CN106278018A - 用于地源热泵地下埋管回填的复合材料及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于地源热泵地下埋管回填的复合材料及其施工方法，该复合材料是由以下重量份的组分制成的：水泥40～50份，粉煤灰20～30份，70～100目河沙120～150份，40～70目石英砂80～100份，消泡剂0.05～0.1份，膨润土1～2份。本发明的复合材料是由水泥、粉煤灰、70～100目河沙、40～70目石英砂、消泡剂和膨润土复配而成，与水拌合后具有很好的流动性，导热系数高，抗压力渗水能力强，1天、7天和28天的抗折和抗压强度大，并且，无泌水情况发生。

Description

用于地源热泵地下埋管回填的复合材料及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料。属于新能源技术领域。
背景技术
地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。
地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地源热泵系统由于其节能和环保的特点越来越受到人们的关注。
地热换热器实现了地热资源的初步提取，是地源热泵中最关键的部位。地热换热器是以导热好、抗腐蚀，强度高且可挠曲的材料制成地耦管埋入地下，形成闭式环路。管内的导热流体(水或防冻剂)与土壤不接触，热量的排放和抽取是通过埋在土壤里管路系统内的流体热交换循环来完成的。
回填是地埋管换热器施工过程中的重要的环节，即在钻孔完毕、下完U型管后，向钻孔中注入回填材料。它介于地埋管换热器的埋管与钻孔壁之间，用来增强埋管和周围岩土的换热；同时防止地面水通过钻孔向地下渗透，以保护地下水不受地表污染物的污染，并防止各个蓄水层之间的交叉污染。回填材料的选择对于保证地埋管换热器的性能有重要的意义。采用导热性能不良的回填材料将显著增大钻孔内的热阻，在同样的条件下导致所需的钻孔总长度增加，同时也意味着系统初投资以及运行费用的增加。
回填材料是将地层中的热量传递给U型管以及管中的循环介质，或者将U型管和循环介质中的热量传递给地层的重要环节。它是一个热传递介质，首先要求其具有良好的导热性能；其次，回填材料还要具有良好的工作性，以及一定的强度、抗渗性和膨胀性等。其中的工作性是反映回填材料施工难易程度的性能，是指其保持组分均匀，易于运输、浇筑、捣实、成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的性能，包括流动性和保水性等。流动性是指复合材料拌水后在自重或外力作用下，能产生流动并均匀、密实的充满模型的能力。保水性是指复合材料拌水后具有一定的涵养内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重泌水的性能。这两方面反映了复合材料拌水的施工难度。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料。
本发明还提供了该复合材料的施工方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下重量份的组分制成的：水泥40～50份，粉煤灰20～30份，70～100目河沙120～150份，40～70目石英砂80～100份，消泡剂0.05～0.1份，膨润土1～2份。
优选的，是由以下重量份的组分制成的：水泥42～48份，粉煤灰22～28份，70～100目河沙125～140份，40～70目石英砂85～95份，消泡剂0.05～0.1份，膨润土1～2份。
进一步优选的，是由以下重量份的组分制成的：水泥45份，粉煤灰25份，70～100目河沙130份，40～70目石英砂90份，消泡剂0.08份，膨润土2份。
优选的，水泥为32.5级或42.5级硅酸盐水泥。
优选的，消泡剂为磷酸三丁酯或有机硅化合物。
优选的，膨润土为钠质膨润土。
上述复合材料的施工方法，在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30～40％。
上述复合材料的另一施工方法，称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30～40％。
本发明的有益效果：
本发明的复合材料是由水泥、粉煤灰、70～100目河沙、40～70目石英砂、消泡剂和膨润土复配而成，与水拌合后具有很好的流动性，导热系数高，抗压力渗水能力强，1天、7天和28天的抗折和抗压强度大，并且，无泌水情况发生。
其中，水泥作为无机凝胶材料与回填材料中的其他组分发生水化反应，产生水化产物，硬化后产生强度，把钻孔中的孔壁和地埋管紧密结合起来。粉煤灰的加入节约了水泥用量，有效减少用水量，并改善了复合材料拌水后的和易性，提高抗渗能力。特定比例的70～100目河沙和40～70目石英砂协同配合，大大提升了复合材料的导热性能，河沙和石英砂廉价、容易获得，具有较好的经济性。消泡剂可以有效减少施工过程中产生的气泡。膨润土作为增稠剂和乳胶稳定性，使得回填材料有较好的流变性和保水性，并有效减少泌水情况的发生。
通常在回填灌浆施工过程中还会加入减水剂，协助改善水泥的工作性，从而减少拌合用水量，并改善拌水后的流动性，还有可能减少水泥用量，节约水泥。在本发明中并未使用减水剂，结合粉煤灰和膨润土的协同作用即可实现常规减水剂的功效。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
本发明以磷酸三丁酯作为消泡剂进行举例说明，需要指出的是，消泡剂并不局限于磷酸三丁酯。
本发明以钠质膨润土作为膨润土进行举例说明，需要指出的是，膨润土并不局限于钠质膨润土。
实施例1：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：32.5级硅酸盐水泥40吨，粉煤灰20吨，70目河沙120吨，40目石英砂80吨，磷酸三丁酯0.05吨，钠质膨润土1吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30％。
上述复合材料的另一施工方法是：称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30％。
