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前言由于大體積混凝土具有結構厚、體形大、施工技術要求高等特點，其施工除了應滿足設計強度要求外,如何控制施工過程中的溫度應力，防止有4、害裂縫產生、展開，是施工中的關鍵問題。在大體積混凝土施工過程中，因水泥水化熱作用產生很大的熱量，混凝土表面熱量散失較快，內部熱量不易散發，從而內部與表面產生較大的溫差。當溫差超過一定臨界值時，致使混凝土產生溫度應力裂縫，從而影響工程的耐久性。我公司在河南省義煤集團5000t/d熟料新型干法水泥生產線燒成系統工程的2個設備基礎和平頂山廣電中心工程筏板基礎的大體積混凝土施工中,采用“大體積混凝土冷卻循環水溫控施工工法”，防止了大體積混凝土產生溫度應力裂縫的質量通病。該技術經過河南省建設廳、河南省建筑業協會專家委員會的審定，被評定為2007年度河南省“省級工法”。2007年6月份該工程被評審為河南省5、“新技術應用示范工程”，該工法為13項新技術應用成果之一。2 特點1.1采用冷卻循環水溫控法降低大體積混凝土溫升，經濟實用性強、施工操作方便、施工工藝簡單、易掌握、生產效率高、安全可靠、施工成本低。可以與鋼筋工程同時進行施工，有較強的適用性。1.2大體積鋼筋混凝土結構尺寸較大，為保證混凝土澆筑施工及鋼筋位置不產生移位或變形，往往需要增加鋼筋馬墩或鋼筋支撐。合理地分層布置循環水管，可充當鋼筋馬墩或支撐，節約相當量的鋼筋等費用的投入，降低施工成本。1.3大體積混凝土冷卻循環水溫控工法，能夠通過測溫點內熱偶傳感器所測混凝土內溫度的變化規律，自動調節循環水管水流速度，平衡大體積混凝土內外溫度，防止混凝6、土溫差所產生的應力裂縫，確保工程質量。1.4大體積混凝土冷卻循環水為循環使用，與砼常規養護方法相結合，可節約大量的水資源，提高砼的耐久性。3 適用范圍凡結構厚度在1.8m以上高層建筑施工手冊同濟大學出版社定義，具有結構厚、體形大的鋼筋砼建筑結構等工程，尤其是應用于高層建筑的筏板基礎、箱形基礎、工業構筑物的大中型設備基礎，有著不可多得的推廣應用優勢。4 工藝原理根據我們對大體積鋼筋混凝土的現場實測升溫、降溫記錄數據資料得出：大體積混凝土在理論計算和實施溫控過程中，只考慮單位水泥用量及混凝土配合比、砼澆筑溫度、澆筑工藝幾項主要因素，以簡便的經驗公式進行計算，用以指導施工中大體積混凝土中心、中層和外7、層之間單位體積砼的溫升值，并按照熱量傳導原理，通過在混凝土內部設置熱偶傳感器測溫點、埋設循環水管，在混凝土外部設置循環水池、水泵、智能溫度控制儀等相關設施，自動調控循環水管的水流速度，降低砼內部水化熱，平衡砼內外溫度，防止大體積混凝土內外產生溫差應力裂縫，保證大體積混凝土的施工質量達到設計和規范要求的質量標準。5 施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程 施工工藝流程見下圖5.1-1定位放線砼溫升和循環水設施計算及砼澆筑工藝選擇循環水管、測溫設施、鋼筋、模板等安裝水管、鋼筋等加工智能溫度檢測儀、水泵等設施安裝冷卻循環水系統試運行及鋼筋等預檢隱驗及配合比優化溫控過程控制砼澆筑、循環水啟動砼澆完溫8、控和養護砼檢測驗收圖5.11 工藝流程圖5.2主要施工操作要點以河南省義煤集團5000t/d新型干法熟料水泥生產線工程生料粉磨立磨設備基礎大體積混凝土為例。該設備基礎為20.212.0m，基礎底標高為-5.50m，C30砼一次澆筑量為1360m。整個基礎均配置雙向14200鋼筋、呈籠狀形式，并在標高-3.5m處設置一道水平鋼筋網片。 