摘要：本文旨在设计一种用于高寒地区的塑料保温组合模板，运用真空层隔热的原理，通过模板材料的空间设计，在模板的面层实现夹层空腔，采用真空泵排除模板面层空腔内的空气，用特制的橡胶塞封堵预留的排气孔，最终实现模板面层呈现真空状态。本设计采用目前比较流行的聚丙烯等硬质塑料为基材，加入玻璃纤维、剑麻纤维、防老化助剂等增强材料，经过复合层压工艺制成的工程塑料作为模板的制造材料。材料的强度应能满足承受现场使用周期变形和高原外界大气压碾压变形。工程实体运用中本模板能有效使新浇筑完的混凝土不受外界环境温度变化的影响，在模板封闭空间创造一个利于混凝土强度提升的温度，最终实现延长高寒地区混凝土施工有效时间的目的。

关键词：高寒地区;塑料模板;真空保温

中图分类号：TQ322.9

1引言

随着国家越来越重视边疆开发，西藏、新疆等高寒边疆地区的建设项目越来越多。但严寒的自然条件制约了施工进度，特别是对混凝土的浇筑有着很大的影响。怎样使严寒环境中所浇筑的混凝土的强度上升速度、养护时间不受环境温度的影响，或者在零下5℃时能照常施工，对加快工程建设进度和确保工程质量有着重大的意义。我们日常生活中常常用到保温杯、保温瓶，他们能隔绝水热与外界的联系，大大的降低热量的散发速率，从而长时间的保持水的温度。本文塑料真空保温模板的设计思路来源于此，我们可以设想，如果在模板的面层能有一个跟保温杯类似的隔热真空层，这样不就能保证浇筑完的混凝土热量不被外界环境温度影响，从而达到保温目的。

2保温模板的设计原理

保温模板的设计原理和保温瓶的原理一样，我们都知道热力传播有三种途径，辐射、对流和传递，如果能通过采取办法和手段隔绝上述三种热力传播途径，就能保证物体原有的温度，从而起到保温的作用。

2.1本设计选择阻断热力传播的研究方向

根据热力学第二定律我们可以知道热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。新浇混凝土的温度远远高于外界环境温度，所以如何阻断混凝土自身热量散发是本设计的总体思路。首先分析一下热力传播的三种途径。（1）热力辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的热传方式，它不依赖任何外界条件而进行。一般的热力辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播，由于电磁波的传播无需任何介质，所以热力辐射是在真空中唯一的传热方式。从上述表述中可以看出，本设计的真空保温模板是没法杜绝热力辐射的热量传播方式，故阻断热力辐射不作为本设计的研究方向。（2）对流传热是在流体流动过程中发生的热量传递现象，主要是质点位置的移动，使温度趋于均匀。液体和气体之间的传热主要是对流传热。因为混凝土凝固后为固体，故阻断对流传热不作为本设计的研究方向。（3）传导传热是指温度不同的物体直接接触，由于自由电子的运动或分子的运动而发生的热交换现象。传热过程中，物体的微观粒子不发生宏观的相对移动，而在其热运动相互振动或碰撞中发生动能的传递，宏观上表现为热量从高温部分传至低温部分。故阻断传导传热作为本设计的主要研究方向。

2.2本设计的实现途径

上述已明确如何阻断传导传热是本设计的主要研究方向。也就是说怎样有效的隔绝新浇混凝土和外界气体之间的传导传热是本设计的关键。传导传热是由不同温度的两个物体直接接触而产生的一种热力传播现象，怎么可以避免或者尽可能减少两个物体之间的接触是本设计的一个难点。以现有的工程技术，从工程经济和使用方面等出发，作者认为要想完全避免不同温度两个物体直接接触很难实现也不太现实。故从怎样尽可能的避免两个物体直接接触出发来最终实现本设计的意图。经过仔细思量结合现阶段工程材料技术，作者最终选定采用比较新颖先进的工程塑料做为保温模板的基材。因为工程塑料具有较好的延展性、可塑性和密封性，同时也具有一定的强度、刚度和稳定性，制作成的模板能够满足工程建设需要。本设计区别传统钢制组合模板的地方在于在模板面层设置双层面板，双层面板之间用加筋肋板连接，肋板上设置小孔，保证面板之间的空腔为一个联通的空间。以现有的塑料加工技术，本设计在工厂中能够实现。现实社会中我们常见的一种食品储存技术，就是采用真空泵将塑料包装的食品抽成真空。故在工厂加工时直接将面板空腔加工成真空状态，或现场操作中在面板空腔侧面预留抽氣孔采用真空泵抽成真空都可行。综上所述，通过运用工程塑料制作成可以减少传导传热的真空夹层，在模板面层有效减少混凝土和外界气温之间的热量传递，最终实现本设计的目的，让模板给新浇筑的混凝土起到保温的目的。

