一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法
阅读：1041发布：2020-07-31
专利汇可以提供一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 地源 热 泵 钻孔回填材料的制备方法，利用工业 尾矿 配制出一种高性能的 地埋管换热器 回填材料，使其具有较高的热传导性能，同时具有较好的流动性、保 水 性、微膨胀和较强的抗渗能 力 。由以下重量份的原料组成： 硅 酸盐 水泥 1.0份、 粉 煤 灰 0‑0.3份、 钢 渣微粉0.1‑0.3份、消泡剂0‑0.01份、膨胀剂0.05‑0.15份、 膨润土 0.05‑0.15份、 减水剂 0.002‑0.020份、钢渣细 骨料 1.0‑3.0份，水0.27‑0.60份。获得的较优的经济、社会和环境效益显著。步骤简单、操作方便、实用性强。，下面是一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种地源热泵钻孔回填材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥
1.0份、粉煤灰0.2份、钢渣微粉 0.2份、消泡剂0.01份、膨胀剂0.08份、膨润土0.05份、减水剂0.004份、钢渣细骨料 1.5份，水0.43份；
所述钢渣微粉的比表面积为350-500kg/m3，0.08mm筛余百分含量≤5.0%；
所述钢渣细骨料的粒径小于等于1.18mm；
所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥；所述硅酸盐水泥的强度等级大于等于42.5；
所述膨胀剂为UEA膨胀剂，在水中7d限制膨胀率大于等于0.025%；
所述消泡剂的粘度大于800Pa.s；
所述膨润土为钙基或钠基膨润土，膨胀容大于等于20ml/g；
所述减水剂为萘系或聚羧酸减水剂，减水率大于等于20%。
2.一种权利要求1所述的地源热泵钻孔回填材料的制备方法，其特征在于，包括：
将硅酸盐水泥、粉煤灰、钢渣微粉、钢渣细骨料及粉状外加剂按照比例干混均匀，加入水搅拌2-4min至浆体均匀，再加入液体外加剂搅拌2-4min至均匀，即得；
所述粉状外加剂为膨润土、消泡剂、膨胀剂；
所述液体外加剂为减水剂。
3.权利要求1所述的回填材料在地源热泵空调系统建造中的应用。
一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 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。
[0003] 地源热泵需要在地层中钻孔，孔径一般在102mm到152mm之间，孔深在60m到100m。置于钻孔内的一个高密度聚乙烯U型管用来作为集热流体的流通管道，最后钻孔用可泵性的浆体回填。回填材料是热交换器与周围地层之间的热传输媒质。在地层情况一定的情况下，要求的钻孔的深度以及由此带来的初安装费用就取决于回填材料的热传导特性。
[0004] 回填材料除了在热传导方面的要求外，还必须是现实可用的，环境友好的以及较低的成本，由于地埋管换热器的钻孔直径较小，且布有U型管有的还是双U型管，给回填材料的泵送带来了极大的挑战，这就要求其具有较好的流动性和保水性。水泥基材料会发生化学收缩和干燥收缩，导致回填材料与地层岩土之间，与U形管之间产生缝隙，这会造成这些接触面之间的接触热阻加大，影响传热效果，这就要求回填材料应该具备微膨胀及很好的与U型管及周围地层粘结，最大程度的减小接触热阻。回填材料不仅是热传导的媒质，同时还是封孔材料，要求其具备较低的渗透性，避免地表水对地下水的污染以及地下不同含水层之间的交叉污染。本项目研究的目的就是利用工业尾矿配制出一种高性能的地埋管换热器回填材料，使其具有较高的热传导性能，同时具有较好的流动性、保水性、微膨胀和较强的抗渗能力。
[0005] 回填材料是热交换器与周围地层之间的热传输媒质。在地层情况一定的情况下，要求的钻孔的深度以及由此带来的初安装费用就取决于回填材料的热传导特性。但现有的回填材料热导率需要进一步提高，且成本较高。
发明内容
[0006] 为了克服上述不足，本发明提供一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法。有效利用了钢渣磨成微粉具有活性，成本低且导热系数高的特点，通过配合比的合理设计及大量实验，制备出了导热系数可以达2.49W/m·K，同时具有优良施工性能、微膨胀、抗渗性优良的回填材料。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种地源热泵钻孔回填材料，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0-0.3份、钢渣微粉0.1-0.3份、消泡剂0-0.01份、膨胀剂0.05-0.15份、膨润土0.05-0.15份、减水剂0.002-0.020份、钢渣细骨料1.0-3.0份，水0.27-0.60份。
[0009] 优选的，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0-0.15份、钢渣微粉0.1-0.2份、消泡剂0-0.005份、膨胀剂0.05-0.10份、膨润土0.05-0.10份、减水剂0.002-
0.010份、钢渣细骨料1.0-2.0份，水0.27-0.45份。
0.010份、钢渣细骨料1.0-2.0份，水0.27-0.45份。
