喷射混凝土技术参数控制

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【内容提要】 结合尼尔基水利枢纽右岸灌溉洞临时支护施工，研究干喷混凝土各项技术参数控制及防尘措施。

【关 键 词】 参数研究防尘 干喷混凝土

喷射混凝土是利用压缩空气等为动力,将适于喷射的混凝土拌合借助喷射机械通过输料管和喷嘴直接喷射到受喷面上并快速凝结硬化的一种工程技术,其工艺简便、支护及时、成本较低,在地下工程中应用广泛。目前主要喷射方式有干喷和湿喷2种，干喷以适应性强（使用方便、机动灵活、可远距离压送）、易加入速凝剂、喷嘴脉冲现象少、场地需求小、机器成本低、操作方便等优势，在我国地下工程中广泛应用，由于回弹率高、粉尘大而限制了其发展。研究干喷的主要技术参数对回弹率、粉尘及喷射效果的影响，为干喷技术的进一步应用提供依据。

1．喷射混凝土参数研究

影响喷射混凝土喷射效果的因素很多，下面依据尼尔基右岸灌溉洞工程分析几个主要参数对混凝土喷射质量的影响。

1.1风压控制

在喷射作业时，输料管长度一般应控制在20m左右，喷嘴与喷射机出料口的高差小于5m。实践表明，当喷嘴处的风压稳定在0.1～0.2Mpa范围内时，对回弹量控制最为有利；此时喷射机上的压力表读数为0.2～0.45Mpa，而风源风压应稳定在0.4～0.65Mpa范围内。在施工中操作手要根据拌合料输送距离、喷射方向、机具型号、软管的直径变动时，视喷射的状况和易粘附程度加以修正空气压力。风压过大或过小，都将导致回弹量增大。

1.2水压控制

喷水嘴处水压应控制在比输料管风压高0.1～0.15Mpa范围内，且喷射作业区的系统水压应大于0.4Mpa，此时喷射混凝土效果最好。水压过大，喷射混凝土在未凝固前被水冲洗形成“淌流”，下垂甚至脱落；水压过小，干拌料不能充分湿润水化，表面出现干斑，粉尘、回弹量都显著增大，并且混凝土硬化后强度大大降低。控制喷嘴水量的最重要方面是防止骨料的含水量出现很大变动。

1.3 喷射角度控制

在喷射平整的受喷面时，喷嘴应与受喷面垂直，喷嘴沿螺旋式轨迹运动，螺旋的直径以300mm为宜，使料束以一圈压半圈作横向运动。如喷射混凝土射流不能与

受喷面垂直，将造成回弹量加大和密实度降低，同时混凝土强度也将发生很大变化。允许喷嘴与受喷面不垂直的特殊场合是在喷射内部角隅和有潜在危险的岩石下面。内部角隅应在2个受喷面恶化角处进行喷射，这样可使裹入角隅的混凝土回弹量最小，当角隅被填满形成一个曲面后，再向两侧壁面延伸，然后与壁面成90度喷射；对于外部角隅，可将喷嘴垂直地先对准1个受喷面喷射，然后再喷射角隅的另侧。

1.4距离控制

喷射距离对喷射混凝土的质量和回弹量有很大的影响。距离太远，会使喷射混凝土回弹率增大，密实度降低，从而降低了强度，距离太近，不仅回弹率增大，而且回弹颗粒会伤害到喷射手。实际施工中，通常在喷头上接1个直径为100mm，长为0.8～1.0m的塑料管，它的作用是使水泥充分与水拌和，且混凝土束集中及回弹骨料不致伤害喷射手。当风压适宜时，喷嘴与受喷面最佳距离一般为0.8～1.2m。

1.5混凝土一次喷射厚度及各喷层间的时间间隔控制

一次喷射混凝土过厚常常造成混凝土下垂或脱落，这是因为新鲜喷射混凝土，其抗拉及粘结强度都很低，即出现下垂或脱落。施工中出现，当料流开始与受喷面碰撞时，回弹率很大，粗骨料几乎全被弹回，当形成0.5～1cm的砂浆塑性层后，粗骨料才被嵌入，回弹逐渐减小，喷射厚度在5cm时，回弹基本稳定下来，所以，一次喷射厚度不小于集料粒径的两倍。一次喷射厚度如下表：

喷射混凝土一次喷射厚度

喷射方向 一次喷射厚度

各喷层间的时间间隔与水泥品种、施工温度和有无掺速凝剂等因素有关。

1.6喷射分区与喷射顺序控制

为了减少喷射混凝土因重力作用而引起的滑动或脱落现象，喷射时应分段、分部、分块，由下而上，先边墙，后拱脚和拱腰，最后喷拱顶的原则进行混凝土喷射。对凹凸悬殊的岩面，喷射时应注意喷射次序要先下后上，先两头后中间，以减少回弹量。

1.7喷射混凝土的原材料和配合比控制

尽管采取了增强喷射混凝土效果的各种措施，如果不能很好的控制喷射混凝土的原材料和配合比，则无论采取何种有效的措施，喷射混凝土的质量都难以保证。

1.7.1原材料控制

1.7.1.1水泥

喷射混凝土对所用水泥的基本要求是：与速凝剂的相溶性好，能速凝、早强、快硬、后期强度高。水泥品种和标号的选择主要应满足工程需要。实践证实，喷射混凝土施工中应优先选用不低于425#的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

