喷射混凝土

喷射混凝土摘要：喷射混凝土因其特有的技术性能及施工工艺，并且随着其自身的不断发展，喷射混凝土技术广泛应用于平巷、竖井、隧道、涵洞等地下建筑物的混凝土支护或锚喷支护，地下水池、油罐、大型管道的抗渗混凝土施工，各种工业炉衬的快速修补，各种复合衬砌的初次柔性支护，混凝土构筑物的浇注和修补等。

关键词：喷射混凝土施工工艺分类技术性能发展趋势喷射混凝土指的是经喷射作用而浇筑、压实的混凝土。

这种混凝土常常是经胶皮管由气力喷射到浇筑面上。

由于高速流体的冲击，使得混凝土密实，并能自行支撑，不会产生塌落。

采用喷射混凝土具有以下优点：( 1)前期准备工作少，不必像混凝土施工进行立模等繁复工作，操作较为简单；( 2 )施工速度快支护及时，安全性好；( 3)支护质量好，强度高、密实度好、防水性能好；( 4 )施工灵活性大，可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度，满足工程设计和使用要求。

但也有施工厚度不易掌握、回弹量较大、表面不平整、劳动条件较差等缺点。

施工工艺分类及其比较分析喷射混凝土根据其施工过程中各种材料的投料顺序不同，尤其是水和速凝剂的时机不同，将其划分为四类：干喷、湿喷、潮喷和混合喷。

施工工艺分类：（1）干喷施工工艺用搅拌机将砂、豆石和水泥等按比例拌和好，投入混凝土干式喷射机，并均匀按设计配比掺入固态速凝剂，利用空压机提供强力风流，将混合料输送至喷枪，在喷嘴前按一定比例加入水，使水与拌和料混合后再喷出。

其工艺为图1所示。

干喷工艺的主要有两个特点，其一是采用固态速凝剂，相对成本较低；其二是前期混合料采取干式拌合，水在喷嘴前加入。

（2）湿喷施工工艺用搅拌机将骨料、水泥和水预先拌制均匀，用湿式混凝土喷射机压送混合料输送至喷枪，在喷嘴前加入液态速凝剂与混合料一起喷出。

其工艺为图2所示。

湿喷工艺的相对干喷工艺有两个特点，其一是采用液态速凝剂，相对成本较高；其二是混合料采取湿式拌合，水在拌合时加入。

（3）潮喷施工工艺仍然使用干喷设备及相关工艺，只是在拌制混合料前在骨料中预加少量的水，使之呈潮湿状，再加水泥拌和。

（4）混合喷射施工工艺又称水泥裹砂造壳喷射法，分别由泵送砂和风送混合料系统两套机具组成。

先将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部用量水泥，强制拌成以砂为核心，外裹水泥壳的球体；然后加第二次水和减水剂拌成S EC砂浆；另一部分砂石骨料和速凝剂按配合比配料，强制拌成均匀的干混合料。

然后再通过砂浆泵和干式喷射机，将砂浆和干混合料压送经混合管混合后，从喷枪喷出。

其工艺为图3所示。

优缺点比较：( 1 )干喷优点：使用的干喷机结构较简单，体积小、重量轻，便于移动，适于高边坡及狭窄部位；机械清洗较容易，出现故障时可快速拆卸处理。

缺点：①由于输料不均匀、不稳定，工作风压突然变化等原因，造成喷射过程中产生大量的粉尘；②回弹量大，一般超过l 5 ％，且一次性喷射厚度一般小于3 mm；③加水由阀门控制，水灰比不稳定，常出现干斑或流淌现象混凝土质量难以控制。

④干喷机生产能力低，每小时产量5m³以下。

( 2 )湿喷优点：①由于采取湿式拌和，大大降低了施工区的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害；②湿喷混凝土混合料按水灰比精确控制，拌和及水化作用充分，速凝剂按比例计量添加，喷射质量较易控制，提高混凝土的匀质性；③回弹量小，回弹率可降低到10％以下。

