CN1060930A

CN1060930A - 敷设电缆用回填土

Info

Publication number: CN1060930A
Application number: CN 90108313
Authority: CN
Inventors: 刘淞伯
Original assignee: Shanghai Electric Cable Inst Ministry Of Machine-Building And Electronics Indu
Current assignee: Shanghai Electric Cable Inst Ministry Of Machine-Building And Electronics Indu
Priority date: 1990-10-20
Filing date: 1990-10-20
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2005-10-20
Also published as: CN1025809C

Abstract

一种敷设电缆用回填土，由黄砂与碎石或卵石混合后再与低热阻系数物质混合配制而成。低热阻系数物质可选用水泥、钢渣粉、粉煤灰、水泥与钢渣粉的组合物、水泥与粉煤灰的组合物、钢渣粉与粉煤灰的组合物其中之一。本发明提出的回填土的热阻系数低于120℃-cm/W且保持稳定，材料来源广泛，价格低廉，回填后硬度低，便于电缆的维修与更换。

Description

本发明属低热阻介质材料，专用于填充电缆沟，以降低电缆周围介质的热阻，确保电缆有足够的传输容量。

直埋式电缆周围介质（土壤）的水份常受电缆运行温度的影响而减少，从而导致介质热阻增加，致使电缆传输容量下降，甚至导致电缆热击穿而损坏。为保证电缆有足够的传输容量，必须对电缆沟中介质的热阻加以控制，一般控制其介质的热阻系数在100～120℃，-cm/w左右，传统作法是在电缆沟内（即电缆周围）填入具有一定热阻系数的介质（称回填土），通用回填土采用仔细筛选后的砂石或用黄砂和水泥按14∶1比例混合而成。砂石干燥状态的热阻系数约为300～400℃-cm/w。适当品质的黄砂与水泥混合配制的回填土，在含水量为1%时，热阻系数为120℃-cm/w，显然，混合配制回填土的热阻系数比一般砂石的热阻系数低，可满足电缆使用要求，但这种回填土价格高，实际中，只在电缆负荷大，发热问题严重，或土壤特别干燥，处于热不稳定状态，或电压等级较高，由于介损所致电缆发热问题难以解决等情况下才选用混合回填土，对于大量使用，电压等级不太高的电缆均因回填土的成本问题，不能采用。另外，无论混合回填土，还是经仔细筛选后的砂石回填土，其热阻系数均会因水份迁移而增高。多年来研究的用氯化钙与硅酸钠混合的硅胶类，或化学石灰，或水泥混合物，或膨涌土等回填土均存在干燥时热阻系数增大，成本高，硬度大不利于电缆检修等缺点，不能推广使用。

研究表明，土壤的物理状态，诸如干燥、潮湿、疏松、密实程度对其热阻系数有着直接的影响。

土壤的热阻系数取决于单位体积中固态（土粒）s、液态（水份）l和气态（空隙）a各成份的比例及各成份本身热阻系数的大小。土壤的热阻系数P是空隙率G和饱和度h的函数，即：

P＝f（G.h）

G＝a+l

h＝ (l)/(h) ＝ (l)/(a+l)

式中：P-土壤的热阻系数

a-单位体积土壤中空气的占有体积

l-单位体积土壤中水份的占有体积

G-空隙率，即单位体积土壤中空隙（空气和水份）的占有体积

h-饱和度，即单位体积土壤中空隙内水份的占有体积

从上式可看出，当砂石选定后，即土粒的热阻系数确定后，土壤的热阻系数很大程度上决定于土壤中水份和空气的占有比例的大小。水分静态的热阻系数约为170℃-cm/w，空气的热阻系数约为3900℃-cm/w，欲减少土壤的热阻系数可采用维持土壤中水份含量，即防止水份迁移的办法，或用具有稳定低热阻系数的介质填充空隙的办法来解决，美国专利US4482271提出的石蜡与砂混合的新型回填土和德国专利DE2737873均采用维持土壤中水份含量的技术路线，这样虽解决了防止水份迁移，保持热阻系数稳定，便于电缆维修等问题，但仍因成本高，难以推广使用。

