浅析喷射混凝土拌和质量对喷射质量的影响

浅析喷射混凝土拌和质量对喷射质量的影响

 王连江，陈宝琦

中铁隆工程集团有限公司，四川 成都武侯区 610041

摘要：为更能体现湿喷混凝土适应环保及职业健康的安全性的要求，湿喷混凝土的质量满足现在湿喷技术的要求，依托工程施工中凸显问题，从多方便分析影响喷射混凝土的因素，以及各因素对喷射过程产生危害，通过对各种因素的分析，提出整改措施，以达到更好的控制喷射混凝土质量，提高喷射质量的控制方式、方法。

关键词：喷射混凝土 影响因素 提高 喷射质量

中图分类号：TU          文献标志码：B     文章编号：

The Influence of Mixing Quality of Shotcrete on Shotcrete Quality is Analyzed

Wang Lian-jiang, Chen Bao-qi

(China Railway Long Engineering Group Co., LTD., Wuhou District, Chengdu 610041, China)

Abstract: in order to better reflect the safety requirements of wet shotcrete for environmental protection and occupational health, the quality of wet shotcrete can meet the requirements of current wet shotcrete technology, rely on the problems highlighted in the project construction, analyze the factors that affect the shotcrete and the hazards of various factors on the shotcrete process from multiple aspects, and put forward rectification measures through the analysis of various factors, so as to better control the quality of shotcrete, Control mode and method for improving injection quality.

Key words:shotcrete; influence factors; increase; spray quality

引言：随着人们对身体健康、以及作业环境和环境保护意识增强，国家也加强工人职业健康关注度，工程上对喷射混凝土质量要求也在不断提高，故越来越多的湿喷机用于工程中。

为更好地采用湿喷机加强环保，增强工作效率，依托盘顶山隧道施工中喷射混凝土出现的各种堵管、掉块、回弹率大等问题。我们从多层次、多角度展开检测、分析原因、调整措施，以解决喷射混凝土拌和质量和喷射质量为抓手，确保工程质量有保障，工程效益最大化，工作环境有保障。

1 喷射混凝土材料构成及性能

1.1水泥

喷射混凝土主要胶凝材料是水泥[1]，其混凝土的施工性能、耐久性、与减水剂和速凝剂的相容性都是选择水泥品种和标号的主要考核指标。

水泥标号以不低于42.5普通硅酸盐水泥作为优先，当地质母材或地下水部分指标不满足规范要求，可选择匹配性水泥。

1.2集料

砂作为喷射混凝土的润滑集料，以河砂的细度模数在2.6~3.3之间为宜，以含泥量作为关键控制指标，0.075mm粒径含量以小于标准值为宜，河砂含泥量对混凝土施工质量影响性比较大；河砂含泥量每增加1%坍落度损失会增大5mm，经过喷射机泵送损失会成倍增加，严重影响混凝土施工性能，甚至会堵管，含泥量过大增加减水剂用量，混凝土耐久性降低，甚至产生裂缝。

当地材河砂紧张或者无法供应时，可以采用机制砂，机制砂以中粗砂为宜，小于0.075mm含量控制在10%~25%之间，粉尘含量可以作为胶凝材料一种，可以增加混凝土粘聚性和易性。严格控制机砂里面含泥量指标，含泥量危害与河砂含泥危害一样，所以集料含泥量作为控制性指标。

粗骨料选择根据喷射机的工作原理、以及喷射机喷射压力、喷射管道等指标要求骨料粒径以不大于16mm为宜，粒径过大会导致混凝土回弹率增大，过大粒径容易导致堵管，因为施工中偶尔产生混凝土离析就导致堵管。

1.3减水剂

减水剂主要作为一种表面活性剂，降低混凝土用水量，降低混凝土水胶比，使混凝土和易性、粘聚性、耐久性、施工性能等方面取得成倍增加。并且能降低胶凝材料用量，节约成本。减水剂用量严格按照配合比用量掺加，防止过掺或者掺量不足，过掺导致混凝土粘聚性降低甚至产生骨料分离，混凝土没有流动性施工过程堵管，或者混凝土回弹率增大；掺量不足混凝土没有流动性，也会产生堵管。

1.4速凝剂

  为缩短混凝土凝结时间，减少回弹损失，速凝剂的适量掺加最关键，且能提高早期强度，增加喷层厚度，及时支护增加结构安全性，改善地层水系的适应性。

速凝剂掺量应经过试验确定，掺量过低，喷射混凝土凝结时间加长，混凝土不易及时粘结，可导致混凝土掉块、脱落，不粘结导致喷射时间长，增加工人劳动强度，且一次喷射厚度不能过厚，。

只有各种材料质量达到相关标准要求，才能更好的确保喷射混凝土拌和质量。施工过程更顺畅，喷射混凝土损失最低，经济效益更大。

2 喷射混凝土配合比设计及优化

2.1喷射混凝土的配合比设计

为确保喷射混凝土的施工性，配合比的设计需满足下列条件：

（1）达到设计所需的混凝土强度指标，是配合比设计的关键性指标；

（2）混凝土回弹量少；

（3）混凝土喷射后粘附性好，且混凝土密实；

（4）调整混凝土质量，满足施工性能，混凝土不离析、不发生管道堵塞.

