專利名稱：：用于地源熱泵地下埋管回填的水泥基灌漿砂漿的制備方法
技術領域：
：本發明屬于建筑節能、地源能利用、干粉砂漿、水泥基灌漿材料領域，涉及制備水泥基地源熱泵用灌漿材砂漿的方法。
背景技術：
：地源熱泵利用地球表面淺層地熱資源(通常小于400m深)作為冷熱源，能夠充分利用可再生能源進行能量轉換，是一項可持續發展供暖空調系統。地熱換熱器實現了地熱資源的初步提取，是地源熱泵中最關鍵的部位。地熱換熱器是以導熱好、抗腐蝕，強度高且可撓曲的材料制成地耦管埋入地下，形成閉式環路。管內的導熱流體(水或防凍劑)與土壤不接觸，熱量的排放和抽取是通過埋在土壤里管路系統內的流體熱交換循環來完成的。灌漿是地埋管換熱器施工過程中的重要的環節，即在鉆孔完畢、下完U型管后，向鉆孔中注入灌漿材料。它介于地埋管換熱器的埋管與鉆孔壁之間，用來增強埋管和周圍巖土的換熱；同時防止地面水通過鉆孔向地下滲透，以保護地下水不受地表污染物的污染，并防止各個蓄水層之間的交叉污染。灌漿材料的選擇以及正確的灌漿施工對于保證地埋管換熱器的性能有重要的意義。采用導熱性能不良的灌漿材料將顯著增大鉆孔內的熱阻，在同樣的條件下導致所需的鉆孔總長度增加，同時也意味著系統初投資以及運行費用的增加。而有效的灌漿材料可以防止土壤凍結、收縮、板結等因素對埋管換熱器傳熱效果造成影響，提高埋管換熱器的傳熱能力，同時也可有效防止地下污染物對埋管的不利影響，因此選擇適當的灌漿材料對地源熱泵的性能起重要的作用。目前，國內對灌漿材料的研究還不夠完善，雖然建設部于2006年頒布實施的《地源熱泵工程技術規范》中明確指出"灌漿材料宜采用膨潤土和細沙(或水泥)的混合漿或專用灌漿材料；當地埋管換熱器設在密實或堅硬的巖土體中時，宜采用水泥基料灌漿灌漿;灌漿材料及其配比應符合設計要求"。但目前國內對灌漿材料的研究基本上還沒有開展，《規范》也沒有給出可供選擇的灌漿材料配方；大多數施工單位仍采用當地砂土作為灌漿材料，導致地埋管換熱器性能不良。配比設計合理的水泥基灌漿材料具有較好的導熱性，經濟性及足夠的耐久性等，而且水泥砂漿灌漿材料成本相對較低，使用安全環保，工作性較好，其組成物也容易獲得。含有骨料的水泥類灌漿材料比膨潤土材料在很多方面具有優勢，更適合于填充地層與U型管之間的空隙，灌漿材料中使用大顆粒的骨料也是提高其導熱系數的一個有效方法。
發明內容本發明提供一種用于地源熱泵地下埋管回填的水泥基灌漿砂漿及其制備方法。該砂漿具有優良的導熱性能，改善地源熱泵地下換熱器的熱交換，還具有良好的工作性，強度、抗滲性以及微膨脹性。為達到以上目的，本發明的解決方案是-一種用于地源熱泵地下埋管回填的水泥基灌漿砂漿的制備方法，該方法包括首先，采用高導熱性的材料配制導熱加強細骨料。其次，配制專用復合外加劑，該復合外加劑專門用于水泥基地源熱泵灌漿砂漿，包括消泡劑、發氣劑和萘系減水劑。最后，將導熱加強細骨料與水泥、礦物外加劑、復合外加劑、水等制備成水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。進二步T^f述的導熱加強細骨料將鋼渣破碎成砂，干燥處理至表面氣干；通過機械篩分將鋼渣砂分成1.252.5，0.631.25，0.3150.63，0.160.315四個不同粒徑區(變化范圍±0.3)的細骨料，細骨料的顆粒組成須涵蓋上述所有四個粒徑區，具體比例應根據所用鋼渣砂的粒形特征通過試驗確定。所述的制備專用復合外加劑的方法包括以下步驟A.將發氣鋁膏和分散劑按質量比l:9混合，通過高速攪拌使發氣鋁膏均勻分布在分散劑中，制備得到發氣劑；B.將步驟A得到的發氣劑干燥處理；C.將發氣劑、消泡劑與萘系減水劑按質量比1:3:15的比例混合，通過高速攪拌混合均勻；D.將步驟C得到的復合外加劑干燥處理。制備方法的步驟為將水泥、導熱加強細骨料、礦物外加劑、專用復合外加劑采用攪拌機干拌均勻后，加入水慢速攪拌lmin，停止攪拌lmin，再快速攪拌lmin，制得水泥基地源熱泵用灌漿砂漿水泥可為32.5或42.5級的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，礦物外加劑為磨細礦渣或粉煤灰，水泥基地源熱泵用灌漿砂漿組分及最佳質量配比如下組分配比(kg/m3)水泥700礦物外加劑100導熱加強細骨料1670水310復合外加劑3.8本發明制得的灌漿砂漿由于使用了密度大，導熱性能好的細骨料，提高了導熱性能，還有效提高灌漿料的體積密度，更好地固定地下換熱器。而且摻加了復合外加劑，減少灌漿材料拌合的用水量，減少不規則孔的孔隙率，提高灌漿材料的密實度，為灌漿材料提供了一定的微膨脹，改善了地源熱泵用水泥基灌漿料的工作性和強度，減少灌漿料的泌水、沉降，增加灌漿料的密實度，提高了灌漿料的熱導性和耐久性，降低了滲透性。