噴射混凝土

噴射混凝土是使用混凝土噴射機,利用壓縮空氣或其它動力,將摻有外加劑的混凝土拌合料與高壓水混合,通過噴嘴噴射到受噴面上,并迅速凝結(jié)硬化而成型的混凝土補強加固新材料。

噴射混凝土在物理成份與結(jié)構(gòu)上與普通混凝土基本一致,但由于其施工方便、快速、整體造價低廉等優(yōu)點,目前已廣泛應(yīng)用于建筑物修補、襯砌和補強,邊坡和表面臨時支護(hù)等工程中,特別是在斷面較薄、面積很大的地方,使用噴射混凝土可以有效地節(jié)省施工時間。噴射混凝土的分類

普通噴射混凝土材料是由水泥、骨料、水和外加劑等按照一定的比例拌合而成。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的工程需要,又先后發(fā)展了纖維噴射混凝土、硅粉噴射混凝土、聚合物改進(jìn)混凝土以及速凝噴射混凝土等。噴射混凝土的分類纖維噴射混凝土普通的未加筋噴射混凝土與常規(guī)的素混凝土一樣,是一種脆性材料。當(dāng)承受拉應(yīng)力或應(yīng)變時,容易出現(xiàn)開裂和變形。為了增加其延展性和抗沖擊力,在噴射混凝土拌合物中加入纖維,使其在開裂后能夠繼續(xù)支持荷載,并且具有更高的最終強度,特別是抗拉強度?？梢约尤氲睦w維通常由以下幾種:鋼纖維、玻璃纖維和其它合成纖維。噴射混凝土的分類硅粉噴射混凝土在噴射混凝土中加入硅粉可以增加強度,減少滲透性,提高粘聚力,提高噴射混凝土與底層表面的附著力,并使其具有在垂直面和頂板表面一次噴射更厚層的能力。含硅粉的噴射混凝土可以提高對化學(xué)物質(zhì)侵蝕性阻力,并使回彈量明顯減少。噴射混凝土的分類聚合物改進(jìn)混凝土在噴射混凝土中加入聚合物是為了改進(jìn)抗彎和抗拉強度,改進(jìn)粘結(jié)強度,并且因滲透性小而減少了吸水率。通常是將聚合物乳化液加入混凝土的混合物,部分或全部取代拌和用水,擴散在整個混合物中,形成一種連續(xù)一致的聚合物基質(zhì)體。常用的乳化聚合物是苯乙烯丁二烯。噴射混凝土的分類速凝噴射混凝土在混凝土拌合物中加入速凝添加劑,可以使噴射混凝土快凝,減少回彈損失,提高在潮濕或含水地層中的適應(yīng)性,加大一次噴射厚度和縮短噴層間的間隔時間。多用于快速修補和密封漏水,特別對于水流流動區(qū),因其能快速形成斷面,早期強度增長快,所以可以有效地防止新鮮噴射混凝土被流動的水流沖走。噴射混凝土的原料選擇

①水泥優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其強度等級不應(yīng)低于42.5級；②細(xì)骨料：采用中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5，使用時的含水率宜為6%～8%；③粗骨料：卵石或碎石粒徑不應(yīng)大于15mm；使用堿性速凝劑時，不得使用活性二氧化硅石料；④水：采用不含有害物質(zhì)的潔凈水；⑤速凝劑：初凝時間不應(yīng)超過5min，終凝時間不應(yīng)超過10min。噴射混凝土的原料選擇

噴射混凝土質(zhì)量與水泥品種和強度關(guān)系密切。硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥中C3S和C3A含量較高，速凝、快硬、與速凝劑的相容性好，所以優(yōu)先選用。礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥抗?jié)B性好，對硫酸鹽類侵蝕抵抗能力較強，但初凝時間長、早期強度低、干縮性大，所以對早期強度要求較高的噴射混凝土一般不選用。噴射混凝土的原料選擇

為避免混合料攪拌過程中產(chǎn)生大量的粉塵；有利于噴射；使水泥充分水化，故要求砂石宜有一定的含水率。一般砂為6%～8%，石子為1%～2%，但含水率不宜過大，以免凝結(jié)成團(tuán)，發(fā)生堵管現(xiàn)象。粗骨料粒徑的大小不應(yīng)大于15mm，一是避免堵管，二是減少石子噴射時的動能，降低回彈損失。噴射混凝土的配合比設(shè)計

