trong vài thập kỷ trở lại đây đã trở thành một giải pháp phổ biến trong lĩnh vực xây dựng nói chung và thiết kế - thi công Kiến trúc Cảnh quan nói riêng. Đặc biệt tại các đô thị, từ những tòa nhà cao tầng cho tới đường phố, vỉa hè đều được bê tông hóa. Ngay ở nông thôn, bê tông dường như đang trở thành sự lựa chọn ưu tiên cho bề mặt sân, đường, tường rào…Nhiều dự án lớn của cấp quốc gia gần đây cũng được gắn mác “bê tông hóa” như bê tông hoá đê điều, bê tông hóa đường nông thôn, bê tông hóa kênh mương.

Rõ ràng, không thể phủ nhận tính thực tiễn mà bê tông hóa mang lại khi bê tông là kết quả của các nguyên vật liệu sau khi được xử lý sẽ đông kết hóa đá vĩnh cửu, bền vững và rất hữu dụng cho các công trình xây dựng. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà bê tông mang lại, chính quá trình sản xuất cho tới bản chất hóa đá vĩnh cửu của bê tông cũng có rất nhiều điểm bất cập, đặc biệt là hệ sinh thái tự nhiên hay môi trường cảnh quan cũng có thể bị phá hoại nghiêm trọng bởi kết quả từ công tác sản xuất xi măng. Một số lượng lớn những núi đã tự nhiên cùng với hệ sinh thái đã biến mất để chuyển thành đá nhân tạo, phủ cứng bề mặt đất tự nhiên trên một diện tích khổng lồ tại các thành phố mà con người sinh sống.

Bê tông - Đá nhân tạo và Đá tự nhiên, rõ ràng về mặt cơ lý có sự tương đồng, song hình thái tồn tại của nó trên thực tế có rất nhiều khác biệt. Khác với những núi đá tự nhiên với bề mặt gồ ghề, nhiều hốc rãnh, nhiều khe mạch, nơi cây có thể mọc thành rừng, nơi sinh vật cư ngụ và sinh sống, nơi những dòng suối, mạch nước nuôi dưỡng những dòng sông. Bê tông dưới bàn tay con người phẳng phiu và nhẵn nhụi, là một lớp hóa cứng ngăn cản sự thẩm thấu của nước, ngăn sự trao đổi khí của đất và ngăn chặn sự cư ngụ và phát triển của các loài sinh vật, vi sinh vật. Nguy hại hơn, bê tông hóa đang được diễn tiến trên một quy mô diện tích rộng lớn lên đến hàng trăm, hàng ngàn kilomet vuông trong làn sóng đô thị hóa tại Việt Nam những năm gần đây.

Hình 1: Ảnh chụp vệ tinh một mỏ khai thác đá phục vụ cho sản xuất Xi măng tại tỉnh Hà Nam năm 2021 (ST)

Thuật ngữ “Vùng đô thị” hay “Vùng bê tông hóa” dường như đã nói lên hiện trạng hết sức đáng báo động mà sự can thiệp và tác động thô bạo do hoạt động phát triển kinh tế của con người tới môi trường tự nhiên. Những hệ lụy mà quá trình bê tông hóa trên diện rộng đã bắt đầu hiện hữu và tác động trực tiếp tới cuộc sống của những cư dân đô thị như: hiện tượng đảo nhiệt đô thị, hiện tượng ngập úng mức độ cao tại Thủ đô Hà Nội hay Thành phố Hồ Chí Minh, hiện tượng suy giảm mực nước ngầm, hay sự suy giảm tính đa dạng sinh học trong các đô thị và các vùng lân cận…Tất cả đòi hỏi một nỗ lực thay đổi về mặt giải pháp có tính tổng thể trong việc ứng dụng bê tông với một hình thái thân thiện và bền vững hơn đối với môi trường, để Vùng đô thị không còn là những tấm cứng khổng lồ mà thay vào đó là một tấm xốp nhiều lỗ rỗng dành chỗ cho các cơ chế vốn có của tự nhiên.

2. Xu hướng cơ sở hạ tầng xanh trong thiết kế và thi công kiến trúc cảnh quan

Tại các nước phát triển trên thế giới, quan điểm tiếp cận cơ sở hạ tầng xanh đang trở thành xu hướng trong việc đầu tư phát triển đô thị, công tác thiết kế và thi công Kiến trúc Cảnh quan đang trở thành một công cụ hữu hiệu giúp hiện thực hóa những quan điểm đó.

