CN1868959A - 一种地埋管换热器钻孔回填材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地埋管换热器钻孔回填材料(二)，属于建筑材料技术领域，具体应用于地源热泵空调系统中的地埋管回填材料。由胶凝材料：100，石英砂：200～250，消泡剂：0.05～0.1，膨润土：1～2，减水剂：0.2～2组成；在地埋管施工现场加水搅拌均匀注入钻孔。使用本发明能够提高回填材料的导热系数，改善其工作性、抗渗性、强度、与埋管以及钻孔壁的结合程度、经济性、耐久性，对环境无污染。当采用本发明所述的水泥砂浆回填材料时，可以减少地埋管换热器的埋管长度。特别是对于在坚硬岩石的地层中设置的地埋管换热器，岩层的导热系数大，而单位深度的钻孔费用高；采用本发明具有明显的降低地埋管换热器成本的效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种应用于地源热泵空调系统中的地埋管回填材料。
背景技术
地埋管地源热泵供热空调技术由于其节能和环保的特点正受到越来越多的关注。回填是地埋管换热器施工过程中的重要环节，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，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。目前通常采用的灌浆回填材料多为膨润土和细砂(或水泥)的混合浆，这种回填的导热系数较小，只有0.65-0.9W/m.K，而且这种膨润土回填材料容易干燥收缩、干裂，因此在干燥地区这种回填材料的导热系数会降得很小，并且由于脱水而引起接触热阻的增加，会对传热产生严重的负面影响。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。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好导热性、工作性、抗渗性及不收缩等优良特性的地埋管换热器钻孔回填材料，采用这些回填材料能够节省地埋管换热器的长度，达到降低地埋管换热器初投资的效果，非常有益于地源热泵空调技术这一节能环保项目的进一步推广应用。
本发明提出的地埋管回填材料，由水泥、粉煤灰、石英砂、消泡剂、膨润土、减水剂组成，各组份的重量比为：
胶凝材料(水泥+粉煤灰)：100(粉煤灰占胶凝材料重量的0～40％)
石英砂： 200～250
消泡剂： 0.05～0.1
膨润土： 1～2
减水剂： 0.2～2
各组份较佳的重量比为：
胶凝材料(水泥+粉煤灰)：100(粉煤灰占胶凝材料重量的0～40％)
石英砂： 200～230
消泡剂： 0.05～0.1
膨润土： 1.5～2
减水剂： 0.5～1.5
本发明所说的回填材料使用方法是：在回填施工现场，按前述各重量比例称量各组分，将原料通过物理机械混合并加入水搅拌均匀后注入地埋管钻孔。加水量占回填材料中胶凝材料重量的50％---60％(水胶比)。也可按比例配好装袋，运输至施工现场按水胶比加水搅拌即可注入地埋管钻孔。
本发明所说的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、抗渗性和不收缩等。
上述工作性是指反映新拌水泥砂浆施工难易程度的性能，是指水泥砂浆拌合物能保持其组分均匀，易于运输、浇注、捣实、成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的性能。包括两方面含义：流动性和保水性。流动性是指砂浆拌合物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。保水性是指砂浆拌合物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。这两方面的性能从不同的侧面反映了拌合物的施工难易程度。
本发明是在综合考虑水泥砂浆的导热性、工作性、和易性、抗渗性、强度、不收缩及经济性等因素，通过实验优选出的各组份重量比。具体分析如下：
普通水泥作为无机凝胶材料与回填材料中的其它组分发生水化反应，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，是本发明所说的回填材料的基础物料。
