第三节 沼气池建池材料

在修建沼气池时，建池材料选择和使用得是否恰当，直接关系到建池质量、使用寿命和建池费用等。了解各种建池材料的性能和用法，对修建高质量的沼气池至关重要。

一、材料种类及其特性

1．普通黏土砖

普通黏土砖是用黏土经过成型、干燥、焙烧而成。有红砖、青砖和灰砖之分；按生产方式又可分为机制砖和手工砖；按强度划分为MU5.0、MU7.5、MU10、MUl5, MU20五种级别。

修建沼气池要求用强度为MU7.5或MU10的砖。其标准尺寸为241mm×115mm×53mm，容重1700kg/m3，抗压强度7.35～9.8 MPa，抗弯强度1.76～2.25 MPa。尺寸应整齐，表面应平整，无过大翘曲，建池时，应避免使用火砖、酥砖等，以免影响建池质量。

2．水泥

水泥是一种水硬性的胶凝材料，当其与水混合后，其物理化学性质发生变化，由浆状或可塑状逐渐凝结，进而硬化为具有一定硬度和强度的整体。因此，要正确合理地使用水泥，必须掌握水泥的各种特性和硬化规律。目前我国生产的水泥品种达30多种，建池用水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。建造沼气池一般采用普通硅酸盐水泥配制混凝土、钢筋混凝土、砂浆等，用于地上、地下和水中结构。

3．石子

石子是配制混凝土的粗骨料，有碎石、卵石之分。

碎石是由天然岩石或卵石经破碎，筛分而得的粒径大于5mm的岩石颗粒，具有不规则的形状，以接近立方体者为好，颗粒有棱角，表面粗糙，与水泥胶结力强，但空隙率较大，所需填充空隙的水泥砂浆较多。碎石的容重为1400～1500kg/m3。建小型沼气池采用细石子，最大粒径不得超过20mm。碎石要洗干净，不得混入灰土和其他杂质。风化的碎石不宜使用。

卵石又叫砾石，是岩石经过自然风化所形成的散粒状材料。由于产地不同，有山卵石、河卵石与海卵石之分。按其颗粒大小分为：特细石子（5～10mm）、细石子（10～20mm）、中等石子（20～40mm）、粗石子（40～80mm）四级。建小型沼气池宜选用细石子。卵石的容重取决于岩石的种类，坚硬岩石的石子容重为1400～1600kg/m3，中等坚硬石子容重为1000～1400kg/m3，轻质岩石的石子容重低于1000kg/m3。修建沼气池的卵石要干净，含泥量不大于2%，不含柴草等有机物和塑料等杂物。

4．砂子

砂子是天然岩石经自然风化，逐渐崩裂形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒称为天然砂。按其来源不同，天然砂分为河砂、海砂、山砂等；按颗粒大小分为粗砂（平均粒径在0.5mm以上）、中砂（平均粒径为0.35～0.5mm）、细砂（平均粒径为0.25～0.35mm）和特细砂（平均粒径在0.25mm以下）四种。

砂子是砂浆中的骨料，混凝土中的细骨料。砂颗粒愈细，而填充砂粒间空隙和包裹砂粒表面以薄膜的水泥浆愈多，需用较多的水泥。配制混凝土的砂子，一般以采用中砂或粗砂比较适合。特细砂亦可使用，但水泥用量要增加10%左右。天然砂具有较好的天然连续级配，其容重一般为1500～1600kg/m3，空隙率一般为37%～41%。

建造沼气池宜选用中砂，因为中砂颗粒级配好。级配好就是有大有小，大小颗粒搭配得好，咬接得牢，空隙小，既节省水泥，强度又高。沼气池是地下构筑物，要求防水防渗，对砂子的质量要求质地坚硬、洁净，泥土含量不超过3%，云母允许含量在0.5%以下，不含柴草等有机物和塑料等杂物。

5．钢筋

一般50m3以下的农村户用沼气池可不配置钢筋，但在地基承载力差或土质松紧不匀的地方建池需要配置一定数量的钢筋，同时天窗口顶盖、水压间盖板也需要部分钢筋。常用的钢筋，按化学成分划分，有碳素钢和普通低合金钢两类。按强度可划分为I—V级，建池中常用I级钢筋。I级钢筋又称3号钢，直径为4～40mm。其受拉、受压强度约为240 MPa。混凝土中使用的钢筋应清除油污、铁锈并矫正后使用。钢筋的弯、折和末端的弯钩应按净空直径不小于钢筋直径2.5倍制作180°的圆弧弯曲。

6．水

拌制混凝土、砂浆以及养护用的水，要用干净、清洁的中性水，不能用酸性或碱性水。

二、混凝土

建造沼气池的混凝土是以水泥为胶凝材料，石子为粗骨料，砂子为细骨料，与水按适当比例配合、拌制成混合物，经一定的时间硬化而成的人造石材。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料，水泥与水形成水泥浆，包在骨料表面并填充其空隙。硬化前，水泥浆起润滑作用，使混合物具有一定的流动眭，便于施工，水泥砂浆硬化后，将骨料胶结成一个结实的整体。