3保温组合模板的设计模型

3.1保温模板材料的选择

随着四新技术的普及和应用，近年来以聚丙烯等硬质塑料为基材，加入玻璃纤维、剑麻纤维、防老化助剂等增强材料，经过复合层压等工艺制成的工程塑料模板开始流行起来。综合传统的钢模板、木模板，以及新近流行的铝模板，塑料模板具有易加工、可塑性好、气密性强，能满足作者的设计材料要求。同时高强塑料在加入肋板的基础之上，强度足够媲美木模板，可以满足建筑工程对模板强度的需求。

3.2保温模板型号的设计

组合式模板可分为模块组合和材料组合，其中模块组合模板有组合钢模板、组合塑料模板、组合铝合金模板;材料组合模板有钢（铝）框胶合板模板和钢（铝）框塑料模板[1]。工程创新源于实践，为了保证保温模板有更好的灵活性和实用性，笔者根据定型组合钢模板的常用型号来设计本文的保温塑料模板。根据工程实践中常用的模数制，将其长度以300mm为一个进位，宽度以50mm为一个进位，其中的U型卡孔长度为150mm，同长度、宽度的模数一致。在使用时可根据需要进行拼装。利用长度为600mm、900mm、1500mm和宽度100mm、150mm、200mm、300mm的模板，可以组装成以50mm为进位的各种版面尺寸，这个尺寸可以灵活地满足各种工程的需要。

4保温模板的设计思路及示意图

因为本文采用了传统的定型组合模板的型号设计方式，故在模板图绘制时，本文选取300mm×1500mm型号来做一示意和说明。

4.1设计图思路一

根据组合模板的尺寸，样式跟传统组合钢模板的样式基本相同，都由面层，背楞和螺栓孔构成，如图1所示。最关键的地方是塑料模板面层的设置，面层必须满足几个特点：（1）面层必须具有足够的强度、刚度和稳定性。能满足施工过程中浇筑混凝土时对模板的冲击力和侧压力。（2）面层是本设计的关键地方，可在工程加工过程中直接抽成真空，在面层空腔内应设有专门用来减少模板表面变形的支撑肋板，在肋板之间应设置空气连通孔，保证在加工过程中整个面层空腔形成真空状态，以达到保温效果。肋板的设置数量和稠密程度，应以保证模板面层在抽成真空时能抵抗住外界大气压强度，不止被大气压压制面层变形为宜。另外高寒地区，空气大气压较低，所以模板面层材料的选择和肋板的设置数量相较低海拔的地方应该较少为宜，这样尽可能减少两个物体之间的接触面积，避免热量的传导，从而起到提高保温效率的目的。（3）面层厚度h的确定。因为本文只是理论，没有经过现场试验，h的厚度应从现场试验中确定。作者认为h的厚度应根据工程建设所在地外界气温条件要求来确定。不同地方的气温条件，取值也应有不同，在外界温度较低的严寒地区，h取值应该较大，反之亦然。

4.2设计图思路二

在设计思路一的基础上，其他不做改变，只改变塑料模板面层。主要是防止目前塑料加工厂真空加工技术不成熟而设置的。如图三所示，可在塑料模板面层的外边界留置抽气孔，工程实现运用中采用真空泵将塑料模板面层抽成真空，再用气密性橡胶塞进行封堵。本设计可以很好的降低加工技术难度，同时为后续的使用维修降低了技术难度。

4.3上述两种设计思路的优缺点分析

设计思路一的优点有：（1）有利于施工进度。由工厂一次加工成型，减少了现场抽成真空的操作环节，提升了现场施工工效，节约了施工时间，同时加快了施工进度。（2）保温性能较高。由工厂一次加工成型，设计思路一模板真空度相较设计思路二说较高，因为现场操作来现场是人为操作，夹层中的空气难免排除不是很干净，这样增加了两物体之间的直接接触面积，降低了保温塑料模板的保温效果。设计思路一的缺点有：（1）加工难度较大。因为在工厂中一次加工成型，在加工的过程中要保证模板面层呈真空状，增加了加工的难度。（2）损坏后不宜修复。在现场使用过程中若因操作不当造成真空面层破损，不宜修复。