混合料應(yīng)攪拌均勻并符合下列規(guī)定：①配合比：水泥與砂石質(zhì)量比宜為1∶4～4.5，砂率宜為45%～55%，水灰比不得大于0.45，速凝劑摻量應(yīng)通過試驗確定；②原材料稱量允許偏差：水泥和速凝劑±2%，砂石±3%；③運輸和存放中嚴(yán)防受潮，混合料應(yīng)隨拌隨用，存放時間不應(yīng)超過20mm。噴射混凝土的配合比設(shè)計

水泥用量過少，則回彈率大，早期強度增長慢；水泥用量過大，經(jīng)濟(jì)效益下降，揚塵量大，混凝土收縮增大。每立方米水泥用量以375-400kg為宜，也可在拌合物中摻加粉煤灰、火山灰、沸石粉、磨細(xì)礦渣等粉體摻合料，其摻量由試驗確定。由于砂率低于45%時容易堵管且回彈量高，高于55%時則會降低混凝土強度和增加混凝土收縮量，故規(guī)定砂率宜為45%～55%。速凝劑的合理使用

質(zhì)檢性試驗?zāi)壳?國內(nèi)在質(zhì)檢性試驗方面,通常采用的方法是,規(guī)定試驗時的溫度為20±3°C,噴射混凝土的水灰比為0.4,拌和時間為30s左右,使用凝結(jié)時間測定儀測定凝結(jié)時間,并規(guī)定速凝劑在允許的摻量條件下,初凝及終凝的時間分別不大于5min和10min。速凝劑的合理使用適應(yīng)性試驗通常采用施工現(xiàn)場實際溫度,水灰比按照噴射混凝土配合比設(shè)計及是否摻加減水劑而確定,初凝、終凝時間的范圍也視工程實際情況而定。由于噴射混凝土達(dá)到初凝便失去塑性,且尚不具有強度,此時若繼續(xù)進(jìn)行噴射施工,則已噴射的噴層易受到?jīng)_擊而使其性能遭受不良影響。所以為了一次噴射成足夠的混凝土厚度,初凝時間不宜過短。為了防止噴敷料下垂、脫落和流淌,同時為了縮短相鄰兩個噴射層的間隔時間,初凝時間又不宜過長。速凝劑的合理使用

要正確合理地確定初凝、終凝時間,必須綜合考慮噴射混凝土的施工方法、施工程序、施工進(jìn)度、噴層厚度、圍巖類別、支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、圍巖表面條件、噴射部位等情況。既然影響初凝、終凝時間標(biāo)準(zhǔn)的因素甚多,而實際工程條件又千變?nèi)f化,因此籠統(tǒng)地只規(guī)定一個不大于某一數(shù)值的作法顯然是不恰當(dāng)?shù)?。一般，建議初凝時間為2～6min,終凝時間為8～15min。速凝劑的合理使用流動性能試驗往往結(jié)合凝結(jié)性能試驗來進(jìn)行。當(dāng)在選定正常水灰比條件下拌制水泥凈漿(摻加速凝劑)時,若出現(xiàn)過干現(xiàn)象,則表明流動性能差,此時可采取適當(dāng)加大水灰比來進(jìn)行調(diào)節(jié)。若經(jīng)調(diào)節(jié)仍不能滿足稠度要求時,即認(rèn)為流動性能不符合標(biāo)準(zhǔn)。速凝劑的合理使用

此外,在凝結(jié)性能試驗中,通常不把摻加的速凝劑量計入水泥量中,即采用的是外摻法。實際上,這種外摻法將會影響混凝土漿的稠度,使得速凝劑最佳摻量難以控制。為此,建議采用內(nèi)摻配料法,即速凝劑和水泥在同一量中。噴射混凝土施工工藝

干噴法是用強制式攪拌機將一定比例的骨料和水泥混合干拌后,投入噴射機料頭,同時加入速凝劑,用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài),壓送到噴頭,在噴頭處加水混合后,以較高速度噴射到受噴面上。其施工工藝流程見圖1。