2.2胶集比

喷射混凝土的胶集比[2]60，一般采用1:4～1：4.5。水泥用量最优设计的好处，便于施工，混凝土粘结性好，回弹量小，不易堵管，初期强度增长快施工安全性增强。

2.3砂率

对喷射混凝上施工性能和力学性能都有很明显的影响的是砂率[2]60，一般选用的砂率为45％～55％，砂率过小：混凝土流动性差，易堵管，回弹量大；砂率过大：混凝土流动性好，不易堵管，回弹量小，但是混凝土强度会降低，产生收缩裂缝。

2.4水胶比

水胶比的确定，决定了胶凝材料用量，也是混凝土强度的决定性因素；更是混凝土施工性能的调和剂，水胶比过小，不经济，强度过高，产生收缩裂缝；水胶比过大，强度低，混凝土施工性差。

2.5拟采用工程配合比参数见（表1）

正常施工基准配合比:水泥:碎石:砂:水:减水剂:速凝剂(kg)=450:757:926:167:4.5:27.0

            表1喷射混凝土配合比参数             

3 喷射混凝土施工工艺

现在隧道工程主要采用湿喷工艺。湿式喷射机工作原理就是湿喷机利用液压泵产生的推力，使两个油缸往复交替运动，将和易性良好的混凝土由输送管道送至混流管处，经压缩空气输送形成稀薄混凝土通过管道送至喷头处，在喷头处加入一定比例的速凝剂，风压作用下直接喷射到受喷面上的一种组合式的机械设备。喷射混凝土由于通过设备的输送才可以施作于岩面上，故对喷射混凝土质量提出更高的要求。初喷厚度一般不大于15cm，最低喷射厚度不小于5cm；强度一般设计采用为C20或C25，此次采用C25。

3.1喷射前准备

3.1.1断面检测

（1）沉降量检测，确保沉降量趋于稳定，沉降量满足规范要求。

（2）根据围岩等级及开挖方式做到不欠挖，降低超挖量。

3.1.2喷射前对受喷面进行处理

（1）对松散断面清理，松散性大的岩块、岩屑进行清理。

（2）水系发达的部位，做好引流；

（3）超挖面或者软弱岩面应挂密网处理，并做稳定加固处理（钢筋、钢架、或者锚杆、锚钉加固），确保喷射混凝土时降低掉落块，减少安全风险；

（4）检查钢拱架、格栅架的稳定性，确保在喷射混凝土过程中，不产生变形或者倒塌。

（5）设置初喷喷射厚度标识，分层喷射可以更好降低混凝土损耗。

3.1.3设备检查

（1）对风、水、电等管线路检查；

（2）湿喷机就位，检查风压、速凝剂流量泵、各油压设备的压力，并试运转；

（3）混凝土输送管道进行润滑；

（4）现场工作环境包括照明、通风设备正常运行。

3.2喷射作业

（1）施工设备操作顺序[2]60：打开速凝剂辅助风门→缓慢打开主风门开关→启动速凝剂计量泵→启动主电机（检查压力）→打开储料仓附着振动器→向料斗加混凝土。

（2）喷射混凝土作业[2]61应按施工控制程序依次进行，喷射顺序宜自下而上,分段长度不宜大于2m。喷射时先初喷找平,再自下而上顺序分层、旋转往复喷射；对于隧道拱墙、拱腰、拱顶宜对称施工，降低单向偏压。

喷射混凝土分段施工时，先对薄弱面、超挖面进行初喷，挂网部位提前处理，提高混凝土粘结力；喷射分段的预留接缝处以斜面预留为主，预留长度根据喷射厚度确定，一般5~15cm为宜。

分片喷射时，宜自下而上，先喷射钢架与岩面空间或钢筋格栅空间处，这样可以降低初支背后空洞，还可以稳定钢拱架、格栅架，减少混凝土回弹量。

分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行,若间隔时间太长，可现用风水枪湿润混凝土表面；一次喷射的厚度以混凝土不滑移不坠落为度。根据喷射部位不同一次喷射厚度可以适当调整，拱墙厚度不大于15cm，拱顶厚度不大于10cm为宜。两次间隔时间以前一层混凝土达到终凝为宜。

（3）喷射速度及混凝土喷射量,要充分考虑机器设备运行功率、混凝土状态、施工部位、风门气压大小确定。

（4）喷嘴与受喷面的控制，喷射嘴宜垂直于岩面，角度尽可能接近90°；喷嘴与受喷面间距以不大于1.5m为宜；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，若受喷面被钢架、钢网遮盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。

3.3设备清理

施工完毕清理机器残余混凝土，用清水将机内、输送管路内残留物清除干净；检查出料S弯、输料管、管路接头和喷嘴的磨损状况，发现问题及时修理或更换，经常性检查喷射机油路管道，检查油管、液压油、助力油油液线。

