土坯是一种最古老的建筑材料之一，可追溯至新石器时代（约公元前10,000年），有多种名称，包括Toub、Ottob、Thobe、Banco和泥砖[1]。在联合国教科文组织世界遗产名录中登记的土坯建筑中，大约有一半使用了这种材料[2]。随着对环保建筑实践的关注增加，这一传统建造方法重新受到学术界的重视，尤其是因为建筑行业占全球二氧化碳排放量的近40%[3]。尽管土坯的隔热性能有限[4]，但其热物理特性对湿热舒适性和能源效率有显著贡献[5]–[8]，其热惯性通常是传统材料的2–3倍[9]。热滞后时间可长达14小时，减幅因子低至0.05[10]（见表1）；最近的综合分析表明，热导率范围为0.28至1.10 W/m·K，纤维增强系统具有最佳的隔热效果[11]。微观结构的多孔性有助于调节湿度，使相对湿度保持在50%左右，波动范围在5–10%之内[12]–[13]，从而大幅降低空间供暖和空调能耗。
根据ISO 14040:2006标准进行的生命周期评估（Life Cycle Assessment，简称LCA）显示，土坯具有良好的环境效益，其碳足迹（embodied carbon）为13–15 kgCO? eq/m2，相比传统砖石结构减少了50–80%[3]。使用本地材料且运输需求低，加上传统施工工艺，减少了能源消耗[15]。1,000块土坯砖的制造过程产生的排放量为6.35–12.3 kg CO?和0.52–5.9 kg SO?，且无致癌、生态毒性或放射性危害[16]；运营方面的效益包括每年减少58吨二氧化碳排放和370吉焦耳的灰能量（grey energy）[17]。材料的可回收性减少了建筑废弃物排放，这些废弃物占全球人为排放量的2–15%[18]和阿尔及利亚废弃物总量的43%[19]。
然而，土坯的更广泛应用受到其力学强度和耐水性的限制。稳定化研究已从经验性实践发展到科学优化的干预措施，其中矿物稳定化方法占主导地位；大多数研究使用了矿物添加剂，约一半使用了波特兰水泥[21]。但基于水泥的稳定化方法存在可持续性隐患。使用12%普通波特兰水泥的实验样品获得了6.5 MPa的抗压强度，但热导率增加了1.1至1.4 W/m·K[22]、[23]，削弱了其热优势。混合系统（5%水泥+5%石灰）获得了5.5 MPa的抗压强度，而8%水泥+3%石灰的组合获得了4.43 MPa[24]、[25]。水泥的生产阶段全球变暖潜能增加了约80%[3]。基于石灰的稳定化方法（含12%石灰）使抗压强度提高到2.71–3.2 MPa[22]、[24]，但其热导率与水泥相当[26]。含有碎砖屑（40%）和沙子（20%）以及生石灰的复杂配方显示出显著改进[27]；而生石灰与甲基硅酸钠的组合使抗压强度提高了12.6倍[28]。基于石膏的稳定化方法表现出更好的抗压强度、更强的吸水抵抗力和更低的热导率[29]，25%的石膏或磷石膏可使抗压强度达到4.8 MPa[30]。其他稳定剂（如富含SO?2?的盐砂）可使抗压强度提高36%（1.91至2.58 MPa），同时降低热导率14%[31]；含有10%大理石粉和0.5%聚合物纤维的配方获得了3.47 MPa的抗压强度，10%玻璃纤维增强的聚合物则使抗压强度达到2.05 MPa，并将热导率降低至0.68 W/m·K[32]–[35]。有机稳定剂也能带来一定程度的改进，但基于矿物的系统在强度和耐水性方面表现更优[28]、[36]。现有文献综述证实，大多数稳定剂都能提高材料的耐水性，但某些水泥配方是个例外[21]–[25]、[26]、[37]。最新系统评价也表明，工业废弃物的利用可以同时改善力学性能、提高耐久性和降低热导率[38]。
再生玻璃粉作为一种具有火山灰活性的新型胶凝材料备受关注。当玻璃粉（Waste Glass Powder，简称WGP）中SiO?含量超过70%且粒径小于75 μm时，其火山灰活性显著，能与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶[39]、[40]。除了化学活性外，细小的玻璃颗粒还能通过优化颗粒堆积和填充效应提高材料的物理强度，亚微米到微米级的颗粒填充颗粒间的空隙，增强基体的致密性和载荷传递效率[41]、[42]。这种双重机制使得在不同添加量下都能优化材料性能：10–20%的添加量可在28天内使抗压强度提高6–7%，同时每替代一吨水泥可减少约一吨二氧化碳的碳排放[39]。直接应用于压缩土块时，10%的再生玻璃颗粒和10%的石灰可使抗压强度达到5.77 MPa，比未经处理的土块提高了90%，且没有出现微裂纹[43]。全球每年产生的废弃玻璃量达2亿吨，但回收率低于50%[44]、[45]，这表明其具有巨大的资源化潜力。
