传热水泥基灌浆料的制作方法

本发明属于不定型热传导材料技术领域，涉及一种提供定向传热、快速成型、高强度、自流平、憎水属性的传热水泥基灌浆料。

背景技术：

工业生产、生活采暖以及制冷工艺中，使用管道换热时，管道之间会产生空隙，尤其是管道温度与非管道区域之间温差过大时，在一定条件下会产生“热墙”现象，致使温度在同一界面中产生较大温差，降低换热、伴热及制冷效果。尤其是在大面积需要传热、换热时，换热面因为材料、形状、形式的不同，很难达到换热面的完全贴合以及需要表面处理的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种传热水泥基灌浆料，作为不定型材料能够实现大面积热传导工艺要求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种传热水泥基灌浆料，其特征在于，按重量份，由主胶凝材料27～33份、传热骨料18～22份、细沙27～33份、生石灰4.5～5.5份、石膏4.5～5.5份、微硅粉0.9～1.1份、粉煤灰1.8～2.2份、鳞片石墨粉4.5～5.5份、减水剂0.9～1.1份、膨胀剂0.63～0.77份、消泡剂0.09～0.11份和缓凝剂0.18～0.22份组成。

本发明灌浆料应用于大面积平面定向热传导领域，能够作为换热面之间的传热材料，是一种具有定向传热、快速成型、高强度、自流平、憎水等特点的不定型材料，可以根据现场条件实现各种表面形状之间的空隙自由填充，实现无缝连接，大大提高了热传导面积和热传导效率。该灌浆料主要针对大面积传热、换热时，换热面因为材料、形状、形式的不同，很难达到换热面的完全贴合以及需要表面处理的要求。其具有的自流平属性可以使每个缝隙中都充满传热材料，并利用地球引力形成平整地面，使传热层形成一个整体平面，可显著提高热传导效率，降低能耗，产生良好的社会效益和经济效益。同时，该灌浆料采用价格更有优势的原料制备而成，可广泛应用于地暖、溜冰场、电厂、冶炼厂以及其他大面积供热、散热的需求。

附图说明

图1是本发明灌浆料的电镜图。

图2是未使用本发明灌浆料的伴热系统中加热介质、地暖管外部和需加热地面的温度随时间变化的曲线图。

图3是使用本发明灌浆料的伴热系统中地暖管外部和需加热地面的温度随时间变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种传热水泥基灌浆料，按重量份，由主胶凝材料27～33份、传热骨料18～22份、细沙27～33份、生石灰4.5～5.5份、石膏4.5～5.5份、微硅粉0.9～1.1份、粉煤灰1.8～2.2份、鳞片石墨粉4.5～5.5份、减水剂0.9～1.1份、膨胀剂0.63～0.77份、消泡剂0.09～0.11份和缓凝剂0.18～0.22份组成。

将所取的各原料加入到星型搅拌设备中搅拌30分钟，充分混合，得传热水泥基灌浆料。

主凝胶材料采用铝酸盐水泥。传热骨料采用粒径50～100目的石英砂。细沙的粒径100～200目。微硅粉的粒径大于等于400目。这样的的石英砂、细沙和微硅粉可以使最后的混料砂浆的颗粒比达到最优，降低孔隙率，提高致密度。而且，所用石英砂、细沙和微硅粉的重量份数能够使传热水泥基灌浆料的流动性和致密性更优。

主胶凝材料作为混合材料的结合剂和连接键把各组分有效连接并在最终水化反应后形成晶相化结构。传热骨料是本发明传热水泥基灌浆料中最主要的传热基材和结构中支撑部分。细沙有一定的蓄热、传热功能，同时可充分填充传热骨料之间的缝隙，提高结构的致密性及强度。生石灰和石膏遇水膨胀产生热量便于胶凝材料水化反应。400目以上的微硅粉起到填结构缝隙、提高结构强度、提高材料流动度的作用。粉煤灰吸水，减少结构间水分析出，提高结构强度。鳞片石墨粉具有较高的导热系数和流动度。膨胀剂作为膜性材料填充于各个组份之间，以提高各组份的分子键强度和降低材料的亲水性。

使用本发明传热水泥基灌浆料时：分别取该灌浆料和水，所取水的重量为所取灌浆料重量的5%，将所取的水和所取的灌浆料加入搅拌设备搅拌1分钟左右，使水和灌浆料充分混合，形成水混砂浆。然后把该水混砂浆浇灌到指定区域，使水混砂浆填充管道之间的空隙，即高传热系数、高致密度、微膨胀的材料会完整的填充到传热各界面之间，水混砂浆在地球引力作用下产生自流平效果。水混砂浆24小时之内固化，固化以后形成一个自流平的整体，提供一个完整的传热界面，利用热量总是从导热性好材料传导的特性实现定向传热。消除了管道温度与非管道区域之间温差过大的现象，避免产生“热墙”，使温度在同一界面中趋同，提高换热、伴热及制冷效果。本发明灌浆料使用简单，极大地降低了施工难度。

