棉被养护法在西北冬季混凝土施工中的覆盖工艺要点

引言

西北地区冬季气候严寒、干燥、风大且昼夜温差大，对混凝土施工极为不利。以新疆乌鲁木齐为例，冬季极端低温可达 -30c ，平均风速在 3-5m/s ，相对湿度常低于 40%_< 。混凝土硬化需适宜温湿度，低温会抑制水泥水化，经试验数据表明，当温度降至 0℃时，水泥水化反应速率仅为 20℃时的 1/5，导致强度增长缓慢甚至产生冻害；湿度不足则使表面失水过快，引发干缩裂缝，影响强度与耐久性。因此，冬季混凝土施工中有效的养护措施至关重要。棉被养护法借助棉被的保温保湿性能，为混凝土营造稳定环境，促进水泥水化，且成本低、操作简便、取材方便，在西北冬季混凝土施工中优势显著。如在甘肃兰州某桥梁工程冬季施工中，采用棉被养护法较蒸汽养护法成本降低 30%. 。但实际应用中，因覆盖工艺要点掌握不当，常出现养护效果不佳的情况。故而，深入研究其覆盖工艺要点，对提高西北冬季混凝土施工质量意义重大。本文结合当地气候与施工需求，系统分析关键工艺要点，为工程实践提供科学规范的指导。

一、西北地区冬季气候特点及对混凝土施工的影响

（一）西北地区冬季气候特点

西北地区属温带大陆性气候，冬季寒冷干燥。冬季气温极低，多数地区平均气温在 0^∘C 以下，像内蒙古呼伦贝尔部分地区低至 -30c ，青海格尔木冬季平均气温为 -8°C ；降水稀少，空气相对湿度常低于 50% ，宁夏银川冬季平均相对湿度仅为 35% ；风力较大，开阔地带风速可达 5-10m/s 且持续时间长，新疆克拉玛依冬季风力常维持在 6-8 级；昼夜温差大，一天内可达 15-20% ，陕西榆林昼夜温差甚至能达到 25℃，这些因素共同构成了恶劣的施工环境。这些气候特点对混凝土施工带来了严峻挑战。混凝土在浇筑后需经历水化硬化过程，此过程对温度、湿度条件有严格要求。低温环境下，水泥水化反应速率减缓，影响混凝土强度的正常发展。干燥气候加速混凝土表面水分蒸发，易导致干缩裂缝的产生，严重影响混凝土的耐久性与整体性能。风力大则加剧了热量的散失，使混凝土更难以维持适宜的温度条件。昼夜温差大使混凝土内部产生温度应力，增加了开裂的风险。

（二）对混凝土施工的多方面影响

低温会大幅降低水泥水化速度，温度低于 5℃时水化明显减慢，经实验室测试，在此温度下混凝土 7 天强度仅能达到标准养护条件下的 40% ；低于 0℃时混凝土游离水结冰膨胀，体积可增加 9% ，停止水化并破坏内部结构，导致强度无法正常增长甚至倒缩。如新疆某高速公路冬季施工中，因未及时采取保温措施，混凝土受冻后 28 天强度较设计值降低 25%_⋅ 。干燥空气使混凝土表面水分蒸发过快，引发干缩裂缝，为有害物质侵入提供通道，加速钢筋锈蚀与混凝土碳化。数据显示，在相对湿度 30% 的环境中，混凝土表面 24 小时失水率可达8% ，而在相对湿度 60% 的环境中仅为 3%. 。大风则会加剧这一现象，风速每增加 1m/s ，混凝土表面水分蒸发速率提高 10% 。同时，恶劣气候影响浇筑和养护质量，需额外采取保温保湿措施，增加成本与难度，延缓进度，低温还可能导致混凝土运输、浇筑时冻结，影响工作性能。

二、棉被养护法的原理及优势

（一）棉被养护法的作用原理

棉被养护法利用棉被的保温保湿性能，为混凝土表面构建相对封闭的环境。其保温性能源于内部纤维结构形成的空气层，经测试，厚度为 5cm 的棉被空气层占比可达 60% ，空气导热系数仅为 0.026W/(m⋅K) ，能有效减少混凝土内部热量散失，抵御外界低温，保障水化反应的适宜温度；同时，棉被可减缓混凝土表面水分蒸发，实验表明，覆盖 5cm 厚棉被后，混凝土表面水分蒸发速率较无覆盖时降低 70% ，保持湿度，为水泥水化提供充足水分，促进强度正常增长。在水泥水化过程中，当温度维持在 10-20% ，相对湿度在 80% 以上时，水泥水化反应充分，生成的水化产物能有效填充混凝土孔隙，提高其密实度。棉被养护法通过维持这样的环境，使混凝土在冬季施工中也能正常硬化。

