湿法喷射混凝土的工艺研究及应用()

湿法喷射混凝土的工艺研究及应用

【摘要】铁路隧道施工湿法喷射混凝土首先在长达18.4km特长隧道—秦岭隧道率先试用，后推广到东秦岭等特长隧道应用。作者参与这两座特长隧道施工采用湿法喷射混凝土工艺的研究，许多技术参数是在室内经多次试验，再到现场实施这样反复的试验、实践、改进，从材料选用、配合比设计到混凝土喷射，总结出一套完整的“湿法喷射混凝土技术”，此项技术对地下工程施工支护喷射混凝土有很好地实用价值。

【关键词】隧道施工喷射混凝土

1．前言

喷射混凝土是指将掺速凝剂的混凝土用混凝土喷射机喷向岩石或结构物表面，从而使岩石或结构物得到加强和保护。用混凝土喷射机进行喷射施工，施工简便；可以不用模板，节约大量模板材料；省去支模、浇筑和拆模工序，加快施工进度，混凝土密实度高，强度和抗渗性能较好，可节约混凝土，经济效果显著。

按混凝土注入喷射机的混凝土状态，分为干式和湿式喷射混凝土。混凝土在“微潮”（W/C=0.1～0.2）状态下风送至喷咀处加水喷出者，为干式（或潮式）喷射混凝土。干式喷射混凝土产生粉尘浓度较高，一般达到30～50mg/m3（空气），且回弹损失量也大，达到25～40%。由于干式喷射混凝土加水是在喷头处由喷射手凭经验加水，如风压不稳，或上料不均匀，喷头处出料乎多乎少，就容易喷出干稀不匀的混凝土，甚至是稀浆或干粉，严重影响混凝土的质量。湿式喷射混凝土施工，混凝土拌合物是在拌合站按需要坍落度拌好的，不需要在喷头处再加水，混凝土和易性好，喷射时不产生粉尘，施工环境好，且喷射的混凝土整体性好，质量容易得到保证。所以，湿式喷射混凝土已逐步深受施工人员欢迎。但它所存在的问题是混凝土拌合物易粘输送管壁，造成堵管，施喷需要风压大，掌喷人员体力消耗大，在高架上施喷操作不安全。由于风压大，回弹损失量也大。为掌握合理喷射混凝土施工工艺，笔者结合施工情况进行研究试验。

2．试验情况

2．1 使用材料

f=35.5Mpa；P.O.42.5水泥，复水泥：陕西耀县产秦岭牌P.O.32.5R水泥，复查实际

ce

f= 46.2Mpa。

查实际

ce

作者简介：男，工程师。1996年毕业于石家庄铁道学院建材专业、1998年进修铁道工程专业。

砂子：河砂，M X=2.79，视密度2.66，含泥量2.3%

石子：碎石，粒径范围5～16mm连续级配，最大颗粒粒径通过16mm筛筛孔，视密度2.74，含泥量0

速凝剂：河南巩义产液体剂，掺量为水泥重的5%时，与水泥浆的凝结时间为：初凝：3min15s，终凝：7min05s。

高效减水剂：减水率为20%

2．2 机械设备及风水压见表1

2．3 配合比及喷射试验

2．3．1 采用配合比

(1) 掺用外加剂：单掺速凝剂；掺高效减水剂+速凝剂。

(2) 混凝土设计等级：C20；C25。

(3) 试验坍落度：按8cm、11cm、14cm、17 cm 、20cm五种不同坍落度作试验。

(4) 砂率：按S P=50M X.D－0.3320计算。

(5) 立方米混凝土水泥用量：按380kg、420kg、460kg、500kg四种不同用量作试验，按固定值法分别算出20个配合比，见表2。

2．3．2 喷射试验

(1) 混凝土风送输料管内径50mm，长20m。

(2) 压风机站送系统风压，稳定在0.6Mpa；喷射工作风压选择范围取0.20～0.50Mpa。

(3) 依逐个配合比进行拌合混凝土和试喷，探索其：①不同配合比、水泥用量的混凝土在管道中风送效果及喷射回弹情况。②喷射混凝土试验强度情况。③湿式喷射混凝土配合比设计方法。

(4)喷射工艺流程见图1。

图1 喷射混凝土工艺流程图

2．3．3工艺操作

(1) 混凝土配料拌合：应采用自动计量搅拌站拌合混凝土，混凝土配料误差：水泥、外加剂及水≯1%，砂、石≯3%，每盘混凝土拌合时间应不少于60秒。

(2)混凝土的运输：应有两台以上混凝土运输车，当运距较远（2km以上）时，在运输途中运输车应能自动转动搅拌。

(3) 湿喷机操作：

①喷射机安好调试后，启动喷射机时，应先送风，后加料，待混凝土从喷嘴喷出后再供给速凝剂。操作时应特别注意控制好风压。风压过大，骨料碰到围岩后会大量回弹；风压过小，会造成堵塞管。实际操作中，应以混凝土回弹量小、易与围岩面粘着、表面有光泽为度控制风压。

②停止喷射时，应先关闭速凝剂计量泵，之后停止加料，待喷嘴残留的混凝土及速凝剂完全吹净后，再停风、停机。

2．3．4 喷射方法：

(1) 喷射混凝土之前应清除危石和欠挖处理，并用高压水或风清洗围岩面。

(2) 喷射上料要连续，经常保持机筒内料满，在料斗口上设一16mm孔径筛网，避免超径骨料进入机内。

(3) 喷射部位顺序：应分段、分片进行。隧道内按纵向3～4m为一段，先拱后墙再分

片，每片宽约2m，每片均自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射，然后向上移行。当岩面有较大凹洼时，应先将凹洼处喷平。

(4) 最佳喷射距离与角度：喷嘴口至受喷面以0.6～1.5m为宜（与混凝土拌合坍落度及喷射风压大小有关）。喷射料束以垂直受喷面为最佳。

(5) 喷射料束运动轨迹：环形旋转水平移动并一圈压半圈，环形旋转直径约为30cm。喷射第二行时，依顺序由第—行起点上方开始，行间搭接约为5～10cm。

(6) 喷射料束旋转速度及—次喷厚：以1～1.5S左右转动一圈为宜，—次喷厚以不坠落时的临界状态或所需厚度时，才向前方移动，一般不应少于5cm。

试验结果归纳于图2，试验数据记录于表2、表3。

图2

从表2看出，湿式喷射混凝土，采用内径φ50mm，长20m耐压橡胶输料管，喷射时，其混凝土回弹损失量，与采用的工作风压和选用的喷射距离有关，而混凝土在管道中风送所需的风压与混凝土拌合物坍落度及立方米混凝土水泥用量有关。表2中显示，喷射距离不同水泥用量和不同坍落度对管道风送及喷射情况比较（掺速凝剂）表2