如圖5.21所示。5.2.1砼溫升和冷卻循環水管、測溫點埋設計算(1)砼溫升計算 根據經驗公式Tmax= To +Q/10 (5.2.11)式中 Tmax-為砼內部的最高升溫值; To-為砼澆筑溫度。按夏天15天平均氣溫取30； Q-為C30每立方米砼中PO42.9、5礦渣水泥用量取368/m，則施工中砼中心最高溫升值為：Tmax=30+368/10=66.8（2）冷卻循環水管埋設計算圖5.2.11立磨基礎循環水管道立面示意圖1）根據高層建筑施工手冊（同濟大學版）及熱交換原理，每一立方砼在規定時間內，內部中心溫度降低到表面溫度時放出的熱量，等于砼在硬化期間散失到大氣中的熱量。 2）依據該基礎設計尺寸、配筋、埋件、留洞、夏天晝夜氣溫變化及砼溫升梯度等情況，以48冷卻循環水管所承擔的砼理論降溫體積為基準，通過精確計算（計算過程略）確定，冷卻循環水管道按照左、中、右三個循環系統進行安裝。冷卻循環水管安裝上下中心距為660mm，左右中心距為1710mm（如圖5.210、.12所示），三個系統循環水管呈之字形布置。圖5.2.12冷卻循環水管道安裝節點詳圖（3）溫控點布置及安裝： 1） 經過計算，對于該基礎工程的不同深度的三個冷卻循環水系統，設置28處測溫點（布置如圖5.2.1-3所示）。2）采用WZG-010電阻溫度傳感器（上海產）作為最基本測溫單位，在混凝土上、中、下部位進行埋設，上下傳感器中心距混凝土上表和下底300mm，離循環水管大于300mm,安裝時傳感器與鋼筋接觸處需用絕緣材料隔離如圖5.2.1-4所示，以便準確地監測混凝土的內部溫度變化。5.2.2溫控過程控制（1）為了準確控制大體積混凝土溫差，掌握不同深度處溫度變化以及施工階段早、中期溫差的發展規11、律，在基礎一側設置一臺XQC300自動控制儀(上海產)，用以測定銅熱電阻溫度傳感器的電阻變化，并與50型多級水泵的自動電子磁力信號控制系統連接成三個控制回路如圖5.2.2-1所示。（2）該智能信號控制系統以基礎混凝土內、中、外層溫度與混凝土表面溫度的溫差變化作為控制點。按照現行施工規范要求，大體積混凝土梯度溫差不宜大于25；超過252時，智能系統自動啟動多級水泵加檔增加水流量，以便及時地采取有效而相應措施，控制混凝土梯度溫差不超過規范規定的標準：1)控制系統必須使設定溫度的分辨率0.1、溫度誤差率5。2)如果冷卻循環水池中水的溫度比大體積混凝土中心溫度所低值10時，通過補水管道進行水池水溫調節12、，直至到達冷卻循環水能夠有效地降低混凝土溫度為止。冷卻循環水池中需設置溢流管或預置小型潛水泵及時排出高溫水。3)溫控和測溫記錄必須保證連續進行，將XQC300自動控制儀的自動記錄按照下述規定進行人工監控：前七天按照每間隔2小時記錄一次；七天后根據砼實際溫度差值相應減少測溫記錄次數，每4小時記錄1次；連續進行測溫記錄時間不少于14天，測溫記錄有關人負責，發現局部或整體溫度升高，及時進行人工調整循環水流速或調整基礎面的養護材料，使砼基礎中心溫度與外界溫度的差值不大于。4)大體積混凝土溫控和養護時間：按照砼監測溫度的差值進行確定，基礎表面的養護采用麻袋、草袋、塑料布等材料覆蓋。一般情況下砼澆筑從覆蓋13、完第一道循環水管8小時后（即砼開始溫升時）開始啟動相對應的循環水系統，砼澆筑完成后，當混凝土內外溫差連續3天低于規范標準值25時，可停止循環水降溫，正常情況下一般為10d左右。冷卻循環水停止后，用大體積混凝土同配合比的水泥砂漿將循環水管灌實。義馬水泥廠立磨大體積砼214d實測溫度變化值如圖5.2.22所示。