（二）棉被养护法的显著优势

棉被保温保湿效果优良，在新疆昌吉的厂房冬季施工中，采用 5cm 厚棉被覆盖后，混凝土表面温度较环境温度高 8-10^∘C ，相对湿度保持在 75% 以上，能减少混凝土与外界的热量交换，维持内部温度稳定，且透气性差，可减少表面水分蒸发，满足水化对水分的需求。其成本低、取材方便，与蒸汽养护、电加热养护等相比，设备投资和运行成本低，如在住宅项目冬季施工中，1000 ㎡混凝土构件采用棉被养护法成本约 2 万元，而采用电加热养护法则需 5 万元，能显著降低工程养护成本。操作上简单易行，无需复杂设备和专业人员，施工人员经简单培训即可操作，且铺设拆除灵活，适应不同形状尺寸的混凝土构件。在西北地区隧道工程中，对于异形的拱顶混凝土构件，通过裁剪拼接棉被实现了有效覆盖。此外，棉被可重复使用，使用中无有害物质产生，符合绿色施工要求，工程中棉被重复使用 5 次后仍能保持良好的保温性能。

三、棉被养护法在西北冬季混凝土施工中的覆盖工艺要点

（一）棉被选择与覆盖时机的把控

棉被选择需注重保温、保湿性能、强度耐久性及尺寸规格。保温方面，应选导热系数小、厚度不小于 5cm 的棉被，棉絮、羊毛等天然纤维材质为佳，适配西北干燥气候。在甘肃酒泉某水利工程中，对比了不同材质棉被的保温效果，结果显示羊毛棉被在 - 20℃环境下，导热系数为 0.035W/(m⋅K) ，较化纤棉被的 0.045W/(m⋅K) 更优；保湿上，要考虑密度和透气性，密度大、透气性差且表面带防水薄膜的棉被更合适，如密度为 300g/ ㎡的棉被较 200g/ ㎡的棉被保湿效果提升 20% ；强度耐久性上，需选择强度高、耐磨损、缝合牢固且耐低温的棉被，避免使用中出现开裂、掉絮等问题，经测试，优质棉被在经历 10 次冻融循环后，拉伸强度仍能保持初始值的 85% 以上；尺寸应依据混凝土构件确定，确保完全覆盖，大型构件可拼接，拼接处需严密，宽度和长度宜比构件大 30-50cm ，方便搭接固定，如对于 6m 长的梁体，选用 7m 长的棉被进行覆盖。

覆盖时机的确定至关重要。混凝土浇筑振捣密实后，需及时覆盖，在西北冬季，因气温低、风力大，表面水分蒸发快，当表面收水，手指按压无明显痕迹时，进行第一次覆盖，过早会影响表面平整度和强度增长，过晚则易产生干缩裂缝。在新疆石河子某办公楼工程中，混凝土浇筑后 2 小时表面收水完成，此时进行覆盖，未出现干缩裂缝，而另一处相同条件下 4 小时后覆盖的区域，出现了 0.2mm 宽的裂缝。夜间及低温时段，夜间气温低且多风，来临前要检查加固棉被，确保覆盖严密；气温降至 0℃以下时，需覆盖双层棉被或采取其他加强保温措施，经实测，双层棉被覆盖较单层棉被覆盖能使混凝土表面温度提高 5-7% ；雨雪来临前，及时覆盖并在棉被表面加铺塑料薄膜，防止雨雪渗入影响保温，在陕西宝鸡某道路工程中，雨雪后未加铺塑料薄膜的棉被覆盖区域，混凝土表面温度较加铺区域低 4% 。

（二）覆盖方式优化与覆盖后监测管理

覆盖方式需根据构件类型优化。平面构件如楼板、地面，可先铺塑料薄膜增强保湿，再平铺棉被，棉被要整齐，搭接宽度不小于 20cm，用重物压实，大面积构件可分段铺设。在新疆吐鲁番厂房楼板施工中，采用此方式覆盖后，混凝土 28 天强度达到设计值的 105% 。立面构件如墙体、柱，墙体可在外侧搭设脚手架悬挂棉被并固定，柱体采用包裹方式，搭接处用铁丝或绳子绑扎牢固，确保与表面紧密贴合，且柱体采用此方式，混凝土强度增长均匀，垂直度偏差控制在规范范围内。异形构件如梁、板、柱节点及楼梯，需按形状裁剪拼接棉被，关键部位增加厚度采用多层覆盖，避免损坏构件棱角，通过此方式覆盖，节点处混凝土强度达标，未出现裂缝。

