日光温室墙体用相变固化土性能测试及固化机理

鲍恩财，邹志荣，张 勇（西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室，杨凌 712100）

日光温室墙体用相变固化土性能测试及固化机理

鲍恩财，邹志荣，张 勇※
（西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室，杨凌 712100）

中国西北非耕地地区面积辽阔，日光温室的应用可以增加耕地面积，对于保障国家粮食安全、缓解经济作物与粮食作物争地矛盾具有重大的战略意义。该文提出一种在西北非耕地地区建造日光温室用的相变固化剂，研究其添加进土壤后相变固化土的力学及热性能，并结合微观结构揭示其固化机理。研究设计2种相变固化剂掺量（5%和10%），分析不同掺量处理风沙土和戈壁土后的力学性能、热性能以及固化机理。抗压强度试验结果表明，5%和10%相变固化剂掺量的风沙土和戈壁土的抗压强度均有较大幅度的提高，10%相变固化剂掺量的风沙土试块平均抗压强度为3.208 MPa，约为5%掺量试块强度的2倍（P＜0.01）。10%相变固化剂掺量的戈壁土试块平均抗压强度为3.671 MPa，约为5%掺量试块强度的1.5倍（P＜0.01）。差示扫描量热法测试结果表明，考虑墙体温度＞0 ℃的实际状况，5%相变固化剂掺量风沙土吸热量和放热量分别为28.16和29.89 J/g，5%相变固化剂掺量戈壁土吸热量和放热量分别为13.55和12.69 J/g。10%相变固化剂掺量的风沙土与戈壁土吸、放热量均与5%掺量同一类型土壤的吸、放热量相差甚微。扫描电子显微镜观察结果从微观方面解释了相变固化土强度提高和高效蓄放热的机理。该文从试验角度证明5%掺量相变固化剂的风沙土或戈壁土具有作为日光温室墙体的建筑结构和储能主体材料的潜力，在西北非耕地地区将会有较好的应用前景。

相变材料；土壤；温室；固化剂；抗压强度；DSC；固化机理

0 引 言

中国耕地数量持续下降，1996—2010年14 a间共减少6.82%，累计减少0.09×109hm²[1]。根据国土资源部的数据，中国85%以上的土地资源为非耕地资源，且主要集中在光热资源丰富（全年日照时数在2 800～3 300 h）的西北地区[2]。利用西北非耕地发展日光温室园艺产业（如蔬菜、果树及食用菌），减少对大量优质农田的占用[2]，对于缓解经济作物与粮食作物争地矛盾、保障国家粮食安全具有重大的战略意义。

传统日光温室的墙体为生土夯实或砖砌，在生产实践中存在巨大的能量不平衡，白天室内由于内部温度过高而不得不进行通风换气，而夜晚又由于温室蓄热不足出现低温冷害，限制了日光温室的高效应用。西北非耕地地区最常见的是风沙土（sand soil，SS）和戈壁土（Gobi soil，GS）。风沙土颗粒细小、均匀，粒间无凝聚力，是沙漠地区最廉价和丰富的建筑材料[3]，但常因强度低、结构松散、易蚀、整体稳定性差等影响工程应用。戈壁土具有较大的内聚力，压缩性低、变形稳定快、抗剪和承载能力高[4]。采用固化剂固化这些土壤进行日光温室墙体建设对西北非耕地地区发展园艺产业具有重要意义。

