喷射混凝土

喷射混凝土

1、概况

近年来国内外喷射混凝土技术以它简便的工艺，独特的效应，经济的造价，广阔的用途，在建筑工程领域内展示出旺盛的生命力。 1.1 喷射混凝土的特点

喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定比例配合的拌合料， 通过管道输送并以高速喷射到受喷面（岩石壁面、模板、旧建筑物）上凝结硬化而成的一种混凝土。

喷射混凝土不是依赖振动来捣实混凝土，而是在高速喷射时，由水泥与集料的反复连续撞击而使混凝土压密，同时又可采用较小的水灰比（常为0.4～0.45），因而它具有较高的力学强度和良好的耐久性。特别是与混凝土、砖石、钢材有很高的粘结强度，可以在结合面上传递拉应力和剪应力。喷射法施工还可在拌合料中加入速凝剂，使水泥在10分钟内终凝，使混凝土喷射后能立即获得强度。喷射法施工可将混凝土的运输、浇注和捣固结合为一道工序，不要或只要单面模板。可通过输料软管在高空、深坑或狭小的工作区间向任意方位施作薄壁的或复杂造型的结构，工序简单，机动灵活，具有广泛的适应性。研究凝结时间可调、工作性良好、长期性能稳定的微膨胀抗渗防裂高性能喷射混凝土，解决隧道工程中混凝土材料的关键技术问题，已成为现代喷射混凝土发展的主要趋势。 1.2 喷射混凝土技术的最新发展

喷射混凝土是由喷射水泥砂浆发展起来的。1914年在美国的矿山和土木建筑工程中 首先使用喷射水泥砂浆。1942年瑞士阿利瓦（Aliva）公司研制成转子式混凝土喷射机，1947年联邦德国公司研制成双罐式混凝土喷射机。1948～1953年间兴建的奥地利卡普隆水力发电站的米尔隧洞最早使用喷射混凝上支护。以后，瑞士、西德、法国、瑞典、美国、英国、加拿大、苏联、日本等国相继在土木建筑工程中采用了喷射混凝土技术。我国冶金、水电部门于六十年代初期，即着手研究混凝土喷射机械及喷射棍凝土技术，1965年11月，冶金部建筑研究院与第三冶金建设公司合作，成功地在鞍钢弓长岭铁矿建成了一条用喷射混凝土支护的矿山运输巷道。七十年代以来，国内外加强了对喷射混凝土的研究开发工作，技术上取得许多突破，使之在地下工程、薄壁结构工程、维修加固工程、岩土工程、耐火工程和防护工程等土木建筑领域获得了广泛的发展。

近年来，喷射混凝土技术的主要成就和最新发展集中地表现在以下几方面：

（1）施工机械不断更新，向系列化、配套化的方向发展

美国“Read”型和日本“改良—Ⅰ”型转盘式混凝土喷射机，结构紧凑，体积小，重量仅约300kg，综合性能好，已在各类工程中广泛采用。美国巧仑奇（challenge）公司研制成的挤压泵送型湿喷机，生产能力高达“18m3/h，该机还附有能精确控制速凝剂添加的装置，能将圆柱状固态速凝剂，自动切削成粉末后运送到喷咀处。完成的喷射混凝土，回弹仅5%～8%，混凝土强度达2.8Mpa，施工粉尘显著减少。瑞典研制成用于单独喂送钢纤维的专门设备，可防止纤维喷射混凝土施工时纤维扭结成团。

遥控喷射机械手也在一些工程中应用。它由液压驱动，配有一根带喷嘴的悬臂，能自由地伸人高空进行喷射。在地下工程中，采用喷射机械手同配料、运输、搅拌联合作业的三联机组相结合的施工方式，不仅能大大提高工效，也可在放炮通风后立即喷射，有利于稳定岩层，施工人员可远离掌子面工作，既安全可靠，又可减轻粉尘的危害。

（2）新型外加剂与喷射水泥的开发，改善了喷射混凝土的性能 外加剂和水泥的特性对喷射混凝土的性能有重要影响。

可编辑范本

国外最近已研制成新型非碱性速凝剂，PH值为７～７.５（而普通速凝剂的PH值高达12.7），当速凝剂掺量为水泥重量的2%时，初凝时间仅为38秒，加入这种速凝剂，喷射混凝土的后期强度损失也小，同时还可大大减少回弹。瑞士Aliva公司生产的非碱性速凝剂，掺入后，喷射混凝土28天龄期的抗压强度比掺入碱性速凝剂的大55%。西德近两年研制成siliponSPR6型粘结剂，它能显著地减少喷射混凝土施工粉尘。如在喷射混凝土原始混合料中掺人占水泥重偏的粘结剂，则可减少粉尘浓度80%～95%。

进人七十年代，美国、日本等国在市场上出售喷射水泥（Jet cement），它对改善喷射混凝土的性能和扩大喷射混凝土应用也颇有成效。喷射水泥同普通硅酸盐水泥相比，具有许多优良的特性，如凝结时间能任意调节具有良好的快硬性能，2～3小时后抗压强度达20MPa；低湿下强度发展良好，在5℃时，6小时抗压强度在10MPa以上；干缩小抗渗性好。

（3）钢纤维喷射混凝土的研究和应用有了明显的成效

国内外的资料表明，在喷射混凝土中掺入直径为0.25～0.4mm，长度为20～30mm的钢纤维（掺量为每立方米混凝土80～100kg），可以明显地改善喷射混凝土的性能，即抗压强度提高50%；抗拉强度提高50%～80%；抗弯强度提高60%～100%；韧性提高20～50倍；抗冲击性提高8～30倍。此外，它的抗冻融能力、疲劳强度、耐磨和耐热性能都有明显的改善，因而应用领域十分广泛。

