【摘要】隨著現(xiàn)代建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)水平的提高，大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工越來(lái)越常見(jiàn)，涉及高層建筑基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、大型水壩等多個(gè)領(lǐng)域。這類混凝土結(jié)構(gòu)由于其特殊的體積特征，例如尺寸龐大、表面系數(shù)相對(duì)較小以及水泥水化熱釋放較為集中，使得其在施工過(guò)程中面臨著獨(dú)特的溫度控制挑戰(zhàn)。文章介紹了一種新型的大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)水冷技術(shù)在大體積混凝土施工中存在的問(wèn)題，同時(shí)期望為大體積混凝土施工領(lǐng)域的工程師和研究人員提供有益的參考，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；循環(huán)冷卻系統(tǒng)；混凝土降溫

【中圖分類號(hào)】TU755" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）04-0077-03

0" 引言

大體積混凝土施工在現(xiàn)代建筑和基礎(chǔ)設(shè)施工程中具有普遍性和重要性。大體積混凝土適用于各種規(guī)模的建筑和基礎(chǔ)工程，特別適用于高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)、橋梁、碼頭、隧道等需要承受重載荷的工程。這些結(jié)構(gòu)由于規(guī)模龐大，使用大體積混凝土能確保其穩(wěn)定性和安全性。①大體積混凝土基礎(chǔ)確保高層建筑物能夠達(dá)到更高的高度和具備更大的重量承載能力；②廣泛應(yīng)用于大壩、水庫(kù)等的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以確保水利工程的穩(wěn)定性和耐久性[1]；③可以降低結(jié)構(gòu)的裂縫和滲漏風(fēng)險(xiǎn)，提高工程的耐久性，這對(duì)于長(zhǎng)壽命和長(zhǎng)期使用的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目至關(guān)重要；④在特殊環(huán)境下，如高溫、寒冷或地震頻發(fā)區(qū)域，大體積混凝土能夠提供更好的抗熱、耐寒和抗震性能，確保建筑結(jié)構(gòu)在極端條件下的穩(wěn)定性；⑤大體積混凝土的使用能夠提高建筑的效益，降低維護(hù)成本并提高整體性能。

總之，大體積混凝土的施工已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑和基礎(chǔ)設(shè)施工程中不可或缺的一部分，其普遍性和重要性體現(xiàn)了在追求更高、更大、更安全和更耐久的工程項(xiàng)目中，大體積混凝土所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

1" 大體積混凝土

1.1" 大體積混凝土特點(diǎn)

（1）尺寸大、表面系數(shù)小。大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸龐大，其最小斷面的任何一個(gè)方向尺寸在1 m以上，導(dǎo)致其表面積相對(duì)較小，使得混凝土的外表面相對(duì)較少，難以快速散熱[2]。

（2）水泥水化熱釋放集中。表面系數(shù)比較小，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量在大體積混凝土中釋放比較集中，當(dāng)水泥水化熱釋放達(dá)到一定水平時(shí)，難以及時(shí)散熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部升溫迅速，增加了溫度裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2" 溫度控制對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)安全和使用壽命的影響

大體積混凝土在水泥水化反應(yīng)過(guò)程中釋放大量熱量，當(dāng)混凝土比表面積達(dá)到一定值時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量難以及時(shí)散出，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部升溫較快。當(dāng)內(nèi)外溫差較大時(shí)，就容易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。因此，在大體積混凝土施工中，通常需要采取有效的降溫處理措施。

溫度控制對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命具有重要的影響，尤其是在大體積混凝土施工中。溫度控制有助于維持混凝土結(jié)構(gòu)的完整性，減少溫度裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全的潛在威脅。在混凝土硬化過(guò)程中，有效的溫度控制有助于降低水泥水化熱的集中釋放，減輕混凝土內(nèi)部的熱應(yīng)力，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。溫度過(guò)高對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致混凝土早期齡期內(nèi)的強(qiáng)度降低和耐久性減弱，溫度控制有助于確?；炷两Y(jié)構(gòu)在使用壽命內(nèi)保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。高溫會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的膨脹和變形，從而影響結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性，溫度控制有助于降低結(jié)構(gòu)受溫度影響所引起的風(fēng)險(xiǎn)?？茖W(xué)有效的溫度控制對(duì)于確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命至關(guān)重要，通過(guò)合理的溫度管理，可以降低溫度引起的各種問(wèn)題，提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量和可靠性。

