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

手頃な価格でありながら地球に優しい住まいを築こうとする探求の中で、科学者たちはしばしば足元の地面や収穫物の廃棄物に目を向けます。熱帯地域における壁の最も一般的な材料の一つは、鉄とアルミニウムが豊富な赤褐色の土であるラテライトです。しかし、この土は自然の状態では、信頼できる建築資材として用いるにはあまりにも脆く、また吸水性が高すぎます。これを解決するために、建築家は伝統的に、柔らかい土を固く耐久性のある材料に変える結合剤である、一般的なポルトランドセメントを混合してきました。しかし、このセメントの製造は世界の炭素排出の主要な要因となっており、持続可能な建設におけるジレンマを生み出しています。同時に、稲作は膨大な量の籾殻（もみがら）を生み出しますが、これらはしばしば野外で焼却され、煙を放出し、シリカ（セメントのような混合物を強化することで知られる物質）を豊富に含む材料を無駄にしています。研究者たちの課題は、壁の安全性を損なうことなく、この重く炭素集約的なセメントの一部を、この農業廃棄物と置き換える方法を見つけることでした。

ナイジェリアとフランスの研究チームは、安定化されたラテライトブロックにどれだけの量の籾殻灰を置き換えることができるかをテストすることで、このパズルを解こうと試みました。彼らは、アンブラ州の現地から採取した土を乾燥させ、水とセメントを混ぜ合わせました。実験用のバッチでは、セメントの一部を細かく砕いた焼けた籾殻の灰に置き換え、セメントを全く置き換えない状態から、セメントの40パーセントを置き換える場合まで、あらゆる条件をテストしました。彼らは多くの農村部の建設プロジェクトで使用されている道具に似た手動プレス機を用いてブロックを作成し、その後、7日間、28日間、および90日間の期間、養生（硬化）させました。その目的は、これらのブロックが壁として自立できるほどの重さに耐えられるかどうかを確認すると同時に、水が多すぎると時間の経過とともに壁が崩れる可能性があるため、どれだけの水を吸収するかを確認することでした。

結果は、強度と持続可能性の間の明確なトレードオフを明らかにしました。研究者が籾殻灰を多く加えるにつれて、ブロックはわずかに軽くなり、より多くの水を吸収しました。これは、灰がセメントよりも密度が低く、ブロック内に小さな空気のポケットを作るためです。より重要なことに、灰の量が増えるにつれて、ブロックの強度は一般的に低下しました。セメントが15パーセントから20パーセントを超える割合で籾殻灰に置き換えられると、ブロックは著しく弱くなりました。しかし、ブロックがすべての強度を失ったわけではなく、単に本来のポテンシャルに達するまでに、より多くの時間を必要としただけでした。研究者たちは、ブロックを長く養生させるほど強くなることを発見しましたが、これは化学反応に頼って硬化する材料に共通する特徴です。

この研究は、建設における「スイートスポット（最適解）」を特定しました。10パーセントのセメントを含み、そのセメントの10パーセントから20パーセントを籾殻灰で置き換えたブロックが、最も優れた性能を示しました。これらの特定のブロックは、0.59から1.58ニュートン毎平方ミリメートルの圧縮強度に達しました。これは、多層ビルの重い荷重や屋根を支えるには不十分ですが、住宅内部の仕切り壁や平屋構造の外壁といった、非耐力壁には十分な強度です。研究者たちは、6パーセントのセメントを含むブロックは、10パーセントのものよりも一貫して弱いことを指摘し、灰による補完を考慮すると、初期の結合剤の量が多いことが必要であることを裏付けました。

決定的なことに、チームは統計分析を用いて、ブロックの経過日数、セメントの量、および灰の置換レベルが、最終的な強度を決定する主な要因であることを確認しました。彼らのモデルは高い精度でブロックの強度を予測し、これらの変数間の関係が一貫しており信頼できるものであることを示しました。研究は、籾殻灰はこの用途においてセメントを完全に置き換えることはできないものの、持続可能な建築への実行可能な道筋を提供する、と結論付けています。10パーセントから20パーセントの灰を使用することで、建築家は炭素集約的なセメントへの依存を減らし、農業廃棄物に価値を与え、日常的な住居ニーズに適した強さを持つ壁を作ることができます。この研究は、発展途上地域の安価な住宅において、この混合物が、ブロックが建物の全重量を支える必要のない場所で使用されるという条件下で、環境への配慮と構造的安全性の間の実用的なバランスを提供することを示唆しています。