覆盖后的监测管理不可忽视。温度监测上，定期测量混凝土内部及表面温度，布置多个测量点，确保内部温度在 5℃以上，低于此温度时采取加热措施，如在棉被下铺设电热毯，每平方米功率控制在 50-100W 为宜。同时控制内外温差不超过 25°C ，温差过大需调整覆盖厚度或通风，数据显示，当内外温差超过 30℃时，混凝土产生裂缝的概率增加 40%. 。湿度监测要定期检查表面湿度，干燥时及时喷洒适量温水补充，注意水温不宜过高，一般控制在20-30℃，避免因温差过大产生应力。还要定期检查棉被覆盖情况，修复加固被风吹起、移位或破损的棉被，及时修补或更换破损棉被，保持其清洁。在宁夏吴忠某工程中，因大风导致棉被移位未及时修复，使局部混凝土受冻，强度降低 15% 。棉被拆除需在混凝土强度达设计强度的 75% 以上且外界气温稳定在 5℃以上时进行，遵循 “先拆上层，后拆下层；先拆侧面，后拆顶面” 的原则，拆除后继续观察表面情况，异常时及时处理。

四、棉被养护法应用的注意事项及质量控制措施

（一）应用中的关键注意事项

铺设棉被时，需在其与混凝土表面间铺塑料薄膜，防止棉被吸收表面水分，影响自身保温性能和混凝土强度增长，同时增强保湿，减少水分蒸发。在新疆克拉玛依某工程中，未铺设塑料薄膜的区域，棉被吸水率较铺设区域高 25% ，混凝土表面强度降低 8% 。雨雪天气前，在棉被表面覆盖塑料薄膜，防止雨雪渗入，若棉被浸湿，要及时晾晒或更换，经测试，浸湿的棉被导热系数会增加 50% ，严重影响保温效果。采用电热毯、生火等加热措施时，要注重防火，电热毯选合格产品并正确使用，远离易燃物，如与棉被保持 50cm 以上距离；生火需远离棉被等易燃物品，配备灭火器材，防范火灾。因电热毯使用不当引发棉被起火，造成经济损失。冬季施工要依据天气预报安排浇筑时间，避开恶劣天气，保证浇筑、振捣、覆盖等工序连续进行，缩短混凝土在低温环境的暴露时间，如预测有强降温天气，提前 24 小时完成混凝土浇筑及覆盖工作。

（二）全面的质量控制措施

原材料质量控制是基础，水泥应选强度等级不低于 42.5 级的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，初凝和终凝时间符合要求，如某工程选用 P⋅ 042.5 水泥，初凝时间为 180 分钟，终凝时间为 240 分钟；骨料选用洁净、级配良好的碎石和砂，避免含冰雪、冻块，含泥量控制在 3% 以下；拌合水用饮用水，不含有害物质，同时合理掺加早强剂、防冻剂等，提高抗冻性和早期强度，掺加 3% 的早强剂可使混凝土 3 天强度提高 20% 混凝土配合比设计需结合西北冬季气候和工程要求，在保证强度和工作性能的前提下，减少水泥用量降低水化热，适当增加砂率提升流动性和保水性，水灰比一般不大于 0.55，增强密实性和抗冻性。浇筑过程中，浇筑前清除模板和钢筋上的冰雪污垢，对模板进行预热，确保模板温度不低于 5% ，可采用蒸汽预热或电加热预热方式；混凝土的出机温度应控制在 10℃以上，入模温度应控制在 5℃以上，在运输过程中采取保温措施，如罐车外部包裹保温套；在浇筑过程中，应采用分层浇筑、分层振捣的方式，每层厚度控制在 30-50cm ，确保混凝土密实，振捣时间控制在20-30 秒，避免过振或漏振。

养护过程要建立健全养护过程质量检查制度，定期对棉被覆盖情况、混凝土温度、湿度等进行检查，并做好记录，检查频率为每 4 小时一次。对检查中发现的问题，应及时采取整改措施，确保养护效果。同时，要加强对施工人员的培训和管理，提高其质量意识和操作技能，确保养护工艺的正确执行，如组织施工人员进行棉被覆盖操作培训，考核合格后方可上岗。

结论

棉被养护法在西北冬季混凝土施工中应用价值显著，通过合理选择棉被、确定覆盖时机、优化覆盖方式及加强监测管理等工艺要点，结合实际工程案例与数据可知，能有效应对当地冬季低温、干燥、大风等气候对施工的不利影响，为混凝土提供适宜温湿度环境，促进水泥水化，提高其强度和耐久性。实际应用中，需充分考虑西北冬季气候特殊性，严格遵循覆盖工艺要点，结合有效的质量控制措施，不断总结经验、改进方法。同时，应加强对该方法的进一步研究，探索更高效节能的养护工艺，如结合智能监测技术实时调控棉被覆盖状态，为提升西北冬季混凝土施工质量提供更有力的技术支持。

参考文献

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作者简介：谭方堃，男（1991.01-）壮族工程师，本科学历，主要研究：建筑工程