Năm 2002, các nhà quy hoạch đô thị và môi trường người Mỹ Mark Benedict và Edward McMahon [1] đã khẳng định: “Không gian xanh thường được coi là thứ gì đó tốt đẹp nên có, thì thuật ngữ cơ sở hạ tầng xanh có ngụ ý một thứ mà chúng ta phải có. Bảo vệ và khôi phục hệ thống hỗ trợ tự nhiên của quốc gia chúng ta là một điều cần thiết, không phải một tiện ích”. Tác giả cũng xác định rằng, mặc dù thuật ngữ “Cơ sở hạ tầng xanh” lần đầu tiên được sử dụng năm 1990, nhưng Frederick Law Olmsted mới là người phát minh ra cơ sở hạ tầng xanh (1903).

Trong chiến lược “Châu Âu 2020” [2], hiệp hội Kiến trúc sư Cảnh quan Đức (BDLA) gần đây đã tuyên bố “cơ sở hạ tầng xanh” là chủ đề trọng tâm trong tương lai của Kiến trúc Cảnh quan. BDLA đã chứng minh Cơ sở Hạ tầng xanh (Green Infrastructure-GI) như một thuật ngữ rất khái quái có thể giải thích ngẫu nhiên theo các ngữ cảnh nhất định về tất cả các hoạt động của con người trong cảnh quan theo nghĩa rộng nhất, nó bao gồm các cấu trúc gần gũi với thiên nhiên cũng như các yếu tố nhân sinh của không gian mở, hầu như tất cả cảnh quan văn hóa đều có thể được diễn giải theo cách này. Kết luận sau tất cả những diễn giải của mình, BDLA đã đi đến phương trình đáng kinh ngạc: Cơ sở hạ tầng xanh = Kiến trúc Cảnh quan.

Thiên nhiên có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ quan trọng đối với cộng đồng bằng cách bảo vệ họ chống lại lũ lụt hoặc nhiệt độ cao, giúp cải thiện không khí, đất và nước. Khi thiên nhiên được khai thác bởi con người và được sử dụng như một hệ thống cơ sở hạ tầng thì nó được gọi là “cơ sở hạ tầng xanh”. Đây là khái niệm được nhiều người chấp thuận về Cơ sở hạ tầng xanh trên thế giới. Vậy làm thế nào để có chỗ cho sự hình thành và phát triển của thiên nhiên trên một phân mảng lớn được bê tông hóa tại các đô thị. Việc bảo tồn quỹ diện tích thiên nhiên ít ỏi trong các đô thị cũ hay quy hoạch không gian cây xanh trong các khu vực đô thị mới hình thành cần song hành cùng với một giải pháp đồng bộ và phù hợp nhằm bảo vệ mực nước ngầm và hệ sinh thái mặt đất.

3. Khan hiếm nước ngọt và các vấn đề môi trường

Có thể nói, nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá nhất của con người và mọi sinh vật sống trên trái đất. Nước đóng vai trò vô cùng quan trọng, sự tồn tại và tuần hoàn của nước đảm bảo duy trì toàn bộ sự sống trên hành tinh. Các nguồn nước trong tự nhiên liên tục thay đổi và tồn tại dưới nhiều dạng thức khác nhau như thể rắn, lỏng, khí. Vòng tuần hoàn thay đổi trạng thái của nước bao gồm những quá trình như bốc bơi, ngưng tụ, thẩm thấu, hoà tan…đã và đang diễn ra từ cách đây hàng tỉ năm trên trái đất, giúp điều hoà khí hậu, mang đến nhiều khoáng chất và các chất dinh dưỡng cho đất đai, cây trồng và sinh vật sống. Bên cạnh việc đáp ứng những nhu cầu đa dạng trong sinh hoạt hàng ngày của con người, nước còn là nguồn nhiên liệu quan trọng cho các ngành nông nghiệp (như tưới tiêu, trồng trọt, chăn nuôi…), ngành công nghiệp (như chế tạo máy móc, sản xuất hàng hoá…), mang đến những cảnh quan thiên nhiên tươi đẹp, hùng vĩ và góp phần tạo ra nguồn năng lượng sạch trên trái đất.