土壤固化剂（soil curing agent，SCA）已在农业工程中广泛应用[5]。李驰等[6]通过PX固化剂对库布其沙漠风沙土进行加固；冀璐[7]研究了由水泥熟料为核心原料磨细而成的一种粉末状固化剂MBER，并应用于干旱半干旱地区雨水集蓄设施；张丽萍等[8-10]从水土保持的角度研究了SSA土壤固化剂和EN-1土壤固化剂对黄土、砒砂岩的固化效果及其对雨水渗透性的影响；尹勇等[11-12]将固化土应用于沼气池底座，发现建造的沼气池强度符合国家验收标准，且建池成本降低；邵玉芳等[13]将一种成分可调的水泥系土壤固化剂应用于湖泊淤泥的疏浚固化试验，发现疏浚淤泥固化后可满足路基填筑的强度要求。国外学者主要研究固化剂的配方、工程应用及固化机理，如Marto等[14]研发了一种SS299固化剂，与红壤土固化后测试发现SS299土壤固化剂能显著提高红壤土的无侧限抗压强度和抗剪强度；Kim等[15]利用工业矿渣等废弃物制备固化剂并试验了固化剂的固化效果；Sato等[16]报道了在寒冷地区提高土壤固化剂工程应用效率的方法；为探明固化反应过程，Latifi等[17]用MgCl2作为固化剂与膨胀土和高岭土固化后，发现能够使抗压强度提高2倍，固化过程发生了一系列的理化反应，膨胀土和高岭土的孔隙由新产生的水合硅酸镁（M-S-H)和铝酸镁水合物（M-A-H)这2种结晶化合物填充。

相变材料（phase change materials，PCMs）在温室工程上应用广泛。陈超等[18-22]从相变蓄热材料制作方法、不同形式墙体结构等角度研究了相变蓄热材料应用于日光温室的效果；王宏丽等[23-25]研究了不同原料制备的相变材料，并采用砌块和板材的形式制成日光温室的墙体，探明其应用效果及蓄热机理；郭靖等[26-28]设计了多种应用于日光温室的太阳能相变蓄热系统，将相变材料制备成空心砌块，研究了内渗型及外挂型2种不同封装方式的相变材料的蓄热效果；王宇欣等[29-30]研究了温室蓄热微胶囊相变材料的制备筛选及其性能特征；Benli等[31]利用相变材料制作的太阳能集热器代替化石燃料对温室供暖，并试验分析了潜热储能系统的性能；Berroug等[32]将相变材料应用于温室内，发现冬季夜间室内植物本身和空气的温度周期性波动较小，夜间室内平均相对湿度较对照温室低10%～15%；Kumari等[33]利用相变材料制成墙板并安装于温室的北墙处，研究相变材料墙板对植物及室内空气温度的影响。

综上，土壤固化剂和相变材料在农业工程方面已取得较好的应用效果，但均为单一应用。本文添加相变材料到土壤固化剂内，配制了一种相变固化剂（phase change materials additive for soil curing agent，PCC），选择具有典型代表性的风沙土和戈壁土为供试材料，将相变固化剂添加进土壤中制成相变固化土（phase change cured soil），研究不同相变固化剂掺量下土壤的抗压强度及热性能，并通过固化前后土体微观结构变化揭示其固化机理，以期为相变固化土在西北非耕地地区的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 相变固化剂配制

本试验采用的相变固化剂由相变母料、普通硅酸盐水泥32.5（PO32.5）和粉末状熟石灰（Ca(OH)2）按照质量比3:25:5干燥状态下混合均匀。其中，相变母料为干燥粉末，由质量比为20:70:8:1:1的Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O、CaCl2·6H2O、Na2B4O7·10H2O和CMC混合制备。相变固化剂常温干燥保存待用。

1.1.2 相变固化土试块的制备

试验用风沙土取自内蒙古自治区乌海地区（39°39′N，106°47′E），戈壁土取自新疆维吾尔自治区喀什地区（39°47′N，75°99′E），取土深度均在地表下1～3 m。供试相变固化土试块均按照土壤的最佳含水率状态[6]来制备，参考文献[34]的环刀法在实验室内进行测量，风沙土的最佳含水率为12%，干密度为1.92 g/cm3；戈壁土的最佳含水率为15%，干密度为2.12 g/cm3。

