一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，該材料以kg計由下述質量份的原料混合而成：干粉料20~40份、細集料60~80份、復合外加劑0.5~1.5份；所述干粉料由無機保水材料和水泥按1kg：19kg~99kg的比例混合而成，所述細集料由鋼渣砂和石英砂按1kg：4kg~4kg：1kg的比例混合而成；所述復合外加劑由粉狀消泡劑、改性淀粉醚和萘系高濃減水劑按1kg：8kg：80kg的比例混合而成。本發明具有良好的工作性和耐久性，且其導熱性可根據具體應用環境做出相適應的變化，并易于生產。
【專利說明】一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及淺層地熱能利用和建筑材料領域，尤其涉及一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料。
【背景技術】
[0002]“十一五”以來，作為建筑節能最有效途徑之一的可再生能源的建筑應用取得實質性進展，其中關于淺層地熱能利用一直是研究應用的熱點，其利用方式主要是指地源熱泵系統。根據利用的低位熱源形式的不同，可分為水源熱泵系統和土壤源熱泵系統，與前者相比，土壤源熱泵系統因具有適用范圍廣、可靠性高、壽命長、政策支持度高等特點得到快速發展。但從已有的使用情況分析，該系統主要存在灌漿回填和土壤熱不平衡這兩個問題。
[0003]灌漿回填是豎直埋管換熱器施工過程中的重要環節，即U型管安裝完畢后，使用泥漿泵向鉆孔中注入回填材料。影響回填效果除設計、施工、管理等方面的因素外，回填材料自身的性能起著重要作用。國內外相關研究表明:選擇合適的回填料能夠有效地提高換熱器的換熱能力，減少埋管面積，并防止地下水交叉污染，對于促進土壤源熱泵系統的發展有著積極作用。
[0004]《地源熱泵系統工程技術規范》(GB50366-2009)明確指出:“地埋管換熱系統應根據地質特征確定回填料配方，回填料的的導熱系數不宜低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導熱系數。豎直地埋 管換熱器灌漿回填料宜采用膨潤土和細砂(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，宜采用水泥基灌漿回填。對地下水流豐富的地區，為保持地下水的流動性，增強對流換熱效果，不宜采用水泥基料灌漿”。
[0005]目前，國內對鉆孔回填料展開了一定的研究，但仍不夠深入細致，也沒有形成標準規范，商品化程度更是不高。而從《地源熱泵系統工程技術規范》對于回填材料的規定中能夠很明顯地看出，介于埋管與鉆孔壁之間的回填材料，不但要具有良好的導熱性、工作性能和一定的強度、抗滲性和膨脹性，更重要的是這些性能還要與地下巖土體的熱物性及地下水的滲流情況相適應。因此，尋求一種材料體系，其導熱性、工作性、強度、抗滲及微膨脹能夠根據具體的地質條件做出相應的變化，并能很方便就實現工業化生產，對于改善回填效果，提高土壤源熱泵系統換熱器的換熱性能具有重要的現實意義。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種性能優良、易于生產的土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料。
[0007]為解決上述問題，本發明所述的一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:該材料以kg計由下述質量份的原料混合而成:干粉料20-40份、細集料60-80份、復合外加劑0.5"?.5份；所述干粉料由無機保水材料和水泥按Ikg:19kg~99kg的比例混合而成，所述細集料由鋼洛砂和石英砂按Ikg:4kg ^4kg:lkg的比例混合而成；所述復合外加劑由粉狀消泡劑、改性淀粉醚和萘系高濃減水劑按Ikg:8kg:80kg的比例混合而成。[0008]所述水泥是指PF32.5粉煤灰硅酸鹽水泥。
[0009]所述無機保水材料是指首先將粘土礦破碎并經粉磨過120目篩后，制得原礦粉狀樣品；然后將所述原礦粉狀樣品與去離子水混合并在頻率為IOOHz的條件下超聲分散10mirT20min，制得濃度為10%~20%的料漿；其次，將所述料漿水浴加熱至75°C~85°C，加入占所述原礦粉狀樣品質量0.1%~3.0%的表面活性劑，在頻率為IOOHz的條件下超聲分散5mirTl5min后，以3000r/min~6000r/min的速率離心分離，棄去上層清液,得到提純樣品；最后將所述提純樣品在25(T350°C熱活化f 3h，即得；所述表面活性劑是指聚乙烯醇、三乙醇胺、十二烷基磺酸鈉及十八烷基三甲基溴化銨的一種。
[0010]所述鋼禮:砂的粒徑為0.075mnTl.18mm。
[0011]所述石英砂的粒徑為1.2mnT4mm。
[0012]本發明與現有技術相比具有以下優點:
1、由于本發明中添加了無機保水材料及復合外加劑，改善了拌和物的流變性及硬化物的孔結構，因此，具有良好的工作性和耐久性，且其導熱性可根據具體應用環境做出相適應的變化。
[0013]2、本發明原材料來源廣泛易得，可按照傳統的干粉砂漿的生產工藝商品化，促進了豎直埋管換熱器施工回填材料的規范化和商品化。
[0014]3、在本發明實施例f 4所得的產品中，加入占干料總質量15%~20%的拌和用水，按照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T17671-1999)規定的攪拌方法攪拌物料，參照相關標準成型試樣并測定試樣的導熱系數、工作性、抗滲性、抗壓強度和膨脹性能(參見表1)，檢測結果顯示，本發明產品具有適應不同應用環境的需要的導熱性、工作性、強度、抗滲及微膨脹，并能很方便就實現工業化生產。
[0015]表1本發明技術性能檢測結果
【權利要求】
1.一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:該材料以kg計由下述質量份的原料混合而成:干粉料20-40份、細集料60-80份、復合外加劑0.5^1.5份；所述干粉料由無機保水材料和水泥按Ikg:19kg^99kg的比例混合而成，所述細集料由鋼渣砂和石英砂按Ikg:4kg ^4kg:lkg的比例混合而成；所述復合外加劑由粉狀消泡劑、改性淀粉醚和萘系高濃減水劑按Ikg:8kg:80kg的比例混合而成。
2.如權利要求1所述的一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:所述水泥是指PF32.5粉煤灰硅酸鹽水泥。
3.如權利要求1所述的一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:所述無機保水材料是指首先將粘土礦破碎并經粉磨過120目篩后，制得原礦粉狀樣品；然后將所述原礦粉狀樣品與去離子水混合并在頻率為IOOHz的條件下超聲分散10mirT20min，制得濃度為10%~20%的料漿；其次，將所述料漿水浴加熱至75°C~85°C，加入占所述原礦粉狀樣品質量0.1%~3.0%的表面活性劑，在頻率為IOOHz的條件下超聲分散5mirTl5min后，以3000r/min^6000r/min的速率離心分離，棄去上層清液，得到提純樣品；最后將所述提純樣品在25(T350°C熱活化f 3h，即得；所述表面活性劑是指聚乙烯醇、三乙醇胺、十二烷基磺酸鈉及十八烷基三甲基溴化銨的一種。
4.如權利要求1所述的一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:所述鋼禮:砂的粒徑為0.075mm~l.18mm。
5.如權利要求1所述的一種土壤源熱泵豎直埋管鉆孔回填材料，其特征在于:所述石英砂的粒徑為1.2mnT4mm。
【文檔編號】C04B28/04GK103803900SQ201310721127
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】蔡肖, 侯文虎, 何忠茂, 王永亮 申請人:甘肅土木工程科學研究院