5.2.3配合比及材料控制 （1）水泥的選擇：選擇質量穩定，含堿量低，強度富余系數大，強度等級為32.5的礦渣水泥比采用硅酸鹽水泥所產生的水化熱相應來說要低。 （2）粗細骨料的控制：1)粗集料：選用530自然連續級配的不含或少含針片狀的碎石,含泥量小于1；2)細集料：細集料的級配也應象粗集料14、一樣，通過實驗調整后達到最佳狀態。以采用中、粗砂為宜，含泥量小于2。 （3）外加劑選擇：外加劑選擇必須與水泥有良好的適應性，應根據實驗室的要求正確地選擇外加劑及其摻量。 （4）超細活性摻合料普通混凝土超細活性料摻合料的選擇，按照國家標準采用性能指標等于或好于級的粉煤灰，其摻量一般按照25%控制。 （5）配合比的優化1)砂率的確定：施工當中，按照密實度和流動性兩個方面，從中優選出一個最佳值。選用石英含量高、顆粒形狀渾圓、潔凈、級配良好、細度模數在2.63.2之間的中粗砂,從而保證混凝土工作性能的最優和強度最高。2)膠凝材料用量的確定：外摻劑和粉煤灰的用量，由試驗確定。3)施工現場通過上述對原配合15、比進行調整，得到混凝土的初步施工配合比。按照初步配合比的要求試配混凝土，檢驗混凝土拌和物的各種性能是否滿足要求，如不滿足，以調整到滿足為止，從中得出施工配合比，從而滿足大體積混凝土低水化熱、易泵送等工藝要求特點。5.2.4大體積混凝土生產控制（1）計量和攪拌：砼攪拌站按照正式配合比進行攪拌，必須保證精確計量砼原材料,并在生產過程中能對原材料品質均勻性、配合比參數的變化等及時進行控制。在運輸到現場時如發現其坍落度不足時，可向混凝土拌合物中加入少量高效減水劑保坍劑或同標號的水泥漿，切忌加水。（2）施工配合比控制：砼強度試塊數量應按1d、7d、28d制作同條件和標養試塊，以便對外加劑摻量與用水量進行16、嚴格要求控制。5.2.5砼澆筑控制（1）采用“一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂的澆筑方法”，盡量縮小砼的暴露面，加大砼的澆筑強度以縮短澆筑時間。（2）澆筑和振搗控制：針對施工條件及現場環境的限制，在施工時嚴格過程控制，特別注意工序的銜接、振搗方法和澆筑過程中的遮陽措施。為保證新澆筑在底層砼初凝前覆蓋，每層澆厚挖制在0.4m之間。大體積砼澆筑斜面分層如圖5.2.51所示。 （3）砼泵送時自然形成一個坡度，在澆筑面的上、中、下布置3道振搗棒，確保新老砼結合密實。隨著砼澆筑向前推進，振搗棒也相應跟上，保證整個砼澆筑層的質量。如圖5.2.52所示。5.2.6大體積砼其它溫控措施圖5.2.61 工17、程遮陽篷示例 大體積混凝土在整個施工過程中，重點是從減少砼溫升著手，除有效地冷卻循環水降溫外,必要的常規措施必不可少。如夏季施工在整個砼輸送管道上覆蓋草袋、在整個基礎施工區搭設遮陽棚（如圖5.2.61示例照片）等措施，并經常噴灑冷水降低砼輸送管的溫度，輔助效果也很好。同時還應注重以下幾個方面：（1）控制砼的出機溫度和澆筑溫度：1)砼的原材料溫度控制：砼原材料中石子的比熱較小，但它在每立方砼中所占的重量較大，砂次之，水泥的溫度影響很小，水的比熱最大，但它的重量在每立方砼中只占一小部分，因此，對砼出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，所以，最有效的辦法是降低石子及水的溫度。在氣溫較高時，為防止太陽的18、直接照射，對砂、石料場搭設簡易遮陽裝置，必要時向骨料噴射或使用冷水沖洗骨料；使用井水進行混凝土的拌制也能夠降低混凝土的出機溫度，這就需依據現場的施工條件而靈活掌握和控制。