Phân tích của tác giả Ngọc Kiên (2021) [5] đã chỉ ra rằng nhiều người vẫn nghĩ rằng nước chiếm đến 3/4 diện tích trái đất nên không phải lo lắng về việc thiếu nước. Tuy nhiên trong số 75% lượng nước đó lại chứa tới 97% là nước mặn ở các đại dương và không thể sử dụng được cho các mục đích sinh hoạt hàng ngày, 99.7% trong số 3% nước ngọt tồn tại ở dạng băng đá và tuyết nên chỉ còn khoảng 0.3% trong tổng số lượng nước ngọt là có thể sử dụng cho sinh hoạt. Khi nhiệt độ trung bình hàng năm ngày càng tăng do hiệu ứng nhà kính, bề mặt trái đất cũng càng trở nên nóng và khô hơn cùng với số lượng dân số trên toàn cầu ngày một nhiều hơn, nhu cầu về nước cũng tăng lên tỷ lệ thuận với các yếu tố này. Tình trạng khan hiếm nước đã và đang trở thành một vấn đề đáng lo ngại trên toàn thế giới.

Mặc dù biết rõ tầm quan trọng của nước, nhưng hiện nay với đặc điểm của hiện tượng bê tông hoá cơ sở hạng tầng ở các đô thị thì phần lớn nguồn nước mưa trên bề mặt sẽ bị lãng phí do nước mưa được thu gom và chảy xuống các hệ thống cống thoát. Đường nhựa (đường mòn, đường lái xe), các bề mặt vỉa hè, sân chơi…vẫn đang được sử dụng bằng các vật liệu không thấm nước, điều này đi ngược với tự nhiên do các bề mặt này sẽ ngăn cản sự thẩm thấu và bổ sung lượng nước ngầm trong các tầng chứa của đất mỗi khi trời mưa. Ở một số đô thị cũ, cơ sở hạ tầng được xây dựng từ lâu cũng không đáp ứng được vấn đề thoát nước mặt nên dẫn đến tình trạng ngập lụt mỗi khi vào mùa mưa, sụt giảm lượng nước ngầm, lượng nước mưa chảy tràn trên bề mặt mang đến nhiều mỗi nguy ngại về rác thải và ô nhiễm hệ thống thuỷ sinh, ô nhiễm nguồn cấp nước sinh hoạt và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ.

Hình 2: Đường phố Hà Nội ngập lụt sau cơn mưa lớn, ảnh chụp vào ngày 29/05/2022. (nguồn: tuoitre.vn)

Nghiên cứu của tổ chức Envirobond (Envirobond Products Corporation) trong năm 2020 [3] chỉ ra rằng việc xây dựng các thành phố bền vững là rất quan trọng nếu chúng ta muốn tăng khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu. Các sáng kiến phát triển bền vững kết hợp các bề mặt thấm sẽ giúp bảo tồn nước và cải thiện tính bền vững tổng thể cho các khu vực trong đô thị (cải thiện không gian đô thị sẵn có và áp dựng cho việc xây dựng những đô thị mới). Khoảng 20% các tầng chứa nước ngầm trên thế giới (world’s groundwater aquifers – nước ngầm chứa trong các tầng chứa nước trong long đất là một trong những nguồn nước quan trọng nhất trên Trái đất) bị khai thác quá mức bằng cách đưa lên mặt đất dưới hình thức bơm hút. Sản xuất và áp dụng các bề mặt thấm (vật liệu tự thấm) cho phép nước ngấm vào lòng đất để bổ sung lượng nước được lưu trữ trong các tầng chứa nước dưới đất. Đây là chìa khóa để cải thiện an ninh nguồn nước, đặc biệt là trong thời gian hạn hán kéo dài và biến đổi khí hậu.

4. Vật liệu tự thấm/ bề mặt thấm nước (permeable surfaces) – giải pháp cho các vấn đề môi trường

Bề mặt thấm nước – permeable surfaces (còn được gọi là bề mặt xốp) là một thuật ngữ kỹ thuật mô tả những bề mặt với vật liệu đặc biệt cho phép nước chảy (thấm) xuyên qua. Vật liệu tự thấm có cấu trúc bao gồm tỷ lệ lớn các lỗ rỗng liên kết với nhau ở bên trong, có tác dụng dẫn nước vào lớp đất bên dưới.

Hình 3: Sơ đồ minh họa bề mặt thấm nước (sử dụng vật liệu tự thấm). (nguồn: researchgate.net)

Lượng nước này sẽ ngấm vào đất sau khi đã lọc ra các chất ô nhiễm trên bề mặt và cung cấp lại mực nước ngầm cho các tầng lớp đất. Loại vật liệu này đã được nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng tại nhiều quốc gia phát triển trên thế giới để thay thế cho nhiều khu vực sử dụng vật liệu không thấm nước cổ điển (gạch lát vỉa hè, nhựa đường…). Bề mặt xốp cho phép nước thấm qua và lưu trữ lại ở lớp dưới cùng của vật liệu, từ từ ngấm vào đất hơn là chảy tràn trên bề mặt. Sơ đồ (dưới) cho thấy tại một số đô thị có mật độ dân số lớn – tương đương với tỷ lệ bê tông hoá cao, vào mùa mưa lượng nước chảy tràn trên bề mặt chiếm đến 95% so với lượng nước tự thấm chỉ là 5%, trong khi đó tỷ lệ này ở vùng ngoại ô là 70%-30%, vùng nông thôn là 30%-70% và các khu vực mà chưa có sự tác động của con người (mức độ bê tông hoá thấp) thì tỷ lệ tự thoát nước lên đến 95%.