设计思路二的优点有：（1）加工简单。缺点是（1）保温效果较差。

5塑料保温模板的优点和缺点分析

塑料保温模板的优点分析：（1）经济效益方面。相较传统的保温方式来说，从工序上减少了时间，操作更为简便。不像传统保温的方式如：采取挂帘，包裹黑心棉，保暖被，草垫、在钢模板肋空处填充保温岩棉材料等，同时模板能反复拆装，多次利用，节约了施工投入成本。（2）施工进度方面。冬季钢筋混凝土施工影响施工进度最关键的因素时混凝土等强，也就是要混凝土强度满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）要求时才能进行模板拆除和上部结构施工或下道工序施工。而采用保温模板，混凝土的强度提升能达到或等同于内地混凝土强度的提升速度，在高寒地区也就相当于加快了施工进度，延长了可用于施工的有效天数。（3）塑料模板绿色环保。相较于传统的木模板来说，塑料模板具有绿色环保的特点。使用塑料模板能有效减少木材的消耗和浪费，并且塑料模板的回收利用率高，可在损坏后回收进行多次加工利用。（4）塑料真空保温模板质量轻，能降低人力资源消耗。拼装式组合塑料模板质量轻，模板强度和刚度高，不易变形[2]。相较于传统的钢模板来说，塑料真空组装模板质量很轻，一般一个工人能很轻松的搬动和安装。这样大大减少了组合钢模板安装时人工浪费的情形，提高了工效。

塑料保温模板的缺点分析：（1）塑料材质在高寒地区容易变得硬脆，容易损坏。因为本文的核心思想是提出制作出一个塑料空心夹层，形成真空，用于断绝混凝土和外界空气之间的热传导。所以塑料保温面层的质量决定着本方案的可行性和实用性。怎么找到合适的能用于高寒地区不易被损坏的塑料材质成为一个关键因素。也许现阶段用于制作塑料模板的材质能满足本设计的要求，但是在耐久性和实用性方面还有待考究。（2）对模板面层真空保温层的加工技术要求高。我们都知道对保温和传热起着关键性的三个影响因素：热对流、热传导和热辐射。我们在加工塑料模板面层时不但在技术上要实现真空，还要使得面层尽可能的光滑，或者在内部面层设置阻隔膜。在高真空条件下，辐射传热是热量传递的主要形式之一[3]。在面层内部设置真空绝热阻隔膜可有效反射和散射电磁波，阻止热量的传导。

6保温模板的应用前景

我国在世界上被称为“基建狂魔”，最近几年基础设施建设取得了极大的成就。随着我国建筑业的不断发展， 国家大力推行绿色施工、节能减排举措[4]。其中，发展绿色施工技术是保证绿色建筑有效推行的重要环节[5]。在钢筋混凝土建设领域模板的安装和加工技术已非常成熟。但高寒地区，特别是西藏和新疆地区的钢筋混凝土建设受气候影响严重。如果本设计的保温模板能够研制成功，可以用于正在建设的川藏铁路、边疆地区的水电站、公路、铁路及配套基础设施建设等项目，也可用于“南水北調西线工程”。所以本设计应用前景非常广阔，值得探索和研究。

7结语

作为一名建筑行业的从业人员，作者亲身经历过中国南水北调中线工程建设，也参加过市政工程建设，近几年在西藏地区从事基础设施建设项目工作。而高寒高海拔地区混凝土施工环境非常恶劣，施工难度大，混凝土浇筑质量直接影响到项目能否顺利完成[6]。作者从多年的工作经验出发，想着若能有一种可减少高原地区混凝土浇筑时间的保温措施，岂不为我们加快建设美丽边疆的步伐添砖加瓦，锦上添花。作者根据实际工作需要，在保温瓶的身上得到启发，因此有了这个设计，希望本设计能够得到模板制造厂家和行业爱好者的探讨、研究、深化和应用。通过本设计的思路，能研制出一种可应用于高寒地区给新浇混凝土保温的实用型塑料真空保温模板。

参考文献

[1]高峰，石亚明.我国建筑模板产品现状与展望[J].施工技术，2017，46（02）：98-101.

[2]桂凯飞.拼装式组合塑料模板在路基边坡防护中的应用[J].中国水运（下半月），2021，21（02）：121-122.

[3]陈照峰，张俊雄，王伟伟，沙李丽，胡雅，沈胜，李承东，叶信立.真空绝热板技术的研究现状及发展趋势[J].南京航空航天大学学报，2017，49（01）：1-16.

[4]张继超.DM现浇混凝土外墙外模板与保温一体化施工技术[J].施工技术，2017，46（04）：29-32.

[5]陆亮.建筑工程施工中铝合金模板综合价值研究[D].太原：太原理工大学，2017.

[6]闵小龙.高寒高海拔地区混凝土浇筑工程探析[J].智能城市，2018，4（14）：24-25.

作者简介：

邢铎（1987），男，大学本科，工程师，主要从事工程建设、项目质量管理工作。单位：中国水利水电第七工程局有限公司。