uea型膨胀剂在地源热泵回填材料中的应用.docxVIP

uea型膨胀剂在地源热泵回填材料中的应用 0 填充料的选择原则 通过选择地源热泵的填充材料，可以提高系统的运营效果，减少投资。近十多年来, 有关回填材料的研究表明, 高性能的回填材料除了要有良好的导热性能外, 还要有较好的流动性、粘结性以及较低的渗透性和失水收缩性等特点。有关回填材料的研究成果, 或是选用的骨料成本昂贵, 或是导热系数不够理想, 都比较难以应用到实际工程中。本文试图通过对回填材料的研究, 找到一种配比合理的材料, 不仅能适用于北京大部分地区的地层, 同时材料成本低廉, 易于工程应用。 1 充填材料性能分析 近年来, 对强化换热型回填材料的研究逐渐成为了热点。在众多研究中, 美国的Marita L.Allan在他申请的专利中, 对高性能回填材料的研究做的比较深入, 其配制的回填材料在理想状态下的导热系数达到了2.42 W/ (m·K) , 给以后人们对回填材料的研究奠定了良好的基础【1】。 近年来, 国内越来越多的科研机构和研究人员也在对回填材料各方面的性能做出不同程度的研究【2~6】, 使回填材料的研究进入了新的阶段, 但也存在一些问题, 或是材料价格昂贵, 或是导热系数不够理想, 从而影响了这一技术的推广。 2 材料补充组分、性质和测试方法 2.1 材料补充组分和性质 2.1.1 水泥 水泥是一种水硬性无机凝胶材料。本次试验所选水泥为普通硅酸盐水泥, 标号PO32.5、PO42.5。 2.1.2 填充料质的确定 良好的骨料有助于提高回填材料的导热性能, 同时骨料的性质也决定回填材料的流动性、抗渗性能等。本次选用多种骨料作为研究对象, 粗骨料包括片麻岩、白云岩岩屑, 混凝土用卵石, 细骨料包括各种天然砂 (河砂、山砂) 、石英砂。 2.1.3 流动性和易性 FDN型萘系高浓减水剂, 减水率达25%以上, 超塑化, 能有效增大流动性, 减少泌水和离析, 从而改善和易性, 便于施工, 易于密实。 2.1.4 水泥膨胀引起的膨胀 本次试验选用UEA型膨胀剂。UEA的膨胀机理大致为:水泥中有足够浓度的CaO、Al2O3、CaSO4生成结晶状或凝胶状的钙矾石, 吸水肿胀对混凝土产生膨胀压力, 致使混凝土体积产生膨胀。 2.2 导热系数的测定 回填材料的稠度实验、收缩实验、抗渗实验参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 (JGJ/T 70-2009) 。导热系数的测定采用德国进口的Hot Disk TPS2500s热常数分析仪, Hot Disk热常数分析仪采用瞬态平面热源技术。当试样被看作是无限大介质时, 加热过程中只有探头和试样之间的热量交换, 可以视为有限尺度的面热源在无限大介质中的导热过程。 3 试验过程和结果分析 3.1 试验材料的选择 3.1.1 凝胶材料的确定 在相同水灰比和养护条件下, 水泥净浆试样的含水量、密度以及导热系数差别都很小, 为此我们选择相对经济的PO32.5水泥作为地源热泵回填土的凝胶材料。 3.1.2 充填材料的导热系数和颗粒级配分析 粗骨料由于不利于泵送和回填, 不作为研究重点, 这里只通过实验来说明一些问题。表2为以上述3种材料作为骨料, 相同条件下回填材料的导热系数。 以新鲜的片麻岩和白云岩为骨料的回填材料其导热系数比以卵石为骨料的回填材料明显偏低, 也远远小于岩体自身的导热系数, 这与相关文献中给出的经验值相差很大【10~12】, 初步分析白云岩和片麻岩新鲜岩屑磨圆度差, 骨料间接触面积小, 骨料周围被大部分水泥凝胶材料所填充, 同时由于岩屑为潜孔锤取样材料, 在取样过程中, 岩屑颗粒在外力的作用下, 形成许多微小裂隙, 当材料硬化后, 由于这些微小裂隙的存在, 使得导热系性能变差, 导致整体导热系数下降。而对于以卵石为骨料的回填材料, 卵石完整性、磨圆度较好, 回填材料导热系数较高。 (2) 细骨料 细骨料的研究对象主要以粒径小于5mm为主, 主要包括石英砂、各种天然砂。天然砂包括不同的河砂和山砂, 河砂有两中, 一种为褐黄色, 圆砾状, 粒径小于0.075mm的粉粒含量较少, 为区别起见, 将该砂样记为砂样1;另一种为灰色, 角砾状, 砾粒、粗粒较多, 粒径小于0.075mm的粉粒较多, 记为砂样2, 山砂为建材市场购买到的天然山砂, 记为砂样3。图1为三种试样的颗粒级配曲线。 表1为由颗粒分析得到的相关数据, 根据不均匀系数可知, 砂样1和砂样3属于较均匀土, 砂样2为不均匀土【13】。 表3为上述砂样在相同条件下回填材料的导热系数测试结果。 由于砂样2的测量结果与计算结果拟合程度不高, 导热系数可信度稍差, 这里主要比较以砂样1和砂样3做骨料的回填材料的导热系数。砂样3的导热系数最高, 初步认为这与材料的均匀性有关, 砂样3的均匀性好于其它试样, 而砂样2其不均匀性较大, 也