参照美国材料实验协会[35]（American Society of Testing Materials，ASTM）有关水泥土试验规程及中国试验规程[34,36]，将相变固化土试块制备成边长为70.7 mm的正方体。取风沙土和戈壁土各2份，其中1份按添加质量分数5%的相变固化剂掺和搅拌均匀，另1份按添加质量分数10%的相变固化剂掺和搅拌均匀。然后将拌匀的混合物与水按照5∶2的质量比搅拌均匀，拌合时间不少于10 min。装入带底试模中，采用人工振捣的方式分3层振捣，钢制捣棒直径为10 mm、长为350 mm、端部磨圆，均匀地由边缘向中心按螺旋方式插捣25次。5%相变固化剂掺量风沙土试块（5%PCC+SS）、10%相变固化剂掺量风沙土试块（10%PCC+SS）、5%相变固化剂掺量戈壁土试块（5%PCC+GS）、10%相变固化剂掺量戈壁土试块（10%PCC+GS）压实度分别为88.2%、89.3%、90.5%及91.4%，容重分别1.68、1.66、1.83和1.72 g/cm3。所有试块制作后在室温为（20 ± 5）℃的环境下静置（24 ± 2）h，然后对试块进行编号、拆模。试块拆模后立即在标准养护条件下（（20 ± 2）℃、相对湿度95%以上）养护28 d，试块彼此间隔不小于10 mm。成型后即制成相变固化土试块，每个试块制作3个，即3个重复，相变固化土试块见图1。5%相变固化剂掺量风沙土试块、5%相变固化剂掺量戈壁土试块、10%相变固化剂掺量风沙土试块、10%相变固化剂掺量戈壁土试块实测含水率分别为11.5%、12.8%、12.2%及14.9%。

图1 相变固化土试块Fig.1 Test sample of phase change cured soil

1.2 试验方法

1.2.1 抗压强度测试

固化体的抗压强度与固化体的物理力学性质密切相关，是其力学性能指标的集中反映。本试验使用DNS100型电子万能试验机（长春机械科学院有限公司，最大试验力100 kN，力测量精度在负荷传感器容量的0.4%～100%范围内，精度为示值的±0.5%）对各养护后的相变固化土试块进行无侧限抗压强度测试，试验在室温条件下开展，施压速度为0.5 kN/s。

1.2.2 差示扫描量热曲线测试

相变固化土运用于主动蓄热日光温室时会凝结大量的冷凝水。研究表明[37]，主动蓄热风道的换热量为20 715.89 kJ/h时可凝结3 714.69 g冷凝水。因此，相变固化土的换热壁面处于湿润状态。本试验从制备好的相变固化土试块的正中部切割部分新鲜样品，称取质量3～5 mg，进行差示扫描量热曲线测试（differential scanning calorimetry，DSC）。将小试块放入小铝盒内，盖合压实后放入仪器内，利用DSC Q2000差示扫描量热仪（美国TA公司，温度范围为-180～725 ℃，量热精度±0.05 ℃，升降温速率 0.01～200 /min℃）对样品进行相变温度和潜热值测定。测试条件：升降温速率为5 /min℃，结合相变固化土在日光温室内的实践使用场景，温度测试范围为-20～50 ℃，液氮制冷。

1.2.3 电镜测试

采用微型电动切割机将风干相变固化土试块切成类圆柱体样品（直径约39 mm、高20 mm），取其较为平整的断面，用吸耳球把表面的扰动颗粒除去，得到具有原状结构的较完整的扫描电镜断面。利用导电胶固定样品后进行喷金，完成后放入仪器内，采用S-3 400N扫描电镜（日本Hitachi公司生产，高真空模式下30 kV加速电压时有3 nm的二次电子（secondary electron，SE）成像分辨率；放大倍率达到5～3×105倍）对不同掺量的相变固化土进行测试，在高真空模式下采用5 kV加速电压，放大倍率为100、500、1 000、3 000及6 000倍。