混凝土具有较高的抗压能力，但抗拉能力很弱。因此，通常在混凝土构件的受拉断面设置钢筋，以承受拉力。凡没有加钢筋的混凝土称素混凝土，加有钢筋的混凝土称钢筋混凝土。混凝土除抗压强度高、耐久性良好的特点外，其耐磨、耐热、耐侵蚀的性能都比较好，加之新拌和的混凝土具有可塑性，能够随模板制成所需要的各种复杂的形状和断面。所以，农村沼气池和沼气工程大都采用混凝土现浇施工或砖混组合施工。

1．混凝土的组成与分类

（1）混凝土的组成 ①水泥。混凝土强度的产生主要是水泥硬化的结果。水泥标号由要求的混凝土标号来选择，一般应为混凝土标号的2～3倍，修建沼气池一般选用425号普通硅酸盐水泥。②骨料。石子的最大颗粒尺寸不得超过结构截面最小尺寸的1/4，有钢筋时最大粒径不得大于钢筋间最小净距离的3/4。对于厚度为10cm和小于10cm混凝土板、沼气池盖，可允许采用一部分最大粒径达1/2板厚的骨料，但数量不得超过25%。砂子用于填充石子之间的空隙，一般宜选用粗砂。粗砂总数面积小，拌制混凝土比用细砂节省水泥。混凝土砂石之间的空隙由水泥填充的，为了达到节约水泥和提高强度的目的，应尽量减少砂石之间的空隙，这就需要良好的砂石级配。在拌制混凝土时，砂石中应含有较多的粗砂，并以适当的中砂和细砂填充其中的空隙。优良的砂石级配不仅水泥用量少，而且可以提高混凝土的密实性和强度。③水。拌制混凝土、砂浆以及养护用水要用饮用的水，不能用含有有机酸和无机酸的地下水和其他废水，因为各种酸类对混凝土都有不同程度的腐蚀作用。④外加剂。混凝土的外加剂也称外掺剂或附加剂，它是指除组成混凝土的各种原材料之外，另加入的材料。目前，在混凝土中使用的外加剂有减水剂（如木质素磺酸钙，也称木钙粉，单独使用时适宜掺入量为水泥用量的0.25%左右）、早强剂（如氯化钙、氯化钠等，氯化钙掺入量一般为水泥重量的l%～2%，氯化钠的掺入量一般为水泥重量的2%～3%）、防水剂（如三氯化铁，其掺入量为水泥重量的1%）、密实剂（如三乙醇胺，掺入量为水泥重量的0.05%）等。

（2）混凝土的分类 混凝土的品种很多，它们的性能和用途也各不相同，因此，分类方法也很多，通常按质量密度分为特重混凝土（质量密度大于2500kg/m3，主要用于原子能工程的屏蔽结构）、重混凝土（密度为900～2500kg/m3，主要用于各种承重结构）、轻混凝土（密度小于1900kg/m3，主要用于承重和承重隔热结构）和特轻混凝土（密度在500kg/m3以下，主要用作保温隔热材料）等。

2．影响混凝土性能的主要因素

（1）强度 混凝土的强度主要包括抗压、抗拉、抗剪等强度。一般情况下，大都采用混凝土的抗压强度评定混凝土的质量。抗压强度是指试块在标准条件下，养护28天后，进行抗压试验，将试块压至破坏时所承受的压强。试件抗压强度可用下式计算：

其中，C为试件的抗压强度（Pa）; P为试件破坏时的最大负荷（N）; A为试件的受压面积（cm2）。

混凝土抗压强度以强度等级表示，常用的强度等级有：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等。基础、地坪常用C7.5、C10号混凝土，梁、板、柱和沼气池用C15号以上混凝土。混凝土标号与抗压强度对照见表2-1。

混凝土的抗压强度与水泥标号、水灰比、骨料强度及级配、砂石比率及硬化时的温度、湿度、龄期、捣固密实程度均有很大关系。

（2）和易性 是指混凝土混合物能保持混凝土成分的均匀、不发生离析现象，便于施工操作（拌和、浇灌、捣实）的性能。和易性包括流动性（坍落度）、黏聚性和保水性。和易性好的混凝土拌合物，易于搅拌均匀；浇灌时不发生离析、泌水现象；捣实时有一定的流动性，易于充满模板，也易于捣实，使混凝土内部质地均匀致密，强度和耐久性得到保证。

和易性是一个综合性指标，它主要包括流动性、黏聚性和保水性三个方面。水泥品种、水泥浆数量和水灰比、粗骨料的性能、砂率和温度以及时间等元素影响混凝土拌和物的和易性。此外，混凝土拌和物的和易性还与外加剂、搅拌时间等因素有关。在施工时通常以测定混凝土自流动性（坍落度）及直观观察来评定其黏聚性和保水性。

