日光节能温室中无机复合材料的应用及其综合性能研究-发表论文网

日光节能温室中无机复合材料的应用及其综合性能研究
李南南
摘要通过对日光节能温室建造技术中一种新型无机复合材料的使用的介绍，以及对其结构性能、生产性能和经济性能所作的研究与分析，表明无机复合材料的强度可以满足日光温室的建造要求，从而可有效地降低光节能温室的建造成本。与传统结构相比，其能耗约降低50%以上，土地利用率可提高20%以上，遮光率降低15%以上。
关键词：日光温室无机复合材料综合性能研究
日光温室是我国有自主知识产权的温室结构形式，应用面积大，普及全国各地[1]。从目前发展形势看，由于优异的经济性和广泛的适应性，日光节能温室在未来相当长的时间内仍是我国设施农业发展的主流[1]。但现行的日光温室在建筑材料和结构形式上仍存在不足，影响了温室的进一步发展。虽然木结构温室造价低，但使用寿命较短、承载能力弱，使用维护量大，温室的可操作性差；金属结构温室虽然承载能力高，使用寿命长，但造价高，大部分农民经济上难以承受。所以对于日光节能温室的建筑材料的优化一直是研究的主要方向之一。为此，在研究日光节能温室结构特性、材料要求和生产性能的基础上，详细分析了适合该类日光节能温室建造的无机复合材料的相应的结构形式和生产性能。无机复合材料建造的日光温室造价低、承载能力强、寿命长、生产性能好，能满足民众的生产需要。
1基本结构及其相关材料
1.1基本结构温室基本结构复合材料日光温室基本造型和普通日光温室相近，跨度可为8～10 m，一般高度为跨度的35%～45％，拱架间距为0.8～1 m。拱架与墙体基础的连接固定可以采用预埋件和现浇混凝土等形式，但无论用哪种方法，一是要求墙体基础要稳固；二是要求拱架和墙体基础的连接要牢固。
1.2温室拱架结构及其材料无机复合材料温室拱架采用自然玄武岩连续纤维或玻璃连续纤维作为主要组织结构的连接材料，以氧化镁作为化合主剂，以氯化镁作为配料剂，以新的催化固体剂作为助剂，以金属丝为加强主筋，运用新的制作工艺流程和技术生产而成[2]。在无机复合材料温室拱架的截面中，截面尺寸为8号或更大的冷拔丝嵌入骨架无机复合材料中，与无机复合材料合成一体，有效提高了温室拱架的抗弯强度，从而实现日光温室的大跨度无支柱建造[3]。为了提高无机复合材料温室拱架的综合抗力，温室中的所有拱架都必须用包塑钢丝绳或复合材料连杆成1～2 m的间隔，连成网状结构。包塑钢丝绳或复合材料连杆的东西2个端点与墙体连接及其中间各点与拱架的连接一定要可靠、牢固。
1.3温室保温墙体及其材料温室墙体基础视建筑地土质情况，一般采用条形基础，宽约1000mm，深400～500 mm，三合土夯实200 mm，其余用砖砌筑即可。后墙和东西墙可采用砖砌结构，外设5 cm厚聚苯乙烯板或其他相应厚度的保温材料，也可采用全复合材料墙板。和砖砌墙体试验研究相比，此保温墙体可节约土地60％以上，而造价又低于砖墙。如在复合材料墙的内侧面再附以蓄热性能好的材料，效果更好。后斜坡底层可铺放10 cm厚复合木板，中层可填炉渣、粉煤灰、锯末或柴草作保温蓄热处理，上层用水泥沙浆或油毡沥青作防水处理。
1.4覆盖采光材料温室采用透光率较高，厚度为0.1～1 mm的聚氯乙烯或聚乙烯无滴膜或无滴转光膜覆盖材料，覆盖膜采用卡簧卡槽和压膜线固定。
2综合性能研究
2.1无机复合材料及其温室构件的性能经长期实验和检测测定，无机复合材料及其制品具有如下性能。
2.1.1性能稳定优化配置的无机复合材料化学性能稳定、抗逆性强、耐潮湿。经长效试验，无风化和龟裂等现象，使建筑构件使用寿命达20年以上。
2.1.2热变性稳定无机复合材料固化后，热变性稳定，不易结露，可在-30℃～100℃范围内保持形状不变。
2.1.3结构均匀抗力强复合材料固件组织结构均匀、密实、稳定、抗力强度高。对于规范化生产的日光节能温室拱架，其抗力可大于500 N/m2。
2.1.4嵌入金属加强筋技术优越复合材料构件组织结构中优化埋设嵌入金属加强筋的技术，有效地解决了无机复合材料抗拉强度偏低、不适合大跨度建筑结构的缺点。经试验，其平均承载力增加了60%以上，抗拉强度增加超过120%，有效地降低了资源的消耗，资源的降低率大于20%。