2 结果与分析

2.1 相变固化土抗压强度分析

容重1.36 g/cm³时，风沙土的自然抗压强度约为0.045 MPa[38]。加入相变固化剂后，由表1可以看出，5%相变固化剂掺量的试块平均抗压强度为1.667 MPa，超过国际上对固沙强度1 MPa的要求[39]，10%相变固化剂掺量的试块平均抗压强度为3.208 MPa，约是5%相变固化剂掺量强度的2倍（P＜0.01）。容重1.92～2.23 g/cm3时，戈壁土的自然抗压强度约为1～1.5 MPa[40]，5%相变固化剂掺量的戈壁土试块平均抗压强度为2.454 MPa，10%相变固化剂掺量的戈壁土试块平均抗压强度为3.671 MPa，约是5%相变固化剂掺量强度的1.5倍（P＜0.01）。

表1 相变固化剂掺量不同的固化土的抗压强度Table 1 Compressive strength of soil under different additive amount of PCC MPa

表1还表明，10%相变固化剂加量的风沙土和戈壁土之间没有显著差异（P＞0.05），而5%相变添加量的风沙土和戈壁土间存在着显著差异（P＜0.05）。该结果表明无论是风沙土还是戈壁土，当添加10%固化剂后，其抗压强度极显著高于5%固化剂添加量的抗压强度。因此，掺入相变固化剂后，风沙土和戈壁土的抗压强度均明显提高，且相变固化剂的掺量越多，其抗压强度越高。风沙土的抗压强度随着相变固化剂的掺入量增加后其强度较戈壁土增加更明显，这可能是因为风沙土的孔隙率较高，相变固化剂的渗透性好。

2.2 相变固化土DSC曲线分析

采用Advantage v5.5.3软件绘制样品DSC曲线如图2所示，当热流密度为负值时为吸热过程，反之为放热过程。由图可知，所有样品均有2次吸热和放热过程。

图2 相变固化土DSC测试曲线Fig.2 DSC curves of phase change cured soil

图2a是5%相变固化剂掺量风沙土的DSC测试曲线。第1次吸热从-16.69 ℃开始，到1.35 ℃结束，最大吸热温度-3.96 ℃，吸热量7.65 J/g；第2次吸热从6.54 ℃开始，到42.68 ℃结束，最大吸热温度33.59 ℃，吸热量28.16 J/g。第1次放热从17.12 ℃开始，到1.59 ℃结束，最大放热温度16.42 ℃，放热量为29.89 J/g；第2次放热从-10.03 ℃开始，到-18.93 ℃结束，最大放热温度-9.69 ℃，放热量为8.73 J/g。

图2b是10%相变固化剂掺量风沙土的DSC测试曲线。第1次吸热从-7.90 ℃开始，到2.94 ℃结束，最大吸热温度-3.44 ℃，吸热量8.91 J/g；第2次吸热从16.39 ℃开始，到43.16 ℃结束，最大吸热温度33.91 ℃，吸热量28.56 J/g。第1次放热从17.04 ℃开始，到0.88 ℃结束，最大放热温度17.78 ℃，放热量为31.07 J/g；第2次放热从-10.68 ℃开始，到-19.11 ℃结束，最大放热温度-9.93 ℃，放热量为11.96 J/g。

图2c是5%相变固化剂掺量戈壁土的DSC测试曲线。第1次吸热从-14.92 ℃开始，到-0.06 ℃结束，最大吸热温度-5.98 ℃，吸热量4.54 J/g；第2次吸热从13.20 ℃开始，到37.79 ℃结束，最大吸热温度31.04 ℃，吸热量13.55 J/g。第1次放热从15.50 ℃开始，到0.05 ℃结束，最大放热温度13.73 ℃，放热量为12.69 J/g；第2次放热从-11.86 ℃开始，到-19.05 ℃结束，最大放热温度-11.86 ℃，放热量为5.56 J/g。

