第３０卷第６期 ２０１３年１２月 吉林建筑工程学院学报 Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 能量桩储热技术材料选取研究术 赵嵩颖 蒋大伟※ 宋晓东△ １３０１１８；２：吉林大学建设工程学院，长春１３００２６） （１：吉林建筑大学市政与环境３－程学院，长春摘要：本文将以能量桩为研究对象，在满足力学要求的前提下，选取储热材料，通过对桩基混凝土的优化配比，既而 得到高强度、高储热性能的能量桩． 关键词：能量桩；储热材料；材料选取 中图分类号：ＴＵ ８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—０１８５（２０１３）０６—００３２—０４ Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ａｂｏｕｔ Ｈｅａｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ｐｉｌｅ ＺＨＡＯ Ｓｏｎｇ—ｙｉｎｇ 一，ＪＩＡＮＧ Ｄａｗｅｉ ，ＳＯＮＧ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （１：Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ １３０１ １８； ２：Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ １３００２６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｉｌｌ ｔａｋｅ ｅｎｅｒｇｙ ｐｉｌｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒｅｍｉｓｅ， ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｓｔｏｒｉｎｇ ｈｅａｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｇｅｔ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈ ｈｅａｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｐｉｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ ｐｉｌｅ；ｈｅａｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ 土壤源储热技术作为新兴的建筑节能技术，从提出就备受建筑节能行业的关注，国内外学者对其开展了 大量的研究．目前，该技术正经历着由理论到应用、由效益到环保的快速发展时期．在土壤源储热技术研究领 域中，能量桩储热技术是一个高效开发利用地下热能的研究新方向．能量桩储热技术就是在混凝土桩基内部 埋设换热管，这种技术在施工过程中可省去土壤源储热技术的钻孔工序，继而节约施工时间和施工费用，有 效利用建筑物的地下面积，同时桩埋管回填材料为导热性优良的？昆凝土，使能量桩的换热性能远远高于土壤 源热泵技术…，故能量桩储热技术正被更多学者关注．但由于将换热管埋设到桩基中，换热管的存在会对桩 基原有力学要求产生较大影响，如果建筑物在既有混凝土配比的基础上，直接将换热管加入至桩中进行浇 注，不但对建筑安全性产生严重后果，而且也很难满足能量桩的储热要求．本文以能量桩为研究对象，在满足 力学性质的前提下，选取储热材料，通过对桩基混凝土的优化配比，既而得到高强度、高储热性能的能量桩． １ 能量桩的力学及热力学性质 １．１力学性质 由于能量桩是以地源热泵理论为基础所提出的，作为一种新型建筑节能技术，其相关规定并未在国家现 行《建筑基桩技术规范》（ＪＧＪ９４—２００８）中体现．现阶段能量桩施工仅对建筑基桩原设计加入换热管是极不 可取的，建筑原有基桩设计一般为普通混凝土加钢筋计的构件，加入换热管后，其力学性质将受到严重影响， 收稿日期：２０１３—０２—２７． 作者简介：赵嵩颖（１９８０一），男，吉林省四平市人，讲师，在读博士研究生． 基金项目：吉林省高等学校大学生创新创业训练项目（２０１２０１）． ※吉林建筑大学材料科学与工程学院２０１０级学生；Ａ吉林建筑大学交通科学与工程学院２０１０级学生 第６期 赵嵩颖，蒋大伟，宋晓东：能量桩储热技术材料选取研究 ３５ 挡 ｊ日１ 抗压强度 ／ＭＰａ 抗折强度 ／ＭＰａ 劈裂强度 ／ＭＰａ 轴心抗压强度 ／ＭＰａ 抗压模量 ／ＧＰａ 注：括号内数据为较基准混凝土的强度比 由表５和表６可以看出，掺人聚丙烯纤维１．８ ｋｇ／ｎｌ 混凝土比基准混凝土７ ｄ抗压强度增加１０％左右， ２８ ｄ强度增加１５％左右；掺入聚丙烯纤维２．７ ｋｇ／Ｉ／＇１ 混凝土比基准混凝土７ ｄ，２８ ｄ强度均增加２０％左右． ３．２热力学性质 能量桩中掺入玄武岩、工业废铜矿渣、石墨等材料均可提高混凝土的导热系数，表７为加入导热性能优 越的石墨后，储热材料热导率的测试结果．由表７中可以看出，储热材料的热导率随着石墨粉含量的增加而 增大，当石墨粉含量为３％时，材料的热导率达到或超 过１．６ Ｗ／（ｉｎ・ｋ）．这个数值已超过液态碳酸盐的热 导率值２．０ Ｗ／（ｍ・ｋ）．所以石墨的加入是完全可以 符合要求，并能提高桩的导热系数． 表７储热材料热导率的测试结果 ４ 结论 能量桩以纤维作为增强材料，以铝酸盐水泥作为胶凝剂，基桩可避免由于换热管和石墨粉加入而造成的 力学缺陷，确保储热材料的稳定性和使用寿命，抵抗地下矿物水的侵蚀；选用玄武岩及工业废铜矿渣等热容 大的材料作为集料，可使改性混凝土的体积容积大幅提高，又是对工业废渣进行再利用，解决了工业废渣的 环境污染问题，使节能和环保相结合；选用高导热系数的石墨，可提高能量桩的储热性能；选用性能优异的复 合高效减水剂和膨胀剂，可防止混凝土的温度应力裂缝，有效促进换热管和混凝土的结合；通过对混凝土桩 材料优化配比，可以制备满足能量桩要求的新型高强混凝土储热材料． 参［１］赵嵩颖，张柏林，刘奕彤，付考文献 言．能量桩换热管不同埋设方式储热模拟研究［Ｊ］．建筑节能，２０１２（１１）：６６—６８． ［２］王文．桩基埋管对桩承载特性的影响研究［Ｄ］．济南：山东建筑大学，２０１０． ［３］郭成州，黎锦清．新型混凝土储热材料的研制［Ｊ］．国外建材科技，２００７（４）：２３—２５． ［４］周建方，吴国松，周美英．碳纤维增强水泥／混凝土材料力学性能的研究［Ｊ］．混凝土与水泥制品，２００３（２）：３５—３６ ［５］白振鑫．关于钢纤维 昆凝土的探讨［Ｊ］．河南建材，２０１１（２）：１３０—１３１． ［６］陈宏友．聚丙烯纤维 昆凝土力学性能室内试验研究［Ｊ］．中外公路，２００５（１）：９１—９４．