④喷层厚度有可靠保证，支护质量得以提高。

缺点：①采用液态速凝剂，相对成本较高；②对湿喷机械要求较高，机械清洗较困难，出现故障时难以处理；③设备体积较大，移动相对困难。

( 3 )潮喷优点：使用干喷机械，一方面具有干喷优点，另一方面在混合料拌制过程中预加少量的水，降低上料、拌和和喷射过程中产生的粉尘。

缺点：大量的水仍由阀门控制，水灰比不稳定，混凝土质量难以控制；回弹量仍然较大。

( 4 )混合喷优点：分次投料搅拌工艺与喷射工艺相结合，喷混凝土质量好，粉尘少，回弹量小。

缺点：使用机械设备多，工艺复杂，机械清洗较困难，出现故障时难以处理。

不同施工工艺适用范围：干喷：只少量使用于对环境保护要求不高的明挖边坡部位，如路基、路堑、大坝边坡等，随设备和工艺的更新，环保要求的提高，正逐步被淘汰。

湿喷：广泛用于公路隧道、矿山巷遭掘进、水工地下洞室群。

潮喷：较为广泛的用于明挖边坡的支护，洞内施工因回弹量大(尤其为洞顶)，使用较少。

混合喷：因使用机械设备多，工艺复杂，一般只用在喷混凝土量大、断面较大的地下洞室工程中，其它部位使用较少。

喷射混凝土的施工工艺1．喷射作业以干法进行喷射作业时，应注意下述问题：(1) 工作风压喷射机正常进行喷射作业时，工作罐内所需的风压称工作风压。

它与风机类型、喷射方向、拌合料输送距离、混凝土配合比、含水量等有关。

适宜的工作风压，可以减少回弹量，增加一次喷射的厚度，并保证喷射的质量。

( 2) 喷嘴处的水压喷嘴处的水压必须大于风压，而且压力应稳定。

水压一般比风压大0.1MPa左右为宜。

可采用向水箱中通高压压缩空气，以获得稳定的压力水。

2．喷射操作应选择有经验的、熟练的喷射手进行喷射操作。

新组建喷射施工队伍时，应对喷射手进行专门的操作培训。

喷射手的技术高低直接影响喷射作业的质量。

3．养护为使水泥充分水化，减少和防止收缩裂缝，在喷射混凝土终凝后即开始洒水养护。

养护时间和喷水次数，取决于水泥品种和空气湿度，在任何情况下，养护时间不少于7 d。

冬季施工时，应使喷射混凝土的温度保持在摄氏零度以上。

4．喷射混凝土施工中的几个问题(1) 回弹喷射混凝土喷射到受喷面上有一部分物料没有粘到受喷面上而弹落下来，称为回弹。

回弹物料占总喷射物料的百分比称为回弹率。

影响回弹率主要因素是混凝土配比和喷射作业。

(2) 粉尘干法喷射工作产生的粉尘，主要是水泥，其中有时也含有少量的游离二氧化硅，可能引起肺气肿等疾病，可以采用下列措施以减少粉尘：适当增加砂的含水率，6％～8％为宜，对减少粉尘有明显效果；采用双水环供水的喷嘴，使干料得到充分湿润，以减少粉尘；加长拢料管，以400—1000 mm为宜，以增加水与干料混合的机会，降低粉尘。

其实，最根本降低粉尘的措施是采用湿法喷射。

喷射混凝土的技术性能1．抗压强度喷射混凝土以高速喷射时，使骨料和水泥受到连续的冲击而得到压实，因而有较高的强度，其强度与水泥品种、标号和用量、混凝土配合比、外加剂种类参量、水灰比等有关。

其28d的抗压强度一般在30 MP a以上，甚至接近50MP a。

喷射混凝土试件制作，是在已喷好的结构物中，或在50cm*50cm*15cm的模板内喷射成板，在相同条件下养护28d，而后于板中心部位切割出15cm*15cm*15cm或10cm*10cm*10cm的立方体试件作强度试验，可较真实地反映喷射混凝土的强度。