（3）水灰比 混凝土中用水量与用水泥量之比，称水灰比，用W/C表示。水灰比的大小，直接影响混凝土的和易性、强度和密实度。在水泥用量相同的情况下，混凝土的标号随水灰比的增大而降低。水灰比越大，混凝土标号越低，密实度也降低。因为水泥水化时所需的结合水一般只占水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土时为了获得必要的流动性，加水量一般占水泥重量的40%～70%。混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发出来形成气孔，影响混凝土的强度和密实度。因此，水灰比愈小，水泥与骨料黏结力愈大，混凝土强度愈高。但水灰比过小时，混凝土过于干硬，无法捣实成型，混凝土中将出现较多蜂窝、孔洞，强度也将降低，耐久性不好。因此，在满足施工和易性的条件下，降低水灰比，可以提高强度和密实度、抗渗性和不透气性。根据水泥、混凝土标号和骨料的不同，按经验常数，其水灰比可参考表2-2。

（4）水泥用量 水泥用量多少直接影响混凝土的强度及性能，水泥用量增多，混凝土标号提高。但水泥用量过多，干缩性也增大，混凝土构件易产生收缩裂缝；而水泥用量过少，则影响水泥浆与砂石的黏结，使砂石离析，混凝土不能浇捣密实，也会降低强度。

（5）砂率 砂的重量与砂石总重量之比称为砂率。在混凝土中砂子填充石子的空隙，水泥填充砂子的空隙。砂率过大时表明砂子过多，砂子的总表面积及空隙都会增大；砂率过小，又不能保证粗骨料有足够的砂浆层，会造成离析、流浆现象。因此，砂率有一个最佳值。适合的砂率，就是使水泥、砂子、石子互相填充密实。

3．混凝土的配合比

混凝土的配合比是指混凝土中各种组成材料的数量比例，用“水泥：石：砂：水”表示，以水泥为基数l。农村沼气池用钢模整体现浇混凝土工艺建池时，一般采用人工拌制和捣固的方法，在有振动设备的情况下，也采用机械振捣的方法；用砖混组合工艺建池时，一般采用人工拌制和捣固的方法，其混凝土设计标号为C15～ C20，建池时，应根据混凝土选材要求，参考下列配料表进行配料：①人工拌制和捣固的普通混凝土配合比见表2-3; ②机械振捣的普通混凝土配合比见表2-4和表2-5。

三、砂浆

砂浆是由水泥、砂子加水拌和而成的胶结材料，在砌筑工程中，用来把单个的砖块、石块或砌块组合成墙体，填充砌体空隙并把砌体胶结成一个整体，使之达到一定的强度和密实度。砌筑砂浆不仅可以把墙体上部的外力均匀地传布到下层，还可以阻止块体的滑动。

按砂浆组成材料不同，可分为水泥砂浆、混合砂浆和石灰砂浆；按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆；按性质分为气硬性砂浆和水硬性砂浆。

（1）砌筑砂浆 砌筑砂浆用于砖石砌体，其作用是将单个砖石胶结成为整体，石块间的间隙，使砌体能均匀传递载荷。

第一，材料的选择。①水泥选用标号高于砂浆标号4～5倍的普通水泥，每立方米砂浆的水泥用量最少为80kg; ②砂的最大粒径应小于砂浆厚度的1/5～1/4，砌筑体使用中砂为宜，粒径不得大于2.5mm; ③应选用洗净的砂子和洁净的水拌制砂浆。人工拌和水泥砂浆时，应先将水泥和砂子干拌3次，然后加水拌和3次，至颜色均匀为止。

第二，配合比。砌筑沼气池的砂浆一般采用水泥砂浆，其组成材料的配合比见表2-6。

（2）抹面砂浆 用于平整结构表面及其保护结构体，并有密封和防水防渗作用，其配合比一般采用1∶2、1∶2.5和1∶3，水灰比为0.5～0.55的水泥砂浆。沼气池抹面砂浆可掺用水玻璃、三氯化铁防水剂（3%）组成防水砂浆。用户沼气池抹面砂浆配合比见表2-7。

四、密封涂料

沼气池结构体建成后，要在水泥砂浆基础密封的前提下，用密封涂料进行表面涂刷，封闭毛细孔，确保沼气池不漏水、不漏气。对密封材料的要求是：密封性能好，耐腐蚀，耐磨损，黏结好，收缩量小，便于施工，成本低。常用的沼气池密封涂料种类有：

（1）水泥掺和型 该类密封涂料采用高分子耐腐蚀树脂材料作成膜物，以水泥作增强剂配成的混合密封涂料。用该密封涂料涂刷沼气池，使全池以“硬质薄膜”包被，填充了水泥疏松网孔，又利用水泥高强度性能，使薄膜得以保护。用该密封剂制浆涂刷后，具有光亮坚硬、薄膜包被、密封性能高、黏结性强、耐腐蚀、元隔离层、使用简单、节约投资等特点。

（2）直接涂刷型 该类密封涂料无需配比，可直接用于沼气池内表面涂刷，常用材料有硅酸钠，俗称水玻璃、泡花碱，具有较好的胶结能力，比重1.38～1.40，模数2.6～2.8。纯水泥浆、硅酸钠交替涂刷3～5遍即可。

（3）复合涂料 复合密封涂料具有防腐蚀、防漏、密封性能好的特点，能满足常温涂刷，24小时固化，冬夏和南北方都能保持合适的黏流态。在严格保证抹灰和涂刷质量的前提下，可减少层次，节约水泥用量。