蓝海小课堂第二十一课:喷混凝土施工

   喷射混凝土是使用混凝土喷射机,按一定程序,将掺有速凝剂的混凝土拌和料快速喷至围岩表面而形成的人造石材喷射混凝土既是一种新型的支护结构,又是一种新的工艺。因为其灵活性很大,可以根据需要分次追加厚度,所以可以作为隧道工程围岩的永久支护和临时支护,也可以与各种类型的锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成复合式支护。此外,也可应用在边坡防护、基坑加固、结构补强等方面。随着喷射混凝土技术的进步和发展,特别是原材料、速凝剂及其他外加剂、施工工艺、机械的研究和应用,喷射混凝土的使用将有广阔的发展前景。

    喷射混凝土施工已广泛应用于隧道及地下工程、水利水电工程、矿山开采、道路施工等,它是通过使用混凝土喷射机,利用压缩空气或其他动力,将按一定比例配合的拌和料通过管道输送并髙速喷射到受喷面上,迅速凝固成具有一定抗压、抗拉强度的支护结构,从而对围岩起到一定的支护作用。

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,以满足工程设计和使用要求。

    用搅拌机将骨料和水泥拌和好,投入喷射机料斗,同时加入速凝剂,用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态,压送到喷枪,在喷头处加入高压水混合,以较高速度喷射到岩面上,其工艺流程如图5-14所示。

1)干喷法的优点: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。

2)干喷法的缺点:

    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15%;

    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。

    是将骨料预加少量水,使之呈潮湿状,再加水泥拌和,从而降低上料、拌和及喷射时的粉尘,但大量的水仍是在喷头处加入和从喷嘴射出的,其工艺流程和使用机械同干喷工艺,如图5-14所示。目前隧道施工现场较多使用的是工艺。

1)法的优点: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。

2)法的缺点: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。

     湿喷是将骨料、水泥和水按设计比例拌和均匀,用湿式喷射机压送拌和好的混凝土混合料到喷头处,再在喷头上添加速凝剂后喷出,其工艺流程如图5-15所示。

    湿喷混凝土的质量较容易控制,喷射过程中的粉尘和回弹量较少,是适应当前发展、推广应用的喷射工艺。但对湿喷机槭要求较高,机械清洗和故障处理较困难。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道,不宜采用湿喷混凝土工艺施工。

    1)湿喷法的优点:

        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,提高了混凝土的匀质性;

        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

    2)湿喷法的缺点:

        ①采用液态速凝剂,成本相对较高;

        ②对湿喷机楲要求较高,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。

    此法又称水泥裹砂造壳喷射法,分别由泵送砂浆系统和风送混合料系统两套机具组成。其先是将一部分砂加第一次水拌湿,再投人全部用量水泥,强制拌和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和成SEC砂浆;再将另一部分砂与石、速凝剂按配合比配料,强制搅拌成均匀的干混合料;然后再分别通过砂浆泵和干式喷射机,将拌和成的砂浆及干混合料由高压胶管输送到混合管混合;最后由喷头喷出。其工艺流程如图5-16所示。

    混合式喷射是分次投料搅拌工艺与喷射工艺相结合,其关键是水泥裹砂(或砂、碎石造壳工艺技术。混合式喷射工艺使用的主要机械设备与干喷工艺基本相同,但混凝土的质量较干喷混凝土的质量好,且粉尘和回弹量大幅度降低。混合式喷射使用机械数量较多,工艺技术较复杂,机械清洗和故障处理较麻烦。因此,一般只在喷射混凝土量大和大断面隧道工程中使用。

    混合喷射混凝土强度可达到C30~C35,而干喷和混凝土强较低,一般只能达到C20。

    1)混合喷射的优点: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。

    2)混合喷射的缺点: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。

课后思考