CN107298559A - 一种地源热泵用地埋管回填材料 - Google Patents

一种地源热泵用地埋管回填材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥20~40份、工业尾矿30~50份、粉煤灰10~15份、聚乳酸10~22份、氧化镁8~15份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、改性膨润土20~30份、减水剂3~15份、骨料20~50份和水；本发明原料利用了工业尾矿，减少固体废弃物的排放，并且加入外加剂技术，进一步提高材料的施工性能，导热性能、抗渗性能，并降低生产成本，提高其性价比。所用的材料容易获取，成本较低，不会对环境产生污染。

Description

一种地源热泵用地埋管回填材料
技术领域
本发明属于地源热泵领域，具体涉及一种地源热泵用地埋管回填材料。
背景技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量交换的采暖空调系统。地热资源是量大面广，是一种清洁的可再生能源。研究者们都普遍认为，在目前和将来，地源热泵空调系统是最有前途的节能装置和系统，是地热利用的重要形式。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；回填材料的选择以及正确的回填施工对于保证地埋管换热器的性能有重要的意义。
地源热泵需要在地层中钻孔，孔径一般在102mm到152mm之间，孔深在60m到100m。置于钻孔内的一个高密度聚乙烯U型管用来作为集热流体的流通管道，最后钻孔用可泵性的浆体回填。回填材料是热交换器与周围地层之间的热传输媒质。在地层情况一定的情况下，要求的钻孔的深度以及由此带来的初安装费用就取决于回填材料的热传导特性。
回填材料除了在热传导方面的要求外，还必须是现实可用的，环境友好的以及较低的成本，由于地埋管换热器的钻孔直径较小，且布有U型管有的还是双U型管，给回填材料的泵送带来了极大的挑战，这就要求其具有较好的流动性和保水性。水泥基材料会发生化学收缩和干燥收缩，导致回填材料与地层岩土之间，与U形管之间产生缝隙，这会造成这些接触面之间的接触热阻加大，影响传热效果，这就要求回填材料应该具备微膨胀及很好的与U型管及周围地层粘结，最大程度的减小接触热阻。回填材料不仅是热传导的媒质，同时还是封孔材料，要求其具备较低的渗透性，避免地表水对地下水的污染以及地下不同含水层之间的交叉污染。
目前现有技术中采用石英砂为骨料，通过骨料级配控制，外加剂等技术手段，制备地埋管回填材料，但制备成本较高，并且现有的地埋管回填材料是通过添加金属废弃物来提高其传热性能，这样埋于地下会对环境造成二次污染，所以现有地埋管回填材料的综合性能尚需进一步提高。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种地源热泵用地埋管回填材料，传热性能好，不会对环境产生污染。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种地源热泵用地埋管回填材料，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥20~40份、粉煤灰10~15份、聚乳酸10~22份、氧化镁8~15份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、改性膨润土20~30份、减水剂3~15份、骨料20~50份和水；
优选地，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中至少一种。
优选地，所述硅酸盐水泥的强度等级为大于等于42.5。
优选地，所述骨料由石英砂尾矿和花岗岩碎屑组成或者由花岗岩碎屑组成。
优选地，所述改性膨润土为天然膨润土粘土进行提纯、热改性之后的产物加水得到的混合物。
优选地，所述改性膨润土的制备方法为：取天然膨润土进行粉碎过300目筛，加入膨润土质量10~20倍的水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于2000~3000转/min的离心机中离心处理5~10min，真空抽滤，并清洗滤饼，干燥，将干燥后的膨润土粘土置于马弗炉中，程序升温至800℃~900℃，然后恒温焙烧3~5h，冷却后加水混合均匀，制备得到含水量为40%~50%的改性膨润土。
优选地，所述膨胀剂在水中7d的限制膨胀率为0.015~0.025。
优选地，所述消泡剂选自有机硅聚合物、二氧化硅中的一种或者它们的组合物。
优选地，所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率为10~15%。
优选地，所述氧化镁的最大粒径为1.36~2.36mm。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种地源热泵用地埋管回填材料，可以使钻孔热阻减少20%～35%，有效提高节能效果，在达到相同节能效果的情况下，可使系统得初投资及运行费用有效降低，具有显著的经济效益。原料利用了工业尾矿，减少固体废弃物的排放， 并且加入外加剂技术，进一步提高材料的施工性能，导热性能、抗渗性能，并降低生产成本，提高其性价比。所用的材料容易获取，成本较低，不会对环境产生污染。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例1
一种地源热泵用地埋管回填材料，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥20份、粉煤灰10份、聚乳酸10份、氧化镁8份、消泡剂3份、膨胀剂2份、改性膨润土20份、减水剂3份、骨料20份和水；
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中至少一种。
所述硅酸盐水泥的强度等级为大于等于42.5。
所述骨料由石英砂尾矿和花岗岩碎屑组成或者由花岗岩碎屑组成。
所述改性膨润土为天然膨润土粘土进行提纯、热改性之后的产物加水得到的混合物。
