一种具有良好导热性的低强度回填材料制造技术

本发明专利技术提供了一种具有28天抗压强度小于2.0MPa的低强度回填材料，该回填材料具有高可挖掘性和良好的导热性，因此适合在地下公用设施密集的地区使用。回填材料包含一种重量百分含量为1％至10％的水泥粘合剂和一种重量百分含量为40％至75％的细骨料；一种粒径为20微米至100微米的填料，以实现高流动性；一种重量百分含量为0.0001％至5％的密度控制剂，用以使固化和受控的低强度回填材料的密度介于1600kg/m

A low strength backfill material with good thermal conductivity

【技术实现步骤摘要】
一种具有良好导热性的低强度回填材料
本专利技术涉及一种低强度回填材料，更具体地说，涉及一种易于挖掘并具有良好导热性的回填材料，适合在人口密集与地下公用设施高度集中的城市地区使用。
技术介绍
流动性填料是一种胶结材料，其主要是作为回填材料来代替压实的土壤。流动性填料可以轻易的被放置，并且不需额外震动或加固土壤。流动性水泥浆料通常包含水、水泥、细骨料以及各种化学添加剂。根据美国混凝土协会(ACI)的定义，流动性填料为"一种自我充填的胶结材料，其在放置时处于可流动状态，并且其28天的抗压强度不超过8.3MPa"。流动性填料包含低含量的胶结材料，以减少强度发展，从而可以在将来应用于挖掘过程。流动性填料能够填补因不规则挖掘所产生的所有空隙以及难以触及到的地方(例如管道下方和周围)，并且能在几个小时内硬化而无需分层压缩。依照不同的工程目的，有许多不同类型的流动性填料可被利用，可分为两个主要类别：(一)可挖掘填料；及(二)不可挖掘填料。挖掘能力取决于许多因素，包含粘合剂强度、粘合剂密度、骨料数量、骨料级配以及所使用的挖掘设备。目前大多数流动性填料的应用需达到等于或少于2.0MPa的28天的抗压强度，以便将来进行挖掘。现有回填系统主要受限於以土壤为基础的回填未完成压实、强度高以及可用的流动性填料导热性差。当前应用之土壤为基础的系统的可加工性差，且由于回填材料内的空隙，易导致车道损坏。当前可用的流动性填料混合物由于其高强度而不易使用，这限制了沟槽重新挖掘的可行性。在人口稠密的城市地区，地下公用设施(例如电缆和光缆)很普遍，通常需要手工挖掘以防止损坏敏感的管道和电缆。由于地下电缆的发热特性，公用事业公司必须提高回填材料的导热性，若没有适当的散热，电缆可能会过热并损坏。当前的回填材料表现出较差的导热性。例如，泡沫混凝土的导热系数仅为0.10W/mK至0.66W/mK，密度为300kg/m3至1600kg/m3，并不符合事业设施装置的要求。尽管已确证了泡沫混凝土材料作为回填材料的潜在用途，但是使用普通波特兰水泥的泡沫混凝土的硬化时间比普通混凝土长得多，有部分原因是由于基质中空气含量高。一般来说，硬化时间会随着密度降低而增加。因此，泡沫混凝土无法满足回填材料對於减少施工时间/保持沟渠开放所需时间的要求。此外，由于高空气含量，发泡混凝土的导热性比较差。因此，为了满足低强度、硬化时间快速以及良好导热性的要求，在本领域中需要一种新型的回填材料。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一方面提供一种具有28天抗压强度小于约2.0MPa的低强度回填材料，该回填材料包含一种重量百分含量为约1％至10％的水泥粘合剂和一种粒径小于约4.75mm、重量百分含量为约40％至75％的细骨料。为了增加流动性，可以包含一种粒径为约20微米至100微米的填料，该填料也可以增加回填材料的内聚性。另外还包含一种重量百分含量为约0.0001％至5％的密度控制剂，用以使固化和受控的低强度回填材料的密度等于或小于1800kg/m3。导热颗粒均匀地分散在整个回填材料中，其尺寸范围为约0.01微米至500微米，重量百分含量为约0.1％至10％。在本专利技术第一方面的第一实施例中，提供了一种回填材料，其中水泥粘合剂是一种或多种普通波特兰水泥(OPC)、硫铝酸钙水泥(CSA)、氧化铝水泥(AC)、或碱活化材料。在本专利技术第一方面的第二实施例中，提供了一种回填材料，其中细骨料选自一种或多种天然砂、人造砂、石英砂、砾石、再生玻璃、或再生混凝土骨料。在本专利技术的第一方面的第三实施例中，提供了一种回填材料，其中填料选自一种或多种石灰石、生石灰、粉煤灰、底灰、磨碎的高炉矿渣、云母、污水污泥、或石膏。在本专利技术的第一方面的第四实施例中，提供了一种回填材料，其中密度控制剂选自一种或多种发泡剂、引气剂、或原位发泡剂。在本专利技术的第一方面的第五实施例中，提供了一种回填材料，其中导热颗粒选自一种或多种片状石墨、碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、金属粉末、氧化铝、氧化镁、或再生轮胎。在本专利技术的第一方面的第六实施例中，提供了一种回填材料，其进一步包含一种引气剂，引气剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、α-烯烃磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或其他阴离子表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、季铵化合物或其他阳离子表面活性剂、烷基多糖苷(APG)或其他两性离子表面活性剂、水溶性树脂酸皂、动植物脂肪酸、或磺化的有机化合物。在本专利技术的第一方面的第七实施例中，提供了一种回填材料，其进一步包含一种或多种添加剂，添加剂选自重量百分含量为约0.1％至3％的流变改性剂和/或强度促进剂(例如：木质素磺酸盐、萘系减水剂、聚羧酸盐减水剂、或其他高效减水剂等)、甲酸钙、亚硝酸钙、或硫酸钠。在本专利技术的第一方面的第八实施例中，提供了一种回填材料，其中回填材料的坍落度大于约200毫米。在本专利技术的第一方面的第九实施例中，提供了一种回填材料，其中回填材料的抗压强度在约0.3MPa至1.4MPa之间。在本专利技术的第一方面的第十实施例中，提供了一种回填材料，其中回填材料的导热系数大于约1.1W/mK。本专利技术的第二方面提供一种低强度、低密度的胶结材料，其具有28天抗压强度为小于约2.0MPa的强度，该胶结材料包含水泥、骨料、填料以及尺寸为约0.01微米至500微米、重量百分含量为约0.1％至10％的导热颗粒，导热颗粒藉由一种密度控制剂均匀地分散在整个材料中，该密度控制剂选自一种或多种重量百分含量为约0.5％至5％的发泡剂、引气剂或原位发泡剂，用以使固化后的所述材料的导热系数大于1.1W/mK。在本专利技术第二方面的第一实施例中，提供了一种胶结材料，其中胶结材料的坍落度大于约200毫米。在本专利技术第二方面的第二实施例中，提供了一种胶结材料，其中回填材料的抗压强度在约0.3MPa至1.4MPa之间。在本专利技术第二方面的第三实施例中，提供了一种胶结材料，其进一步包含一种引气剂，引气剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、α-烯烃磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或其他阴离子表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、季铵化合物或其他阳离子表面活性剂、烷基多糖苷(APG)或其他两性离子表面活性剂、水溶性树脂酸皂、动植物脂肪酸、或磺化的有机化合物。在本专利技术第二方面的第四实施例中，提供了一种胶结材料，其进一步包含一种或多种添加剂，添加剂选自重量百分含量为约0.1％至3％的流变改性剂和/或强度促进剂(例如：木质素磺酸盐、萘系减水剂、聚羧酸盐减水剂、或其他高效减水剂)、甲酸钙、亚硝酸钙、或硫酸钠。附图说明以下通过参考附图中示出的示例性实施例来更详尽地描述本专利技术，其中：图1示出了本专利技术的回填材料的制备方法；图2A示出了不具有导电颗粒的现有技术材料；图2B示出了一种有导热颗粒分散在整个结构內的材料。图3示出了各种组合物的导热系数与水分含量之間的关系。定义本文所使用术语“密度控制剂”是指具有调节所得固化材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热低强度回填材料包含：/n一种重量百分含量为1％至10％的水泥粘合剂；/n一种粒径小于4.75mm、重量百分含量为40％至75％的细骨料；/n一种粒径为20微米至100微米的填料；以及/n一种重量百分含量为0.0001％至5％的密度控制剂，用以使固化和受控的低强度回填材料的密度介于1600kg/m

