Rice Husk Ash as a Partial Cement Substitute in Stabilised Laterite Blocks for Sustainable Non-Load-Bearing Wall Construction
本研究表明，尽管与纯水泥稳定块相比，使用10–20%的稻壳灰部分替代普通硅酸盐水泥所制成的稳定红土块在抗压强度和密度方面有所降低，但其仍能产生适用于非承重墙建造的可行且可持续的材料。
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在追求建造既经济实惠又对地球温柔的房屋的过程中，科学家们经常将目光投向脚下的土地和收获的废弃物。在热带地区，最常见的墙体材料之一是红土（laterite），这是一种富含铁和铝的红色土壤，在暴露于空气时会变硬。然而，在自然状态下，这种土壤过于脆弱且过于吸水，无法作为可靠的建筑构件。为了解决这个问题，建筑师传统上会混入普通的波特兰水泥（Portland cement），这是一种能将松软土地转化为坚固耐用材料的粘合剂。然而，水泥的生产是全球碳排放的主要驱动因素之一，这为可持续建筑制造了一个难题。与此同时，稻米种植产生了大量的稻壳，这些稻壳通常在露天田间被焚烧，释放出烟雾，并浪费了一种含有高水平二氧化硅（一种以增强类水泥混合物而闻名的物质）的材料。研究人员面临的挑战在于，如何找到一种方法，在不损害墙体安全性的前提下，用这种农业废弃物来替代部分沉重且高碳排放的水泥。
来自尼日利亚和法国的一个研究小组着手通过测试稻壳灰可以替换多少稳定红土砖中的水泥，来解开这个谜题。他们采集了来自安布拉州（Anambra State）当地地点的土壤，将其干燥，然后与水和水泥混合。在实验批次中，他们用从稻壳燃烧后得到的细粉灰替换了部分水泥，测试范围从完全不替换到替换百分之四十的水泥不等。他们使用手动压力机制作砖块，这种工具类似于许多农村建筑项目中使用的工具，然后让它们养护（或硬化）七天、二十八天和九十天。目标是观察这些砖块是否能够承受足够的重量以支撑起墙体，同时检查它们的吸水率，因为吸水过多会导致墙体随着时间的推移而崩塌。
结果揭示了强度与可持续性之间明显的权衡关系。随着研究人员加入更多的稻壳灰，砖块变得稍微轻了一些，且吸收了更多的水。这是因为灰烬的密度比水泥低，并在砖块内部形成了微小的气孔。更重要的是，随着灰烬量的增加，砖块的强度通常会下降。当超过百分之十五到二十的水泥被稻壳灰替换时，砖块明显变弱了。然而，砖块并没有失去所有的强度；它们只是需要更多的时间来达到其潜力峰值。研究人员发现，砖块养护时间越长，它们就变得越强，这是依赖化学反应来硬化的材料的共同特征。
该研究确定了一个建筑的“黄金平衡点”。含有百分之十水泥且其中百分之十到百分之二十被稻壳灰替换的砖块表现最佳。这些特定的砖块达到了每平方毫米零点五九至一点五八牛顿的抗压强度。虽然这不足以支撑多层建筑或屋顶的重压，但对于非承重墙（如房屋内部的分隔墙或单层建筑的外墙）来说已经足够了。研究人员指出，含百分之六水泥的砖块始终比含百分之十水泥的砖块更弱，这证实了需要更高初始量的粘合剂来补偿灰烬。
至关重要的是，团队使用统计分析确认了砖块的龄期、水泥量以及灰烬替换水平是决定最终强度的主要因素。他们的模型能够高精度地预测砖块强度，表明这些变量之间的关系是一致且可靠的。研究结论认为，虽然稻壳灰在这种应用中不能完全取代水泥，但它提供了一条通往可持续建筑的可行路径。通过使用百分之十到百分之二十的灰烬，建筑师可以减少对高碳水泥的依赖，并赋予农业废弃物价值，从而创造出足以满足日常住房需求的坚固墙体。这项工作表明，对于发展中地区的经济适用房而言，这种混合物在环境关怀与结构安全之间提供了一个实际的平衡，前提是这些砖块被用于不需要承担整个建筑重量的地方。
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