淺談預(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，噴射混凝土在礦井支護、巖土邊坡穩(wěn)定、隧道加固保護、建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)補強等建設(shè)工程中發(fā)揮著重要作用。隨著我國建設(shè)工程對噴射混凝土質(zhì)量要求的提高，以及國家對節(jié)能、減排、環(huán)境保護的高度重視，解決人工現(xiàn)場攪拌帶來的種種問題，預(yù)拌噴射混凝土干料產(chǎn)品應(yīng)運而生。預(yù)拌噴射混凝土干料的推廣使用能減少揚塵、降低回彈量、改善施工環(huán)境，是實施節(jié)能減排，實現(xiàn)建筑業(yè)技術(shù)進步的成果。

1 噴射混凝土分類及現(xiàn)狀

噴射混凝土是借助噴射機械，利用壓縮空氣或其他動力，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，通過工藝優(yōu)化改進發(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，以壓縮空氣為動力，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。干噴法噴射機體積小，方便移動，輸料管長度遠大于濕拌法噴射機械，可在狹小的地下空間實施噴射作業(yè)。噴射混凝土實際工程應(yīng)用中以現(xiàn)場攪拌為主，存在原材料施工現(xiàn)場大量堆存、計量誤差大、回彈率大材料浪費嚴重、工作人員勞動強度大工作效率低、粉塵大環(huán)境污染嚴重等諸多問題。

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)壓補充的能量將混凝土噴射到受噴面上。濕法噴射是針對干法噴射存在的粉塵大、回彈率大、水化程度不足等問題而發(fā)展起來的噴射混凝土新工藝。濕法噴射混凝土的明顯特點是，混凝土混合料在進入噴射機前或在噴射機中加入足夠的拌和水，拌和均勻，再通過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、強度易于保證。但噴射機械較笨重，移動麻煩，噴射工藝較復(fù)雜，混凝土輸送距離較短（一般不超過 50m），對環(huán)境復(fù)雜難以進出的施工區(qū)域，對噴射混凝土需求量少或需要不斷停止和重新啟動的工程部位，以及地下水豐富地層的噴射施工，濕噴法適應(yīng)性比較差。同時對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、細骨料的拌合不是干拌，而是采用一定量含水的粗、細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，用壓縮空氣輸料，輸送到噴嘴與補充壓力水混合后，由噴嘴噴射到受噴面上。潮噴法施工機械與干噴法差異不大，具有方便靈活等特點。潮噴法可有效降低噴射混凝土回彈率以及施工現(xiàn)場的粉塵。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、挪威、意大利、瑞典、日本、瑞士、英國等國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械等因素影響，干噴法和潮噴法在我國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)模自動化生產(chǎn)出來的干拌成品混合料，以散裝形式運輸至施工現(xiàn)場，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)達到“手捏成團，落地即散”為宜，采用相應(yīng)的混凝土噴射機，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：

（1）預(yù)拌噴射混凝土干料一般由干混砂漿工廠加工，工廠可對骨料的粒型與級配進行有效控制，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，一方面解決了施工現(xiàn)場狹窄的難題，另一方面消除了施工現(xiàn)場各種原材料堆積如山的狀況，減少了原材料在運輸過程中造成的飛灰撒漏現(xiàn)象，減小了粉塵、物料、廢水對周圍環(huán)境的污染和對城市市容的影響，促進了文明施工。

（3）預(yù)拌噴射混凝土干料各種原材料在工廠內(nèi)精確計量、高效攪拌混合，施工現(xiàn)場加水?dāng)嚢杓纯墒褂?，保證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存于施工現(xiàn)場的密閉散裝筒倉內(nèi)，占地面積小，且對環(huán)境適應(yīng)能力強，不怕雨水，無需特殊儲存。

（5）散裝罐自帶連續(xù)式混漿機，接通水電后，即可制備干硬性漿料，然后進行噴射施工，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 號線 06 段（太陽宮站—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 號線 9 標段、14 標段，7 號線東延工程土建施工 03 合同段、04 標段，19 號線 04 標段和 27 號線二期（昌平線南延工程）薊門橋站站后區(qū)間項目也使用了預(yù)拌噴射混凝土干料，其支護作用滿足設(shè)計要求。西山煤電集團西曲礦、華晉焦煤集團沙曲一號礦、大唐集團劉園子煤礦等巷道支護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)鍵點及注意事項。