图2d是10%相变固化剂掺量戈壁土的DSC测试曲线。第1次吸热从-19.05 ℃开始，到-3.07 ℃结束，最大吸热温度-8.44 ℃，吸热量5.04 J/g；第2次吸热从15.01 ℃开始，到37.56 ℃结束，最大吸热温度29.30 ℃，吸热量14.20 J/g。第1次放热从14.68 ℃开始，到-2.54 ℃结束，最大放热温度11.68 ℃，放热量为13.10 J/g；第2次放热从-13.63 ℃开始，到-19.23 ℃结束，最大放热温度-14.07 ℃，放热量为3.41 J/g。

结合相变固化土抗压强度分析可知，相对5%的相变固化剂掺量，10%相变固化剂掺量的风沙土和戈壁土均表现为获得了更高的强度，而热容量的总量和变化趋势基本一致。4种相变固化土的吸、放热温度范围基本一致，排除生产实践中日光温室墙体不会出现低于0 ℃以下低温的情况，5%相变固化剂掺量风沙土、10%相变固化剂掺量风沙土、5%相变固化剂掺量戈壁土、10%相变固化剂掺量戈壁土吸热范围分别为6.54～42.68 ℃、16.39～43.16 ℃、13.20～37.79 ℃和15.01～37.56 ℃，放热范围分别为1.59～17.12 ℃、0.88～17.04 ℃、0.05～15.50 ℃和-2.54～14.68 ℃。可知4种试样共同的吸热温度范围为16.39～37.56 ℃、放热温度范围为1.59～14.68℃，同等5%和10%的相变固化剂掺量下，风沙土的吸、放热量均较戈壁土的大。

图3 相变固化土微观结构图Fig.3 Microstructure of phase change cured soil

2.3 相变固化土固化机理分析

图3是由扫描电镜得到的固化土的微观结构图，并详细显示了土粒之间的连接情况。由图3a和图3b可以看出，5%和10%的相变固化剂的加入使风沙土颗粒间由原来的松散弱连接改变为由相变固化材料形成的薄膜片状胶结连接，形成了由风沙土颗粒和相变固化凝结物形成的整体结构。松散的风沙土颗粒通过相变固化剂胶结而连结成一个整体，提高了风沙土的强度，增强了风沙土的整体稳定性。

由图3c和图3d可以看出，5%和10%的相变固化剂的加入增强了戈壁土颗粒间的粘结，由于戈壁土颗粒较小，相变固化剂形成的凝结物呈现为更加致密完整的片状，较少出现由于颗粒间距离过大而在风沙土颗粒间形成的薄膜状连接，微观表现出较风沙土针状胶结更加牢固的片状和块状连接，连接面呈较致密的平面，从微观的角度显示固化后的戈壁土较固化后的风沙土有更高的强度。从图3d的1 000及3 000倍的图像下微观缝隙处看出缝隙之间有针状连接，该针状连接为Na2SO4·10H2O的结晶，该结晶体互相交错, 在土壤中形成稳定网状结构，使固化土体结构更加稳固；另外由于相变固化剂中的主要成分是普通硅酸盐水泥32.5（PO32.5），其主要成分为普通硅酸二钙（2CaO·SiO2）、硅酸三钙（3CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3），因此除Na2SO4·10H2O结晶体外还生成了对应的水化物，这也是水泥的固化机理。该膨胀物有效地填充了网状结构之间的孔隙，进一步改善了土壤中的孔隙结构，提高土壤强度。该微观结构反映的结果与抗压强度试验表现在宏观强度上的结果一致。

3 讨 论

掺入相变固化剂后，戈壁土试块的抗压强度高于风沙土，这是由于戈壁土内含有黏土，且含有的水分较风沙土多，因长期土体自重的压力在砾石、填充砂之间形成了胶状，使砾石、填充砂、黏土混合形成整体，内聚力较大。这也解释了风沙土的抗压强度随着相变固化剂的掺入量增加后其强度较戈壁土增加更明显，这是因为风沙土的孔隙率较高，相变固化剂的渗透性较好。

