CN114620976B - 一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制备方法。包括质量比为75‑90:5~22:42‑55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70‑85:3‑9的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2‑3:1‑6的稻壳灰和石蜡组成。将相变材料引入到可控性低强度材料的制备中,使材料具有相变控温性能,有效阻止热量扩散,稳定管道周围土壤温度变化。

Description

一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制 备方法
技术领域
本发明属于供热管道回填技术领域,具体涉及一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
我国是一个拥有广阔水域面积的国家,每年疏浚工程会产生大量底泥,由于疏浚底泥的力学性质差,不能被直接工程应用,所以绝大部分底泥被堆置弃用,不仅造成资源浪费,同时对周围环境也造成不利影响。
供热管道一般采用直埋敷设的方式,不占用地上空间,但是由于供热管道存在热量扩散,对地表设施和植被会造成不同程度的影响。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料及其制备方法。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
第一方面,一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,包括质量比为75-90:5~22:42-55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70-85:3-9的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2-3:1-6的稻壳灰和石蜡组成。
本发明提供了一种用于供热管道回填的相变控温材料,该材料可以有效利用废弃资源,以疏浚底泥作为主要细骨料,将石蜡吸附在稻壳灰中制得具有相变特性的次要细骨料,通过向细骨料中加入水泥和水,形成具有自流平、自密实并有一定强度和控温特性的相变控温可控性低强度回填材料。将其应用于直埋供热管道的沟槽回填工程中,既能承受地面荷载作用,又能起到控温阻热特性,具有施工灵便简易,成本造价低,废弃资源合理化利用等优势,解决了供热管道敷设区域热量扩散对周围土壤及环境的影响。
第二方面,上述用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备方法,所述方法为:
将稻壳灰和熔化的石蜡混合,然后冷凝得到复合相变材料;
将疏浚底泥和复合相变材料混合作为细骨料;
将细骨料和水泥、水混合得到相变控温材料。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果:
本发明独特的将相变材料引入到可控性低强度材料的制备中,使材料具有相变控温性能,有效阻止热量扩散,稳定管道周围土壤温度变化。制备的相变控温可控性低强度材料具有自流平、自密实并具有一定强度。通过利用力学性质不良的疏浚底泥作为主要细骨料,不仅提高了疏浚底泥的利用率,同时其细密颗粒可以进一步阻止相变石蜡的泄露。该材料制备简单,性能调控方便,能够就地生产,便于施工操作,节约成本消耗,具有较高的应用价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的用于供热管道回填的相变控温材料的制备流程图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面,一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,包括质量比为75-90:5~22:42-55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70-85:3-9的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2-3:1-6的稻壳灰和石蜡组成。
疏浚底泥的力学性质差,不能被直接工程应用,本发明中将其用做一种可控性低强度材料,可控性低强度材料是一种要求流动度一般高于200mm,28天无侧限抗压强度通常不超过8.3MPa的材料,本发明中利用疏浚底泥的特性然后研究其与水泥、水、复合相变材料的配比得到可控性低强度材料。
采用稻壳灰作为骨架结构,吸附石蜡后形成复合相变材料,以疏浚底泥和复合相变材料共混作为细集料,将其与水泥、水混合均匀,同时对各原料用量比例进行调控,从而利用各原料间的协同作用。在有效提高废弃底泥利用率的同时制备出具有相变特性的自流平、自密实并具有一定强度的回填材料。
疏浚底泥作为主要细骨料,不仅提高了疏浚底泥的利用率,同时其细密颗粒可以进一步阻止相变石蜡的泄露,使相变控温材料形成一个稳定的整体。
本发明提供的相变控温材料,作为供热管道的回填材料,在供热管道散热时可以吸收热量进行存储,在较低的温度时可以进行释放热量,起到一定的稳定管道周围土壤温度变化的作用。
本发明中细集料、水泥和水,疏浚底泥和复合相变材料,稻壳灰和石蜡之间的配比能够保证可控性低强度材料性能的同时,将疏浚底泥应用至原材料中,同时,将相变材料引入可控性低强度材料制备中以实现相变控温性能。
在本发明的一些实施方式中,包括质量比为75-90:10-20:45-55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70-85:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:3-6的稻壳灰和石蜡组成。