众所周知，黄砂的热阻系数受其产地、品质的影响很大，表1、表2为国产细黄砂、中黄砂与不同比例的水泥混合配制成回填土的热阻系数。

表1 细黄砂与水泥配制回填土的热阻系数

细黄砂与水泥比例

10:1

12:1

13:1

14:1

15:1

16:1

17:1

纯砂

热阻系数℃/cm/w

／

232

234

245

262

268

273

340

注：热阻系数系样品干燥状态时的测定结果

表2 中黄砂与水泥混合配制回填土的热阻系数

中黄砂与水泥比例

10:1

12:1

13:1

14:1

15:1

16:1

17:1

纯砂

热阻系数℃/cm/w

157

185

/

212

222

228

231

325

注热阻系数系样品干燥状态时的测定结果

由表1、表2可见，国产细黄砂、中黄砂与水泥混合配制的回填土的热阻系数大部分均在200℃-cm/w以上，达不到120℃～cm/w的通用要求，虽采用一定品质的粗黄砂与水泥配制能得到热阻系数约为120℃-cm/w的回填土，但符合要求的粗黄砂市上很少有售，可见结合国情开发原材料来源广泛、价廉的回填土显得更加迫切。

本发明的目的就在于克服现有回填土存在的问题，提出一种材料来源广泛、价廉、热阻系数稳定且低于120℃-cm/w的回填土。

由上分析，为完成所提出的发明任务，本发明采用了以下技术方案。

用具有稳定低热阻系数且价格低廉的介质（如碎石、卵石、粉煤灰、钢渣粉、水泥、水泥与粉煤灰的组合物、水泥与钢渣粉的组合物、粉煤灰与钢渣粉组合物等）填充黄砂中的空隙，以得到稳定低热阻系数的回填土。

以下结合研究实例对发明进行详细说明：

表3、表4、表5为水泥、粉煤灰、钢渣粉的化学成份。

表3 水泥的化学成份（%）

烧失量	SiO	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	So₃
							0.68	20.14	6.44	4.43	62.97	1.06	2.39

表4 粉煤灰的化学成份（%）

烧失量	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	So₃	K₂o	Ma₂o
									6.82	51.68	26.90	7.89	3.26	0.96	0.39	1.19	0.29

表5 钢渣灰的化学成份（%）

Sio₂	Al₂o₃	Fe₂o₃	CaO	fCaO	Mgo	P₂o₃	Mno	Feo
									10.2	2.24	7.45	52.15	10.50	2.02	4.24	2.55	17.36

从表3、表4、表5可看出水泥、粉煤灰和钢渣粉三种材料具有基本相同的化学成份，三者的热阻系数亦相当接近，而粉煤灰、钢渣粉是电厂、钢厂排放的工业废渣，随着工业的发展，废渣的排放量逐年上升，仅上海地区各钢厂每年排放钢渣约为150万吨以上，长期以来这些废渣大部分用于填河或堆占农田，，既污染了环境，又浪费了资源，如能将这些废料用于制作敷设电缆用回填土，其效益是显著的。

另外，鉴于碎石或卵石本身的热阻系数很低，为开拓国产细黄砂、中黄砂在回填土方面的应用，可设想在黄砂内加入碎石或卵石后再与低热阻系数的物质混合配制回填土，可以降低回填土的热阻系数。低热阻系数的物质可选用粉煤灰、钢渣粉、水泥、水泥与粉煤灰的组合物、水泥与钢渣粉的组合物、粉煤灰与钢渣粉的组合物其中之一。

用中黄砂与水泥、钢渣粉、粉煤灰按表6比例配制回填土并测定其热阻系数列于表6中。同时，将中黄砂与碎石或卵石混合后再以与表6相同配比与水泥、钢渣粉、粉煤灰混合配制回填土并测定其热阻系数列于表7中。从表6、表7对比中可看出，当中黄砂中掺入碎石或卵石后再与低热阻系数物质（如水泥、粉煤灰、钢渣粉或其组合物等）混合配制的回填土的热阻系数远低于无碎石或卵石的回填土的热阻系数。