（4）“新奥法”不断完善，革新了困难地层条件下的隧洞建造技术 以喷射混凝土、锚杆和测量技术为三大支柱的新奥地利隧道设计施工法（简称新奥法），能及时地掌握围岩和支护的变形动态，以此作为指导设计和施工信息，从而能最大限度地发挥围岩的自支承作用，具有极大的适用性和经济性，如奥地利的陶恩公路隧道和阿尔贝格公路隧道，穿过的岩层主要为软弱破碎的千枚岩，并具有强烈的构造应力。石墨特征明显的千枚岩的抗剪强度常小于0.1MPa，采用新奥法施工，使围岩得以稳定。西德、法国的一些城市地下铁道，穿过砂质粘土等软弱地层，采用喷射混凝上、锚杆为主要特征的新奥法施工，衬砌可以在12小时内闭合，使地面沉陷控制在1～2cm以内，显示了极大的优越性。

（5）造壳喷射混凝土改进了施工工艺

日本近年来首创的造壳喷射混凝土（或称水泥裹砂喷射法）施工，兼有干式及湿式喷射法的优点。它将喷射混凝土的原材料分为砂浆和干集料两部分，分别用压缩空气送到喷咀附近的混合管处合流，再由喷咀喷出。由于包裹在砂子表面的砂浆具有不离析、不泌水，强度稳定等特点，使喷射混凝土回弹率小，粉尘少，强度稳定，表现出多方面的优点。

（6）变革模板体系，扩大了在薄盈异型建筑中喷射混凝土技术的应用

采用喷射混凝上可以施作成任意形状的薄壁结构，粘结力高，防水性好，对于球壳结构和薄壁异型结构的施工，十分有利。近年来，国外对喷射混凝土模板结构作了一系列改革，如采用建筑物的隔热层（泡沫苯乙烯）作模板、气囊模板、钢丝网模板。用钢丝网代替模板， 既能阻止骨料的穿透，又因其富有弹性以及孔眼能吸收喷射冲击力，使回弹量减少。这样就扩大了在薄壁异型建筑中喷射混凝土技术的应用。如美国印第安州的妇科医院圆顶建筑群， 香港的太空馆，法国巴黎的瑞士Zurich的球壳形住宅，，巴哈马群岛预应力贮藏罐的圆顶结构，都成功地采用了喷射混凝土，既保证了工程质量，又节省了工程造价。我国北京石化总厂聚丙烯成品库为10个24×24m的双曲连续球壳建筑，在施工中采用预制定型模板，整体升降钢模架和喷射混凝土，收到了明显的效果，表现为混凝土密实性高、抗裂抗冻性好、节省外模和缩短施工周期。

1.3 施工工艺

喷射混凝土的施工工艺系统由供料、供气、供水三个子系统组成。这三部分子系统的不同组合方式产生的不同施工工艺和施工技术，对喷射混凝土的质量有着显著的影响，施工费用也各不相同。在过去干喷法、湿喷法的基础上，通过不断的工程实验研究，不断完善和发

可编辑范本

展了新的喷射混凝土施工技术，如纤维喷射混凝土法、水泥裹砂法、双裹并列法、潮掺浆法等。近二十年来，我国的喷射混凝土技术得到了突飞猛进的发展，接近和达到了国际水平。 1.3.1 干喷法

干喷法发展最早，应用最广泛。它是将干料拌和后送到喷头处与水混合，再到达受喷面上的一种方法。它的优点可概括为：1）施工工艺流程简单、方便，所需施工设备机具较少，只需强制拌和机和干喷机即可；2）输送距离长，施工布置比较方便、灵活，输送距离可达300 m，垂直距离可达180 m；3）速凝剂可提前在喷射机前加入，拌和比较均匀。当然它存 在着固有的缺陷：1）其工作面粉尘量及回弹量均较大，工作环境恶劣；喷料时有脉冲现象且均匀度差；2）实际水灰质量比不易准确控制，影响喷射混凝土的质量；3）生产效率低。 1.3.2 湿喷法

为了克服干喷法的缺点，人们发展了湿喷法。它是将干料提前与水混合，然后再在喷头处与速凝剂汇合到达受喷面上的一种方法。它的优越性相应的表现在：1）粉尘、回弹量均较低，生产环境状况较好；2）设计水能与干料拌和均匀，水灰质量比能准确的控制；3）生产率相对干喷法要高。湿喷法存在机械设备复杂庞大、维修费用高，输送距离近，施工操作较吃力等缺点，这与工程中的成本经济、施工简便的原则相违背。为了更直观的说明湿喷法与干喷法的工艺特点，把各指标的性能比较列于表1。

表1 干喷法与湿喷法技术性能比较 项目 机械设备 粉尘浓度 耗风量 回弹率 水灰质量比 压送距离 干喷法 简单 湿喷法 （风动型） 较简单 湿喷法 （泵送型） 较复杂 可降低 80%以上 一般大于 可降低 50mg/m3 50%～80% 较大 20%～40% 0.4～0.5 200～300m 可降低 或降低50%左50%左右 右 可降低至 10%左右 0.5～0.55 可降低至 5%～10% 0.55 （加塑化剂） 水平60m 水平100m 垂直30m 垂直30m 困难， 困难， 中途不能停中途不能停歇 歇 450～480kg/m3 8～10 480～560kg/m3 10～12 设备清洗 容易 水泥用量 混凝土 坍落度 1.3.3 水泥裹砂法(SEC)

400kg/m3 5～7 可编辑范本