Hình 4: Sơ đồ minh hoạ tỷ lệ giữa dòng chảy bề mặt và dòng thấm tự nhiên tại các khu vực khác nhau. (nguồn: bachkhoadanang.net)

Sử dụng các vật liệu tự thấm để tạo ra các bề mặt có đặc tính thấm nước tốt hơn tại nhiều khu vực có tỷ lệ bê tông hoá cao như mặt đường, vỉa hè, quảng trường, bãi đỗ xe…sẽ góp phần làm tăng khả năng thu nước mưa thông qua các quá trình giống với tự nhiên, giảm tỷ lệ nước chảy tràn trên bề mặt rất lớn tại nhiều thành phố phát triển trên thế giới và giảm áp lực phải xây dựng những hệ thống cơ sở hạ tầng thoát nước lớn (thực tế chỉ phục vụ vào khoảng thời gian gần như cố định trong năm như mùa mưa). Một lượng lớn nước mưa sẽ được bổ sung vào nguồn nước ngầm thay vì phải bị thu gom và di chuyển đến các cửa xả của hệ thống cống thoát, mang đến nhiều lợi ích thiết thực như bổ sung lượng nước để tưới cho cây trồng-bãi cỏ, đáp ứng nhu cầu nước cho nông nghiệp và khu vực đang phát triển công nghiệp mà vẫn duy trì các hệ sinh thái thuỷ sinh lành mạnh và đa dạng sinh học.

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới đã giúp cho các lựa chọn vật liệu phù hợp với bề mặt thấm trở nên dễ dàng và rất đa dạng. Dưới đây là một số đề xuất giải pháp tham khảo cho bề mặt thấm (thống kê bởi tổ chức Envirobond):

Vật liệu lát tự thấm (Permeable Pavers): Vật liệu lát tự thấm được thiết kế có các khớp nối để có thể dễ dàng lát trên một lớp cát và sỏi. Khoảng trống giữa những viên gạch/đá lát nền có thể được lấp đầy bằng đá dăm hoặc cát mà không cần dung đến hỗn hợp xi măng kết dính, cho phép thoát nước cục bộ và thấm qua lớp sỏi xuống lớp đất bên dưới. Một số loại sản phẩm nội bất ví dụ như: gạch tự chèn hoặc gạch block tự chèn, áp dụng lát vỉa hè, lối đi, đường dạo, sân chơi, quảng trường v.v…

Nhựa đường tự thấm (Permeable Asphalt): Sự khác biệt giữa nhựa đường tự thấm và nhựa đường thông thường ở kích thước của các hạt cốt liệu có trong thành phần của mỗi loại. Nhựa đường tự thấm không chứa các hạt cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp, loại vật liệu này bao gồm các hạt cốt liệu lớn hơn để tạo ra khoảng trống và làm cho cấu trúc của nó trở nên xốp hơn. Những khoảng trống lớn này dẫn đến tốc độ thấm rất thuận lợi cho phép nước đi qua nhanh chóng. Tuy nhiên, loại vật liệu này đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên bằng cách hút bụi sỏi và sạn khỏi bề mặt bằng máy hút công nghiệp. Ví dụ: Topmix Permeable (Anh Quốc), Flexi-Pave (KBI - Mỹ)…

Bê tông tự thấm (Permeable Concrete): Giống như bê tông truyền thống, bê tông tự thấm bao gồm xi măng trộn với cốt liệu nghiền thô và nước. Nhưng trong thành phần vật liệu chứa rất ít cát (nếu có) hoặc các hạt mịn với kích thước rất nhỏ, tạo cho nó một cấu trúc với những khoảng rỗng cho phép nước đi qua. Loại vật liệu này cũng cần được bảo trì thường xuyên và tốn chi phí. Một số loại vật liệu phổ biến có thể kể đến như: Bê tông nhựa rỗng được phát minh bởi Viện Franklin Philadelphia (Mỹ, 1970), bê tông siêu thấm Topmix, các loại bê tông thấm tiêu nước…

