一种适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法技术

本发明专利技术涉及新型材料以及环保地热领域，尤其涉及一种适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法。包含以下重量份的原料：硅酸盐水泥1.0份、水0.50‑0.60份、石英砂1.5‑2.5份、膨润土0.003‑0.011份、膨胀剂0.03‑0.07份、触变润滑剂0.001‑0.005份、减水剂0.01‑0.018份、消泡剂0.002‑0.01份。采用如上技术方案的本发明专利技术，相对于现有技术有如下有益效果：此回填材料的提出对于保证地埋管换热器的施工质量和运行性能，降低地埋管换热器的初投资和占地面积具有重要意义，有助于利用可再生能源的地源热泵技术的推广应用，符合保护环境、节能降耗的可持续发展战略，具有显著的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法
本专利技术涉及新型材料以及环保地热领域，尤其涉及一种适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法。
技术介绍
地源热泵技术通过闭式地埋管换热器夏季向土壤中释放热量、冬季从土壤中吸收热量，通过热泵实现对建筑物供冷供热。由于利用了可再生的浅层地能，地源热泵技术与传统空气源热泵系统相比具有更高的效率和可靠的效能。近年来，地源热泵系统已成为各类建筑物中央空调系统的节能选择。地埋管换热器是地源热泵技术利用浅层地能的核心构件，我国目前应用较多的地埋管换热器形式是竖直地埋管换热器。原来的地热都是就地土材直接回填，且在岩土层地质中无法操作，下管后的钻孔内是充满泥浆的，目前也是行业难题。在岩土层地质条件下的地埋管换热器施工时，多采用泥浆泵钻孔，使用正循环回转钻井工艺。在钻机驱动钻具回转钻井的同时，利用泵将水从钻杆中心孔中压入孔底，冲洗孔底。水携带切屑沿钻杆与孔壁之间的外环状空间上升，从孔口流向沉淀池，形成正循环回转钻井。因此，下管后的钻孔内是充满泥浆的，如何使回填材料取代泥浆切实填满整个钻孔也是岩土层地质条件下的地埋管回填必须解决的问题。而且，提高回填材料的导热系数可以有效增强地埋管换热器的换热性能，但回填材料的导热系数也并非越高越好。理论计算表明，当回填材料的导热系数低于周围土壤的导热系数时，增大回填材料的导热系数有利于提高地埋管换热器总的换热能力。但是当回填材料的导热系数高于周围土壤的导热系数时，增大回填材料的导热系数对提高换热器总的换热能力的影响不再明显。而且回填材料的导热系数过大时，反而会增强U型管支管间的“热短路”现象。目前关于地埋管换热器回填材料的研究取得了不小的进展，但是大多配方复杂，包含工业废料，而且缺乏适用于不同地质条件下的高性价比回填材料的探讨。地源热泵系统中的循环水通过在钻孔内埋置的高密度聚乙烯循环管内流动，实现与浅层土壤的换热。在浅层地能的热传递过程中，最先是循环管壁与钻孔内回填材料之间的换热，然后才是与钻孔周围土壤的换热过程，回填材料是实现循环水与土壤之间换热的重要环节。因此，回填材料是保证地埋管换热器换热性能和施工质量的重要材料，其传热性能将直接影响地埋管换热器的换热效率，进而影响地埋管换热器的钻孔埋管总长度、整个地源热泵系统的初投资及运行费用。通常情况下，要求地埋管换热器的回填材料首先具备良好的导热性能、施工性能和力学性能，其次具有环保性、耐久性和经济性。根据实际施工情况调研，目前原浆回填和粗砂回填在岩土层地质条件下的地埋管地源热泵实际工程中应用较为广泛。显然，原浆回填、粗砂回填具有经济方面的优势而且施工较为方便。但是据测试，原浆和粗砂材料本身的导热系数不高。而且当其受热脱水时，还会在管壁与土壤之间产生较大的接触热阻，这对地埋管换热器的传热相当不利。
技术实现思路
专利技术的目的：为了提供一种效果更好的适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。为了达到如上目的，本专利技术采取如下技术方案：方案一：一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：硅酸盐水泥1.0份、水0.50-0.60份、石英砂1.5-2.5份、膨润土0.003-0.011份、膨胀剂0.03-0.07份、触变润滑剂0.001-0.005份、减水剂0.01-0.018份、消泡剂0.002-0.01份。本专利技术进一步技术方案在于，所述膨润土为钠基膨润土，膨胀容≥20ml/g。本专利技术进一步技术方案在于，所述膨胀剂为UEA膨胀剂，在水中7d限制膨胀率≥0.025％。本专利技术进一步技术方案在于，所述触变润滑剂硅酸镁铝触变润滑剂，触变值≥7。本专利技术进一步技术方案在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。本专利技术进一步技术方案在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂，其粘度大于800Pa.s。