尽管有这些优势，但土坯的广泛应用仍受限于其力学强度和耐水性的不足。稳定化研究已从经验性方法发展为科学优化的干预措施，其中矿物稳定化方法最为常见；大多数研究使用了矿物添加剂，约一半使用了波特兰水泥[21]。然而，基于水泥的稳定化方法存在可持续性挑战。使用12%普通波特兰水泥的实验样品虽然抗压强度达到6.5 MPa，但热导率增加了1.1至1.4 W/m·K[22]、[23]。混合使用5%水泥和5%石灰的体系获得了5.5 MPa的抗压强度，8%水泥和3%石灰的组合获得了4.43 MPa[24]、[25]。水泥的生产阶段全球变暖潜能增加了约80%[3]。基于石灰的稳定化方法（含12%石灰）使抗压强度提高到2.71–3.2 MPa[22]、[24]，但其热导率与水泥相当[26]。含有碎砖屑（40%）和沙子（20%）以及生石灰的复杂配方表现出显著改进[27]；而生石灰与甲基硅酸钠的组合使抗压强度提高了12.6倍[28]。基于石膏的稳定化方法表现出更好的抗压强度、更强的吸水抵抗力和更低的热导率[29]，25%的石膏或磷石膏可使抗压强度达到4.8 MPa[30]。含有10%大理石粉和0.5%聚合物纤维的配方获得了3.47 MPa的抗压强度，10%玻璃纤维增强的聚合物使抗压强度达到2.05 MPa，并将热导率降低至0.68 W/m·K[32]–[35]。有机稳定剂也能带来一定程度的改进，但基于矿物的系统在强度和耐水性方面更优[28]、[36]。文献综述证实，大多数稳定剂都能提高材料的耐水性，但某些水泥配方是个例外[21]–[25]、[26]、[37]。最新系统评价也表明，工业废弃物的利用可以同时改善力学性能、提高耐久性和降低热导率[38]。
再生玻璃粉作为一种具有火山灰活性的新型胶凝材料显示出巨大潜力。当玻璃粉中的SiO?含量超过70%且粒径小于75 μm时，其火山灰活性显著，能与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶[39]、[40]。除了化学活性外，细小的玻璃颗粒还能通过优化颗粒堆积和填充效应提高材料的物理强度，亚微米到微米级的颗粒填充颗粒间的空隙，增强基体的致密性和载荷传递效率[41]、[42]。这种双重机制使得在不同添加量下都能优化材料性能：10–20%的添加量可在28天内使抗压强度提高6–7%，同时每替代一吨水泥可减少约一吨二氧化碳的碳排放[39]。直接应用于压缩土块时，10%的再生玻璃颗粒和10%的石灰可使抗压强度达到5.77 MPa，比未经处理的土块提高了90%，且没有出现微裂纹[43]。全球每年产生的废弃玻璃量达2亿吨，但回收率低于50%[44]、[45]，这表明其具有巨大的资源化潜力。
尽管取得了显著进展，但仍存在两个关键知识空白。首先，传统的矿物稳定剂存在可持续性悖论：虽然它们能提高材料的力学强度，但会增加生产阶段的碳排放（高达生产阶段全球变暖潜能的80%[3]），提高热导率（20–40%[11]），并削弱被动热调节能力。其次，尽管再生玻璃粉具有火山灰活性[39]并在压缩土块应用中取得成功[43]，但在土坯稳定化中的应用仍不够充分。目前缺乏关于不同土壤粒径下再生玻璃粉对材料力学-热-水性能影响的全面研究。在阿尔及利亚，垃圾填埋产生的排放占废弃物总量的43%[19]，脆弱的土坯建筑面临加速的气候恶化问题，这一问题尤为突出。
本研究通过系统研究阿尔及利亚南部拉古阿特历史悠久的Ksar地区土坯中再生玻璃粉的火山灰稳定效果，旨在填补这些知识空白。研究目标包括：(i) 分析不同质量百分比（0%、5%、10%、15%、20%）的玻璃粉对两种不同土壤粒径土坯力学性能的影响，量化抗压强度的变化并确定最佳添加量；(ii) 通过毛细吸水动力学评估其对水性能的影响；(iii) 通过瞬态热线法测量热导率和差示扫描量热法评估其热性能的变化；(iv) 根据ISO 14040:2006标准进行生命周期环境评估，比较碳足迹、能源消耗和环境影响。实验项目对十种配方进行了60天的全面测试。本研究在四个方面推进了相关知识：首先，首次系统研究了玻璃粉作为土坯稳定剂的性能，将最近关于压缩土块的研究成果[43]扩展到传统土坯，并综合评估了其力学-热-水-环境性能；其次，通过比较两种土壤粒径，研究了颗粒大小分布对玻璃粉火山灰活性的影响，填补了大多数研究仅关注单一土壤类型的空白；第三，综合评估框架明确了力学强化、热性能保持、耐水性和环境影响之间的权衡，实现了整体优化而非单一指标的最大化；第四，生命周期环境评估为发展中国家的建筑行业提供了废物资源化效益的定量验证，支持基于证据的循环经济政策制定。这些发现为干旱气候地区的传统建筑保护提供了实用指导，同时为实现联合国可持续发展目标11、12和13做出了贡献。