1.7.1.2砂子

经过试验，喷射混凝土用砂最好选用中、粗砂，细度模数2.5-3.2，含泥量小于5%，含水量按质量计以5%-8%为宜。砂子过细，会使干缩增大，易堵管；砂子过粗，则会增大回弹。一般控制粒径0.2mm以下的颗粒不超过20%，否则由于骨料周围粘有灰尘，会妨害水泥的水化作用，显著影响强度的增长，粉尘也增多。

1.7.1.3石子

卵石或碎石均可，但以卵石为好，其最大粒径不宜大于10-15mm，且应选用合理连续级配的骨料。骨料级配对喷射混凝土拌合料通过管道的流动性、在喷嘴处的水化、回弹率及最终喷射混凝土的密实度和成本控制都有重要作用。

1.7.1.4水

喷射混凝土用水要求与普通混凝土相同，本工程主要为嫩江地下水。

1.7.1.5外加剂

用于喷射混凝土的外加剂有速凝剂、早强剂、减水剂和粘结剂等。使用速凝剂的主要目的是使喷射混凝土速凝快硬，减少回弹损失，防止喷射混凝土因重力作用引起的脱落，提高它在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间隔时间。选用某一品种速凝剂时，应符合下列条件：初凝在3min以内，终凝在12min以内，8h后的强度不小于0.3Mpa，28d强度不低于不加速凝剂试件强度的70%。以红星型速凝剂为例，速凝剂的最佳掺量为水泥重量的2.5%～4%，当掺量超过4%时，不但凝结时间增长，混凝土强度也会降低。

通过试验得知，掺加速凝剂后，水灰比越大，速凝剂效果越差；同时，温度对掺速凝剂的喷射混凝土的凝结时间影响最大，当温度低于10℃时，凝结时间很慢，回弹率达50%以上，喷射强度下降45%。所以，如在气温低于10℃施工时，就想办法将骨料的温度控制在10℃以上。

1.7.2配合比的控制

配合比设计应满足下列原则：必须能保证混凝土向上喷射到指定的厚度，并且回弹最少；4～8h的强度应能具有控制地层变形的能力，在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，必须达到设计的28d强度；有良好的耐久性；粉尘少；不发生管路堵塞。

1.7.2.1胶骨比（即水泥与骨料之比）

适宜的比例为1：4～1：5，水泥过少，回弹量大，初期强度增长慢；水泥过多，不仅粉尘量增多，且硬化后的混凝土收缩也增大，也影响混凝土后期强度的增长。喷射混凝土中的水泥用量控制在300～400kg/m3，水泥用量增大并不能使混凝土强度提高，且收缩性大。

1.7.2.2砂率

砂子在整个粗细骨料中所占的百分率对喷射混凝土施工及力学性能有显著影响，综合考虑各种因素，砂率以45%～55%为宜。

1.7.2.3水灰比

是影响喷射混凝土强度的主要因素，一般来说，当喷射混凝土表面出现流淌、滑移、拉裂时，表时水灰比太大；若喷射混凝土表面出现干斑、作业中粉尘大、回弹多，则表明水灰比太小。适宜的水灰比为0.4～0.5，在这一范围内，混凝土表面平整，呈水亮光泽，粉尘和回弹量均较少，偏离这一范围，不仅降低喷射混凝土强度，也使回弹量增大。

2．减少施工粉尘的措施

干喷时粉尘大，严重恶化施工环境，降低工作效率，损害施工人员健康。在施工中进行控制粉尘产生源、处理已产生粉尘、；加强人体防护。

2.1 对粉尘发生源采取的措施

1)增加骨料含水量，变干喷料为料。实践证明，这是减少喷射混凝土粉尘简单有效的办法之一。

2)保持喷射机密封良好，防止跑风漏气。

3)采用超前水环（长喷嘴）加水。可使湿料在管路中有较长的拌合时间，使水泥颗粒较充分湿润，减少粉尘。

4)选择适宜的工作风压后，维持合适的水压，控制砂中粒径小于0.2mm的颗粒含量。

2.2 对已发生粉尘的处理

加强通风是降低空气中粉尘浓度不可少的一环。通风分为压入式、混合式、抽出式。在尼尔基水利枢纽工程右岸灌溉洞施工中，由于洞径较小，没有足够的空间安装固定通风筒，只能采用软式通风带。根据工程实际情况，采用压入式通风的方式。

2.3 人体防护

采用防尘眼镜、防尘面罩、防护网、手套、雨衣、长筒靴、毡袜等加强对人体的保护。

3．结论

分析了风压、水压、喷射角度、喷射距离、喷层厚度以及原材料配比对回弹率、喷射混凝土性能的影响，为喷射混凝土的正确施工提供了依据，从而达到提高喷射混凝土质量、降低回弹率及工程成本、减少施工粉尘的目的。

【参考文献】

1.《锚固与注浆技术手册》、《水利水电工程施工组织设计手册》

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