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2025年9月，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMITUniversity）的工程师团队发布了一项颠覆性成果——一种名为“纸板约束夯土”（cardboard-confinedrammedearth）的新型建筑材料。它仅由纸板、水和泥土构成，碳排放量仅为混凝土的四分之一，成本不足混凝土的三分之一，还能大幅减少垃圾填埋量。这项创新为建筑行业降低碳排放提供了全新路径。
新材料革命
在全球“双碳”目标推进过程中，建筑业始终是减排压力最大的领域之一。一方面，混凝土作为全球使用最广泛的建筑材料，其生产背后隐藏着巨大的环境代价——水泥作为混凝土的核心成分，其生产过程约占全球年碳排放的8%，每制造1吨水泥，就要排放近1吨二氧化碳。另一方面，固体废弃物的处理同样棘手，仅澳大利亚一国，每年就有超过220万吨纸板和纸张被送入垃圾填埋场，这些废弃物不仅占用土地资源，还会在降解过程中释放甲烷等温室气体。
新西兰克赖斯特彻奇纸板大教堂
长期以来，建筑行业一直在寻找兼顾环保与性能的替代方案。纸板此前已被用于临时建筑和救灾避难所，最具代表性的便是日本建筑师坂茂设计的新西兰克赖斯特彻奇纸板大教堂。这座建筑在地震后的重建中发挥了重要作用，证明了纸板在结构支撑上的潜力。而夯土建筑则是一种拥有数千年历史的传统工艺，凭借良好的隔热性和耐久性，在干旱、炎热地区应用广泛。但现代夯土建筑为了提升强度，往往会添加大量水泥，既增加了碳排放，又削弱了其环保属性。
RMIT大学的研究团队正是看到了这两者的潜力与不足，决定将夯土的耐久性与纸板的多功能性结合。传统夯土墙体本身厚度足够，但为了强度仍要添加过量水泥，这其实是一种资源浪费。研究团队尝试用更环保的方式替代水泥，而纸板的出现恰好提供了新思路。经过多次实验，团队最终研发出“纸板约束夯土”，彻底摆脱了对水泥的依赖，同时实现了“废弃物再利用”与“低碳建材生产”的双重目标。
纸板约束夯土的“绿色密码”
极简成分，极致环保
纸板约束夯土由三种易得材料构成：
纸板：作为约束框架，替代了传统建筑中的钢筋或木质模板。这些纸板既可以是工业边角料，也可以是回收的包装材料，将原本要进入填埋场的废弃物转化为建筑结构的一部分。
土壤：作为主体填充物，无需特殊加工，只需从建筑现场或周边区域获取。团队发现，澳大利亚偏远地区丰富的红土尤其适合这种材料，其黏结性和稳定性能让夯土结构更坚固。
水：仅用于调节土壤湿度，帮助土壤颗粒更好地结合，无需添加任何化学添加剂。
这种成分组合不仅降低了材料生产过程中的碳排放，还让材料具备了“全生命周期环保”的特性——建筑拆除后，纸板可回收再利用，土壤能回归自然，真正实现了“零废弃”。
强度可控，适配低层高需求
RMIT团队发现，纸板约束夯土的机械强度可通过纸板管的厚度灵活调节，并且已经研发出对应的强度设计公式。他们能根据建筑需求，通过调整纸板厚度来精准控制夯土的承重能力，目前这种材料完全能支撑低层建筑，比如住宅、小型商业楼等。
CFRP-RE 圆筒制造：（a） 装满松散土壤混合物的 CFRP 管，（b） 使用气动夯实，以及 （c） 干燥 28 天后的 CFRP-RE 圆筒。
团队还进行了一项补充研究：将碳纤维（CFRP）与夯土结合，研发出“碳纤维约束夯土”。测试结果显示，这种材料的强度可与高性能混凝土媲美，未来有望应用于对强度要求更高的建筑场景。这意味着，纸板约束夯土并非“单一选项”，而是能根据需求拓展的“绿色材料体系”。