3.4混凝土养护

喷射混凝土终凝２小时后，应养护，宜洒水养护。养护时间不小于7d。当气温低于+5℃时，不得洒水养护。喷射混凝土冬期施工时,洞口喷射混凝土的作业场合应有防冻保暖措施；作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C;在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达到6MPa前,不得受冻。

4 喷射混凝土拌和质量对喷射质量的影响

喷射混凝土拌和质量的对喷射质量起着关键性作用，不仅体现在施工过程，对后期混凝土质量也产生影响包括混凝土强度、耐久性。

4.1喷射混凝土材料对喷射质量的影响

喷射混凝土由于是由各种材料经混凝土搅拌机拌和而成；混凝土所用材料的稳定性、拌合站计量设备的准确性决定混凝土拌和质量稳定；集料的洁净程度决定混凝土坍落度损失。集料含泥量、外加剂用量对喷射混凝土的施工性能、混凝土强度、耐久性都产生不小的影响，集料含泥量过大会导致混凝土用水量变大，外加剂掺量也增加、且混凝土坍落度损失过快，施工过程由于坍损大导致混凝土流动性降低，喷混机可能堵管，降低施工效率；混凝土强度降低，甚至产生收缩裂缝。（表2）依托工程在施工中采用不同含泥量材料进行混凝土拌和施工测得检测数据。

表2 原材料含泥量对混凝土施工质量影响

4.2喷射混凝土坍落度对喷射质量的影响

为确保喷射混凝土喷射质量，坍落度宜控制在100~140mm之间为宜（表3），由于喷射混凝土所用水胶比小，胶凝材料用量大，且喷混机管道由S管、金属管、软管组成，混凝土坍落度过小致使混凝土粘聚性增大，在喷混机压力推送下混凝土不易流动，易产生堵管；混凝土坍落度过大，易产生骨料分离，混凝土在喷混机软管输送过程，浆液在压力推送下，快速流动，骨料在没有水泥浆带动下，堆积，导致在管口部位堵管；坍落度过大导致混凝土凝结时间过长，喷射岩面后滑移严重，速凝剂与水泥反应速度降得，导致混凝土掉块、脱落、回弹量增大，施工安全性降低；对水系发达部位不易进行封堵。

表3 喷射混凝土坍落度对喷射质量的影响

4.3喷射混凝土粘聚性对喷射质量的影响

混凝土粘聚性主要由胶凝材料、用水量、外加剂用量、砂的粗细决定。用水量、外加剂用量过大导致混凝土粘聚性降低，砂过细导致集料表面积增大，在胶凝材料不变情况下降低混凝土粘聚性，粘聚性降低容易产生混凝土包裹性、流动性不好；在这种情况下混凝土施工中产生危害堵管、混凝土掉块、脱落、回弹量增大。

4.4操作手[3]对喷射质量的影响

操作手的喷射技能、操作设备熟练程度，也是施工质量的关键因素；操作手对施工部位、喷射嘴角度、喷射部位，风压、混凝土坍落度，喷射速度，都要好好掌控；喷嘴角度倾斜过大，导致混凝土在受喷面上不易粘结，增加回弹量；喷射压力要是过小导致喷射混凝土不密实，混凝土强度不足；喷射速度过快、喷射量过大，混凝土回弹量增大（表4）。

表4 喷射角度对喷射质量的影响

4.5机械设备对喷射质量的影响

喷混机的机械性能对施工质量的影响主要体现在设备的泵送压力，速凝剂流量泵、风门压力开关、喷嘴的旋转灵敏度、混凝土管道摩阻力、以及设备其他组成部件；设备的稳定性及抗磨损性，都对施工产生影响；泵送压力不足，如果混凝土粘聚性、坍落度变化大，喷混机就会不能正常工作；速凝剂流量计控制不稳定，在喷混不同部位时不能及时调整速凝剂用量，导致混凝土回弹量增大、甚至混凝土掉落；混凝土管道耐磨性差，导致混凝土摩阻力增大，喷射速度降低，增加工作量，降低施工效率。

5 总结

通过对各种因素的分析，抓好各种产生不良因素的控制因素。试验室在控制好原材料质量情况下，优化配合比控制拌合站混凝土拌和质量，加强现场技术工人加强技术培训与交流，提高工人技能。依托检测数据对设备参数适时调整，从多方面控制产生的诱因，使的项目在初支施工中施工成本降低，工人工作效率大幅提高，不出现堵管，回弹率控制在15%以下，混凝土掉块、脱空现象不发生，混凝土密实度，混凝土成型质量及结构物质量大幅度提高，工程成本效益显著提高。

参考文献：

[1]李臣森,隧道工程喷射混凝土施工质量控制[J].砖瓦,2020(10):151-152.

[2]中交一公局集团有限公司.公路隧道施工技术规范;JTG/T 3660—2020[S].人民交通出版社，2020.

[3]黄俊,解析新型混凝土喷射机械手在隧道工程中应用[J].建材与装饰,2017(1):249-250.

作者简介：王连江、男、1976、山东/潍坊、本科、试验检测工程师、建筑中级、公路、交通工程施工、管理及检测。

陈宝琦、男、1991、内蒙古/赤峰、大学专科、试验检测工程师、公路、交通工程施工、管理及检测。