第二章设施农业建筑材料

第二章设施农业工程材料河南农业大学园艺学院设施农业建筑材料的分类设施农业工程材料：是指建造各种农业生产设施、构筑物中使用的各种材料及制品的总称。设施农业工程材料必须满足以下要求：适用、耐久、量大、价廉。2分类：1.根据物质种类及化学成分：无机材料、有机材料、复合材料设施农业建筑材料的分类3.根据功能：墙体材料、骨架材料、防水材料、保温材料；2.根据材料性状：块体材料、金属材料、凝胶材料；墙体材料1骨架材料2保温材料3防水材料41.墙体材料•墙体具有双重作用：一是作为围护结构，起支撑作用；二是蓄热保温，即作为蓄热材料蓄存投射在其上的太阳热能，又作为保温材料阻挡流向温室外的热损失。1.墙体材料•墙体应满足以下要求：①满足建筑结构上强度和耐久性的要求；②严密保温，使通过墙体散失的热量降低到最低；③取材方便，经济合理。墙体材料粘结材料块体材料砖、砌块、秸秆块、相变材料砂浆粘土沙子水泥石灰水1.1块体材料•1普通黏土砖•普通黏土砖：标准砖尺寸规格为240mmx115mmx53mm，其砌体每立方米需512块。•优点：耐压力强，砌筑容易，有较好的隔热、耐火和耐久性•缺点：导热系数大，蓄热系数小、生产耗能大、毁田取土1.1块体材料1.1块体材料•2多孔砖•以黏土和粉煤灰烧制而成，空洞率不小于15%，•特点：密度小、保温性能好，节省资源，是能够替代红砖的较好的砖墙材料。1.1块体材料•3空心砖•以黏土、页岩和粉煤灰为主要原料烧结而成，•特点：保温隔热效果都优于普通黏土砖，同时可节省资源，减轻劳动强度。1.1块体材料•4.加气混凝土砌块•是由胶结材料（水泥、石灰、石膏、粉煤灰、高炉渣等）、水和加气剂混合经搅拌、切割、蒸压养护等工序制成的一种轻质、多孔、保温隔热材料。•特点：多孔、质轻、具有一定强度，耐热性及耐腐蚀性较好•常用的规格是390mm*190mm*190mm，砌筑墙面需加107胶和铁丝网方能抹灰1.1块体材料•5.泡沫混凝土砌块•一种是水泥砌块，由一般水泥加入泡沫剂（如松香泡沫剂）及水等经机械搅拌成型、并经养护而成。另一种是以粉煤灰或其他工业废料加入适量石灰、石膏及泡沫剂，经搅拌、成型、蒸养而成。•泡沫混凝土砌块都具有多孔、轻质、保温等特点。其导热系数一般小于0.15W/(m·K)。保温效果是普通黏土砖的4倍。1.1块体材料•6.混凝土小型空心砌块•混凝土小型空心砌块（简称混凝土小砌块）是以水泥、砂、石等普通混凝土材料经搅拌、碾压成型和自然养护等工序所制成的。其空心率为45%~48%。•在内墙面粉刷一层保温材料后，其保温隔热性能超过240mm厚实心黏土砖。砂浆沙子水泥石灰水1.2粘结材料砂浆是建筑上砌筑砖石所用的粘结物质，由无机胶凝材料、细骨料和水按一定的比例调制而成。无机胶凝材料细骨料1.2粘结材料胶凝材料：在建筑工程中，凡是经过一系列物理、化学作用，能将散粒材料或块状材料黏结成为整体的材料，统称为胶凝材料。种类有机胶凝材料：以有机高分子为主要成分，如沥青、树脂无机胶凝材料：以无机化合物为主要成分，如石膏、石灰、水泥17无机胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，并能保持和提高强度的材料，如石膏，石灰，水玻璃。水硬性胶凝材料：不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好的在水中硬化，保持并继续提高强度的材料。如水泥。本节重点介绍石灰和水泥的性质及应用。181.2粘结材料1.2.1石灰石灰属于气硬性胶凝材料，是建筑中使用较早的胶凝材料，它具有材料来源广、生产工艺简单、成本低等特点，至今，仍在建筑工程中广泛应用。（一）石灰的生产石灰石白云石白垩等碳酸钙高温煅烧900~1100℃主要成分原材料生石灰（以CaO为主）CaCO3→CaO+CO2↑19在实际生产中，为加快分解，煅烧温度常提高到1000～1100℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不匀等原因，石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。201.2.1石灰欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力。过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，熟化很慢。