2)砼出機溫度控制：砼從攪拌機出料后，經泵送、澆筑、振搗等工序后的砼溫度為澆筑溫度，常溫情況下，最高入模溫度應控制在25，使混凝土凝固時其內部在較低的溫度起升點升溫。6 材料與設備6.1材料本工法采用的混凝土材料與通常使用的普通混凝土材料一樣，施工中除了按照規范要求的材料標準進行控制外，應重點控制可能引起大體積混凝土溫升的材料因素見表6.1-1。表6.1-1 大體積砼材料技術標準材料品種或最佳粒徑主要成份摻 量水泥礦渣水泥：P19、O32.5含C3A及堿量低、無氯鹽依據試驗配合比優化后確定粗集料碎石：530mm連續級配針片狀15%、含泥量1%依據試驗配合比優化后確定細集料中粗砂：細度模數為2.63.2石英含量高，含泥量2%依據試驗配合比優化后確定外加劑高效減水劑減水率25%，無氯化物依據試驗配合比優化后確定摻合料級粉煤灰符合國家標準依據試驗配合比優化后確定水飲用水依據試驗配合比優化后確定6.2機具設備主要機具設備見表6.21所示。表6.2-1 主要機具設備表序號名稱型號規格規格數量備 注1振搗器（插入式）ZX-506套混凝土振搗2振動器（平板式）-1臺混凝土振搗3砼輸送泵HBT60C1臺混凝土輸送4循環水管普通碳鋼管4820、80計算確定冷卻循環水輸送系統5智能PRC溫度控制儀XTRM-42X-15/G系列3套溫度變化監測6自動電子磁力信號控制系統計算確定3套信號自控系統7變頻電機及多級水泵-3臺循環水變級供水8熱偶傳感器JDC-284根混凝土溫度監測7 質量要求控制本工程質量控制應達到設計要求，符合現行國家施工驗收規范外，還須采取下列相關措施：7.1砼溫差計算控制 7.1.1大體積砼溫差值必須根據工程特點、人材機和環境條件等因素來計算確定。通常情況下，可根據已施工的大體積砼的現場實測升溫、降溫數據資料修正后得出。7.1.2在計算最高溫升值時，以單位水泥用量及砼澆筑溫度為主要因素，精確進行計算來確認，同時要考慮施21、工期間環境氣候對其的影響。7.2冷卻循環水管和測溫點設置計算控制 7.2.1冷卻循環水管規格大小、設置間距和分層系統、測溫點布置以及采用水泵大小等的確定，要考慮以下因素： (1）循環水管接觸面砼的熱阻系、比熱、導熱系數及其修正值； (2）砼的體積，砼與循環水接觸的表面面積； (3）所用水泥品質、水泥水化熱釋放的速度、砼維持到最高溫度的延續時間及砼在指定期齡內水泥的水化熱取值標準、砼的初凝和終凝的時間；(4）熱交換所需冷卻循環水流量和阻抗等。7.3冷卻循環水管和傳感器安裝控制7.3.1如果冷卻循環水管在大體積砼內部充當鋼筋網片的支撐系統，必須對所用管的剛度和強度有較高的要求標準，一般情況下，只考22、慮水的壓力、新澆砼的壓力及振搗棒對其的震動力。尤其是彎管和焊縫等處，必須嚴格按照標準進行驗收。7.3.2管道安裝完成后必須進行試壓和試運行，以便于及時整改所出現的問題。7.3.3所用管道必須是沒有經過防腐處理，并且要將鐵銹等清除干凈，便于與砼粘結。7.3.4電阻傳感器的安裝必須嚴格按照要求進行，絕緣效果、與鋼筋或埋件的間距要控制得當，避免所測定的溫度忽大忽小而失真。7.3.5傳感器預置導線安裝完成后，必須進行測試調整。 7.4砼施工控制 7.4.1配合比質量控制 (1)采用低水化熱的礦渣水泥，標號不低于PO32.5級。 （2）最大水泥用量550/m。 （3）外加劑不含氯離子，且達到和超過砼澆筑23、工藝所要求的初凝時間參數。 （4）砼坍落度測定每工作班不少于二次。 （5）砼配合比同時符合泵送工藝的相關規定。7.4.2砼計量質量控制 混凝土拌制應根據配合比，對水泥、砂、石、水、外加劑嚴格計量，檢查內容為： (1)拌制混凝土時，必須進行開盤鑒定，確定電子自動控料系統的精確度，并定期校核其準確性。 (2)水泥、水、外摻混合料、外加劑重量允許偏差2，粗細骨料允許偏差3。 (3)根據氣候干濕的變化和氣溫高低的變化，應適時測定砂、石的含水率和調整配合比。7.4.3砼拌制質量控制 (1)拌制程序：拌料程序：砂水泥石子外加劑水。 (2)混凝土攪拌的最短時間：混凝土攪拌時間過短，不能獲得高質量的拌和物，為24、此必須控制攪拌時間，攪拌最短時間不能少于90S。7.4.4混凝土運輸質量控制運送混凝土宜采用攪拌運輸車，容器應嚴密，內壁平整光潔，粘附的殘渣應經常清理。 (1)延續時間:混凝土從攪拌機中卸出到澆筑完畢的延續時間不得超過下表規定。因為運輸時間長，澆筑后很快凝結，使連續澆筑接茬質量不能保證。混凝土運至澆筑地點，應符合原規定的坍落度，如有離析現象，必須進行第二次攪拌，才能澆筑，一般普通混凝土延續時間按照表7.4.4-1控制。表7.4.4-1 混凝土延續時間（）混凝土強度等級延 續 時 間氣溫低于25氣溫高于25C30及C30以下12090C30以上9060 注：大體積砼的澆筑為避免產生施工冷縫,初凝25、時間需相應延長,一般在3h左右，這就需根據工程特點、現場條件、砼所摻外加劑性能通過試驗配比確定。(2)泵送混凝土的供應必須保證混凝土泵能連續工作，混凝土泵受料斗內應充滿混凝土，以防止吸入空氣形成阻塞，混凝土泵允許中斷時間一般不得超過45min。7.4.5混凝土澆筑質量控制（1）澆筑前的準備1)對模板、支架、循環水溫控系統、鋼筋、預埋螺栓、預埋鐵件的質量、數量、位置逐一檢查，并作好相關驗收記錄。 2）與混凝土直接接觸的模板、墊層，應清除淤泥和雜物，用水濕潤，基礎基底應有排水措施，模板中的縫隙和孔洞應堵嚴。 3）混凝土自由傾落高度不應超過2m。 4）根據工程需要和氣候特點，應準備好抽水設備、防雨、26、防暑、防寒等物品。 （2）澆筑過程中質量要點1）混凝土澆筑應連續進行，應根據工程結構特點、配筋情況、振搗方法而定，不得超過振搗器的有效作用半徑。2)施工縫設置和繼續澆筑：大體積混凝土除了設計有要求外，一般不允許留設施工縫，如出現施工縫，應清除掉混凝土表面水泥薄膜和松動石子或軟弱混凝土層，并加以濕潤和沖洗干凈，不得積水，施工縫處宜先鋪水泥漿或與混凝土成份相同的水泥砂漿，方可繼續澆筑混凝土。3)砼澆筑過程中要注意保護冷卻循環水管道、熱傳感器及其導線等設施，振搗棒不要直接碰砸或撬震這些設施。7.4.6混凝土養護控制 為使混凝土達到設計強度要求和防止產生裂縫，除對澆筑好的混凝土進行內部循環水溫控降溫外27、,表面要進行常規養護,養護時間不少于14d。8 安全措施 在施工過程中,要嚴格按照安全生產法、建筑安全檢查標準（JGJ59-99）等有關安全規程和規定執行，并采取如下措施：8.1建立健全安全保證體系，建立以項目經理為首的安全責任制，并設置專職安全員。8.2施工前，對施工人員進行安全技術交底，使所有人員熟悉所施工項目的安全情況。8.3嚴格執行安全操作規程，正確配置和使用安全防護用品，使檢查制度化，做到不違章作業和不違章指揮。8.4根據施工組織設計或專項施工方案制定不同施工階段的安全防護方案,采取有效的安全防護措施,報有關部門批準后認真實施，加強操作人員的安全教育，并作好以防意外的安全應急預案。828、.5作好施工現場的圍護和安全警示，禁止非工作人員進入施工區域。8.6服從統一調度,聽從統一指揮。8.7做到工完料凈場地清，搞好現場文明施工。9 環保措施9.1噪音排放合理安排、控制作業時間。對攪拌站進行封閉，把機器運轉噪聲降至最低限度。混凝土振動器選擇低噪音振動棒。