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

Nella ricerca di costruire case che siano allo stesso tempo economiche e delicate sul pianeta, gli scienziati guardano spesso al terreno sotto i nostri piedi e agli scarti dei nostri raccolti. Uno dei materiali più comuni per le pareti nelle regioni tropicali è la laterite, un terreno rossastro ricco di ferro e alluminio che si indurisce quando esposto all'aria. Tuttavia, nel suo stato naturale, questo suolo è troppo debole e troppo assetato d'acqua per servire come un elemento costruttivo affidabile. Per risolvere questo problema, i costruttori mescolano tradizionalmente il cemento Portland ordinario, un agente legante che trasforma la terra tenera in un materiale solido e durevole. Eppure, la produzione di questo cemento è un importante motore delle emissioni globali di carbonio, creando un dilemma per l'edilizia sostenibile. Allo stesso tempo, la coltivazione del riso genera vaste quantità di bucce, che vengono spesso bruciate nei campi a cielo aperto, rilasciando fumo e sprecando un materiale che contiene alti livelli di silice, una sostanza nota per rinforzare le miscele simili al cemento. La sfida per i ricercatori è stata trovare un modo per sostituire parte del cemento pesante e ad alta intensità di carbonio con questo scarto agricolo senza compromettere la sicurezza delle pareti.

Un team di ricercatori dalla Nigeria e dalla Francia si è posto l'obiettivo di risolvere questo enigma testando quanto la cenere di buccia di riso potesse essere scambiata con la laterite stabilizzata. Hanno preso del terreno da un sito locale nello Stato di Anambra, lo hanno asciugato e lo hanno mescolato con acqua e cemento. Nei loro lotti sperimentali, hanno sostituito porzioni del cemento con cenere finemente macinata derivata dalle bucce di riso bruciate, testando tutto, dal nessun tipo di sostituzione fino alla sostituzione del quaranta per cento del cemento. Hanno creato blocchi utilizzando una pressa manuale, simile agli strumenti usati in molti progetti di costruzione rurali, e poi li hanno lasciati stagionare, o indurire, per periodi di sette, ventotto e novanta giorni. L'obiettivo era vedere se questi blocchi potessero sostenere abbastanza peso da stare in piedi come pareti, controllando anche quanta acqua avrebbero assorbito, poiché troppa acqua può far sgretolare le pareti nel tempo.

I risultati hanno rivelato un chiaro compromesso tra resistenza e sostenibilità. Man mano che i ricercatori aggiungevano cenere di buccia di riso, i blocchi diventavano leggermente più leggeri e assorbivano più acqua. Ciò accadeva perché la cenere è meno densa del cemento e crea minuscole sacche d'aria all'interno del blocco. Più importante ancora, la resistenza dei blocchi generalmente diminuiva all'aumentare della quantità di cenere. Quando il cemento veniva sostituito da più del quindici-venti per cento di cenere di buccia di riso, i blocchi diventavano sensibilmente più deboli. Tuttavia, i blocchi non perdevano tutta la loro forza; semplicemente richiedevano più tempo per raggiungere il loro pieno potenziale. I ricercatori hanno scoperto che più a lungo i blocchi venivano lasciati stagionare, più diventavano resistenti, un tratto comune per i materiali che si affidano a reazioni chimiche per indurirsi.

Lo studio ha identificato un "punto di equilibrio" per la costruzione. I blocchi che contenevano il dieci per cento di cemento con una sostituzione del dieci-venti per cento di quel cemento con cenere di buccia di riso offrivano le prestazioni migliori. Questi blocchi specifici raggiungevano una resistenza alla compressione compresa tra 0,59 e 1,58 Newton per millimetro quadrato. Sebbene questo non sia sufficiente a sostenere il peso pesante di un edificio multipiano o di un tetto, è sufficiente per pareti non portanti, come i divisori interni di una casa o le pareti esterne di una struttura a un piano. I ricercatori hanno notato che i blocchi con il sei per cento di cemento erano costantemente più deboli di quelli con il dieci per cento, confermando che una quantità iniziale maggiore di legante è necessaria per compensare la cenere.

Fondamentalmente, il team ha utilizzato l'analisi statistica per confermare che l'età del blocco, la quantità di cemento e il livello di sostituzione con la cenere erano i fattori principali che determinavano la resistenza finale. Il loro modello prevedeva la resistenza dei blocchi con alta precisione, mostrando che la relazione tra queste variabili è coerente e affidabile. Lo studio conclude che, sebbene la cenere di buccia di riso non possa sostituire completamente il cemento in questa applicazione, offre una via percorribile verso un'edilizia sostenibile. Utilizzando il dieci-venti per cento di cenere, i costruttori possono ridurre la loro dipendenza dal cemento ad alto contenuto di carbonio e dare valore agli scarti agricoli, creando pareti che sono abbastanza resistenti per le necessità abitative quotidiane. Il lavoro suggerisce che, per l'edilizia economica nelle regioni in via di sviluppo, questa miscela offre un equilibrio pratico tra cura ambientale e sicurezza strutturale, a condizione che i blocchi vengano utilizzati dove non devono sostenere l'intero peso di un edificio.