CN107311544A - 一种地源热泵地埋管灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地源热泵地埋管灌浆材料，按照重量份包括以下原料：石墨20~40份、工业尾矿30~50份、改性膨胀珍珠岩20~30份、秸秆10~15份、水泥10~22份、半水石膏8~15份、矿粉2~9份、细骨料20~50份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、减水剂3~15份。本发明提供一种地源热泵地埋管灌浆材料及其制备方法，制备出的灌浆材料综合性能较好，导热效率高，使地源热泵地埋管回填材料的传热系数K值比现有的回填材料的传热系数高3倍以上，提高U形管与周围岩土之间的换热量。

Description

一种地源热泵地埋管灌浆材料及其制备方法

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地埋管灌浆材料及其制备方法。

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。

现有的地源热泵的地下换热U形管与周围的岩土之间的换热效率较低，这直接影响地源热泵的工作效率，是地源热泵工作效率难以提高的重要原因。U 形管与周围的岩土之间的换热效率低的主要原因是：U形管与周围岩土之间的灌浆材料大都由石英砂、水泥、细砂或普通的泥土构成，上述物质的热阻较大、导热性能较差。

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地埋管灌浆材料及其制备方法，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：一种地源热泵地埋管灌浆材料，按照重量份包括以下原料：石墨20~40份、工业尾矿30~50份、改性膨胀珍珠岩20~30份、秸秆10~15份、水泥10~22份、半水石膏8~15份、矿粉2~9份、细骨料20~50份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、减水剂3~15份。

进一步地，按照重量份包括以下原料：石墨20份、工业尾矿30份、改性膨胀珍珠岩20份、秸秆10份、水泥10份、半水石膏8份、矿粉2份、细骨料20份、消泡剂3份、膨胀剂2份、减水剂3份。

进一步地，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种，所述玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆皆为粉状。

进一步地，所述石墨的纯度为70~80%。

进一步地，所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：取天然膨胀珍珠岩进行粉碎过300目筛，加入膨胀珍珠岩质量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，干燥，将干燥后的膨胀珍珠岩置于煅烧炉中，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%的改性膨胀珍珠岩。

进一步地，所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物。

一种地源热泵地埋管灌浆材料的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：将石墨、工业尾矿、改性膨胀珍珠岩、秸秆、水泥加入混料机后，以300~450转/分钟的转速下运转15~20分钟，然后加入细骨料、消泡剂、膨胀剂、减水剂，将转速调节至2000~2600转/分钟；

步骤2：将温度调节至65~85℃，加入剩余原料，运转1.5~2小时后在冷混机中冷却至30℃，出料，即得成品。

进一步地，所述步骤1中的混料机为落料式混料机。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种地源热泵地埋管灌浆材料及其制备方法，制备出的灌浆材料传热性能好，制备方法简单成本低，不会对环境产生污染。灌浆材料综合性能较好，导热效率高，使地源热泵地埋管回填材料的传热系数K值比现有的回填材料的传热系数高3倍以上，可将U形管与周围岩土之间的换热量和热传递效率提高2~4倍。

本发明中的灌浆材料中主要含有石墨，石墨具有普通非金属材料无法比拟导热性能，其导热性超过钢、铁、铅等金属材料，传热系数达到129W/M2.K可有效地降低灌浆材料的热阻，提高地源热泵的换热效率；石墨在常温下具有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀，可有效延长灌浆材料的使用寿命。

本发明制备的灌浆材料，利用了工业尾矿和秸秆一类的废弃物，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，并降低生产成本，提高其性价比。

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

一种地源热泵地埋管灌浆材料，按照重量份包括以下原料：石墨20份、工业尾矿30份、改性膨胀珍珠岩20份、秸秆10份、水泥10份、半水石膏8份、矿粉2份、细骨料20份、消泡剂3份、膨胀剂2份、减水剂3份。

所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种，所述玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆皆为粉状。

所述石墨的纯度为70%。

所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：取天然膨胀珍珠岩进行粉碎过300目筛，加入膨胀珍珠岩质量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，干燥，将干燥后的膨胀珍珠岩置于煅烧炉中，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%的改性膨胀珍珠岩。

