橙皮废料作为生态造孔剂对烧结黏土砖工程性能的影响

《Scientific Reports》：The impact of adding orange peel waste on the engineering proprieties of fired clay bricks

　　

建筑行业迫切需要可持续替代传统建材的方案，以减少资源消耗和温室气体排放。本研究系统探讨了将橙皮废料（orange peel waste, OPW）作为环保型造孔剂掺入烧结黏土砖中的可行性。砖坯配合料以OPW按0、2.5、5.0、7.5和10.0%的掺量替代黏土制备，并在700 °C、800 °C和900 °C的峰值烧结温度下烧成。研究人员对试样进行了系统的物理、力学和热性能评价。结果表明，随着OPW掺量增加，有机物燃烧导致试样体积密度逐渐降低，同时表观孔隙率和吸水率升高。虽然由此产生的宏观孔隙降低了抗压强度，但在900 °C烧成、含5.0–10% OPW的试件仍安全超过非承重结构应用的国际监管阈值。此外，优化后的砖块导热系数显著下降（10% OPW掺量时低至0.42 W/(m·K)）。总体而言，5.0–10% OPW掺量并在900 °C烧成的配方可在结构完整性与增强隔热性能之间实现最佳平衡。

### 研究背景与问题

建筑行业是自然资源消耗和全球环境退化的重要来源。传统黏土砖生产需要大量开采黏土，烧成过程能耗高且排放CO₂；全球约40%的CO₂排放来自建筑建造与运行，其中15%与建材生产直接相关。与此同时，农业废弃物大量产生，常被焚烧或填埋，造成环境污染。将农业废弃物作为造孔剂掺入烧结砖，既能减少废弃物，又能节约黏土资源，符合循环经济理念。已有多种生物质废弃物的研究，但橙皮废料（orange peel waste, OPW）在烧结黏土砖中的系统应用尚缺乏专门研究。为此，研究人员首次系统考察了不同OPW掺量对砖块物理、力学、热学和微观性能的影响，以确定兼顾轻质、保温与结构安全的最优配方。

### 研究内容与总体结论

研究人员以埃及开罗城市生活垃圾及家庭厨房收集的OPW为原料，经清洗、干燥、粉碎、过筛后，按0、2.5、5.0、7.5、10.0 wt%替代黏土，采用半干压法制备50 mm立方砖坯，并在700、800、900 °C下烧