Tổ hợp các cốt liệu rời rạc (Loose Aggregate): Đá dăm hoặc sỏi là vật liệu rẻ nhất để sử dụng cho các bề mặt dễ thấm và mang đến cảm giác tự nhiên, hòa hợp tốt với môi trường. Điều này đã làm cho loại bề mặt này trở thành một lựa chọn cảnh quan phổ biến để sử dụng trên các lối đi và đường lái xe của những khu vườn hay những khoảng sân. Tuy nhiên, vì rủi ro xói mòn và dịch chuyển, tổ hợp vật liệu này không thích hợp để sử dụng trên các khu vực có độ dốc lớn hoặc bề mặt đi lại có lưu lượng giao thông đông đúc.

Bề mặt lát cỏ (Grass Paving): Việc lát cỏ trên bề mặt mang đến bề mặt rất tự nhiên, có tính thẩm mỹ cao và khả năng thấm nước tốt. Sử dụng trồng cỏ thích hợp với những khu vực có mức độ giao thông nhẹ như san chơi, bãi đỗ xe và yêu cầu bảo dưỡng cao theo thời gian để luôn giữ được vẻ đẹp tự nhiên.

Vỉ thoát nước/Tấm thoát nước bề mặt (Draincell/Drainage cells): Loại vật liệu thoát nước theo mô-đun nhẹ, có độ bền cao, được thiết kế đặc biệt để thoát nước dưới bề mặt một cách nhanh chóng. Vỉ thoát nước được rất nhiều quốc gia phát triển trên thế giới nghiên cứu với nhiều loại chất liệu khác nhau, phù hợp với giá thành và mục đích sử dụng tại từng khu vực. Phạm vi áp dụng của loại vật liệu này rất đa dạng, từ việc sử dụng cho các ô trồng cây, vườn trên mái cho đến vỉa hè, đường giao thông, bãi đỗ xe, sân chơi v.v…Loại vật liệu này có độ bền và độ nén cao, đồng thời trọng lượng nhẹ và có đặc tính linh hoạt thay đổi tính chất bề mặt nên sẽ là một giải pháp hiệu quả cho xu hướng áp dụng vật liệu tự thấm trong tương lai. Một số sản phẩm nổi bật như: Vỉ nhựa thoát nước Vinacell, tấm thoát nước đa năng Ecoraster…

Hình 5: Tấm thoát nước đa năng Ecoraster (nguồn: SBS Vietnam).

5.Kết Luận

Việc xây dựng và phát triển đô thị bền vững là xu thế tất yếu trong bối cảnh sự biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, các hiện tượng thời tiết cực đoan đang ngày càng gia tăng về tần suất và thường khó dự đoán. Giải pháp sử dụng vật liệu tự thấm hay bề mặt thấm nước sẽ giúp đô thị tăng khả năng lưu trữ nguồn nước ngầm bằng việc cho phép lượng nước trên bề mặt ngấm trực tiếp vào lòng đất và bổ sung cho quỹ dự trữ đang rất khan hiếm tại các tầng chứa nước bên dưới. Loại vật liệu này mang đến sự lựa chọn đa dạng về chức năng, chi phí và tính thẩm mỹ để áp dụng trong lĩnh vực thiết kế và thi công cảnh quan, góp phần cải thiện và nâng cao tính bền vững cho các dự án cũng như thân thiện với môi trường.

Tài liệu tham khảo

• Benedict, Mark & MacMahon, Edward, 2002, Green Infrastructure: Smart Conservation for the 21st Century.
• European Commission: Green Infrastructure (GI) — Enhancing Europe’s Natural Capital, COM(2013) 249 final. Brussels 2013.
• Envirobond Products Corporation, 2020, Benefits of Permeable Surfaces in Landscape Architecture. 10/10/2020. https://www.organic-lock.com/benefits-permeable-surfaces
• Kết cấu mặt đường và vỉa hè thấm nước. https://www.phudien.vn/kien-thuc/kien-thuc-xay-dung/ket-cau-mat-duong-va-via-he-tham-nuoc.html
• Ngọc Kiên (2021). Vai trò của nước trong cuộc sống. 19/03/2021. https://phongnhakebang.vn/vai-tro-cua-nuoc-trong-cuoc-song.html

  Ths.KTS Phan Duy Tú, Ths.KTS Trịnh Anh Tuấn

  Bộ môn Kiến trúc Cảnh quan, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch,

  Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

  Phòng 411 Nhà A1, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội số 55 Giải Phóng, Hà Nội, Việt Nam

  tupd@huce.edu.vn; tuanta@huce.edu.vn