同時對地源熱泵施工地點可能存在的穿越破碎帶、出水量大、水位較高等地質條件，起到了防止鉆孔引起各個蓄水層之間的交叉污染，維持熱交換和地源熱泵設計壽命年限內的水工性能的作用。具體實施例方式本發明采用導熱加強細骨料、水泥材料、礦物外加劑和復合外加劑等制備具有優良導熱性能的灌漿砂漿材料，該方法包括首先，配制導熱加強細骨料。將鋼渣破碎成砂，干燥處理至表面氣干；通過機械篩分將鋼渣砂分成1.252.5，0.631.25，0.3150.63，0.160.315四個不同粒徑區，再按一定比例，例如表1所示比例混合均勻配制為細度模數2.53的細骨料。表l細骨料混合比例<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>導熱加強細骨料既可以單獨作為水泥基地源熱泵用灌漿砂漿的細骨料，也可以與同樣級配的石英砂復摻制備成適宜不同導熱性能要求的細骨料使用。其次，配制專用復合外加劑。該復合外加劑專門用于水泥基地源熱泵灌槳砂漿，包括消泡劑、發氣劑和萘系減水劑，可按步驟B所述比例混合后加入水泥基地源熱泵灌漿砂漿，為砂漿提供良好的流動性，強度和微膨脹。該配制方法包括A.將發氣鋁膏和分散劑按質量比l:9混合，通過高速攪拌使發氣鋁膏均勻分布在分散劑中，制備得到發氣劑；B.將步驟A得到的發氣劑干燥處理；C.將發氣劑、消泡劑與萘系減水劑按質量比1:3:15的比例混合，通過高速攪拌混合均勻；D.將步驟C得到的復合外加劑干燥處理。在步驟B和D中，對發氣劑和復合外加劑的干燥在常溫下進行，以防止鋁膏在高溫下氧化失效。然后，將導熱加強細骨料與水泥、礦物外加劑、復合外加劑、水等制備成水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。上述水泥材料可選擇32.5或42.5級硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。礦物外加劑為磨細礦渣或粉煤灰。上述水泥基地源熱泵灌漿砂槳是一種組合物，為獲得較好的綜合性能，可采用以下表2所示的組分及最佳質量配比表2水泥基地源熱泵灌漿砂漿最佳配比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中導熱加強細骨料根據實際需要可以用相同級配石英砂等體積替代。制備方法為將水泥、礦物外加劑、細骨料、復合外加劑采用攪拌機干拌均勻后，加入水慢速攪拌lmin，停止攪拌lmin，再快速攪拌lmin，制得水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。調整導熱加強細骨料在細骨料中的不同比例，可以實現水泥基地源熱泵用灌漿砂漿的導熱系數的變化。下面結合實例作進一步詳細說明實例一將水淬鋼渣在鋼渣破碎機中破碎至90%粒徑小于5mm后，干燥處理至表面氣干。通過機械篩分將鋼渣砂分成1.252.5，0.631.25，0.3150.63，0.160.315四個不同粒徑區，再按前述表1比例混合均勻配制為細度模數2.53的細骨料。將發氣鋁膏和分散劑按質量比1:9(誤差不超過±1%)混合，通過高速攪拌使發氣鋁膏均勻分布在分散劑中，制備得到發氣劑。分散劑應選用弱堿性或中性，不易受潮的種類；發氣鋁膏存放時間不得超過一周，以避免在空氣中氧化失效。將制備完成的發氣劑放入常溫干燥箱中放置24h。將干燥后的發氣劑與消泡劑、萘系減水劑按質量比l:3:15(誤差不超過±1%)的比例混合，通過高速攪拌混合均勻。將制備完成的復合外加劑放入常溫干燥箱中放置24h。選用42.5硅酸鹽水泥和I級磨細礦渣作為膠凝材料，水泥、礦物外加劑、細骨料、復合外加劑按照前述表2所示質量比混合，將水泥、細骨料、礦物外加劑和復合外加劑采用行星式攪拌機干拌均勻后，加入水慢速攪拌lmin(誤差不超過10秒)，停止攪拌lmin(誤差不超過10秒)，再快速攪拌lmin(誤差不超過10秒)，制得地源熱泵用水泥基灌漿砂漿。新型水泥基灌漿材料具有較好的導熱性，工作性及足夠的耐久性等，其性能指標見表3。表3所配地源熱泵用水泥基灌漿砂漿性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>流動性(mm)》280導熱系數(W/(m.K))》1.6抗壓力滲水(Mpa)9泌水無1天強度(Mpa)抗折》3抗壓》157天強度(Mpa)抗折》6抗壓》3028天強度(Mpa)抗折》8抗壓>60實例二將水淬鋼渣在鋼渣破碎機中破碎至90%粒徑小于5mm后，干燥處理至表面氣干。通過機械篩分將鋼渣砂分成1.252,5，0.631.25，0.3150.63，0.160.315四個不同粒徑區，再按前述表1比例混合均勻配制為細度模數2.53的細骨料。