相变固化剂的母料配方中进行了防过冷的组分（Na2B4O7·10H2O）设计，因此在日光温室生产实践温度范围内过冷对相变的影响较小。一般设施作物的适宜生长温度为15～23 ℃、耐受温度为5～40 ℃[41]，结合前文分析可知4种试样的吸热温度范围16.39～37.56 ℃，吸热在设施作物耐受高限（40 ℃）以下，放热温度范围1.59～14.68 ℃，在设施作物耐受低限（5 ℃）以下仍能释放热量，故符合温室生产需要。同一土壤类型的5%与10%相变固化剂掺量的吸、放热量差距甚微，这是因为相变固化剂中相变母料的成分较少，也说明在满足相变固化土承重要求的前提下，5%掺量较10%掺量更具有经济性。但同一掺量下风沙土高于戈壁土的吸、放热量，这可能是因为2种土壤类型及其成分不同导致与本试验相变固化剂发生了某种反应而产生的现象，该部分原因在后续机理研究及实践应用研究中待加强分析。

由扫描电镜观测可知，固化土无论是薄膜片状或针状连接，均与相变固化剂的成分有关，但本试验没有进一步详细分析这些连接物质的成分，今后在研究中将着重研究这些物质的成分及固化反应过程，从而进一步揭示相变固化剂固化土壤的原理。

4 结 论

本试验条件下，5%和10%相变固化剂掺量下风沙土和戈壁土试块的平均抗压强度均超过1.5 MPa，该强度达到了日光温室墙体内填土对墙体围护材料不产生侧压的设计要求。10%相变固化剂掺量的风沙土试块平均抗压强度为3.208 MPa，约是5%掺量试块强度的2倍（P＜0.01）。10%相变固化剂掺量的戈壁土试块平均抗压强度为3.671 MPa，约是5%掺量试块强度的1.5倍（P＜0.01）。因此，掺入相变固化剂后，风沙土和戈壁土的抗压强度均明显提高，且相变固化剂的掺量越多，其抗压强度越高。

DSC测试表明，考虑墙体温度＞0 ℃的实际情况，5%相变固化剂掺量风沙土吸热量为28.16 J/g、放热量为29.89 J/g。10%相变固化剂掺量风沙土吸热量为28.56 J/g、放热量为31.07 J/g。5%相变固化剂掺量戈壁土吸热量为13.55 J/g、放热量为12.69 J/g。10%相变固化剂掺量戈壁土吸热量为14.20 J/g、放热量为13.10 J/g。同一土壤类型的5%与10%相变固化剂掺量的吸、放热量差距甚微。

由扫描电镜观测到5%相变固化剂掺量和10%相变固化剂掺量的风沙土、戈壁土的微观结构变化，相变固化剂的加入使原有颗粒间弱联结变成薄膜片状或针状胶结联结，在微观结构方面可以明显看到相变材料的结晶性状，从微观方面解释了相变固化土的储能机理和相变固化土较未固化前强度提高的内在因素。

因此，5%相变固化剂掺量的风沙土或戈壁土均可满足日光温室墙体的建造的承压及储能需要，在西北非耕地地区将会有较好的应用前景。同等相变固化剂掺量的风沙土较戈壁土的蓄热性能好，在西北多沙地区更具推广实用价值。

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Performance test and curing mechanism of phase change cured soil for solar greenhouse walls

Bao Encai, Zou Zhirong, Zhang Yong※
(College of Horticulture, Northwest A&F University, the Agriculture Ministry Key Laboratory of Protected Horticultural Engineering in Northwest, Yangling 712100, China)

