公路工程冬期施工保温技术研究

引言

全球气候变化大环境下寒区工程建设越来越多，混凝土结构性能要求也越来越高。寒区混凝土低温环境下容易发生强度降低，耐久性降低的现象，极大地影响了工程的质量与使用寿命。研究寒区混凝土的性能改善及冬期施工保温技术，无论在理论意义上，还是在实践上，都有一定的应用意义。

1.寒区混凝土性能提升的必要性

寒区长期以来一直面临着低温，冻融循环和盐冻侵蚀的双重考验，传统混凝土结构经历多次冻融后其内部孔隙中水的冻结膨胀将引起微裂缝的延伸，继而诱发剥落和强度衰减等耐久性劣化，严重威胁桥梁，道路和建筑等基础设施安全和寿命。如寒区公路混凝土路面如果抗冻性能不强，容易产生大范围皲裂，骨料外露的病害，既加大养护成本又会造成交通安全隐患；寒区水利工程混凝土结构如果抗渗性较差，受冻融和冰水压力的综合作用，会造成结构渗漏，甚至倒塌，从而影响工程功能的实现。

2.公路工程冬期施工保温技术研究

2.1 传统保温技术分析

传统的保温技术曾经在公路工程冬期施工中长期起着至关重要的作用。如暖棚蒸汽养生法在过去就是一种极其普遍的保养方法。它的原理就是搭暖棚创造一个相对密闭的空间，利用蒸汽来促进棚内温度和湿度的升高，加快混凝土水化反应的进行和强度的增加。但是这种方式的缺点显著，暖棚搭建需要消耗大量的物资和人力且费用较高；且暖棚自重大，在复杂地形或高空作业时，安全系数低，易引发安全事故；与此同时，蒸汽不断供应耗费了巨大的能量，能耗较高。又如自然养护虽然操作方便，仅使混凝土与大气环境接触，但是由于冬季气温较低，混凝土的水化反应由于热的快速散失明显减慢，强度提高较慢，很难达到施工进度的要求，而且混凝土中的水分容易结冰，产生冰晶，破坏了混凝土的内部结构，耐久性下降。

2.2 新型保温技术与材料创新

伴随着科学技术的进步，新的保温技术和材料层出不穷，给公路工程冬期施工带来了一场革新。就保温材料而言，例如 XPS 高分子保温板等，其隔热性能优良，导热系数小，可以有效地阻隔热量传递，而且强度高，尺寸稳定性好，施工过程中切割和铺设方便，能紧密配合模板背楞减少热量散失。Pur 喷涂的硬泡体聚氨酯隔热层表现出众，它是由多元醇和异氰酸酯两种成分反应形成的，具有高达 95% 以上的闭孔率，并且在常温条件下，其导热系数约为 0.024W/m.k ，喷涂后可迅速形成连续无缝保温层并包覆于保温板外部，进一步提高了保温效果。技术创新中组合式保温体系的出现就像是结合了桥梁模板，XPS 高分子保温板和 Pur 喷硬泡体聚氨酯隔热层，施工时将保温板铺设于模板背楞之间，然后喷涂聚氨酯隔热层后，模板安装后大大提高了混凝土的保温和养护效果，并且本系统具有施工效率高，操作方便，安全可靠和不消耗能源等特点，与绿色建筑理念相吻合。

2.3 保温技术与混凝土性能的协同机制

保温技术和混凝土性能有密切的协同机制。冬期施工时合适的保温技术对保证混凝土性能至关重要。当我们选择合适的保温方法，例如使用高品质的保温材料或建立高效的保温系统，可以为混凝土的水化反应创造一个稳定的温度环境。混凝土水化反应是强度增长及结构形成的中心过程，合适的温度能加快水泥和水之间的化学反应并迅速硬化混凝土，增加了早期强度以满足施工进度所需的混凝土强度。同时温度的稳定性可以阻止混凝土内水分冻结和避免冰晶膨胀而导致微裂缝的出现，以增强混凝土耐久性。如在抗冻剂和保温材料配合作用下，抗冻剂使混凝土中水分冰点下降，冻融循环破坏程度减轻，有利于早期强度的提高；保温材料降低了热量散失、保持了混凝土内部温度、保证了抗冻剂较好的发挥其作用，两者互为补充，共同提高了混凝土冬期在严酷环境中的使用性能。