再將配制的導熱加強細骨料與相同細度模數的石英砂按1:1混合均勻。將發氣鋁膏和分散劑按質量比1:9混合，通過高速攪拌使發氣鋁膏均勻分布在分散劑中，制備得到發氣劑。分散劑應選用弱堿性或中性，不易受潮的種類；發氣鋁膏存放時間不得超過一周，以避免在空氣中氧化失效。將制備完成的發氣劑放入常溫干燥箱中放置24h。將干燥后的發氣劑與消泡劑、萘系減水劑按質量比l:3:15的比例混合，通過高速攪拌混合均勻。將制備完成的復合外加劑放入常溫干燥箱中放置24h。選用42.5硅酸鹽水泥和I級磨細礦渣作為膠凝材料，水泥、礦物外加劑、混合細骨料、復合外加劑按照前述表2所示質量比混合，將水泥、混合細骨料、礦物外加劑和復合外加劑采用行星式攪拌機干拌均勻后，加入水慢速攪拌lmin，停止攪拌lrain，再快速攪拌lmin，制得地源熱泵用水泥基灌漿砂漿。新型水泥基灌漿材料具有較好的導熱性，工作性及足夠的耐久性等，其性能指標見表3。表3所配地源熱泵用水泥基灌漿砂漿性倉l性能指標性能指標凝結時間(h)》3，《6流動性(nim)》280導熱系數(W/(m'K))1,31.5抗壓力滲水(Mpa)》0.9泌水無1天強度(Mpa)抗折》3抗壓》157天強度(Mpa)抗折》6抗壓》3028天強度(Mpa)抗折》8抗壓》60上述的對實施例的描述是為便于該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。權利要求1.一種水泥基灌漿砂漿的制備方法，其特征在于包括首先，采用高導熱性的材料配制導熱加強細骨料；其次，配制專用復合外加劑，包括消泡劑、發氣劑和萘系減水劑；最后，將導熱加強細骨料與水泥、礦物外加劑、復合外加劑、水混合攪拌制備成水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述導熱加強細骨料由以下步驟制得將鋼渣破碎成砂，干燥處理至表面氣干；通過機械篩分將鋼渣砂分成1.252.5、0.631.25、0.3150.63、0.160.315四個不同粒徑區，再按比例混合均勻配制為細度模數2.53(變化范圍±0.3)的細骨料，細骨料的顆粒組成涵蓋上述所有四個粒徑區。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于制備專用復合外加劑的方法包括以下步驟A.將發氣鋁膏和分散劑按質量比1:9混合，通過高速攪拌使發氣鋁膏均勻分布在分散劑中，制備得到發氣劑；B.將步驟A得到的發氣劑干燥處理；C.將發氣劑、消泡劑與萘系減水劑按質量比1:3:15的比例混合，通過高速攪拌混合均勻；D.將步驟C得到的復合外加劑干燥處理。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于水泥基地源熱泵用灌漿砂漿的制備方法的步驟為將水泥、導熱加強細骨料、礦物外加劑、專用復合外加劑采用攪拌機干拌均勻后，加入水慢速攪拌lmin,停止攪拌lmin，再快速攪拌lmin，制得水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述水泥為選自32.5或42.5級的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，礦物外加劑為磨細礦渣或粉煤灰。6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述水泥基地源熱泵用灌漿砂漿組分及質量配比如下組分配比(kg/m3)水泥700礦物外加劑100導熱加強細骨料1670水310復合外加劑3.87.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述細骨料的顆粒組成如下粒徑/mm累計篩余百分率/%2.51.25211.250.63300.630.315300.3150.1619全文摘要本發明提供一種用于地源熱泵地下埋管回填的水泥基灌漿砂漿的制備方法，首先，采用高導熱性的材料配制導熱加強細骨料；其次，配制專用復合外加劑，該復合外加劑專門用于水泥基地源熱泵灌漿砂漿，包括消泡劑、發氣劑和萘系減水劑；最后，將導熱加強細骨料與水泥、礦物外加劑、復合外加劑、水等混合攪拌制備成水泥基地源熱泵用灌漿砂漿。本發明制得的地源熱泵用水泥基灌漿砂漿具有良好的導熱性，經濟性及足夠的耐久性等，而且水泥砂漿灌漿材料成本相對較低，使用安全環保，工作性較好，其組成物也容易獲得，是一種可以大量生產、質量可控制、產品化的干粉砂漿，為地源熱泵施工的規范化和模塊化起到了促進作用。文檔編號B28C5/00GK101480814SQ20091004624公開日2009年7月15日申請日期2009年2月17日優先權日2009年2月17日發明者達冷,雄張,張永娟申請人:同濟大學