巖溶地區(qū)地源熱泵地埋管回填料的導(dǎo)熱性能與抗沖刷研究.pdf

1、巖溶地區(qū)地源熱泵地埋管回填料的選擇有其特殊性。本課題主要以南方巖溶地區(qū)地源熱泵地埋管的回填材料作為研究對象,通過對桂林理工大學(xué)地源熱泵工程中地埋管實際回填的材料進(jìn)行導(dǎo)熱性能測試及抗沖刷模擬試驗,來分析和驗證工程實際中選擇回填料的可行性。
　　在巖溶地區(qū),由于地表水的滲入和地下水的長期作用,地下巖層中發(fā)育著各種大小不一的溶洞,地下水穿梭分流于其中。桂林理工大學(xué)地源熱泵工程在豎直鉆孔時穿過地下過水溶洞,在回填過程中發(fā)現(xiàn)以砂子和膨潤土混

2、合的回填料極易被地下水沖刷帶走,造成大量的回填材料流失,阻斷了溶洞上下兩部分回填材料的聯(lián)接,砂子與膨潤土不能快速凝結(jié)保護(hù)地埋管及起到傳熱作用。根據(jù)工程經(jīng)驗,施工方選擇以石粉替代砂子作為回填材料進(jìn)行鉆孔回填,通過現(xiàn)場施工情況來看,以石粉添加膨潤土的混合材料回填,達(dá)到了一定的預(yù)期效果,表明石粉與膨潤土的回填料在巖溶地下水的不斷沖刷下能較快速的凝結(jié)成堆保護(hù)地埋管,使回填過程順利完成。
　　但以石粉和膨潤土為回填料是否能真正且長期經(jīng)受住地

3、下水的沖刷,以及具有優(yōu)于砂子和膨潤土的導(dǎo)熱性能,還有待進(jìn)一步的研究。本文即是對石粉和膨潤土與砂子和膨潤土分別作為回填材料時的一個對比,通過室內(nèi)導(dǎo)熱性能的測試及抗沖刷試驗,結(jié)合石粉本身的特殊性能,來評判石粉是否適合于巖溶地區(qū)地源熱泵特殊地質(zhì)條件下的回填。
　　首先,通過土壤熱特性分析儀對砂子和膨潤土、石粉和膨潤土分別作為回填料時進(jìn)行導(dǎo)熱性能的測量比較,發(fā)現(xiàn)石粉和砂子一樣具有很好的熱導(dǎo)率、容積熱容及熱擴(kuò)散率;石粉添加膨潤土作為回填料時

4、導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)2.127W/(m·k);石粉與砂子的性質(zhì)相近,具有與砂子相同的熱物性變化趨勢,熱導(dǎo)率隨干密度以及含水率的增加而增大。石粉是一種具有很好導(dǎo)熱性能的回填材料。
　　其次,從實驗的拌合料及制樣所能達(dá)到的干密度來看,在相同的水量添加下,石粉具有明顯好于砂子的流動度及膠結(jié)性能;石粉在遇水后具有的可壓縮性比砂子高很多,密實度更大,保水性能更好。
　　第三,鑒于石粉遇水后具有很好的吸水、粘結(jié)及可壓縮性能,在石粉和膨潤土中摻加一

5、定量的砂子進(jìn)行測試,試驗結(jié)果證明石粉加砂子加膨潤土的回填料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)2.600 W/(m·k)以上,具有很好的傳熱效果,容積熱容達(dá)到2.500[MJ/(m3· k)]以上,熱擴(kuò)散率在0.600~0.900[mm2/s]之間變化。石粉加砂子加膨潤土的回填料密實度大、滲透性小、吸水性及黏結(jié)性好,不失為一種很好的回填料,推薦的配比為砂子、石粉、膨潤土、水:50％、30%、5%、15%。
　　第四,石粉回填料在含水率