块状生石灰根据加工方式不同，可制成工程中常用的生石灰粉、熟石灰粉、石灰膏。（二）石灰的熟化和硬化1.石灰的熟化CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9×103J将生石灰加水，使之发生化学反应，消解为熟石灰——氢氧化钙，这个过程称为石灰的“熟化”。根据加水量和用途不同，石灰的熟化方式有两种：211.2.1石灰（1）石灰膏在生石灰化灰池中加入过量的水，一般为块状生石灰体积的3~4倍，并不停搅拌而生成。石灰水经筛网流入储灰坑，经沉淀，除去上面的水垢，剩余的为石灰膏。过火石灰由于表面有一层玻璃釉状物包裹，熟化缓慢，它在石灰硬化后，才开始熟化，体积膨胀，形成放射状裂缝。为了消除过火石灰的危害，常将石灰膏在储灰坑中储存两周以上，这一过程称为“陈伏”。陈伏期间为防止石灰碳化，应在石灰膏的表面留一层水分。221.2.1石灰（2）熟石灰粉熟石灰粉是在生石灰中加入适量的水(一般为生石灰质量的60％～80％)，以能充分熟化而又不过湿成团为宜。工地上常采用分层浇水，分层厚度约为0.5m。熟石灰在使用以前，也应有相应的“陈伏”时间.231.2.1石灰2.石灰的硬化石灰浆体的硬化过程包括干燥硬化和碳化硬化两个同时进行的过程。（1）干燥硬化由于水分的蒸发，氢氧化钙晶体从饱和溶液中析出，晶体长大、连生和相互交错，而产生强度。干燥硬化主要是在石灰内部进行。241.2.1石灰（2）碳化硬化氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙结晶，并释放出水分：Ca(OH)2+CO2+nH2O—CaCO3+(n+1)H2O这个反应在没有水分的条件下，无法进行；当水分过多，CO2渗入量少，此时，碳化硬化仅限于表层；在孔壁充水，而孔内无水的条件下碳化最快。石灰碳化硬化后，石灰密实度进一步增加，强度进一步提高，因此，碳化层越厚，石灰强度越高。251.2.1石灰2．石灰的特性(1)可塑性好当生石灰熟化成石灰浆时，能形成极细颗粒(直径约为1微米)呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附着一层厚厚的水膜。因此，具有良好的可塑性。将石灰掺入水泥砂浆中，可显著改善其可塑性。261.2.1石灰(2)凝结硬化慢，强度低由于空气中二氧化碳含量低，碳化缓慢而且仅限于表层，致密的碳化层既不利于二氧化碳渗入也不利于内部水分的蒸发。因此，石灰的凝结硬化缓慢，硬化后强度低。配合比为1：3(石灰：沙)的石灰砂浆，28d的强度仅有0.2～0.5MPa。271.2.1石灰(3)耐水性差石灰硬化缓慢，强度低。在潮湿环境条件下，未干燥硬化的石灰，由于水分无法蒸发而终止硬化。未碳化的氢氧化钙溶于水，使其强度降低甚至溃散。在石灰中，加入少量的磨细粒化高炉矿渣和粉煤灰，可提高石灰的耐水性。石灰砂浆墙面因受潮而脱落281.2.1石灰(4)硬化时体积收缩大石灰浆体在硬化过程中，游离水的大量蒸发，引起硬化石灰毛细管收缩，导致体积显著收缩，使硬化石灰体表面出现大量的无规则裂纹。因此，石灰不宜单独使用，实际工程中，应加入适量纤维状材料(如麻刀、纸筋等)或骨料(沙)来抑制石灰的收缩。石灰硬化收缩产生的裂缝291.2.1石灰水泥是最主要的建筑材料之一，主要用于配制混凝土和砂浆，广泛应用于建筑工程中。水泥是粉末状固体，它与水混合经过一系列的物理化学反应，由可塑性浆体变成坚硬的石状体，能将散粒材料黏结成为一个整体。水泥属于水硬性胶凝材料，它不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中凝结硬化并保持强度增长。水泥根据其水硬性成分不同可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥等系列。其中硅酸盐水泥系列产量最大，应用最广。301.2.2水泥按混合材料的品种和掺量不同，通用水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥6种。311.2.2水泥1．硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的主要原材料包括石灰质原材料和黏土质原材料两种。石灰质原材料采用石灰石、白垩和石灰质凝灰岩，它主要提供CaO。黏土质原材料有黏土和黄土等，主要提供SiO2、Al2O3和少量的Fe203，有时还需要加入少量的铁矿石以弥补Fe203的不足。