淺談?lì)A(yù)拌噴射混凝土干料發(fā)展與質(zhì)量控制

馬旺坤，馬曉虎，賈援

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024；2. 北京金隅砂漿有限公司，北京 101204；3. 華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

0 前言

近年來(lái)，噴射混凝土在礦井支護(hù)、巖土邊坡穩(wěn)定、隧道加固保護(hù)、建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)等建設(shè)工程中發(fā)揮著重要作用。隨著我國(guó)建設(shè)工程對(duì)噴射混凝土質(zhì)量要求的提高，以及國(guó)家對(duì)節(jié)能、減排、環(huán)境保護(hù)的高度重視，解決人工現(xiàn)場(chǎng)攪拌帶來(lái)的種種問(wèn)題，預(yù)拌噴射混凝土干料產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。預(yù)拌噴射混凝土干料的推廣使用能減少揚(yáng)塵、降低回彈量、改善施工環(huán)境，是實(shí)施節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步的成果。

1 噴射混凝土分類及現(xiàn)狀

噴射混凝土是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將按一定配合比的膠凝材料、骨料及外加劑等混合料，通過(guò)噴管噴射到受噴面上，快速凝結(jié)硬化而成型的混凝土材料。根據(jù)噴射混凝土施工工藝主要分為干噴法和濕噴法兩大類，通過(guò)工藝優(yōu)化改進(jìn)發(fā)展了潮噴法、水泥裹砂法、雙裹并列法、潮摻漿法等改性方法。實(shí)際工程中較為廣泛應(yīng)用的是干噴法、濕噴法和潮噴法。

干法噴射混凝土將水泥、砂子、石子混合料和粉狀速凝劑按一定的比例混合攪拌均勻后，在松散、干燥、懸浮狀態(tài)中，利用干法混凝土噴射機(jī)，以壓縮空氣為動(dòng)力，經(jīng)輸料管到噴嘴處，與一定量的壓力水混合后，變成水灰比較小的混凝土并噴射到受噴面上。如果用專用噴射水泥，則可不加速凝劑。干噴法噴射機(jī)體積小，方便移動(dòng)，輸料管長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于濕拌法噴射機(jī)械，可在狹小的地下空間實(shí)施噴射作業(yè)。噴射混凝土實(shí)際工程應(yīng)用中以現(xiàn)場(chǎng)攪拌為主，存在原材料施工現(xiàn)場(chǎng)大量堆存、計(jì)量誤差大、回彈率大材料浪費(fèi)嚴(yán)重、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大工作效率低、粉塵大環(huán)境污染嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。

濕噴法噴射混凝土是將膠凝材料、骨料、水和減水劑等按一定比例攪拌成混凝土，用風(fēng)動(dòng)或泵送形式將攪拌好的混凝土經(jīng)輸料管壓送至噴嘴處，與液體速凝劑相混合，借助風(fēng)壓補(bǔ)充的能量將混凝土噴射到受噴面上。濕法噴射是針對(duì)干法噴射存在的粉塵大、回彈率大、水化程度不足等問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的噴射混凝土新工藝。濕法噴射混凝土的明顯特點(diǎn)是，混凝土混合料在進(jìn)入噴射機(jī)前或在噴射機(jī)中加入足夠的拌和水，拌和均勻，再通過(guò)送料軟管送至噴嘴噴射到受噴面上。所以，混凝土的水灰比能夠準(zhǔn)確控制，有利于水泥的水化，因而粉塵較小、回彈較少，混凝土均質(zhì)性好、強(qiáng)度易于保證。但噴射機(jī)械較笨重，移動(dòng)麻煩，噴射工藝較復(fù)雜，混凝土輸送距離較短（一般不超過(guò) 50m），對(duì)環(huán)境復(fù)雜難以進(jìn)出的施工區(qū)域，對(duì)噴射混凝土需求量少或需要不斷停止和重新啟動(dòng)的工程部位，以及地下水豐富地層的噴射施工，濕噴法適應(yīng)性比較差。同時(shí)對(duì)骨料和外加劑的要求較高。