2.1.5性价比高无机复合材料制作的农业设施建筑构件，造价是金属结构建筑的65.6%，金属和木结构温室的70%，与木结构的造价基本持平，而使用寿命和金属材料相当，是木材料的3倍左右。且使用期间又无需任何方式的维护和保养，其价格性能比是现行其他材料无可比拟的。
2.1.6实现材料绿化复合材料组织结构中塑料纤维对网状结构的利用，消除了固件中的应力集中，既改善了无机复合材料的韧性和弹性，也实现了材料的绿色化。
2.1.8成型性和可加工性强新型复合材料可以借助模具加工成任何形状的建筑结构构件，其成型性，可加工性是普通建材无法比拟的，如可加工成任何弧形的温室拱架、支架等。
2.1.9使用范围广作为建筑材料，由于复合材料的综合性能基本上兼有金属、竹木、砖、水泥等为一体的共性，其使用范围将不仅限于温室结构构件，还可以制作盆栽生产构件、温室工具间等民用设施。
2.1.10绿色环保无机复合材料原料、主料均为自然的可再生资源，其开发利用不会破坏自然界的平衡。
2.1.11提高了温室的土地利用率由于在构件中嵌入了金属加强筋，增加了温室骨架的抗力，从而可实现温室的大跨度（8～12 m）无柱化。与木结构、砖混结构温室相比，显著地提高了温室的土地利用率。当温室跨度为12 m时，土地利用率可达到80％[3]，竹木结构温室的土地利用率不到50％。另外，由于加强筋的嵌入结构使温室骨架截面几何尺寸基本不随跨度的增加而增加（8～10 m长跨度骨架截面均为5 cm×7 cm），又不需支柱，因此与纯复合材料结构相比，其遮光率大大降低。
2.2日光温室的生产性能
2.2.1耐候性及抗恶劣气候性由于大跨度无支柱温室具有较大的热惯性，所以具有较强的抵御自然恶劣气候的能力。又由于加强筋结构的合理优化，致使结构抗力较强。从开始研究、试用、推广到现在，各推广应用温室均处于正常运行状态，未发生过因暴雨和大风引起的坍塌，也未发生过冻害或热害现象。
2.2.2作物生长发育状态由于无机复合材料本身具有良好的热稳定性，对塑料的支撑面又较大，所以对膜的破坏作用小。常用的国产膜使用寿命均得到不同程度的提高，从而使温室作物的栽培期延长。这种延长对于无限生产型的茄果类、瓜菜类作物作用更为明显，经对比测量，延长平均收获期在30d以上。
2.2.3 对产品及环境的影响无机复合材料的原料都是相对稳定的自然原料，本身都不具有毒害性，再加上经化合后固化为一体，其化学稳定性是金属和木材所不能比的。经长期的观察、测定，到目前为止，尚未发现其对农作物产品和环境有污染。
2.2.4 温室造价、使用维护和运行费用是建造温室首先要考虑的问题。无机复合材料日光温室造价较低，使用寿命较长，仅需很少维修费用。无机复合材料温室的造价仅为金属型材温室的33.8％，略高于竹木混用结构。若考虑到维修费用，无机复合材料温室单位造价和使用运行费用是相对最低的，因而最具有市场潜力和竞争力。另外，无机复合材料温室的使用寿命与金属结构相当，可达到20年以上。由此可以看出其优越的性价比和投入产出比[2]。

3结论
新型无机复合材料中加固技术与材料符合的应用，有效地提高了复合材料温室骨架的抗拉强度，满足了温室的大跨度无柱结构需求。运用无机复合材料建造的大跨度无支柱日光温室的土地利用率高、可操作性强、采光率高、生产率高，具有良好的综合生产性能新型无机复合材料日光温室不仅造价低，而且基本无需维护，使用寿命长，而且美观大方，具有广阔的应用推广前景。
参考文献：
[1]周长吉，王应宽.中国现代温室的主要型式及其性能[J].农业工程学报,2001,17(1)：16-21.
[2]解继红，王双喜，陈建军.大跨度无支柱无机复合材料日光温室的研究[J].农机推广与安全,2004，5（5）：18-19.
[3]张泽民，王双喜.大跨度无支柱日光节能温室性能的研究[J].内蒙古农业大学学报,2007,9（3）：11-14.

作者：李南南
单位：黑龙江省农业科学院园艺分院哈尔滨市哈平路666号邮编：150069
简介：（1983-）硕士研究生，主要从事研究园艺设施的建筑材料。联系方式：13845104230