在本发明的一些实施方式中,包括质量比为80-85:15-20:45-50的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为72-81:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:3-6的稻壳灰和石蜡组成。
本发明中细集料、水泥和水,疏浚底泥和复合相变材料,稻壳灰和石蜡之间的配比能够保证可控性低强度材料的流动性能和低强度特点,同时能够作为一个整体发挥相变材料的性能。
在本发明的一些实施方式中,包括质量比为84:19:47的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为77:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:5的稻壳灰和石蜡组成。
水泥种类不做特别的限定,在本发明的一些实施方式中,所述水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及其它专用水泥、特性水泥等。不同类型的水泥包括不同型号的水泥比如P.O 42.5硅酸盐水泥。
在本发明的一些实施方式中,疏浚底泥为河流底部积存的泥土。
在本发明的一些实施方式中,疏浚底泥和复合相变材料的粒径小于等于5mm。针对5mm粒径主要是为了保证骨料细度,粗骨料不能用于生产该材料。粒径越大,材料越容易发生离析,且不利于强度发展。小粒径小有利于该材料实现自流平和自密实。
在本发明的一些实施方式中,稻壳灰为稻壳在缺氧条件下燃烧后得到的产物。
在本发明的一些实施方式中,石蜡为低温石蜡,低温石蜡为相变温度为30-80℃的相变材料。
第二方面,上述用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备方法,所述方法为:
将稻壳灰和熔化的石蜡混合,然后冷凝得到复合相变材料;
将疏浚底泥和复合相变材料混合作为细骨料;
将细骨料和水泥、水混合得到相变控温材料。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
如图1所示,一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备:
1、烘干稻壳灰,加热熔化石蜡,将稻壳灰和石蜡按照质量比例2:5混合,加热搅拌30min,冷凝后剪切破碎并过5mm筛即可得到复合相变材料。
2、烘干疏浚底泥,用木碾碾碎大颗粒,将疏浚底泥过5mm筛以备后续试验。
3、将质量比为77:7的疏浚底泥和复合相变材料混合作为细集料。
4、将水泥加入至细集料中,采用搅拌机将干料充分搅拌均匀,将水加入到混合料中,并采用搅拌机将湿料充分搅拌均匀,细集料、水泥和水的质量比为84:19:47。
5、将拌合完成的混合料倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底方形三联试模中,20℃养护温度,96%养护湿度条件下带模具养护1天后脱模,并继续养护至测试龄期。
对实施例1制备的相变控温可控性低强度材料的流动度、无侧限抗压强度和热物性进行测试,结果如表1所示。其中,流动度参照ASTM D 6103中介绍的管流法进行测试,无侧限抗压强度参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。热物性测试材料选自28d无侧限抗压强度结束后的破损小试块,采用差示扫描量热法进行检测。
表1实施例1的性能测试结果
Figure BDA0003545290960000061
本发明独特的将相变材料采用浸渍固定的方法形成复合相变材料后加入到可控性低强度回填材料的生产中,制备流程如图1所示。本发明制备的相变控温可控性低强度材料的流动度大于200mm,满足材料的基本流动化要求,具有自流平特点,节省施工成本。材料的28d无侧限抗压强度小于2.1MPa,有易于后期挖掘维修,具有较高的实际应用价值。
实施例2
一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备:
1、烘干稻壳灰,加热熔化石蜡,将稻壳灰和石蜡按照质量比例2:5混合,加热搅拌30min,冷凝后剪切破碎并过5mm筛即可得到复合相变材料。
2、烘干疏浚底泥,用木碾碾碎大颗粒,将疏浚底泥过5mm筛以备后续试验。
3、将质量比为77:7的疏浚底泥和复合相变材料混合作为细集料。
4、将水泥加入至细集料中,采用搅拌机将干料充分搅拌均匀,将水加入到混合料中,并采用搅拌机将湿料充分搅拌均匀,水泥,细集料、水泥和水的质量比为84:19:42。
5、将拌合完成的混合料倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底方形三联试模中,20℃养护温度,96%养护湿度条件下带模具养护1天后脱模,并继续养护至测试龄期。
对实施例2制备的相变控温可控性低强度材料的流动度、无侧限抗压强度和热物性进行测试,结果如表2所示。其中,流动度参照ASTM D 6103中介绍的管流法进行测试,无侧限抗压强度参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。热物性测试材料选自28d无侧限抗压强度结束后的破损小试块,采用差示扫描量热法进行检测。
表2实施例2的性能测试结果
Figure BDA0003545290960000071
实施例3
一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备:
1、烘干稻壳灰,加热熔化石蜡,将稻壳灰和石蜡按照质量比例2:5混合,加热搅拌30min,冷凝后剪切破碎并过5mm筛即可得到复合相变材料。
2、烘干疏浚底泥,用木碾碾碎大颗粒,将疏浚底泥过5mm筛以备后续试验。
3、将质量比为77:7的疏浚底泥和复合相变材料混合作为细集料。
4、将水泥加入至细集料中,采用搅拌机将干料充分搅拌均匀,将水加入到混合料中,并采用搅拌机将湿料充分搅拌均匀,细集料、水泥和水的质量比为84:10:47。