對鋼筋的加工棚進行封閉，噪音大的鋼筋作業盡量安排在白天。木工電鋸、砂輪切割機等噪音較大的小型設備在搭建臨時房內作業。模板的搬運、碼放要輕拿輕放，拆除時，禁止將大面積模板直接撬除，要逐塊進行，禁止將模板撬掉直接墜落在樓面上，應人工遞到至樓面。9.2現場無揚塵場區硬化道路安排專人每天進行清掃、灑水，經常保持濕潤狀態，防止塵土蕩漾。水泥設29、封閉式水泥庫，并當天使用當天清掃。建筑垃圾清運時，要先灑水，后清掃，垃圾集中成堆后，裝袋后方可運輸。混凝土攪拌機后臺上料時，砂、石、水泥傾倒要緩慢進行，盡量減少粉塵外揚。9.3光污染夜間控制作業時間，焊接作業盡量安排在白天進行。如果必須在室外進行夜間焊接，在焊接地點要加設擋板遮擋強光。9.4杜絕施工現場火災氣焊、氣割作業及電弧焊切割鋼筋時，操作者應攜帶一桶消防用水，放置在操作地點。木工房每次下班將鋸末刨花清理干凈。9.5合理處理固體廢棄物建筑垃圾和生活垃圾分類入池。木工作業廢料、金屬廢棄物，包裝材料及時收集，能二次利用的進行再利用，不能二次使用能出售的廢料進行分類入池存放，分別處理。9.6生產30、及生活廢水排放控制混凝土攪拌機沖水施工廢水的流向，使其流入沉淀池存放，分別處理。9.7不使用含有有害物質的建筑材料設備保養，維修產生的廢機油合理存放。9.8最大限度地節能降耗施工生產用水，現場生活用水做到最大限度的節約。室外施工照明，作業結束或天亮后及時關閉照明燈。室外照明燈具做到人走燈滅。9.9環境保護對所有作業人員進行環境保護方面的知識教育，保護好周邊環境，做到文明施工，確保施工安全。10 效益分析10.1社會效益:大體積砼采用本工法，能有效降低砼內部水化熱，避免砼溫度裂縫的產生，確保大體積砼澆筑質量。義馬礦區質量監督站和我公司技術委員會等部門專家對該技術進行了跟蹤鑒定認可，其成熟、可靠性31、在河南省義煤集團5000t/d新型干法熟料水泥生產線項目工程的其它6項大體積混凝土工程中得到了檢驗和應用，其成果對于提高大體積砼的施工質量、延長工程壽命等方面具有較大的發展前景和潛在的社會效益。10.2經濟效益:10.2.1河南省義煤集團5000t/d新型干法熟料水泥生產線工程（燒成系統）生料立磨和煤立磨2個設備基礎大體積混凝土按照此工法優化配合比節約水泥費用為:(1360660)20%(粉煤灰用量)356(kg/)235(元/t)10001000(1360660)20%15(元/ m粉煤灰)1000=27.74萬元。 10.2.2與采用30厚棉氈配合電熱毯保溫比較燒成系統節約費用10.6萬元32、（14晝夜算）。11 應用實例11.1平頂山市廣電中心工程該工程由主樓和裙房組成：主樓地上19層、地下2層，框剪結構。工程總高度97.1m ，總建筑面積16155m2 ；該工程為C30筏板基礎，基礎厚度為2.0m、一次砼澆筑量為：1500m，該工程筏板基礎采用了大體積砼冷卻循環水溫控施工技術，確保了該工程基礎的施工質量，工程于2004年度被評為“中州杯”。11.2義煤集團5000t/d水泥生產線工程該工程燒成系統的生料立磨設備基礎平面尺寸為20.212m，基礎底標高為5.6m，C30砼量為1360m；2、煤粉立磨基礎平面尺寸為11.47.7m，基礎填深為-7.50m，砼澆筑量660 m。兩設備基礎均采用了大體積砼冷卻循環水溫控施工工法，應用效果得到了業主、監理、設計和當地質量監督部門的充分肯定，并在該水泥生產線的水泥磨等大型混凝土設備基礎的施工中得到了應用和推廣，取得了非常顯著的經濟效益。該工程獲得了2007年度省新技術應用示范工程銀質獎，本工法的核心技術砼循環水溫控技術是該新技術應用的關鍵內容之一。