所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物。

一种地源热泵地埋管灌浆材料的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：将石墨、工业尾矿、改性膨胀珍珠岩、秸秆、水泥加入混料机后，以300转/分钟的转速下运转15分钟，然后加入细骨料、消泡剂、膨胀剂、减水剂，将转速调节至2000转/分钟；

步骤2：将温度调节至65℃，加入剩余原料，运转1.5小时后在冷混机中冷却至30℃，出料，即得成品。

所述步骤1中的混料机为落料式混料机。

实施例2

一种地源热泵地埋管灌浆材料，按照重量份包括以下原料：石墨30份、工业尾矿40份、改性膨胀珍珠岩25份、秸秆13份、水泥20份、半水石膏10份、矿粉7份、细骨料30份、消泡剂10份、膨胀剂3份、减水剂9份。

所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种，所述玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆皆为粉状。

所述石墨的纯度为75%。

所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：取天然膨胀珍珠岩进行粉碎过300目筛，加入膨胀珍珠岩质量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，干燥，将干燥后的膨胀珍珠岩置于煅烧炉中，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%的改性膨胀珍珠岩。

所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物。

一种地源热泵地埋管灌浆材料的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：将石墨、工业尾矿、改性膨胀珍珠岩、秸秆、水泥加入混料机后，以350转/分钟的转速下运转18分钟，然后加入细骨料、消泡剂、膨胀剂、减水剂，将转速调节至2400转/分钟；

步骤2：将温度调节至75℃，加入剩余原料，运转1.8小时后在冷混机中冷却至30℃，出料，即得成品。

所述步骤1中的混料机为落料式混料机。

实施例3

一种地源热泵地埋管灌浆材料，按照重量份包括以下原料：石墨40份、工业尾矿50份、改性膨胀珍珠岩30份、秸秆15份、水泥22份、半水石膏15份、矿粉9份、细骨料50份、消泡剂18份、膨胀剂4份、减水剂15份。

所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种，所述玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆皆为粉状。

所述石墨的纯度为80%。

所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：取天然膨胀珍珠岩进行粉碎过300目筛，加入膨胀珍珠岩质量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，干燥，将干燥后的膨胀珍珠岩置于煅烧炉中，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%的改性膨胀珍珠岩。

所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物。

一种地源热泵地埋管灌浆材料的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：将石墨、工业尾矿、改性膨胀珍珠岩、秸秆、水泥加入混料机后，以450转/分钟的转速下运转20分钟，然后加入细骨料、消泡剂、膨胀剂、减水剂，将转速调节至2600转/分钟；

步骤2：将温度调节至85℃，加入剩余原料，运转2小时后在冷混机中冷却至30℃，出料，即得成品。

所述步骤1中的混料机为落料式混料机。

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 (8)

1.一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，按照重量份包括以下原料：石墨20~40份、工业尾矿30~50份、改性膨胀珍珠岩20~30份、秸秆10~15份、水泥10~22份、半水石膏8~15份、矿粉2~9份、细骨料20~50份、消泡剂3~18份、膨胀剂2~4份、减水剂3~15份。

2.根据权利要求1所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，按照重量份包括以下原料：石墨20份、工业尾矿30份、改性膨胀珍珠岩20份、秸秆10份、水泥10份、半水石膏8份、矿粉2份、细骨料20份、消泡剂3份、膨胀剂2份、减水剂3份。

3.根据权利要求2所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种，所述玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、高粱秸秆皆为粉状。

4.根据权利要求1所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，所述石墨的纯度为70~80%。

5.根据权利要求1所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：取天然膨胀珍珠岩进行粉碎过300目筛，加入膨胀珍珠岩质量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，干燥，将干燥后的膨胀珍珠岩置于煅烧炉中，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%的改性膨胀珍珠岩。

6.根据权利要求1所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料，其特征在于，所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物。

7.一种制备权利要求1~6中任一项所述的地源热泵地埋管灌浆材料的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

步骤1：将石墨、工业尾矿、改性膨胀珍珠岩、秸秆、水泥加入混料机后，以300~450转/分钟的转速下运转15~20分钟，然后加入细骨料、消泡剂、膨胀剂、减水剂，将转速调节至2000~2600转/分钟；

步骤2：将温度调节至65~85℃，加入剩余原料，运转1.5~2小时后在冷混机中冷却至30℃，出料，即得成品。

8.根据权利要求7所述的一种地源热泵地埋管灌浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的混料机为落料式混料机。