[发明专利]用于地源热泵地下埋管回填的水泥基灌浆砂浆的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑节能、地源能利用、干粉砂浆、水泥基灌浆材料领域，涉及制备水泥基地源热泵用灌浆材砂浆的方法。 

背景技术

地源热泵利用地球表面浅层地热资源(通常小于400m深)作为冷热源，能够充分利用可再生能源进行能量转换，是一项可持续发展供暖空调系统。地热换热器实现了地热资源的初步提取，是地源热泵中最关键的部位。地热换热器是以导热好、抗腐蚀，强度高且可挠曲的材料制成地耦管埋入地下，形成闭式环路。管内的导热流体(水或防冻剂)与土壤不接触，热量的排放和抽取是通过埋在土壤里管路系统内的流体热交换循环来完成的。 

灌浆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，向钻孔中注入灌浆材料。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；同时防止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。灌浆材料的选择以及正确的灌浆施工对于保证地埋管换热器的性能有重要的意义。采用导热性能不良的灌浆材料将显著增大钻孔内的热阻，在同样的条件下导致所需的钻孔总长度增加，同时也意味着系统初投资以及运行费用的增加。而有效的灌浆材料可以防止土壤冻结、收缩、板结等因素对埋管换热器传热效果造成影响，提高埋管换热器的传热能力，同时也可有效防止地下污染物对埋管的不利影响，因此选择适当的灌浆材料对地源热泵的性能起重要的作用。 

目前，国内对灌浆材料的研究还不够完善，虽然建设部于2006年颁布实施的《地源热泵工程技术规范》中明确指出：“灌浆材料宜采用膨润土和细沙(或水泥)的混合浆或专用灌浆材料；当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆灌浆；灌浆材料及其配比应符合设计要求”。但目前国内对灌浆材料的研究基本上还没有开展，《规范》也没有给出可供选择的灌浆材料配方；大多数施工单位仍采用当地砂土作为灌浆材料，导致地埋管换热器性能不良。 

配比设计合理的水泥基灌浆材料具有较好的导热性，经济性及足够的耐久性等，而且水泥砂浆灌浆材料成本相对较低，使用安全环保，工作性较好，其组成物也容易获得。含有骨料的水泥类灌浆材料比膨润土材料在很多方面具有优势，更适合于填充地层与U型管之间的空隙，灌浆材料中使用大颗粒的骨料也是提高其导热系数的一个有效方法。 

发明内容

本发明提供一种用于地源热泵地下埋管回填的水泥基灌浆砂浆及其制备方法。该砂浆具有优良的导热性能，改善地源热泵地下换热器的热交换，还具有良好的工作性，强度、抗渗性以及微膨胀性。 

为达到以上目的，本发明的解决方案是： 

一种用于地源热泵地下埋管回填的水泥基灌浆砂浆的制备方法，该方法包括： 

首先，采用高导热性的材料配制导热加强细骨料。 

其次，配制专用复合外加剂，该复合外加剂专门用于水泥基地源热泵灌浆砂浆，包括消泡剂、发气剂和萘系减水剂。 

最后，将导热加强细骨料与水泥、矿物外加剂、复合外加剂、水混合搅拌制备成水泥基地源热泵用灌浆砂浆。 

进一步，所述的导热加强细骨料：将钢渣破碎成砂，干燥处理至表面气干；通过机械筛 分将钢渣砂分成1.25～2.5，0.63～1.25，0.315～0.63，0.16～0.315四个不同粒径区，再按比例混合均匀配制为细度模数2.53(变化范围±0.3)的细骨料，细骨料的颗粒组成须涵盖上述所有四个粒径区，具体比例应根据所用钢渣砂的粒形特征通过试验确定。 

所述的制备专用复合外加剂的方法包括以下步骤：A.将发气铝膏和分散剂按质量比1∶9混合，通过高速搅拌使发气铝膏均匀分布在分散剂中，制备得到发气剂； 

B.将步骤A得到的发气剂干燥处理； 

C.将发气剂、消泡剂与萘系减水剂按质量比1∶3∶15的比例混合，通过高速搅拌混合均匀； 

D.将步骤C得到的复合外加剂干燥处理。 

制备方法的步骤为：将水泥、导热加强细骨料、矿物外加剂、专用复合外加剂采用搅拌机干拌均匀后，加入水慢速搅拌1min，停止搅拌1min，再快速搅拌1min，制得水泥基地源热泵用灌浆砂浆 

水泥可为32.5或42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，矿物外加剂为磨细矿渣或粉煤灰，水泥基地源热泵用灌浆砂浆组分及最佳质量配比如下： 

组分                配比(kg/m3) 

水泥                700 

矿物外加剂          100