Building solar greenhouse in these non-cultivated lands cannot only make full use of the land resources in the northwest of China, but also has great significance in ensuring national food security. However, traditional solar greenhouses with soil or brick walls often suffer from a huge energy imbalance. In In this study, we designed a phase change materials additive as a soil curing agent (PCC) and used it in sand soil (SS) and Gobi soil (GS) widely distributed in the northwest of China. The new phase change cured soil greenhouse wall materials were designed and their mechanical and thermal properties were evaluated and the curing mechanism was also studied. The main composition of phase change curing agent included phase change material, silicate cement (PO32.5) and powdered Ca(OH)2at a ratio of 3: 25: 5. The raw phase material was Na2SO4·10H2O : Na2HPO4·12H2O : CaCl2·6H2O : Na2B4O7·10H2O : CMC = 20 : 70 : 8 : 1: 1. All the materials were stored at room temperature before use. The sand soil had the optimal water content of 12% and the dry density of 1.92 g/cm³ of density. The sample Gobi soil had the water content and dry density of 15% and 2.12 g/cm³, respectively. The phase changed cured soil with 5% PCC in SS, 10% PCC in SS, 5% PCC in GS and 10% PCC in GS was prepared with 3 replicates for each treatment. The compressive strength was tested at room temperature. The thermal property was studied by differential scanning calorimetry method. The structure of soil was measured by an electron microscope. The results showed that the average compressive strength of 5% PCC + SS was 1.667 MPa, higher than the international standard for curing sand (1 MPa) and the non-additive SS (0.045 MPa). The average compressive strength of 10% PCC + SS was 3.208 MPa, which almost doubled that of 5% PCC + SS. The compressive strength for 5% PCC+ GS and 10% PCC+ GS was 2.454 and 3.671 MPa, respectively, which were both higher than the average compressive strength of GS (1-1.5 MPa). Both endothermic and exothermic processes appeared in the greenhouse. For the 5% PCC + SS, the endothermic process was from 6.54 ℃ to 42.68 ℃. The maximum

endothermic temperature was 33.59 ℃, with the heat absorption of 28.16 J/g. The exothermic process started at 17.12 ℃ and ended at 1.59 ℃. The maximum exothermic temperature was 16.42 ℃ and the over all exothermic volume was 29.89 J/g. In contrast, the heat flow change of the 10% PCC + SS was relatively small. For 5% PCC + GS, an overall similar endothermic and exothermic process was also observed. The endothermic process started at 13.20 ℃ and endedat 37.79 ℃. The maximum

endothermic temperature was 31.04 ℃, and the heat absorption was 13.55 J/g. The exothermic started at 15.50 ℃ and ended at

0.05 ℃. The maximum exothermic temperature was 13.73 ℃ and the heat absorption was 12.69 J/g. The heat flow c hange of the 10% PCC + GS was also very small. These results indicated that 5% PCC and 10% PCC both met the requirement of the greenhouse energy storage. Adding of PCC enhanced the poor connection of original particleS into cementation connection, thereby reducing the holes, enhancing mechanical strength and heat storage. This paper provided valuable suggestions for the utility of SS and GS as fundamental structural materials of solar greenhouses, especially in the wild northwest regions.

phase change materials; soils; greenhouse; SCA; compressive strength; DSC; curing mechanism

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.027

S625.1

A

1002-6819(2017)-16-0203-08

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10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.027 http://www.tcsae.org

Bao Encai, Zou Zhirong, Zhang Yong. Performance test and curing mechanism of phase change cured soil for solar greenhouse walls[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 203-210. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.027 http://www.tcsae.org

2017-03-07

2017-08-10

国家“863”计划项目（2013AA102407）；中国博士后基金项目特别资助 (2015T81053 )；博士后科学基金(2014M562458)；主动采光蓄热温室、超大跨度塑料大棚结构优化与智能化环境调控装备研制（2016BZ0901）；设施农业采光蓄热技术提升研究与示范（2016KTCL02-02）

鲍恩财，男，安徽合肥人，博士生，主要从事设施园艺工程方面的研究。杨凌 西北农林科技大学园艺学院，712100。

Email：baoencai1990@163.com

※通信作者：张 勇，男，陕西榆林人，副教授，博士，主要从事温室建筑结构及光热环境和建筑园艺研究。杨凌 西北农林科技大学园艺学院，712100。Email：Landscape@nwsuaf.edu.cn。中国农业工程学会高级会员：张 勇（E041200715S）