[0010] 优选的，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0.15-0.3份、钢渣微粉0.2-0.3份、消泡剂0.005-0.01份、膨胀剂0.10-0.15份、膨润土0.10-0.15份、减水剂0.010-0.020份、钢渣细骨料2.0-3.0份，水0.45-0.60份。
[0011] 优选的，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥；所述硅酸盐水泥的强度等级≥42.5。
[0012] 优选的，所述粉煤灰为II级及以上粉煤灰。
[0013] 优选的，所述钢渣微粉的比表面积为350-500kg/m3，0.08mm筛余百分含量≤5.0％。
[0014] 优选的，所述钢渣细骨料的粒径≤1.18mm。
[0015] 优选的，所述消泡剂的粘度大于800Pa.s；
[0016] 优选的，所述膨胀剂为UEA膨胀剂，在水中7d限制膨胀率≥0.025％；
[0017] 优选的，所述膨润土为钙基或钠基膨润土，膨胀容≥20ml/g；
[0018] 优选的，所述减水剂为奈系或聚羧酸减水剂，减水率≥20％。
[0019] 本发明还提供了一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法，包括：
[0020] 将水泥、粉煤灰、钢渣微粉、钢渣骨料及粉状外加剂按照比例干混均匀，加入水搅拌2-4min至浆体均匀，再加入液体外加剂搅拌2-4min至均匀，即得；
[0021] 所述外加剂包括：膨润土(粉状)、消泡剂(粉状)、膨胀剂(粉状)、减水剂(粉状或液体)。
[0022] 本发明还提供了上述的回填材料在地源热泵空调系统建造中的应用。
[0023] 本发明的有益效果
[0024] 一、经济效益：
[0025] 高效节能，有效降低地源热泵系统的初投资及运行费用。
[0026] 1)采用本技术回填材料可以使钻孔热阻减少20％-40％，有效提高节能效果，在达到相同节能效果的情况下，可使系统的初投资及运行费用有效降低，具有显著的经济效益。
[0027] 2)利用工业副产物钢渣，有效降低成本。
[0028] 二、社会效益：环境效益显著
[0029] 1)提出了抗渗性要求，防止了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。
[0030] 2)地源热泵，是一种可持续发展的“绿色装置”，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，符合可持续发展战略。
[0031] 3)利用工业副产物钢渣，减少固体废弃物的排放，具有显著的社会效益。
[0032] 4)本发明制备方法简单、原料易得、实用性强，易于推广。
具体实施方式
[0033] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034] 本发明的目的一：
[0035] 本发明有效利用了钢渣磨成微粉具有活性，成本低且导热系数高的特点，通过配合比的合理设计及大量实验，制备出了导热系数可以达2.49W/m·K，同时具有优良施工性能、微膨胀、抗渗性优良的回填材料。
[0036] 本发明的技术方案：
[0037] 配方：
[0038] 通用硅酸盐水泥、粉煤灰、钢渣微粉、消泡剂、膨胀剂、膨润土、减水剂、钢渣细骨料，水。
[0039] 以上各组分质量比为：1：0-0.3,0.1-0.3，0-0.01,0.05-0.15,0.05-0.15,0.002-0.020,1-3.0,0.27-0.60。
[0040] 水泥：普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种，强度等级≥42.5。
[0041] 粉煤灰：II级及以上粉煤灰；
[0042] 钢渣微粉：0.08mm筛余百分含量≤5.0％，比表面积350-500kg/m3；
[0043] 消泡剂：无毒、无味，粘度大于800Pa.s；
[0044] 膨胀剂：UEA膨胀剂，水中7d限制膨胀率≥0.025；
[0045] 膨润土：钙基或钠基膨润土，膨胀容≥20ml/g；
[0046] 减水剂：奈系或聚羧酸减水剂，减水率≥20％；
[0047] 钢渣细骨料：粒径≤1.18mm，骨料级配需满足下表1要求。
[0048] 表1
[0049]筛孔尺寸/mm 累计筛余/％
1.18 0
0.6 40-16
0.3 85-55
0.15 90-100
1.18 0
0.6 40-16
0.3 85-55
0.15 90-100
[0050] 水：洁净的自来水。
[0051] 将水泥、粉煤灰、钢渣微粉、钢渣骨料及粉状的外加剂按照比例干混均匀，加入水搅拌2-4min至浆体均匀，再加入液体外加剂搅拌2-4min至均匀。
[0052] 本发明的产品性能：
[0053] 流动度：初始：≥280mm，30min≥260mm
[0054] 抗压强度：28d≥45Mpa
[0055] 保水率：≥95％
[0056] 抗渗等级：≥P8
[0057] 导热系数：2.00-2.49W/(m·K)
[0058] 竖向膨胀率：3h≥0.02％
[0059] 24h与3h差值0.02-0.5％
[0060] 实施例1
[0061] 原材料：通用硅酸盐水泥、粉煤灰、钢渣微粉、消泡剂、膨胀剂、膨润土、减水剂、钢渣细骨料，水。
[0062] 以上各组分质量比为：1，0.2，0.2，0.01,0.08,0.05,0.004,1.5,0.43。
[0063] 水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级52.5.