2" 傳統(tǒng)水冷技術(shù)存在的問(wèn)題與不足

傳統(tǒng)水冷技術(shù)在大體積混凝土施工中存在一些問(wèn)題。傳統(tǒng)水冷技術(shù)通常采用自上而下呈蛇形分布的冷卻管，導(dǎo)致冷卻水在混凝土內(nèi)的分布不均勻，這會(huì)導(dǎo)致冷卻管輸出一端的溫度較高，造成混凝土內(nèi)部溫度不均勻的問(wèn)題。由于冷卻水在混凝土內(nèi)的不均勻分布，部分區(qū)域無(wú)法得到有效的降溫，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在溫度梯度，容易引起溫度裂縫和結(jié)構(gòu)變形，冷卻水分布不均勻降低了整體降溫效果，使得混凝土內(nèi)的高溫區(qū)域增加，從而增加了溫度引起的結(jié)構(gòu)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)[3]。傳統(tǒng)水冷技術(shù)的降溫效果有限，部分區(qū)域無(wú)法得到有效降溫，從而影響整體的溫度控制效果。由于冷卻水分布不均勻，需要更多的冷卻水來(lái)達(dá)到預(yù)期的降溫效果導(dǎo)致能耗較大，這既增加了運(yùn)行成本，也可能對(duì)水資源造成一定壓力。傳統(tǒng)水冷技術(shù)在對(duì)大體積混凝土的溫度控制上難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的分層控制，難以滿足工程的實(shí)際需求。由于冷卻管布置形式，傳統(tǒng)水冷技術(shù)在系統(tǒng)維護(hù)和檢修方面存在一定的困難，系統(tǒng)的維護(hù)需要繁瑣的工作，會(huì)影響工程的正常運(yùn)行。

3" 大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1" 系統(tǒng)組成

大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)見(jiàn)圖1，包括多個(gè)組成部分，其核心目標(biāo)是通過(guò)各部分共同協(xié)作，對(duì)大體積混凝土進(jìn)行有效降溫。

混凝土構(gòu)件是整個(gè)系統(tǒng)的主體，可以是高層建筑的基礎(chǔ)、水利工程的壩體等。該構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，可以容納足夠的冷卻管并實(shí)現(xiàn)有效降溫。供水主管系統(tǒng)中，混凝土構(gòu)件附近，要設(shè)置一條供水主管，主要是將冷卻水從供水池輸送到各個(gè)供水分管，是供冷卻水的主要通道。供水主管與多個(gè)供水分管相連通，供水分管將水從供水主管引入混凝土構(gòu)件內(nèi)冷卻水管，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的局部供水。混凝土構(gòu)件內(nèi)均勻設(shè)置有多個(gè)冷卻水管，通過(guò)輸送冷卻水對(duì)混凝土進(jìn)行降溫。冷卻管在混凝土內(nèi)部均勻分層設(shè)置以優(yōu)化降溫效果。供水主管上設(shè)置水泵，提供了系統(tǒng)所需的動(dòng)力，確保冷卻水能夠順暢地流向混凝土構(gòu)件內(nèi)的冷卻管。作為儲(chǔ)水容器，供水池內(nèi)的水通過(guò)水泵輸送到供水分管，然后進(jìn)入混凝土構(gòu)件的冷卻管線，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的循環(huán)供水。冷卻管遠(yuǎn)離供水分管的一端連通有出水分管。同時(shí)，儲(chǔ)水池附近設(shè)置有位置與出水分管對(duì)應(yīng)的出水池，負(fù)責(zé)收集冷卻水，保證循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)通過(guò)上述組成部分的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土的精確、有效降溫。引入大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)對(duì)于確保混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全性，延長(zhǎng)使用壽命，降低維護(hù)成本以及提高施工效率都是非常必要的，這一系統(tǒng)的引入有助于全面提升大體積混凝土工程的可持續(xù)性和整體性能。

3.2" 冷卻管布置的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

（1）單獨(dú)排布的冷卻管結(jié)構(gòu)。冷卻管單獨(dú)排布的結(jié)構(gòu)使得每個(gè)冷卻管能夠更充分地與混凝土接觸，有效傳導(dǎo)冷卻水的溫度，從而提高降溫效果，相比于傳統(tǒng)蛇形分布的冷卻管，單獨(dú)排布的結(jié)構(gòu)能更均勻地覆蓋混凝土表面。由于冷卻管之間相對(duì)獨(dú)立，可以減少相鄰冷卻管之間的溫度傳遞，降低混凝土內(nèi)部溫度不均勻性，有助于防止局部高溫區(qū)域的產(chǎn)生[4]。

（2）冷卻水分層供應(yīng)。通過(guò)冷卻水的分層供應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土分層控制降溫，不同混凝土層的降溫需求可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，使得系統(tǒng)更加靈活，能夠應(yīng)對(duì)不同混凝土部位的溫度變化需求。由于每層冷卻管內(nèi)的冷卻水不互通，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求靈活控制各層降溫程度，避免不必要的能耗浪費(fèi)，提高了能源利用效率[5]。冷卻水分層供應(yīng)方式有助于實(shí)現(xiàn)局部水循環(huán)，即系統(tǒng)可以根據(jù)混凝土不同部位的溫度情況進(jìn)行局部循環(huán)供水，這樣不僅可以減少能耗，還能夠更精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土局部的降溫控制。