潮噴法噴射混凝土與干噴法射混凝土的區(qū)別在于膠凝材料與粗、細(xì)骨料的拌合不是干拌，而是采用一定量含水的粗、細(xì)骨料與膠凝材料拌為干硬性的潮料，采用相應(yīng)的混凝土噴射機(jī)，用壓縮空氣輸料，輸送到噴嘴與補(bǔ)充壓力水混合后，由噴嘴噴射到受噴面上。潮噴法施工機(jī)械與干噴法差異不大，具有方便靈活等特點(diǎn)。潮噴法可有效降低噴射混凝土回彈率以及施工現(xiàn)場(chǎng)的粉塵。預(yù)拌噴射混凝土干料一般采用潮噴法。

目前，濕噴法在法國(guó)、挪威、意大利、瑞典、日本、瑞士、英國(guó)等國(guó)噴射混凝土施工中占的比重較大，干噴法和潮噴法在加拿大、奧地利、葡萄牙、匈牙利等國(guó)噴射混凝土施工中占的比重較大。受噴射混凝土施工環(huán)境、施工成本以及施工機(jī)械等因素影響，干噴法和潮噴法在我國(guó)噴射混凝土施工占主導(dǎo)地位，濕噴法僅占噴射混凝土施工的 10% 左右。

2 預(yù)拌噴射混凝土干料

預(yù)拌噴射混凝土干料是采用經(jīng)分級(jí)處理的干燥骨料、膠凝材料、摻合料、外加劑等，按規(guī)定配合比在專業(yè)工廠加工制成的一種干態(tài)混合物。預(yù)拌噴射混凝土干料是由干混砂漿廠大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)出來(lái)的干拌成品混合料，以散裝形式運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，先與部分水按一定比例攪拌成干硬性漿料（噴射混凝土潮料），干硬性漿料狀態(tài)達(dá)到“手捏成團(tuán)，落地即散”為宜，采用相應(yīng)的混凝土噴射機(jī)，將干硬性漿料利用壓縮空氣輸送至噴嘴與壓力水混合后噴射至受噴面，快速凝結(jié)硬化。與現(xiàn)場(chǎng)人工攪拌噴射混凝土相比，預(yù)拌噴射混凝土干料有諸多優(yōu)勢(shì)：

（1）預(yù)拌噴射混凝土干料一般由干混砂漿工廠加工，工廠可對(duì)骨料的粒型與級(jí)配進(jìn)行有效控制，為滿足客戶要求及降低回彈率，可精心選擇使用各種纖維和外加劑等。

（2）施工單位可根據(jù)施工要求和使用量定量采購(gòu)，一方面解決了施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄的難題，另一方面消除了施工現(xiàn)場(chǎng)各種原材料堆積如山的狀況，減少了原材料在運(yùn)輸過(guò)程中造成的飛灰撒漏現(xiàn)象，減小了粉塵、物料、廢水對(duì)周圍環(huán)境的污染和對(duì)城市市容的影響，促進(jìn)了文明施工。

（3）預(yù)拌噴射混凝土干料各種原材料在工廠內(nèi)精確計(jì)量、高效攪拌混合，施工現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢杓纯墒褂茫ＷC了噴射混凝土性能的穩(wěn)定、可提升施工效率與質(zhì)量。

（4）預(yù)拌噴射混凝土干料儲(chǔ)存于施工現(xiàn)場(chǎng)的密閉散裝筒倉(cāng)內(nèi)，占地面積小，且對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，不怕雨水，無(wú)需特殊儲(chǔ)存。

（5）散裝罐自帶連續(xù)式混漿機(jī)，接通水電后，即可制備干硬性漿料，然后進(jìn)行噴射施工，施工方便，節(jié)省人工成本。

（6）預(yù)拌噴射混凝土干料的使用為噴射混凝土開(kāi)發(fā)新工藝和施工新技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。

