Research and Exploration on Non-active Cooling Measures of Mass Concrete
刘建国 LIU Jian-guo
（中国五冶集团有限公司,成都 610063）
（China MCC5 Group Corp.Ltd.，Chengdu 610063，China）
摘要：本文主要通过对大体积混凝土降温措施的研究与探讨，寻求一种被动“外溢”的降温措施，降低大体积混凝土中的水化热，既绿色环保，又能控制大体积混凝土的温差开裂。
Abstract: Through the research and discussion of cooling measures of mass concrete, this paper seeks a passive "spilt" cooling measures to reduce the hydration heat of cement in mass concrete, which is not only green and environmental protection, but also can control the temperature difference cracking of mass concrete.
关键词：大体积混凝土；非主动性降温措施；被动“外溢”；降温散热体系
Key words: mass concrete；non-active cooling measures；passive "spillover"；cooling system
中图分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0135-03
0 引言
大体积混凝土是建筑工程中较为常见的一种混凝土表现形式。在提倡绿色环保的今天，对大体积混凝土而言，通过科学管理和使用技术进步的降温措施，在保证质量、安全等基本要求的前提下，最大限度地节约资源并减少对环境的负面影响，显得尤为重要。
1 大体积混凝土传统降温措施与非主动性降温措施的区别
1.1 传统降温措施
1.1.1 传统降温措施
通过人为因素，采用主动（强制）冷却降温措施，将大体积混凝土的水化热通过介质携带到大体积混凝土外部，从而达到降温的效果，控制温差开裂。比较有代表性的主动（强制）冷却降温措施是埋置冷却管法（人工导热法）。
1.1.2 传统降温措施的缺点
①管径界面周围温降相对较快，可能造成管道周围局部混凝土由于温降过快而开裂，影响混凝土质量。
②需要预先埋置金属管，金属管一般为立体分层布设，耽误工期；金属管不能再利用，直接掩埋于大体积混凝土内部，造成预埋管道材料的浪费，不利于节材；在降温过程中，需持续利用电能等，不利于节能；另外，冷却水管安装和混凝土浇筑过程中稍有不当，冷却水管接头容易出现漏、堵现象，不能达到预期降温效果，质量保证有风险。
③需要利用介质（一般为水），不利于节水。
④离水源比较远的工程，需要建立介质储备场地（一般是蓄水池等），不利于节地、节材；建蓄水池影除需多投入材料及产生多更多能源消耗外，还响场地和工期。
⑤为该措施所付出的多余劳动力等。
综上所述，利用传统降温措施不仅会影响工期，增加更多成本，不利于绿色环保，若管理不善易也会使大体积混凝土产生贯穿性裂缝。图1为传统降温措施（埋置冷却管法）实例图。
1.2 非主动性降温措施的启示与探索
1.2.1 启示
碗中的热水，在原始水温、水位、外界温度、碗等都相同的情况下，放两个勺子的水降温速度最快，放一个勺子的水降温速度次之，不放勺子的水降温最慢。如图2所示。
1.2.2 启示分析
①碗中放勺子的水降温比不放勺子的水降温更快，主要原因在于：勺子为金属材质，导热性能好；勺头没在水中，可以吸收热水的热量并传向勺柄；勺柄暴露在大气中，由于温差等因素将热散入周围大气中；勺柄与勺头为一个整体。碗中放两把勺子的水降温比放一把勺子的水降温更快，主要原因在于：水中勺头与热水接触面积更大，另一头的勺柄与大气接触面积也更大。
②是否能将大体积混凝土中的结构钢筋、构造钢筋、措施钢筋当做勺头？与外部外露的剪力墙、柱等插筋当做勺柄，用来降低大体积混凝土的温度？
1.2.3 降温散热体系假设
假设将大体积混凝土中的结构钢筋、构造钢筋、措施钢筋与外部外露钢筋形成降温散热体系，大体积混凝土内部水化热经结构钢筋、构造钢筋、措施钢筋等传向外部外露的插筋，由插筋将大体积混凝土内部水化热扩散“外溢”至大体积混凝土外，进而达到降温的效果。
2 实例总结分析阶段
2.1 实例总结
观察了四川地区50余个大体积混凝土项目，历经春夏秋冬四季（冬期施工除外）。通过过程观察，总结了筏板浇筑厚度从1.5m~4.5m的相关温控经验。相同条件下，若不采取主动（强制）降温措施，有墙柱插筋的部位，几乎未出现裂缝。但无插筋或离插筋较远的部位有不同程度的裂缝出现。部分实例图，如图3所示。
2.2 实例分析
2.2.1 相同条件下，若不采取降温措施，有墙柱插筋的部位，几乎未出现裂缝的原因分析