以上這兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)使得冷卻管布置更為高效和靈活，能夠更好地適應(yīng)大體積混凝土施工的溫度控制需求，提高了整個(gè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的性能。

4" 循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

4.1" 分層控制的優(yōu)勢(shì)

（1）提高降溫效果。傳統(tǒng)水冷技術(shù)中，冷卻水往往難以均勻分布到混凝土內(nèi)，導(dǎo)致部分區(qū)域的溫度升高速度較快降溫效果有限。采用分層控制，通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)中分層設(shè)置冷卻管，并通過(guò)智能控制系統(tǒng)調(diào)整每層冷卻管的冷卻水供應(yīng)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度的混凝土進(jìn)行分層控制降溫。由于分層控制能夠更精準(zhǔn)地調(diào)整冷卻水的供應(yīng)，使得每個(gè)深度的混凝土都能夠得到適量的降溫水，從而提高整體的降溫效果。

（2）局部水循環(huán)的意義。傳統(tǒng)水冷技術(shù)中，由于冷卻水的不均勻分布，導(dǎo)致一些區(qū)域溫度較高而其他區(qū)域溫度較低，存在能耗浪費(fèi)和降溫效果不理想的問(wèn)題。引入局部水循環(huán)，根據(jù)混凝土內(nèi)不同部位的溫度情況，有選擇性地循環(huán)供水，調(diào)整冷卻水的流動(dòng)路徑避免不必要的冷卻減少了能耗。通過(guò)實(shí)現(xiàn)局部水循環(huán)，可以更好地匹配混凝土內(nèi)部的溫度需求，減少對(duì)整體系統(tǒng)的冷卻水需求降低能耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的能效，有助于提高工程施工的效率和混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2" 可拆卸連接的冷卻管及供水分管

在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，冷卻管和供水分管通常是固定連接。如果需要維護(hù)檢修需要拆解大量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了維護(hù)工作的難度和成本?？刹鹦哆B接，即設(shè)計(jì)冷卻管和供水分管的連接部分為可拆卸結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)螺紋連接、快速卡扣等方式實(shí)現(xiàn)?？刹鹦哆B接簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的維護(hù)檢修過(guò)程，當(dāng)需要對(duì)冷卻管或供水分管進(jìn)行維護(hù)時(shí)，只需拆卸相應(yīng)連接部分而無(wú)需大規(guī)模拆解系統(tǒng)，節(jié)省了時(shí)間和人力成本。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，固定連接會(huì)存在連接松動(dòng)或損壞的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定或出現(xiàn)漏水等問(wèn)題，使用可拆卸連接可以提高連接的可靠性，確保連接部分的穩(wěn)定性，定期維護(hù)時(shí)也更容易發(fā)現(xiàn)和解決連接部分的問(wèn)題[6]。可拆卸連接減少了系統(tǒng)運(yùn)行中因連接問(wèn)題導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有助于確保系統(tǒng)長(zhǎng)期有效運(yùn)行。通過(guò)引入冷卻管及供水分管的可拆卸連接設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的維護(hù)檢修變得更加簡(jiǎn)便，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性，這種設(shè)計(jì)方案有助于降低系統(tǒng)的運(yùn)維成本，提高工程的整體效率和可用性。

4.3" 內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制

傳統(tǒng)系統(tǒng)中缺乏對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)手段。在大體積混凝土中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)部溫度是確保溫度控制效果的關(guān)鍵。溫度傳感器，安裝在混凝土內(nèi)部的關(guān)鍵位置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土的溫度變化，測(cè)量溫度并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。傳統(tǒng)系統(tǒng)中缺乏自動(dòng)控制手段，無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，使得溫度控制效果受到限制。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)與溫度傳感器相連接，能夠根據(jù)混凝土內(nèi)部的實(shí)際溫度情況進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)通常包括水泵控制、電控閥控制等[7]。

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻水的精準(zhǔn)供應(yīng)，根據(jù)溫度傳感器的反饋數(shù)據(jù)調(diào)整水泵的運(yùn)行、控制冷卻管的供水和排水，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的分層控制。通過(guò)將溫度傳感器與自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能控制，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)有助于提高溫度控制的精確性，減少能耗浪費(fèi)，提高施工效率和混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5" 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和綜合改進(jìn)方案，成功解決了大體積混凝土施工中存在的溫度控制問(wèn)題，為相關(guān)領(lǐng)域的工程施工提供了有力的支持和指導(dǎo)。同時(shí)，為大體積混凝土循環(huán)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新的思路和方法，具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

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[作者簡(jiǎn)介]曲圣凡（1989—），女，山東聊城人，大學(xué)本科，研究方向：建筑工程。