目前已在北京市地鐵 17 號(hào)線 06 段（太陽(yáng)宮站—望京西站）使用 C20 預(yù)拌噴射混凝土干料 22000 噸。北京市地鐵 17 號(hào)線 9 標(biāo)段、14 標(biāo)段，7 號(hào)線東延工程土建施工 03 合同段、04 標(biāo)段，19 號(hào)線 04 標(biāo)段和 27 號(hào)線二期（昌平線南延工程）薊門(mén)橋站站后區(qū)間項(xiàng)目也使用了預(yù)拌噴射混凝土干料，其支護(hù)作用滿足設(shè)計(jì)要求。西山煤電集團(tuán)西曲礦、華晉焦煤集團(tuán)沙曲一號(hào)礦、大唐集團(tuán)劉園子煤礦等巷道支護(hù)工程中也在推廣使用。

3 預(yù)拌噴射混凝土干料質(zhì)量控制

預(yù)拌噴射混凝土干料作為建材行業(yè)后起之秀，在市政建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在產(chǎn)品控制方面仍在不斷完善，本文將從原材料、生產(chǎn)過(guò)程、成品控制三方面介紹預(yù)拌噴射混凝土干料質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

3.1 原材料控制

為了保證工程質(zhì)量，所有原材料選定后，均應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的試配試驗(yàn)，以保證預(yù)拌噴射混凝土干料產(chǎn)品的質(zhì)量及其綜合性能。

（1）水泥

預(yù)拌噴射混凝土早期強(qiáng)度要求較高，所以對(duì)水泥早期強(qiáng)度要求也高一些，所用水泥應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于 42.5 級(jí)。水泥在使用之前應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

（2）骨料

預(yù)拌噴射混凝土干料可使用天然砂或機(jī)制砂，當(dāng)采用天然砂時(shí)要嚴(yán)格控制砂的顆粒級(jí)配、含泥量、細(xì)度模數(shù)，要求質(zhì)地堅(jiān)硬，含泥量不可超過(guò) 3%，細(xì)度模數(shù)宜控制在 2.5～3.2，優(yōu)先選用級(jí)配好的中砂。當(dāng)使用機(jī)制砂時(shí)，尤其要控制好石粉含量，石粉含量過(guò)高會(huì)使噴射混凝土過(guò)粘而導(dǎo)致噴槍堵管。石子一般選用碎石，最大粒徑控制在 10mm 以下，要求石子質(zhì)地堅(jiān)硬，壓碎值控制在 15% 以下。預(yù)拌噴射混凝土干料一般選用低堿粉體速凝劑，骨料不得含有活性二氧化硅，以免發(fā)生堿骨料破壞。

（3）礦物摻合料

噴射混凝土使用的膠凝材料除水泥外，可選用粉煤灰、礦渣粉、硅灰等礦物摻合料。礦物摻合料的應(yīng)用不但大大減少混凝土中的水泥用量，也可顯著改善噴射混凝土的性能。如摻入粉煤灰可降低水泥水化熱，對(duì)控制噴射混凝土早期開(kāi)裂有顯著效果；硅灰的摻加可顯著提高噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)增加內(nèi)聚力降低回彈量。粉煤灰要求級(jí)別不低于Ⅱ級(jí)，燒失量控制在 5% 以下；礦渣粉要求不低于 S95 等級(jí)；硅灰宜選用半加密且二氧化硅含量不低于 85%。各種摻合料在應(yīng)用前都應(yīng)進(jìn)行試配驗(yàn)證，確定合理的摻量。

（4）外加劑

為了改善噴射混凝土性能，往往加入一些外加劑，常見(jiàn)的有速凝劑、淀粉醚、纖維素醚等。速凝劑是調(diào)節(jié)預(yù)拌混凝土凝結(jié)時(shí)間的主要外加劑，尤其是在不同地下水文情況下，可做適當(dāng)調(diào)整，來(lái)保證工程順利進(jìn)行，一般使用低堿粉體速凝劑，且滿足 GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》的相關(guān)要求；纖維素醚可有效提升砂漿內(nèi)聚力，從而降低回彈率，其性能應(yīng)滿足 JC/T 2190—2013《建筑干混砂漿用纖維素醚》的相關(guān)要求。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程控制