回填材料中加入的粉煤灰是发电厂煤粉燃烧后的未燃尽无机残渣，熔融的未燃尽颗粒随烟气一起从熔炉中排出，冷却后为除尘器所捕集。粉煤灰的化学组成类似于粘土的化学成分，主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃尽炭。在水泥中掺入粉煤灰，可以降低水泥的用水量，这是粉煤灰的一个明显的优越性。粉煤灰中的光滑颗粒均匀的分散在水泥微颗粒之间，能有效的减少吸水性和内摩擦，从而增强密实性，提高抗渗性。而且由于粉煤灰比重较小，加入后使回填材料的胶凝含量增加，水灰比随之增大，因而流动性好，有利于泵送，提高了其和易性。另外，粉煤灰可以减少水化热。燃煤火力发电厂每年要排放大量粉煤灰，污染环境，占用了大片土地，因此粉煤灰非常廉价，甚至可以免费使用。
石英砂是一种具有较好导热性能又相对经济且容易获得的骨料，能改善水泥砂浆回填材料的导热性、和易性、强度、不收缩等性能。
减水剂作为一种混凝土外加剂，用来提高水泥砂浆的流变性，减小水灰比，提高耐久性。而减小水灰比又可以降低水泥砂浆固化后的孔隙率，从而可以提高其导热系数，并改善其它物理机械特件。
膨润土作为砂浆增稠剂、乳胶稳定剂，使回填材料有较好的流变性和保水性。膨润土由于其独特的矿物结构和结晶化学性质，具有许多优良的性能，如膨胀性、吸附性、分散性、流变性、可塑性、粘结性、胶体性、触变性、耐火性、润滑性等，还可以减少泌水。泌水是新拌水泥砂浆保水能力不足时，固体颗粒在重力作用下下沉，从而在其表面会出现一层水。泌水会破坏砂浆内部均匀性，严重时会导致砂浆凝固时表面产生裂缝。
本发明使用时在现场按回填材料中胶凝材料重量的50～60％加水搅拌成浆料注入地埋管钻孔。
本发明作为地埋管钻孔的回填材料，能够提高回填材料的导热系数，改善其工作性、抗渗性、强度、与埋管以及钻孔壁的结合程度、经济性、耐久性，对环境无污染。当采用本发明所述的水泥砂浆回填材料时，可以减少地埋管换热器的埋管长度。特别是对于在坚硬岩石的地层中设置的地埋管换热器，岩层的导热系数大，而单位深度的钻孔费用高，采用本发明所述的水泥砂浆回填材料具有明显的降低地埋管换热器成本的效果。
具体实施方式
实施例1，地埋管换热器钻孔回填材料重量比按胶凝材料100(其中普通硅酸盐水泥(P·O32.5R)60，粉煤灰40)，石英砂213，消泡剂(有机硅NFX)0.1，膨润土(钠基)2，减水剂(萘系NF-B)1.5配制而成。现场施工时按胶凝材料重量的60％加水搅拌成浆料注入地埋管钻孔。其导热系数为2.21W/(m.K)，热扩散系数0.86mm2/s，比热2.56MJ/(m3.K)，稠度10.7cm，膨胀率0.02％，抗折强度2.2-5.0MPa，抗压强度4.8-20.7MPa。
实施例2，地埋管换热器钻孔回填材料重量比按普通硅酸盐水泥(P·O32.5R)100，石英砂200，消泡剂(有机硅NFX)0.05，膨润土(钠基)1.1，减水剂(萘系NF-B)1.5配制而成。现场施工时按胶凝材料重量的50％加水搅拌成浆料注入地埋管钻孔。其导热系数为2.19W/(m.K)，热扩散系数0.97mm2/s，比热2.27MJ/(m3.K)，稠度10.8cm，膨胀率0.03％，抗折强度(28d)8.2MPa，抗压强度(28d)22.4Mpa。
Claims (3)
1、一种地埋管换热器钻孔回填材料二，其特征在于由水泥、粉煤灰、石英砂、消泡剂、膨润土、减水剂组成，各组份的重量比为：
胶凝材料(水泥+粉煤灰)：100(粉煤灰占胶凝材料重量的0～40％)
石英砂： 200～250
消泡剂： 0.05～0.1
膨润土： 1～2
减水剂： 0.2～2
2、根据权利要求1所述的地埋管换热器钻孔回填材料二，其特征在于各组份的重量比为：
胶凝材料(水泥+粉煤灰) 100(粉煤灰占胶凝材料重量的0～40％)
石英砂： 200～230
消泡剂： 0.05～0.1
膨润土： 1.5～2
减水剂： 0.5～1.5
3、一种如权利要求1所述的地埋管换热器钻孔回填材料的使用方法，其特征在于加入该回填材料中胶凝材料(水泥+粉煤灰)重量50％---60％的水，搅拌均匀。
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