[0064] 粉煤灰：I级粉煤灰
[0065] 钢渣微粉：0.08mm筛余百分含量0.6％，比表面积450kg/m3
[0066] 消泡剂：有机硅消泡剂，无毒、无味，粘度为1500Pa.s。
[0067] 膨胀剂：UEA膨胀剂，水中7d限制膨胀率0.04％。
[0068] 膨润土：钠基膨润土，膨胀容为40ml/g。
[0069] 减水剂：聚羧酸减水剂，减水率为25％。
[0070] 骨料：粒径≤1.18mm，骨料级配见表2要求。
[0071] 表2
[0072]筛孔尺寸/mm 累计筛余/％
1.18 0
0.6 26
0.3 70
0.15 96
1.18 0
0.6 26
0.3 70
0.15 96
[0073] 水：洁净的自来水。
[0074] 将水泥、粉煤灰、骨料及粉状的外加剂干混均匀，加入水搅拌2-4min至浆体均匀，再加入液体外加剂搅拌2-4min至均匀。
[0075] 产品性能：
[0076] 流动度：初始：300mm，30min：280mm
[0077] 抗压强度：28d＝85.2Mpa
[0078] 竖向膨胀率：3h：0.04％
[0079] 24h与3h差值0.05％
[0080] 保水率：99％
[0081] 抗渗等级：P10
[0082] 导热系数：2.49W/(m·K)
[0083] 实施例2：
[0084] 原材料：通用硅酸盐水泥、粉煤灰、钢渣微粉、消泡剂、膨胀剂、膨润土、减水剂、钢渣细骨料，水。
[0085] 以上各组分质量比为：1：0.3，0.3，0.005，0.08，0.08，0.008，1.5，0.55。
[0086] 水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级42.5.
[0087] 粉煤灰：II级粉煤灰
[0088] 钢渣微粉：：0.08mm筛余百分含量1.0％，比表面积390kg/m3
[0089] 消泡剂：有机硅消泡剂，无毒、无味，粘度为1000Pa.s。
[0090] 膨胀剂：UEA膨胀剂，水中7d限制膨胀率0.03％。
[0091] 膨润土：钙基膨润土，膨胀容为20ml/g。
[0092] 减水剂：奈系减水剂，减水率为20％。
[0093] 钢渣细骨料：粒径≤1.18mm，骨料级配见表3要求。
[0094] 表3
[0095]筛孔尺寸/mm 累计筛余/％
1.18 0
0.6 30
0.3 75
0.15 98
1.18 0
0.6 30
0.3 75
0.15 98
[0096] 水：洁净的自来水。
[0097] 将水泥、粉煤灰、骨料及粉状的外加剂干混均匀，加入水搅拌2-4min至浆体均匀，再加入液体外加剂搅拌2-4min至均匀。
[0098] 产品性能：
[0099] 流动度：初始：305mm，30min：285mm
[0100] 抗压强度：28d＝58.8Mpa
[0101] 竖向膨胀率：3h：0.03％
[0102] 24h与3h差值0.08％
[0103] 保水率：98％
[0104] 抗渗性：P8
[0105] 导热系数：2.20W/(m·K)
[0106] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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