Rice Husk Ash as a Partial Cement Substitute in Stabilised Laterite Blocks for Sustainable Non-Load-Bearing Wall Construction

Auf der Suche nach einer Bauweise für Häuser, die sowohl erschwinglich als auch schonend für den Planeten sind, blicken Wissenschaftler oft auf den Boden unter unseren Füßen und die Abfälle unserer Ernten. Eines der am häufigsten verwendeten Materialien für Wände in tropischen Regionen ist Laterit, eine rötliche Erde, die reich an Eisen und Aluminium ist und hart wird, wenn sie der Luft ausgesetzt wird. In ihrem natürlichen Zustand ist diese Erde jedoch zu schwach und zu wasseraufnahmefähig, um als zuverlässiger Baustoff zu dienen. Um dies zu beheben, mischen Baumeister traditionell gewöhnlichen Portlandzement bei, ein Bindemittel, das die weiche Erde in ein festes, dauerhaftes Material verwandelt. Doch die Produktion dieses Zements ist ein Haupttreiber der globalen Kohlenstoffemissionen, was ein Dilemma für das nachhaltige Bauen schafft. Gleichzeitig erzeugt der Reisanbau riesige Mengen an Reishülsen, die oft auf offenen Feldern verbrannt werden, wodurch Rauch freigesetzt wird und ein Material verschwendet wird, das einen hohen Anteil an Siliziumdioxid enthält – einer Substanz, die dafür bekannt ist, zementähnliche Mischungen zu stärken. Die Herausforderung für Forscher bestand darin, einen Weg zu finden, einen Teil des schweren, kohlenstoffintensiven Zements durch diesen landwirtschaftlichen Abfall zu ersetzen, ohne die Sicherheit der Wände zu gefährden.

Ein Forschungsteam aus Nigeria und Frankreich unternahm den Versuch, dieses Rätsel zu lösen, indem es testete, wie viel Reishülsenasche in stabilisierte Lateritblöcke eingetauscht werden konnte. Sie nahmen Erde von einem lokalen Standort im Bundesstaat Anambra, trockneten sie und mischten sie mit Wasser und Zement. In ihren experimentellen Chargen ersetzten sie Teile des Zements durch fein gemahlene Asche aus verbrannten Reishülsen und testeten alles von gar keinem Ersatz bis hin zum Ersatz von vierzig Prozent des Zements. Sie stellten die Blöcke mit einer Handpresse her, ähnlich den Werkzeugen, die in vielen ländlichen Bauprojekten verwendet werden, und ließen sie dann über Zeiträume von sieben, achtundzwanzig und neunzig Tagen aushärten. Das Ziel war zu sehen, ob diese Blöcke genug Gewicht tragen könnten, um als Wände zu bestehen, während gleichzeitig geprüft wurde, wie viel Wasser sie aufsaugen würden, da zu viel Wasser dazu führen kann, dass Wände im Laufe der Zeit zerbröckeln.

Die Ergebnisse zeigten einen klaren Kompromiss zwischen Festigkeit und Nachhaltigkeit. Je mehr Reishülsenasche die Forscher hinzufügten, desto leichter wurden die Blöcke und desto mehr Wasser nahmen sie auf. Dies geschah, weil die Asche eine geringere Dichte als Zement aufweist und winzige Lufteinschlüsse innerhalb des Blocks erzeugt. Vor allem aber sank die Festigkeit der Blöke im Allgemeinen, wenn die Menge der Asche zunahm. Wenn der Zement durch mehr als fünfzehn bis zwanzig Prozent Reishülsenasche ersetzt wurde, wurden die Blöcke merklich schwächer. Die Blöcke verloren jedoch nicht ihre gesamte Festigkeit; sie benötigten lediglich mehr Zeit, um ihr volles Potenzial zu erreichen. Die Forscher fanden heraus, dass die Blöcke stärker wurden, je länger sie aushärteten, eine typische Eigenschaft für Materialien, die auf chemischen Reaktionen beruhen, um auszuhärten.

Die Studie identifizierte einen „Sweet Spot“ für das Bauwesen. Blöcke, die zehn Prozent Zement enthielten und bei denen dieser Zement durch zehn bis zwanzig Prozent Reishülsenasche ersetzt wurde, schnitten am besten ab. Diese spezifischen Blöcke erreichten eine Druckfestigkeit zwischen 0,59 und 1,58 Newton pro Quadratmillimeter. Dies ist zwar nicht stark genug, um das schwere Gewicht eines mehrstöckigen Gebäudes oder eines Daches zu tragen, aber es reicht für nicht tragende Wände aus, wie etwa Trennwände in einem Haus oder Außenwände eines einstöckigen Gebäudes. Die Forscher stellten fest, dass Blöcke mit sechs Prozent Zement konsequent schwächer waren als jene mit zehn Prozent, was bestätigte, dass eine höhere anfängliche Menge an Bindemittel notwendig ist, um die Asche zu kompensieren.

Entscheidend war, dass das Team eine statistische Analyse verwendete, um zu bestätigen, dass das Alter des Blocks, die Menge des Zements und das Ausmaß des Ascheersatzes die Hauptfaktoren zur Bestimmung der endgültigen Festigkeit waren. Ihr Modell sagte die Festigkeit der Blöcke mit hoher Genauigkeit voraus und zeigte, dass die Beziehung zwischen diesen Variablen konsistent und zuverlässig ist. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Reishülsenasche den Zement in dieser Anwendung zwar nicht vollständig ersetzen kann, aber einen praktikablen Weg in Richtung nachhaltigen Bauens bietet. Durch die Verwendung von zehn bis zwanzig Prozent Asche können Baumeister ihre Abhängigkeit von kohlenstoffintensivem Zement verringern und landwirtschaftlichem Abfall einen Wert verleihen, wodurch Wände entstehen, die für alltägliche Wohnbedürfnisse stark genug sind. Die Arbeit legt nahe, dass dieser Mix für den erschwinglichen Wohnungsbau in Entwicklungsregionen ein praktisches Gleichgewicht zwischen ökologischer Sorgfalt und baulicher Sicherheit bietet, vorausgesetzt, die Blöcke werden dort eingesetzt, wo sie nicht das volle Gewicht eines Gebäudes tragen müssen.