为了改善煅烧条件，常常加入少量的矿化剂和晶种等。321.2.2水泥硅酸盐水泥的生产步骤是：331.2.2水泥将几种原材料按一定比例混合磨细制成生料将生料入窑进行高温(温度为1450。C)煅烧得熟料在熟料中加入适量石膏(和混合材料)混合磨细即得到硅酸盐水泥“两磨一烧”在煅烧过程中，原材料分解为CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3。在高温下，它们相互化合，生成了新的化合物，称为水泥熟料矿物。2．硅酸盐水泥的凝结硬化水泥加水拌和后，最初形成的是可塑性浆体，随着时间的延长，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，称为水泥的凝结。随后，水泥浆体开始产生强度并逐渐提高，最后变成一个坚硬的石状体——水泥石，这一过程称为水泥的硬化。凝结硬化是人为划分的，实际上凝结硬化是一个连续而复杂的物理化学变化过程。341.2.2水泥水泥的水化是从其颗粒表面开始的。然后逐渐深入到水泥的内核。初始的水化速度较快，水化产物增长较快，水泥石的强度提高也快。由于水化产物的增多，堆积在水泥颗粒周围，水分渗入到水泥颗粒内部速度和数量大大减小，水化速度也随之大幅度降低。但是无论时间持续多久，多数水泥颗粒内核不可能完全水化。因此，硬化的水泥石中是由水化产物(凝胶体和晶体)、未水化的水泥颗粒内核、水(自由水和吸附水)和孔隙(毛细孔和凝胶孔)组成的一种非均质体。351.2.2水泥3．水泥的水化影响水泥凝结硬化的因素，除了本身的矿物成分以外，还有细度、石膏掺量、养护时间(龄期)和温度和湿度等因素。在适当的温湿度条件下，保证水泥石强度不断增长的措施，称为养护。在实际工程中，应加强养护，以保证水泥石强度正常发展。361.2.2水泥4.影响水泥凝结硬化的因素5.硅酸盐水泥的技术性质根据国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—1999)规定，硅酸盐水泥的技术性质包括细度、凝结时间、体积安定性和强度等。371.2.2水泥①.凝结时间凝结时间分初凝和终凝。初凝——水泥加水拌合起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需时间;终凝——水泥加水拌合起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。国标规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。如水泥的初凝时间不符合要求，则为废品。如水泥的终凝时间不符合要求，则为不合格品。381.2.2水泥②水泥强度和强度等级水泥的强度是水泥的主要技术指标。硅酸盐水泥在硬化过程中，其强度随着龄期而提高，在28天以内强度发展较快，一般以28天的抗压强度来表征硅酸盐水泥的强度等级。硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R六个强度等级，带R的为早强型水泥。391.2.2水泥1.2.3砂浆一、砂浆——工程中砌砖石用的黏结物质，由一定比例的无机胶凝材料与细集料和水拌和而成，也叫灰浆，也作沙浆。分类——根据组成材料,普通砂浆还可分为:①石灰砂浆由石灰膏、砂和水按一定配比制成，一般用于强度要求不高、不受潮湿的砌体和抹层；40②水泥砂浆由水泥、砂和水按一定配比制成，一般用于潮湿环境或水中的砌体、墙面或地面等；③混合砂浆在水泥或石灰砂浆中掺加适当掺合料，如粉煤灰、硅藻土等制成，以节约水泥或石灰用量，并改善砂浆的和易性。411.2.3砂浆常用的混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆等。强度与等级砂浆的强度主要是指抗压极限强度。它是划分砂浆等级的主要依据。常采用边长为70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，在标准条件(温度(20±3)℃、水泥混合砂浆相对湿度为60％~80％的不通风条件下，纯水泥砂浆和微沫砂浆相对湿度在90％以上)下养护28d后测定其抗压强度，以28d的抗压强度(MPa)划分为M1.0，M2.5，M5.0，M7.5，M10.0，M15.0，M20.0等七个等级，工程中常用的等级为M1.0，M2.5，M5.0，M7.5等，对特别重要的砌体或耐久性要