3.2.1 生產(chǎn)計(jì)量

進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，要嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行配料，定期校準(zhǔn)稱量設(shè)備，根據(jù)校準(zhǔn)情況對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行修正，保證稱量準(zhǔn)確性。計(jì)量設(shè)備的精度要求：?jiǎn)我环哿闲∮诘扔?00kg 時(shí)，允許偏差 5kg，大于 500kg 時(shí)，允許偏差為計(jì)量值的 1%；單一集料小于等于 500kg 時(shí)，允許偏差10kg，大于 500kg 時(shí)，允許偏差為計(jì)量值的 2%；單一外加劑小于 1kg 時(shí)，允許偏差 30g，大于等于 1kg 小于等于 10kg 時(shí)，允許偏差 50g，大于等于 10kg 時(shí)，允許偏差為 200g。在生產(chǎn)過(guò)程中，要對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，一旦發(fā)現(xiàn)計(jì)量異常時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整。

3.2.2 干燥過(guò)程

根據(jù)相關(guān)要求，預(yù)拌噴射混凝土干料用砂石含水率要控制在 1.0% 以下，如果砂石含水率超標(biāo)，產(chǎn)品貯存過(guò)程中容易結(jié)塊，速凝劑與膠凝材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)品在散裝移動(dòng)筒倉(cāng)中板結(jié)，影響產(chǎn)品的正常使用。因此要嚴(yán)格控制干燥過(guò)程，根據(jù)砂石不同含水率，調(diào)整烘干工藝參數(shù)，如干燥溫度、時(shí)間等。烘干系統(tǒng)出料口的料溫不宜高于 70℃。

3.2.3 混合過(guò)程

攪拌混合是由原材料到成品的物理混合過(guò)程，攪拌后的物料是否均勻，需要進(jìn)行均勻性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JC/T 2182—2013《建材工業(yè)用干混砂漿混合機(jī)》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，主要調(diào)整混合裝載系數(shù)和混合時(shí)間，根據(jù)其混合均勻度結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。混合過(guò)程中，中控操作人員要關(guān)注相應(yīng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)查明原因。

3.2.4 配比調(diào)整

產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，在混合機(jī)配備取樣口取樣，進(jìn)行半成品檢測(cè)，數(shù)據(jù)合格則繼續(xù)生產(chǎn)，否則，進(jìn)行相應(yīng)的配比調(diào)整，保證產(chǎn)成品合格。預(yù)拌噴射混凝土調(diào)整頻率最高的是顆粒級(jí)配，產(chǎn)品過(guò)粗會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品回彈增大，粉料過(guò)多容易堵噴槍，同時(shí)也會(huì)影響加水量，進(jìn)而影響噴射混凝土的強(qiáng)度。

3.3 成品控制

預(yù)拌噴射混凝土干料與普通干混砂漿相比，粗骨料粒徑更大，更容易產(chǎn)生離析。因此，在預(yù)拌噴射混凝土干料貯存、運(yùn)輸、輸送以及攪拌各環(huán)節(jié)都存在離析的可能，如何防止離析，是預(yù)拌噴射混凝土干料產(chǎn)品控制的重點(diǎn)。通常采取的防離析措施如下：

（1）成品倉(cāng)安裝低料位限制裝置，低料位時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充庫(kù)位，低料位時(shí)不可發(fā)貨。

（2）與施工方及時(shí)溝通，散裝移動(dòng)筒倉(cāng)使用時(shí)避免用空，在料用空前及時(shí)補(bǔ)料。

（3）散裝粒料運(yùn)輸過(guò)程中，司機(jī)應(yīng)平穩(wěn)駕駛，減少顛簸。

（4）裝車、打料,以及筒倉(cāng)下料等過(guò)程，打料壓力不得過(guò)高。

4 結(jié)語(yǔ)

禁止在城市施工現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿，是保證建筑工程質(zhì)量、提高建筑施工現(xiàn)代化水平、實(shí)現(xiàn)資源綜合利用、促進(jìn)文明施工的一項(xiàng)重要手段。噴射混凝土同樣也將面臨禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌的問(wèn)題，相信使用預(yù)拌噴射混凝土干料將是噴射混凝土今后發(fā)展的一個(gè)重要方向。