所述改性膨润土的制备方法为：取天然膨润土进行粉碎过300目筛，加入膨润土质量10倍的水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于2000转/min的离心机中离心处理5min，真空抽滤，并清洗滤饼，干燥，将干燥后的膨润土粘土置于马弗炉中，程序升温至800℃，然后恒温焙烧3h，冷却后加水混合均匀，制备得到含水量为40%的改性膨润土。
所述膨胀剂在水中7d的限制膨胀率为0.015。
所述消泡剂选自有机硅聚合物、二氧化硅中的一种或者它们的组合物。
所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率为10%。
所述氧化镁的最大粒径为1.36mm。
实施例2
一种地源热泵用地埋管回填材料，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥20~40份、粉煤灰13份、聚乳酸18份、氧化镁10份、消泡剂10份、膨胀剂3份、改性膨润土25份、减水剂10份、骨料30份和水；
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中至少一种。
所述硅酸盐水泥的强度等级为大于等于42.5。
所述骨料由石英砂尾矿和花岗岩碎屑组成或者由花岗岩碎屑组成。
所述改性膨润土为天然膨润土粘土进行提纯、热改性之后的产物加水得到的混合物。
所述改性膨润土的制备方法为：取天然膨润土进行粉碎过300目筛，加入膨润土质量15倍的水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于2500转/min的离心机中离心处理7min，真空抽滤，并清洗滤饼，干燥，将干燥后的膨润土粘土置于马弗炉中，程序升温至850℃，然后恒温焙烧4h，冷却后加水混合均匀，制备得到含水量为45%的改性膨润土。
所述膨胀剂在水中7d的限制膨胀率为0.020。
所述消泡剂选自有机硅聚合物、二氧化硅中的一种或者它们的组合物。
所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率为13%。
所述氧化镁的最大粒径为1.39mm。
实施例3
一种地源热泵用地埋管回填材料，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥40份、粉煤灰15份、聚乳酸22份、氧化镁15份、消泡剂18份、膨胀剂4份、改性膨润土30份、减水剂15份、骨料50份和水；
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中至少一种。
所述硅酸盐水泥的强度等级为大于等于42.5。
所述骨料由石英砂尾矿和花岗岩碎屑组成或者由花岗岩碎屑组成。
所述改性膨润土为天然膨润土粘土进行提纯、热改性之后的产物加水得到的混合物。
所述改性膨润土的制备方法为：取天然膨润土进行粉碎过300目筛，加入膨润土质量20倍的水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤，并清洗滤饼，干燥，将干燥后的膨润土粘土置于马弗炉中，程序升温至900℃，然后恒温焙烧5h，冷却后加水混合均匀，制备得到含水量为50%的改性膨润土。
所述膨胀剂在水中7d的限制膨胀率为0.025。
所述消泡剂选自有机硅聚合物、二氧化硅中的一种或者它们的组合物。
所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率为15%。
所述氧化镁的最大粒径为2.36mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，按照重量份包括以下原料：硅酸盐水泥20~40份、工业尾矿30~50份、粉煤灰10~15份、聚乳酸10~22份、氧化镁8~15份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、改性膨润土20~30份、减水剂3~15份、骨料20~50份和水。
2.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥的强度等级为大于等于42.5。
4.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述骨料由石英砂尾矿和花岗岩碎屑组成或者由花岗岩碎屑组成。
5.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述改性膨润土为天然膨润土粘土进行提纯、热改性之后的产物加水得到的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述改性膨润土的制备方法为：取天然膨润土进行粉碎过300目筛，加入膨润土质量10~20倍的水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于2000~3000转/min的离心机中离心处理5~10min，真空抽滤，并清洗滤饼，干燥，将干燥后的膨润土粘土置于马弗炉中，程序升温至800℃~900℃，然后恒温焙烧3~5h，冷却后加水混合均匀，制备得到含水量为40%~50%的改性膨润土。
7.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述膨胀剂在水中7d的限制膨胀率为0.015~0.025。
8.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述消泡剂选自有机硅聚合物、二氧化硅中的一种或者它们的组合物。
9.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率为10~15%。
10.根据权利要求1所述的一种地源热泵用地埋管回填材料，其特征在于，所述氧化镁的最大粒径为1.36~2.36mm。
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