实施例2：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥50吨，粉煤灰30吨，100目河沙150吨，70目石英砂100吨，磷酸三丁酯0.1吨，钠质膨润土2吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的40％。
上述复合材料的另一施工方法是：称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的40％。
实施例3：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：32.5级硅酸盐水泥42吨，粉煤灰22吨，70目河沙125吨，40目石英砂85吨，磷酸三丁酯0.05吨，钠质膨润土1吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30％。
上述复合材料的另一施工方法是：称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30％。
实施例4：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥48吨，粉煤灰28吨，100目河沙140吨，70目石英砂95吨，磷酸三丁酯0.1吨，钠质膨润土2吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的40％。
上述复合材料的另一施工方法是：称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的40％。
实施例5：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥45吨，粉煤灰25吨，90目河沙130吨，60目石英砂90吨，磷酸三丁酯0.08吨，钠质膨润土2吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的35％。
上述复合材料的另一施工方法是：称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的35％。
对比例1：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥45吨，粉煤灰25吨，90目河沙220吨，磷酸三丁酯0.08吨，钠质膨润土2吨。
在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的35％。
对比例2：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥45吨，粉煤灰25吨，60目石英砂220吨，磷酸三丁酯0.08吨，钠质膨润土2吨。
上述复合材料的施工方法是：在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的35％。
对比例3：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥45吨，粉煤灰25吨，60目河沙130吨，80目石英砂90吨，磷酸三丁酯0.08吨，钠质膨润土2吨。
在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的35％。
对比例4：
一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，是由以下组分制成的：42.5级硅酸盐水泥45吨，90目河沙130吨，60目石英砂90吨，磷酸三丁酯0.08吨，钠质膨润土2吨。
在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水泥重量35％的水，搅拌，但是，35％的水量明显过少，无法搅拌均匀，无法完成回填。
试验例
对实施例1～5以及对比例1～3复合材料拌水后所得回填灌浆的性能进行了测试，结果如表1。
表1.性能测试比较
从表1中可以看出，本发明的复合材料拌水后具有很好的流动性，导热系数高，抗压力渗水能力强，1天、7天和28天的抗折和抗压强度大。以上指标均远优于对比例1～3。从表1中可以得出结论，河沙和石英砂的粒度对所得复合材料的相关指标有直接影响。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种用于地源热泵地下埋管回填的复合材料，其特征在于，是由以下重量份的组分制成的：水泥40～50份，粉煤灰20～30份，70～100目河沙120～150份，40～70目石英砂80～100份，消泡剂0.05～0.1份，膨润土1～2份。
2.根据权利要求所述的复合材料，其特征在于，是由以下重量份的组分制成的：水泥42～48份，粉煤灰22～28份，70～100目河沙125～140份，40～70目石英砂85～95份，消泡剂0.05～0.1份，膨润土1～2份。
3.根据权利要求所述的复合材料，其特征在于，是由以下重量份的组分制成的：水泥45份，粉煤灰25份，70～100目河沙130份，40～70目石英砂90份，消泡剂0.08份，膨润土2份。
4.根据权利要求所述的复合材料，其特征在于，水泥为32.5级或42.5级硅酸盐水泥。
5.根据权利要求所述的复合材料，其特征在于，消泡剂为磷酸三丁酯或有机硅化合物。
6.根据权利要求所述的复合材料，其特征在于，膨润土为钠质膨润土。
7.权利要求1～6中任一项所述复合材料的施工方法，其特征在于，在回填施工现场，称取配方量的各组分，混合机混匀并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30～40%。
8.权利要求1～6中任一项所述复合材料的施工方法，其特征在于，称取配方量的各组分，混合机混匀后装袋，运输至施工现场加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔，加水量占复合材料中水泥重量的30～40%。
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