制备如上任意一项所述的回填材料的方法，包含如下步骤，步骤一：将回填材料包装袋拆开，拿出外加剂袋拆开后，向钠基膨润土、减水剂、膨胀剂、消泡剂、触变润滑剂中加入要求的水量，搅拌10秒钟，要注意防止搅拌速度过快引起空气夹带；步骤二：打开水泥袋，将水泥逐渐加入混合物中，并增加搅拌器速度，搅拌1-2分钟；步骤三：打开砂袋，将石英砂逐渐加入混合物中，搅拌直到均匀(5分钟内)即可得回填材料浆体。一种适用于岩土层地质的利用地热的制备方法，其特征在于，包含如下步骤，竖直地埋管换热器的通常做法是在土壤中钻孔；然后将高密度聚乙烯管以单U型或双U型的型式下于钻孔内，最后用可泵性的浆体回填材料通过下管时预置于钻孔内的下浆管将钻孔进行回填；所述的回填材料包含以下重量份的原料：硅酸盐水泥1.0份、水0.50-0.60份、石英砂1.5-2.5份、膨润土0.003-0.011份、膨胀剂0.03-0.07份、触变润滑剂0.001-0.005份、减水剂0.01-0.018份、消泡剂0.002-0.01份；换热的时候，在浅层地能的热传递过程中，最先是循环管壁与钻孔内回填材料之间的换热，然后才是与钻孔周围土壤的换热过程。触变润滑剂在制备可泵性的浆体回填材料中以及在地热应用中的用途。采用如上技术方案的本专利技术，相对于现有技术有如下有益效果：此回填材料的提出对于保证地埋管换热器的施工质量和运行性能，降低地埋管换热器的初投资和占地面积具有重要意义，有助于利用可再生能源的地源热泵技术的推广应用，符合保护环境、节能降耗的可持续发展战略，具有显著的经济效益和社会效益。附图说明为了进一步说明本专利技术，下面结合附图进一步进行说明：图1为本专利技术单U管施工结构示意图；图2为本专利技术双U管施工结构示意图；本附图为本装置主要部件组成的示意图，不代表本专利技术的外形尺寸、连接方式、装配形式、位置关系等，图示省略了部分手动阀门、管件等。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。在上述技术背景下，本专利技术针对常见地埋管换热器施工地点的岩土层地质条件，基于实际工程中常用的原浆/粗砂的回填方案进行研究和改良，在控制成本的前提下，提出了一种适用于岩土层地质条件下的地源热泵地埋管换热器钻孔回填所需的高性价比回填材料的配方及制备方法，可有效提高施工效率，降低用于岩土层地质条件下的地埋管换热器的初投资及占地面积，并保障整个地源热泵系统的长期稳定运行。为了保证所提出的回填材料的环保性，防止其破坏地下岩土环境，本专利技术不在回填材料中添加工业废料。此外，专利技术中创新性地在回填材料的外加剂中使用了硅酸镁铝触变润滑剂。触变润滑剂的加入可以减少砂粒和水泥间的摩擦，减少砂浆泵的摩擦，提高回填材料浆体的润滑性，使其更容易泵送；同时可减缓回填材料浆体的凝固时间并延长回填材料浆体的开放时间；减少回填材料浆体分层，使其内部结构一致，增大其传热性能。配方中的触变润滑剂可使回填材料具有更简便的施工性能和更高效的施工效率；此外可降低回填材料与高密度聚乙烯管壁及钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：硅酸盐水泥1.0份、水0.50‑0.60份、石英砂1.5‑2.5份、膨润土0.003‑0.011份、膨胀剂0.03‑0.07份、触变润滑剂0.001‑0.005份、减水剂0.01‑0.018份、消泡剂0.002‑0.01份。

【技术特征摘要】
1.一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：硅酸盐水泥1.0份、水0.50-0.60份、石英砂1.5-2.5份、膨润土0.003-0.011份、膨胀剂0.03-0.07份、触变润滑剂0.001-0.005份、减水剂0.01-0.018份、消泡剂0.002-0.01份。2.如权利要求1所述的一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土，膨胀容≥20ml/g。3.如权利要求1所述的一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，所述膨胀剂为UEA膨胀剂，在水中7d限制膨胀率≥0.025％。4.如权利要求1所述的一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，所述触变润滑剂硅酸镁铝触变润滑剂，触变值≥7。5.如权利要求1所述的一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。6.如权利要求1所述的一种适用于岩土层地质的回填材料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂，其粘度大于800Pa.s。7.制备如权利要求1-6任意一项所述的回填材料的方法，包含如下步骤，步骤一：将回填材料包装袋拆开，拿出外加剂袋拆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恩琦，满意，张方方，张强，黄体士，吴建华，韩乃锋，李根成，
申请(专利权)人：山东亚特尔集团股份有限公司，山东省煤田地质局第二勘探队，
类型：发明
国别省市：山东,37