实施例1

按重量份，分别取铝酸盐水泥27份、石英砂18份、粒径100～200目的细沙30份、生石灰5.5份、石膏4.5份、粒径大于等于400目的微硅粉0.9份、粉煤灰2份、鳞片石墨粉5份、减水剂1份、膨胀剂0.63份、消泡剂0.09份和缓凝剂0.2份；将所取的各原料加入到星型搅拌设备中搅拌30分钟，充分混合，得传热水泥基灌浆料。分别取该灌浆料和水，所取水的重量为所取灌浆料重量的5%，将所取的水和所取的灌浆料加入搅拌设备搅拌1分钟左右，使水和灌浆料充分混合，形成水混砂浆。然后把该水混砂浆浇灌到指定区域，使水混砂浆填充管道之间的空隙，水混砂浆固化后，取样品进行电镜扫描，得到图1所示的电镜图，图中大块的黑色部分为传热骨料，白色部分是胶凝剂（铝酸盐水泥）及其它结合剂固化形成的，图中深色小点是细沙及石墨。说明本发明传热水泥基灌浆料具有更致密的结构，骨料和细料之间的合理配比使灌浆料在水化后达到低气孔率、微膨胀、高热传导性。

以地暖管供热系统为例：大多数情况下，由于地暖管选材、管道间距、保温材料类型和厚度、地面材料的传热系数、以及热水温度、输送距离等因素的不同，导致地暖管表面温度和需要供暖地面温度之间的温差较大，而且需要供暖地面温度低于地暖管表面温度，需要供暖地面温度只有地暖管表面温度的60%左右，即地暖管表面温度与需要供暖地面温度之间的温差可达到40%左右，如图2所示，从图中可以看出，在大约30min的时间内，地暖管内的热水温度从10℃升至将近70℃，随着地暖管内水温的升高，地暖管外外部温度随之升高，在120min左右的时间内也升至将近70℃，而需要加热的地面温度在长达300min的时间内，温度始终不能超过40℃。

在中、低温的供热、换热装置使用本发明传热灌浆料后，地暖管外部温度和需加热地面温度的曲线图，如图3所示，图中显示，随着需加热地面温度最终能与地暖管外部温度相同，说明使用本发明传热灌浆料后加热介质说携带的热量均匀地传导到地暖管周围，并迅速散热到地面，有效消除了被加热介质和加热介质之间的温差，使地暖管和地面的温差变得很小。同时缩短了升温时间。

可以通过传热的基本公式来分析影响传热效率的几种因素：

传热的基本计算公式如下： Q=η×A×△t

式中：Q表示传热量，单位W；η表示传热系数，单位W/m².K； A表示换热面积，单位m²；△t表示两种换热介质间的温差，单位℃。

通过传热的基本计算公式可知，要想增加传热量 Q 共有 3 种方式：1）加大平均传热温差△t；2）增大换热面积 A；3）提高传热系数η。

而加大平均传热温差，目前主要采用：

1）冷、热流体换热面逆流布置；

2）增大冷、热流体进、出口的温差，即，提高热介质的温度。

但是增加平均传热温差会造成很大的火用损失，因此，加大平均传热温差的方法在实际工艺中往往不可取的。而用本发明灌浆料代替普通水泥以后，由于该灌浆料具有传热性能，使得传热面积增大，传热由管道传热变成了平面传热，传热效率提高了40%。相较于普通水泥3W/m².K的传热系数，本发明灌浆料的传热系数是7W/m².K。

实施例2

按重量份，分别取铝酸盐水泥30份、石英砂22份、粒径100～200目的细沙27份、生石灰5份、石膏5.5份、粒径大于等于400目的微硅粉1份、粉煤灰1.8份、鳞片石墨粉5.5份、减水剂0.9份、膨胀剂0.7份、消泡剂0.1份和缓凝剂0.18份；将所取的各原料加入到星型搅拌设备中搅拌30分钟，充分混合，得传热水泥基灌浆料；

实施例3

按重量份，由铝酸盐水泥33份、石英砂20份、粒径100～200目的细沙33份、生石灰4.5份、石膏5份、粒径大于等于400目的微硅粉1.1份、粉煤灰2.2份、鳞片石墨粉4.5份、减水剂1.1份、膨胀剂0.77份、消泡剂0.11份和缓凝剂0.22份；将所取的各原料加入到星型搅拌设备中搅拌30分钟，充分混合，得传热水泥基灌浆料。