[发明专利]一种适用于岩土层地质的回填材料以及制备方法

说明书

本发明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，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

发明的目的：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，本发明采取如下技术方案：

方案一：