大体积混凝土中的结构钢筋、构造钢筋、措施钢筋与外部外露钢筋形成降温散热体系，大体积混凝土内部水化热经结构钢筋、构造钢筋、措施钢筋等传向外部外露插筋的底端，由插筋将大体积混凝土内部水化热“外溢”至大体积混凝土外，进而达到降温的效果。
2.2.2 无插筋或离插筋较远的部位有不同程度的裂缝的原因分析
①没有插筋部位，由于不能及时将大体积混凝土水化热通过有效散热通道（插筋等）散入大气，造成温度应力应力过大，使混凝土形成裂缝。
②部分细小裂缝离插筋较远，保温措施不当（如保温材料经养护水湿润后不能达到保温效果）或局部养护较差，使混凝土表面温度与大气温差相对较大，形成了温度应力，使混凝土产生了裂纹。此类裂纹若发现及时（一般是终凝后的1~2天），加强养护和保温措施，大部分裂纹会变小或消失。
③大体积基础钢筋未双层或多层，层与层间通过措施钢筋或措施型钢骨架接触不好，不能达到良好的层与层间的热传导作用。
综上所述，做好养护和大体积混凝土表面保温措施的同时，在大体积混凝土内部与大气之间形成有效的散热通道至关重要。
另外，也可以通过借助相关软件建模，根据大体积混凝土结构中的原有钢筋、措施钢筋或措施型钢骨架、外露插筋及外部环境等情况，建立大体积混凝土水化热散热分析模型，对大体积混凝土水化热的散热工况进行分析，从而进一步确定被动“外溢”降温的相关措施。
3 大体积混凝土降温的目的与假设
3.1 降温的目的
大体积混凝土浇筑完成后，由于水化热的产生，内部温度变化较大，导致内外温度不匀，产生温度应力。防止因水化热引起的温差裂缝，是大体积混凝土降温的主要目的。
3.2 假设
将混凝土假定为碗中热水，将混凝凝土中的钢筋看成勺头，插筋或外露钢构件当做勺柄，我们要解决的就是将勺头形成一个整体，勺头与勺柄有机结合，从而建立一种非主动降温散热体系，该体系在大体积混凝土内部与大气之间形成水化热被动“外溢”的散热通道，以达到减少温度应力，控制混凝土温度应力裂缝的目的。
4 大体积混凝土非主动性降温散热体系
4.1 非主动性降温的条件
①原有大体积混凝土中须有可以形成体系的结构骨架，该结构骨架须有较好的导热性能，如筏板基础中的结构钢筋、构造钢筋与措施钢筋（或措施型钢）；
②原有大体积混凝土中须有突出大体积混凝土表面的导体，如筏板基础中，柱和墙的预埋钢筋或型钢等；
③突出大体积混凝土表面的的导体应能与大体积混凝土中的结构骨架连接，形成降温散热体系。
4.2 适用性分析
一般建筑工程筏板基础和属于大体积混凝土的抗水板都具备被动降温的条件，筏板和属于大体积混凝土的抗水板内都设有钢筋，一般最少是双层双向钢筋，或多层钢筋，且层与层之间有钢筋安装中使用的措施钢筋或措施型钢构造；都有墙体和柱体插筋（型钢）；墙体和柱体插筋可以与上下层钢筋和措施筋形成水化热被动“外溢”的降温散热体系。该降温措施在建筑工程中有推广前景。
5 大体积混凝土非主动性降温散热体系的实践
5.1 实践工程大体积混凝土概况
某工程重力式抗推基础施平面尺寸为18m×14m，基础最大厚度约26.2m，-4.5m以上出原地面部分支模浇筑，地下部分为原槽浇筑。抗推基础剖面图如图4所示，抗推基础单体混凝土用量约为6000m3，施工缝为2处，-4.5m一处，-8.000m一处。混凝土分三次浇筑，第一次浇筑-8.0m处施工缝以下为C25混凝土约4000m3；第二次浇筑-8.0m处施工缝以上，-4.500m处施工缝以下C35混凝土约900m3；第三次浇筑-4.5m处施工缝以上C35混凝土约1100m3。
5.2 实践工程降温散热体系的形成
该大体积混凝土分三次浇筑，前两次利用大体积混凝土中的结构筋、构造筋、措施筋等形成水化热被动“外溢”的降温散热体系；第三次浇筑混凝土时由混凝土内部原结构配筋、钢拱脚支撑体系、钢拱脚、加长竖向筋、钢拱脚外露部分及拱脚腹腔形成被动“外溢”的降温散热体系，从而达到降温效果。具体详见刘建国的《一种大体积混凝土的降温措施》（价值工程，2018 年 11 月下旬刊）相关内容。
6 结束语
大体积混凝土非主动性降温措施，作为大体积混凝土的一种降温措施与思路，切实可行。在可以形成水化热被动“外溢”的降温散热体系的情况下，该措施相对传统降温措施操作性更强，更可靠，更经济，效果更好，更符合绿色环保的要求。
大体积混凝土非主动性降温措施，主要是内部水化热通过降温散热体系被动“外溢”的一种降温措施，降温速率相对较慢，这既是缺点，也是优点，建设管理者施工时可根据工程自身特点及相关要求选用。
参考文献：
[1]刘建国.一种大体积混凝土的降温措施[J].价值工程，2018（22）：202-204．
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50496-2018，大体积混凝土施工规范[S].北京：中国计划出版社，2018.
[3]过镇海，时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算[M]．北京：清华大学出版社，2003.
[4]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].五版.北京：中国建筑工业出版社，2013. |