干噴法施工工藝具有施工工藝流程簡單、所需施工設(shè)備較少、輸送距離長等優(yōu)點。由于采用無水拌和,工作面粉塵及回彈量較大,噴料時有脈沖現(xiàn)象;同時拌和水在噴頭處才施加,水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有直接關(guān)系,這就決定了噴射混凝土的質(zhì)量不夠穩(wěn)定,因此設(shè)計強度需要根據(jù)現(xiàn)場試驗分析來進(jìn)行調(diào)整。

干噴法的拌合料配合比及施工技術(shù)參數(shù)的選擇如下所述:①水灰比一般為0.4～0.5,砂率為45%～55%,現(xiàn)場可通過試驗進(jìn)行調(diào)整,砂率若超出此范圍,不但回彈增多、砼收縮增大,而且容易堵塞輸料管;②拌合料中骨膠比,即水泥與骨料重量比一般為1∶4～1∶5,水泥用量一般為350～400ｋｇ/ｍ3；

③水壓,要求水壓大于風(fēng)壓01～015ＭＰａ,以便水流能穿透干混合料,使其能拌合均勻和充分濕潤,同時水壓不應(yīng)大于04ＭＰａ。④風(fēng)壓,一般控制在01～02ＭＰａ,風(fēng)壓與噴射質(zhì)量有密切的關(guān)系,過大的風(fēng)壓會加大回彈量,損失水泥,并且使粉塵濃度增高,惡化施工環(huán)境;風(fēng)壓過小則會使噴射力減弱,造成砼的密實性差。⑤噴射輸送能力,水平距離最小可達(dá)100ｍ,最大可達(dá)300ｍ;垂直距離不小于30ｍ,最大可達(dá)100ｍ。噴射混凝土施工工藝

濕噴法施工工藝流程濕噴法是將水泥、骨料和水按設(shè)計比例拌合均勻,用濕式噴射機壓送至噴槍,在噴頭處加入添加劑后從噴嘴噴出。其施工工藝流程見圖2。與干噴法相比,濕噴法具有以下特性:①粉塵、回彈量均較低,生產(chǎn)環(huán)境狀況良好,節(jié)約材料；②用水量較多,但能準(zhǔn)確控制水灰比,拌合充分,易于保證砼的質(zhì)量；③濕噴機具設(shè)備較為復(fù)雜,但磨損較小；④輸送距離和高度遠(yuǎn)比干噴法小,噴射系統(tǒng)布置需靠近工作面；⑤水泥用量較干噴法多。

濕噴法的材料配合比與干噴法基本相同,在外加劑方面有以下要求:①速凝劑：濕噴混凝土對速凝劑的要求是初凝在5ｍｉｎ以內(nèi),終凝在10ｍｉｎ以內(nèi),8ｈ以后強度不小于3ＭＰａ，摻量應(yīng)控制在3%～8%。②微硅粉：微硅粉的粒度控制在400μｍ左右,摻量應(yīng)控制在2%～4%。③減水劑：一般減水劑摻量應(yīng)控制在0.5%～1%。噴射混凝土施工工藝

潮噴法(潮料摻漿法)是將骨料預(yù)加少量水,使之呈潮濕狀,再加水泥和水拌合,從而降低上料、拌合和噴射時的粉塵。其施工工藝與干噴法基本相同只是加水分兩步進(jìn)行,骨料投入攪拌機均勻混合后進(jìn)行第一次加水,同時加入減水劑,拌和均勻后再加入水泥和硅粉。第一次加水時的混合料水灰比為0.25,其余水是在第二次加入。噴射混凝土施工工藝

水泥裹砂造殼噴射法是先將一部分砂加第一次水拌濕,再投入全部用量水泥,強制拌和成以砂為核心外裹水泥殼的球體;然后加第二次水和減水劑拌和成ＳＥＣ砂漿;再將另一部分骨料、速凝劑按配合比配料,強制攪拌成均勻的干混和料。然后再分別通過砂漿泵和干式噴射機,將拌和成的砂漿和干混和料由高壓膠管送到混和管混和,最后由噴頭噴出。其施工工藝流程見圖3。

與普通噴射砼性能相比,混合噴射法具有以下優(yōu)點:①噴射能力較高,可達(dá)10～20ｍ3/ｈ,壓送距離與干噴法接近;②施工環(huán)境條件明顯改善,粉塵量僅為2～5ｍｇ/ｍ3,施工回彈率可有效降至7%～15%;③