3.基于性能提升的寒区混凝土实践

3.1 混凝土配合比优化设计

寒区混凝土的配合比优化设计需着眼于增强抗冻融和抗开裂性能，并通过多维度的材料参数调控来达到性能平衡。首先，优选低水化热且抗冻性强的水泥品种（如硅酸盐水泥），并合理控制水灰比（通常 ⩽0.45 ），以降低孔隙率与游离水含量，削弱冻胀破坏力。二是掺加粉煤灰和矿渣粉作为活性掺和料不但可以增强浆体的流动性，而且可以利用火山灰反应使孔隙结构变细并促进密实度的提高；同时，引入高效引气剂，使混凝土含气量控制在 3.5%～5.5% ，形成均匀封闭的微气泡网络，缓冲冻融循环中的体积应力。另外，在选择骨料时，必须严格控制其含泥量（ ⩽1% ）和坚固性，并采用预热处理或憎水涂层来减少冻胀吸水。配合比设计时还需结合寒区最低温度与冻融频率，通过正交试验优化掺合料掺量、引气剂掺量及骨料级配，最终实现混凝土抗冻等级 >F300，28d 抗压强度增长率提升 15% 以上，且早期强度（3d）满足寒区施工拆模要求。

3.2 施工工艺与保温技术集成应用

寒区混凝土的施工需要工艺创新和保温技术的深度结合，建立全过程的温控体系，确保硬化质量。搅拌阶段，采用热水（ ⩽80^∘ C）、预热骨料（ ⩾5^∘ °C）提升拌合物初始温度，同时掺入早强防冻剂（例如复合型的亚硝酸钠-硫酸钠），加速水泥水化并抑制冰晶生长；运输过程中，采用保温罐车（外包 50mm 岩棉）与防风帘，确保入模温度 ⩾5^∘ C。浇筑时，分层厚度控制在 300～500mm 利用暖棚法（内有燃油热风机保持 10～15^∘ C）或电伴热系统消除温度梯度，避免冷缝产生。养护阶段集成“蓄热加电加热加保湿等”技术：先覆盖电热毯与棉被维持恒温（ 15～20^∘ C），再包裹塑料薄膜防止水分蒸发，必要时采用蒸汽养护（升温速率 ⩽5^∘ C/h），使混凝土强度在 72h 内达到设计强度的 70% 以上。对于薄壁结构或者关键节点可以使用电热线预埋加热或者暖棚内循环热风的系统来保证内、外部温差 ⩽ 20^∘ C。这一技术体系能够使混凝土在早期阶段的强度增长速度加快 30% ，经过 200 次的冻融循环后，其质量损失率不超过 5% ，从而有效地解决了寒冷地区施工进度与质量之间存在的冲突。

3.3 工程案例验证与效果分析

以东北某个寒冷地区的高速公路桥梁项目为研究对象，该项目的 T 梁混凝土在最初的设计抗冻等级 F250 下，在施工期间的环境温度为- .15～5^∘ C，由于冻融作用导致桥面铺装在 3 年内产生裂痕。在应用配合比优化和保温技术之后，我们将水灰比调整到 0.42，并加入了 15% 的硅灰和 20% 的粉煤灰，同时引气剂的掺入量为 0.02% ，含气量控制在 4.2% ，同时施工中采用蒸汽养护（恒温阶段 20^∘ C 维持 72h）与双层保温被覆盖。工程验收数据显示，混凝土 28d 抗压强度达 55MPa（原设计 50MPa），抗冻融循环次数提升至 F350，冻融后动弹模量保留率 92% 。经过对比监测，我们发现优化后的构件中裂缝的发生率已从 12% 减少到 1.5% 。5 年的使用后，钻芯的检测结果显示其内部孔隙率下降了 22% ，而碳化的深度不超过 0.5mm 。从经济效益的角度看，尽管单次施工的成本上升了 8% ，但后续的维护成本减少了60% ，而整个生命周期的成本也减少了 23% 。

结束语

总之，通过本课题研究可以看出寒区混凝土的性能改善与冬期施工保温技术发展之间存在着互补关系。通过科学配合比设计，采用新型保温材料，革新施工工艺等措施，能有效改善低温环境中混凝土性能，保障寒区工程质量与安全。在今后材料科学与工程技术不断向前发展的过程中，我们相信一定能够研发出更高的效率与环保保温技术与材料，从而为寒区工程的建设提供更强大的技术支持。

参考文献：

[1]崔莉莉，申铁军.公路工程冬期施工保温技术措施分析与混凝土的优化[J].交通科技与管理，2025，6（11）：68-70.