纸板约束夯土柱和 CFRP 约束夯土柱
现场制作，降本提效
传统建筑施工中，砖块、钢筋、混凝土等材料需要从远方运输到现场，不仅产生大量运输碳排放，还会增加物流成本和时间成本。而纸板约束夯土的制作过程完全可以在施工现场完成：只需将纸板制成模板，再把土壤与水按比例混合后填入模板，通过人工或机械压实即可。
施工方只需携带纸板，几乎所有其他材料都能在现场获取。这能大幅削减运输成本，简化物流流程，还能减少前期材料储备的压力。对于交通不便的偏远地区而言，这种“就地取材”的模式更是解决了建筑材料运输难的痛点。
多场景应用
偏远地区的福音
在澳大利亚的乡村和偏远地区，建筑资源匮乏、运输成本高一直是制约当地发展的难题。而这些地区恰好拥有丰富的红土资源，与纸板约束夯土的需求高度匹配。对于偏远社区来说，这种材料能让他们用更低的成本建造房屋、学校、社区中心等基础设施，无需再依赖外部运输的高价建材。
以澳大利亚北领地的一个原住民社区为例，当地此前建造一栋小型社区医院，仅混凝土运输成本就占总造价的30%。若采用纸板约束夯土，不仅能省去这笔运输费用，还能利用当地红土，让建筑与周边自然环境更融合。这种“因地制宜”的建筑模式，正在为偏远地区的可持续发展提供新可能。
热带地区的“天然空调”
在高温、炎热的地区，建筑的隔热和降温需求往往会导致大量能源消耗。而纸板约束夯土凭借其高“热质量”（thermalmass）特性，能自然调节室内温度和湿度——白天吸收并储存热量，夜晚释放热量，从而减少对空调、风扇等机械制冷设备的依赖。
在澳大利亚昆士兰州的夏季，室外温度常超过35℃，而用纸板约束夯土建造的房屋，室内温度能比室外低5-8℃。这不仅能提升居住舒适度，还能减少电力消耗，进一步降低建筑的运营阶段碳排放。对于热带、亚热带地区而言，这种“被动式降温”功能，让绿色建筑兼具环保与实用性。
救灾与临时建筑的“快速解决方案”
在地震、洪水等自然灾害发生后，快速搭建安全的避难所至关重要。纸板约束夯土的材料易得、制作简便的特点，使其成为救灾场景的理想选择。与传统的帐篷或临时板房相比，纸板约束夯土建筑更坚固、更耐用，还能提供更好的隔热和防风效果。
事实上，坂茂的纸板大教堂早已证明了纸板建筑在救灾中的价值。而纸板约束夯土在此基础上进一步提升了耐久性和实用性，未来有望成为灾后重建的“快速响应材料”。例如，在地震后的重建初期，可先用纸板约束夯土搭建临时住宅和医疗点，待长期重建方案确定后，这些材料还能回收再利用，避免二次浪费。
小结：推动建筑业“零碳转型”的关键一步
在“双碳”目标的推动下，全球建筑行业正在重新审视传统材料的价值，夯土、木材、秸秆等天然材料逐渐回归视野。而纸板约束夯土的创新，不仅为“土系建材”注入了现代科技元素，还证明了传统工艺与现代技术结合的可能性。
纸板约束夯土的推广，不仅会改变建筑施工方式，还将倒逼上下游产业链的转型。例如，纸板生产企业可能会开发更适合建筑场景的“高强度纸板”；土壤检测机构会推出针对夯土材料的土壤性能检测服务；建筑设计公司则需要调整设计思路，适配这种新型材料的特性。
随着全球城市化进程的推进，“零碳城市”成为许多城市的发展目标。而建筑作为城市的重要组成部分，其碳排放占城市总碳排放的比例超过40%。纸板约束夯土的应用，能从“建材生产”“施工过程”“运营阶段”三个环节减少建筑碳排放，为零碳城市建设提供关键支撑。
DOI： 10.1016/j.istruc.2025.110117
DOI： 10.1016/j.compstruct.2025.119512
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