【技术特征摘要】
20190529 US 62/853,732;20200225 US 16/799,8661.一种导热低强度回填材料包含：
一种重量百分含量为1％至10％的水泥粘合剂；
一种粒径小于4.75mm、重量百分含量为40％至75％的细骨料；
一种粒径为20微米至100微米的填料；以及
一种重量百分含量为0.0001％至5％的密度控制剂，用以使固化和受控的低强度回填材料的密度介于1600kg/m3至2000kg/m3；以及
尺寸为0.01微米至500微米的导热颗粒，其重量百分含量为0.1％至10％，用以使所述固化的回填材料的导热系数等于或大于1.1W/mK；
其中所述回填材料具有28天抗压强度为小于2.0MPa的强度,以及
所述回填材料设定强度达到至少0.3MPa时，所述回填材料的凝固时间等于或少于8小时。


2.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述水泥粘合剂是一种或多种普通波特兰水泥(OPC)、硫铝酸钙水泥(CSA)、氧化铝水泥(AC)、或碱活化材料。


3.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述细骨料选自一种或多种天然砂、人造砂、石英砂、砾石、再生玻璃、或再生混凝土骨料。


4.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述填料选自一种或多种石灰石、生石灰、粉煤灰、底灰、磨碎的高炉矿渣、云母、污水污泥、或石膏。


5.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述密度控制剂选自一种或多种发泡剂、引气剂、或原位发泡剂。


6.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述导热颗粒选自一种或多种片状石墨、碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、金属粉末、氧化铝、氧化镁、或再生轮胎。


7.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述回填材料进一步包含一种引气剂，所述引气剂选自一种或多种阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、或两性离子表面活性剂。


8.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述回填材料进一步包含一种引气剂，所述引气剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、α-烯烃磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、季铵化合物、烷基多糖苷(APG)、水溶性树脂酸皂、动植物脂肪酸、或磺化的有机化合物。


9.根据权利要求1所述的回填材料，其中所述回填材料进一步包含一种或多种添加剂，其中所述添加剂选自重量百分含量为0.1％至3％的流变改性剂和/或强度促进剂。

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛文，陈贤瑞，邱嘉雯，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81