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)進行相關(guān)的試配試驗，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度要求較高，所以對水泥早期強度要求也高一些，所用水泥應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于 42.5 級。水泥在使用之前應(yīng)該進行試驗驗證。

（2）骨料

預(yù)拌噴射混凝土干料可使用天然砂或機制砂，當(dāng)采用天然砂時要嚴格控制砂的顆粒級配、含泥量、細度模數(shù)，要求質(zhì)地堅硬，含泥量不可超過 3%，細度模數(shù)宜控制在 2.5～3.2，優(yōu)先選用級配好的中砂。當(dāng)使用機制砂時，尤其要控制好石粉含量，石粉含量過高會使噴射混凝土過粘而導(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，對控制噴射混凝土早期開裂有顯著效果；硅灰的摻加可顯著提高噴射混凝土的抗壓強度與粘結(jié)強度，同時增加內(nèi)聚力降低回彈量。粉煤灰要求級別不低于Ⅱ級，燒失量控制在 5% 以下；礦渣粉要求不低于 S95 等級；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)進行試配驗證，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，來保證工程順利進行，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)過程控制

3.2.1 生產(chǎn)計量

進行生產(chǎn)時，要嚴格按照配合比進行配料，定期校準稱量設(shè)備，根據(jù)校準情況對計量設(shè)備進行修正，保證稱量準確性。計量設(shè)備的精度要求：單一粉料小于等于500kg 時，允許偏差 5kg，大于 500kg 時，允許偏差為計量值的 1%；單一集料小于等于 500kg 時，允許偏差10kg，大于 500kg 時，允許偏差為計量值的 2%；單一外加劑小于 1kg 時，允許偏差 30g，大于等于 1kg 小于等于 10kg 時，允許偏差 50g，大于等于 10kg 時，允許偏差為 200g。在生產(chǎn)過程中，要對計量設(shè)備進行動態(tài)跟蹤，一旦發(fā)現(xiàn)計量異常時，要及時進行校準調(diào)整。

3.2.2 干燥過程

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，產(chǎn)品貯存過程中容易結(jié)塊，速凝劑與膠凝材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)品在散裝移動筒倉中板結(jié)，影響產(chǎn)品的正常使用。因此要嚴格控制干燥過程，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、時間等。烘干系統(tǒng)出料口的料溫不宜高于 70℃。

3.2.3 混合過程

攪拌混合是由原材料到成品的物理混合過程，攪拌后的物料是否均勻，需要進行均勻性實驗驗證，按照現(xiàn)行行業(yè)標準 JC/T 2182—2013《建材工業(yè)用干混砂漿混合機》的相關(guān)規(guī)定進行測試，主要調(diào)整混合裝載系數(shù)和混合時間，根據(jù)其混合均勻度結(jié)果進行相應(yīng)調(diào)整?；旌线^程中，中控操作人員要關(guān)注相應(yīng)的動態(tài)參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常，及時查明原因。

3.2.4 配比調(diào)整

產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，在混合機配備取樣口取樣，進行半成品檢測，數(shù)據(jù)合格則繼續(xù)生產(chǎn)，否則，進行相應(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配，產(chǎn)品過粗會導(dǎo)致產(chǎn)品回彈增大，粉料過多容易堵噴槍，同時也會影響加水量，進而影響噴射混凝土的強度。

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。通常采取的防離析措施如下：

（1）成品倉安裝低料位限制裝置，低料位時要及時補充庫位，低料位時不可發(fā)貨。

（2）與施工方及時溝通，散裝移動筒倉使用時避免用空，在料用空前及時補料。

（3）散裝粒料運輸過程中，司機應(yīng)平穩(wěn)駕駛，減少顛簸。

（4）裝車、打料,以及筒倉下料等過程，打料壓力不得過高。

4 結(jié)語

禁止在城市施工現(xiàn)場攪拌砂漿，是保證建筑工程質(zhì)量、提高建筑施工現(xiàn)代化水平、實現(xiàn)資源綜合利用、促進文明施工的一項重要手段。噴射混凝土同樣也將面臨禁止現(xiàn)場攪拌的問題，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)展的一個重要方向。