5、将拌合完成的混合料倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底方形三联试模中,20℃养护温度,96%养护湿度条件下带模具养护1天后脱模,并继续养护至测试龄期。
对实施例3制备的相变控温可控性低强度材料的流动度、无侧限抗压强度和热物性进行测试,结果如表3所示。其中,流动度参照ASTM D 6103中介绍的管流法进行测试,无侧限抗压强度参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。热物性测试材料选自28d无侧限抗压强度结束后的破损小试块,采用差示扫描量热法进行检测。
表3实施例3的性能测试结果
Figure BDA0003545290960000072
Figure BDA0003545290960000081
实施例4
一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备:
1、烘干稻壳灰,加热熔化石蜡,将稻壳灰和石蜡按照质量比例2:5混合,加热搅拌30min,冷凝后剪切破碎并过5mm筛即可得到复合相变材料。
2、烘干疏浚底泥,用木碾碾碎大颗粒,将疏浚底泥过5mm筛以备后续试验。
3、将质量比为82:3的疏浚底泥和复合相变材料混合作为细集料。
4、将水泥加入至细集料中,采用搅拌机将干料充分搅拌均匀,将水加入到混合料中,并采用搅拌机将湿料充分搅拌均匀,细集料、水泥和水的质量比为84:19:47。
5、将拌合完成的混合料倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底方形三联试模中,20℃养护温度,96%养护湿度条件下带模具养护1天后脱模,并继续养护至测试龄期。
对实施例4制备的相变控温可控性低强度材料的流动度、无侧限抗压强度和热物性进行测试,结果如表4所示。其中,流动度参照ASTM D 6103中介绍的管流法进行测试,无侧限抗压强度参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。热物性测试材料选自28d无侧限抗压强度结束后的破损小试块,采用差示扫描量热法进行检测。
表4实施例4的性能测试结果
Figure BDA0003545290960000082
通过实施例1-实施例4可以发明,当用水量减少时,材料流动度会减小但强度会有所提升;水泥用量减少时材料强度下降但流动度提高;复合相变材料用量与疏浚底泥的用量是相对的,当复合相变材料用量减少时,材料的强度会上升但控温性会降低且流动度会随之减小。
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,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:包括质量比为75-90:5~22:42-55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70-85:3-9的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2-3:1-6的稻壳灰和石蜡组成;
将稻壳灰和熔化的石蜡混合,然后冷凝得到复合相变材料;
将疏浚底泥和复合相变材料混合作为细骨料;
将细骨料和水泥、水混合得到相变控温材料。
2.如权利要求1所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:包括质量比为75-90:13-20:45-55的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为70-85:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:3-6的稻壳灰和石蜡组成。
3.如权利要求2所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:包括质量比为80-85:15-20:45-50的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为72-81:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:3-6的稻壳灰和石蜡组成。
4.如权利要求3所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:包括质量比为84:19:47的细集料、水泥和水,细集料包括质量比为77:7的疏浚底泥和复合相变材料,复合相变材料由质量比为2:5的稻壳灰和石蜡组成。
5.如权利要求1所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:所述水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥。
6.如权利要求5所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:疏浚底泥为河流底部积存的泥土。
7.如权利要求1所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:疏浚底泥和复合相变材料的粒径小于等于5mm。
8.如权利要求1所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:稻壳灰为稻壳在缺氧条件下燃烧后得到的产物。
9.如权利要求1所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料,其特征在于:石蜡为低温石蜡,低温石蜡为相变温度为30-80℃的相变材料。
10.权利要求1-9任一所述的用于供热管道回填的相变控温可控性低强度材料的制备方法,其特征在于:所述方法为:
将稻壳灰和熔化的石蜡混合,然后冷凝得到复合相变材料;
将疏浚底泥和复合相变材料混合作为细骨料;
将细骨料和水泥、水混合得到相变控温材料。
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