2．抗拉强度喷射混凝土的抗压强度与衬砌的支护能力有很大关系，因为在薄层喷射混凝土衬砌中，尤其在衬砌突出部位附近试会产生拉应变。

喷射混凝土的抗压强度约为其抗压强度的1/23～1/16。

为提高其抗压强度，可掺加纤维配筋的喷射混凝土。

如果在混土中掺加4％体积的钢纤维，其抗压强度可提高一倍。

3．粘结强度喷射混凝土的粘结强度，亦是质量控制的关键之一，因为它是衬砌支柱发挥作用的重要因素。

粘结强度取决于水泥浆体的强度和结合面的粗糙强度。

水泥浆体与结合面的粘结，可以是物理性质的(粘结、机械咬合作用)，亦可以是化学性质的(界面上产生化学反应物)。

绝大多数岩石，都可以在某种程度上和水泥浆起化学反应。

4．抗渗性由于喷射混泥土施工工艺的特点，提高了混泥土的密实性。

喷射混泥土中的空隙少，且互不连通，再加上水灰比较小，因而喷射混凝土具有较好的抗渗性能。

一般的抗渗指标为为1.0MPa左右，高者可达2.0MP a。

但是在实际工程中，由于岩面有滴渗水，混凝土水灰比控制不好等原因，喷射混泥土难以达到稳定的抗渗指标。

5．弹性模量与普通混凝土相同，喷射混泥土的弹性模量是随龄期和抗压强度的增长而提高。

6．抗冻性喷射混凝土在高速喷射过程中，会自动带入一部分空气，空气含量约为2.5％一5.3％，近似于引气混凝土的气孔结构，因而有良好的抗冻性。

新型喷射混凝土1．钢纤维硅粉喷射混凝土近些年，喷射混凝土技术已经有了很大的发展，最重要的两个标志是，硅粉的应用(作为水泥添加剂) 和钢纤维加固技术的应用。

硅粉( 或微粒硅酸盐) 是硅钢金属工业的副产品，也是一种非常细的火山灰，也是一种粘结材料，它能与水泥水化过程中产生的氢氧化钙发生反应。

以水泥重量的8％一13％加入硅粉，可以使喷射混凝土的抗压强度达到普通喷射混凝土强度的2—3 倍，使之非常坚硬、不透水、耐久。

其他优点包括：减少反弹，改善挠曲强度，增强与岩体的胶结，增加喷施厚度等。

由于硅粉喷射混凝土有粘着性，它在单次喷施过程中可以达到200mm厚。

不过，当使用湿法时，其粘性使材料的和易性减小，需要添加超级塑性剂来恢复其和易性。

自从钢纤维喷射混凝土替代传统的钢筋网加固的普通喷射混凝土以来，现已经被全世界所接受。

喷射混凝土加固的主要作用，是增加脆性材料的延展性。

如前所述，一旦在地下开挖过程中出现岩石变形，只有用岩石支护系统来承担巨大的荷载。

这意味着，支护系统必须具有足够的延展性才能适应这种变形，否则巨大的非均匀分布的非弹性变形将会导致超载，使支护系统破坏。

典型的钢纤维硅粉喷射混凝土混合物的设计配合比见表1。

在开始使用喷射混凝土方案时这些配合比可以作为工作的起点。

但经专家帮助，有必要对配合比进行调整，以适应施工现场的特殊要求。

在许多干法的应用中，购买袋装重1500 kg已经混合的喷射混凝土材料是非常便利的。

图3给出了最近在北美市场上可以买到的钢纤维材料，除了应用于喷射混凝土外，还可广泛应用于建筑物的混凝土板、机场跑道以及其他类似工程。

新型喷射混凝土与传统喷射混凝土比较：伍德等人( 1 9 9 3 ) 报道了图3所示钢纤维应用于加固喷射混凝土的综合对比研究结果。

普通喷射混凝土和钢纤维硅粉喷射混凝土的试样，均是在垂直平面上用干法和湿法喷施而成。

钢纤维试样都按60 kg/m³的钢纤维含量标准配置(见表1 )。

所有试样都在控制相对湿度的条件下进行养护，并且均在喷施7d 后进行实验。

实验结果表明，在硅粉喷射混凝土中加入钢纤维，可以使硬化后的喷射混凝土抗压强度和挠曲强度增加20％。

在钢纤维试样的全部实验中，与普通试样相比，延展性均有明显增加，但不同类型的钢纤维其增加程度是不同的。

全部实验结果均超过了北美通常所规定的性能水平( 如7 d抗压强度：干法3 0 MP a，湿法2 5 M P a，挠曲强度4 M P a ) 。

卡朋姆使用D r a m i x钢纤维( 如图4所示) ，进行了加固和不加固喷射混凝土板的弯曲试验，根据方块样试验结果，喷射混凝土的无侧限抗压强度是 5 0 MP a 。