注：碎石或卵石连续等级为5～10

表8、表9、表10为细黄砂与不同配比、不同连续等级的碎石或卵石混合后再与不同配比低热阻系数物质（如水泥、粉煤灰、钢渣）混合配制的回填土的热阻系数。

注：碎石或卵石连续等级为5～30

表11、表12、表13为中黄砂与不同配比、不同连续等级的碎石或卵石混合后再与不同配比的低热阻系数物质（如水泥、粉煤灰、钢渣粉）混合配制的回填土的热阻系数。

注：碎石或卵石连续等级为5～15

表14、表15为粗黄砂与不同配比不、同连续等级的碎石或卵石混合后再与不同配比低热阻系数物质（如水泥、粉煤灰、钢渣粉或其组合物）混合配制的回填土的热阻系数。

注：碎石或卵石连续等级为5～15

注：碎石或卵石连续等级为5～40

表6～表15所列回填土的热阻系数均为水份含量为1%时测得结果。试验时所用黄砂、碎石或卵石为一般市售建筑材料，砂的含灰量在5%之内。钢渣粉为炼钢厂排放废钢渣经研磨后所得细粉，其细度为经过0.080mm方孔筛后余量不大于8%。粉煤灰为电厂排放废煤灰。细煤灰无需再处理，粗煤灰经研磨后使用，控制其细度为经过0.08mm方孔筛后余量不大于8%。

由上述各表数据对比可看出：

1、无论细黄砂、中黄砂还是粗黄砂与碎石与卵石混合后再与低热阻系数物质混合配制的回填土的热阻系数均低于120℃-cm/w。

2、低热阻系数物质可选用水泥、钢渣粉、粉煤灰、水泥与钢渣粉的组合物、水泥与粉煤灰的组合物、粉煤灰与钢渣粉的组合物其中之一。

3、回填土配比中低热阻系数物质的体积比为1～5，黄砂与碎石或卵石的体积比为（3～14）∶（15～1），其体积比之和为18～15。

4、钢渣粉、粉煤灰的细度为通过0.08mm方孔筛的余量不大于8%。

5、碎石或卵石的连续等级为5～10或5～15或5～20或5～30或5～40。

6、黄砂与碎石或卵石相配时，其体积比随黄砂颗粒增大而增加，与之相配的碎石或卵石的体积比随之减少。

7、当黄砂与碎石或卵石体积比相同时，回填土的热阻系数随碎石或卵石的连续等级增大而降低。

另外将按上述方法配制的回填土在100℃下烘3～4天，使其所含水份全部蒸发后再测热阻系数，所得数值只比含水量为1%时的测量结果大10～15℃-cm/w，表明用上述方法配制的回填土的热阻系数稳定，即使在绝干的情况下仍有较低的热阻系数，可满足使用要求，而采用钢渣粉时的成本只有采用水泥时成本的三分之一，采用粉煤灰时成本更低。

本发明提出的回填土具有如下优点：

1、热阻系数低且稳定，在绝干情况下亦能满足使用要求。

2、材料来源广泛，价格低廉，便于推广使用。

3、回填后硬度低，便于电缆的维修及更换。

Claims

1、一种敷设电缆用回填土由黄砂、水泥组成，本发明的特征在于回填土由黄砂与碎石或卵石混合后再与低热阻系数物质混合配制而成。

2、根据权利要求1所述一种敷设用回填土，其特征在于配制回填土的低热阻系数物质可选用水泥、粉煤灰、钢渣粉、水泥与粉煤灰的组合物，水泥与钢渣粉的组合物，粉煤灰与钢渣粉的组合物其中之一。

3、根据权利要求1所述一种敷设用回填土，其特征在于回填土配比中低热阻系数物质的体积比为1～5，黄砂与碎石或卵石的体积比为（3～14）∶（15～1），其体积比之和为18～15。

4、根据权利要求1和2所述一种敷设用回填土，其特征在于钢渣粉、粉煤灰的细度为通过0.08mm方孔筛的余量不大于8%。

5、根据权利要求1所述一种敷设用回填土，其特征在于碎石或卵石的连续等级为5～10或5～15或5～20或5～30或5～40。