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

In de zoektocht naar het bouwen van woningen die zowel betaalbaar als zacht voor de planeet zijn, kijken wetenschappers vaak naar de grond onder onze voeten en het afval van onze oogsten. Een van de meest gebruikelijke materialen voor muren in tropische regio's is lateriet, een roodachtige grond die rijk is aan ijzer en aluminium en die uithardt wanneer deze wordt blootgesteld aan de lucht. Echter, in haar natuurlijke staat is deze grond te zwak en te dorstig voor water om als een betrouwbare bouwsteen te dienen. Om dit te verhelpen, mengen bouwers traditioneel gewoon Portlandcement, een bindmiddel dat de zachte aarde in een solide, duurzaam materiaal verandert. Toch is de productie van dit cement een belangrijke drijfveer voor wereldwijde koolstofemissies, wat een dilemma creëert voor duurzame constructie. Tegelijkertijd genereert de rijstteelt enorme hoeveelheden rijstkaf, die vaak op open velden worden verbrand, waarbij rook vrijkomt en een materiaal wordt verspild dat hoge concentraties silica bevat, een stof die bekend staat om het versterken van cementachtige mengsels. De uitdaging voor onderzoekers is geweest om een manier te vinden om een deel van het zware, koolstofintensieve cement te vervangen door dit landbouwafval zonder de veiligheid van de muren in gevaar te brengen.

Een team onderzoekers uit Nigeria en Frankrijk probeerde dit puzzelstukje op te lossen door te testen hoeveel rijstkafas (rice husk ash) kon worden vervangen in gestabiliseerde laterietblokken. Ze namen grond van een lokale locatie in de staat Anambra, droogden het en mengden het met water en cement. In hun experimentele batches vervingen ze delen van het cement door fijn gemalen as van verbrande rijstkaf, waarbij ze alles testten van geen enkele vervanging tot het vervangen van veertig procent van het cement. Ze maakten blokken met een handmatige pers, vergelijkbaar met de gereedschappen die in veel rurale bouwprojecten worden gebruikt, en lieten ze vervolgens uitharden, of harden, gedurende perioden van zeven, achttig en negentig dagen. Het doel was om te zien of deze blokken genoeg gewicht konden dragen om als muren te dienen, terwijl ze ook controleerden hoeveel water ze zouden opzuigen, aangezien te veel water kan ervoor zorgen dat muren in de loop van de tijd afbrokkelen.

De resultaten onthulden een duidelijke afweging tussen sterkte en duurzaamheid. Naarmate de onderzoekers meer rijstkafas toevoegden, werden de blokken iets lichter en absorbeerden ze meer water. Dit gebeurde omdat de as minder dicht is dan cement en kleine luchtzakjes binnen de blok creëert. Belangrijker nog, de sterkte van de blokken daalde over het algemeen naarmate de hoeveelheid as toenam. Wanneer het cement werd vervangen door meer dan vijftien tot twintig procent rijstkafas, werden de blokken merkbaar zwakker. De blokken verloren echter niet al hun sterkte; ze hadden simpelweg meer tijd nodig om hun volledige potentieel te bereiken. De onderzoekers ontdekten dat hoe langer de blokken werden gelaten om uit te harden, hoe sterker ze werden, een veelvoorkomend kenmerk voor materialen die vertrouwen op chemische reacties om te harden.

De studie identificeerde een "sweet spot" voor constructie. Blokken die tien procent cement bevatten met een vervanging van tien tot twintig procent van dat cement met rijstkafas, presteerden het best. Deze specifieke blokken bereikten een druksterkte tussen 0,59 en 1,58 newton per vierkante millimeter. Hoewel dit niet sterk genoeg is om het zware gewicht van een meerverdieping gebouw of een dak te ondersteunen, is het wel voldoende voor niet-dragende muren, zoals de tussenwanden in een huis of de buitenmuren van een een verdieping tellende structuur. De onderzoekers merkten op dat blokken met zes procent cement consequent zwakker waren dan die met tien procent, wat bevestigt dat een hogere initiële hoeveelheid bindmiddel nodig is om de as te compenseren.

Cruciaal was dat het team statistische analyse gebruikte om te bevestigen dat de leeftijd van het blok, de hoeveelheid cement en het niveau van de asvervanging de belangrijkste factoren waren die de uiteindelijke sterkte bepaalden. Hun model voorspelde de sterkte van de blokken met hoge nauwkeurigheid, waarbij werd aangetoond dat de relatie tussen deze variabelen consistent en betrouwbaar is. De studie concludeert dat hoewel rijstkafas het cement in deze toepassing niet volledig kan vervangen, het een levensvatbaar pad vooruit biedt voor duurzaam bouwen. Door tien tot twintig procent as te gebruiken, kunnen bouwers hun afhankelijkheid van koolstofzwaar cement verminderen en waarde geven aan landbouwafval, waardoor muren ontstaan die sterk genoeg zijn voor alledaagse huisvestingsbehoeften. Het werk suggereert dat voor betaalbare huisvesting in ontwikkelingsregio's, deze mix een praktisch evenwicht biedt tussen milieuzorg en structurele veiligheid, mits de blokken worden gebruikt op plaatsen waar zij niet het volledige gewicht van een gebouw hoeven te dragen.