噴射混凝土配合比設計方式探討

韋剛壯

摘要：當前噴射混凝土技術已經在地下工程、隧道工程及邊坡支護工程等領域得到了廣泛應用，并發展成為非常關鍵的支護手段。我國從20世紀60年代開始利用這項技術進行礦山及隧道等初期支護，當前已經得到了快速發展。文章對噴射混凝土配合比設計方式進行了探討。

關鍵詞：噴射混凝土；配合比設計方式；地下工程；隧道工程；邊坡支護工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U414 文章編號：1009-2374（2016）18-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.010

噴射混凝土是一種集運輸、澆筑及振搗于一身的施工方法，借助于噴射機械將混凝土高速噴射到受噴面上凝結硬化而成，采用較小的水灰比，具有較高的強度和良好的耐久性，與磚石、混凝土以及鋼材等有很高的黏結強度。目前噴射混凝土主要用于結構物的修復和加固工作中。通常可以用于修復加固因地震、火災、振動等因素引起的建筑結構損害，修補因施工不良造成的混凝土及鋼筋混凝土結構的嚴重缺陷。

1 噴射混凝土的概念

噴射混凝土是一種黏結力超強、抗滲性較好、強度較高的材料，這種混凝土的施工工藝不需要利用模板，充分將混凝土輸送、澆灌等施工工序結合在一起，各工序都非常簡單，當前已經在隧道工程、邊坡工程等領域中得到了廣泛應用。具體來說噴射混凝土配合比設計主要包括一般混凝土配合比設計及現場試噴兩個組成部分，前者主要結合噴射混凝土的具體要求，通過常規配合比設計將基準配合比提出來，后者利用試噴對配合比進行調整，以滿足設計要求與施工要求，二者互為補充、缺一不可。

2 噴射混凝土的設計思路

噴射混凝土主要利用空氣壓縮的方式，由噴射機噴射口利用高速高壓將一定配合比的混凝土噴出，這樣就可以在被噴面形成一層混凝土層，和傳統澆筑混凝土不同，噴射混凝土不需要立模和振搗等環節，只要按照高速噴射的動能將混合料噴射到受噴面上，經過擠壓和沖擊以后，最終達到密實的效果。噴射混凝土施工主要有干、濕兩種方式，其中濕法需要預先在攪拌機中將所有材料攪拌好，然后進行噴射，而干法則需要將水泥與集料攪拌均勻，然后從一個噴嘴中射出，并從另外噴嘴中噴水，在噴水位置開始和干料共同混合成混凝土。

本工程中主要采用濕法施工工藝，其設計思想可以從四個方面展開分析：第一，充分認識到噴射混凝土是唯一的與圍巖牢固接觸的方式，且這種方式是其他方式不能代替的；第二，噴射混凝土和巖層附著力可以起到分散的作用，將作用在噴射混凝土上的外力分散到圍巖上，為節理和裂縫等保持塊體平衡，避免出現局部掉塊問題的出現，并在壁面附近形成一個承載環；第三，為圍巖變形提供約束作用的支護力，這樣圍巖就形成了近于三維的應力狀態，對圍巖應力釋放加以控制，可以將土壓力傳遞到錨桿和鋼支撐上；第四，向上噴射到設計要求的厚度，同時其回彈量是最少的，通常情況下4～8h的強度就能對變形進行控制，在滿足速凝劑用量的情況下，必須達到設計28d的強度，保證良好的耐

久性。

3 配合比設計中的關鍵要素

高壓液力噴射混凝土配合比設計主要涉及到混凝土強度確定、膠凝材料選擇、水膠比用量與選擇、外加劑摻量等關鍵要素。此外，噴射混凝土的配合比宜通過試配試噴確定，當前許多施工單位沒有做這項工作。

3.1 混凝土強度確定

通?，F場用噴射混凝土強度等級在C20～C35之間，在其中加入一定量的速凝劑，結合相關標準，噴射混凝土后期強度損失應該在30%以內，所以在添加速凝劑的前提下，噴射混凝土設計試配強度高于普通混凝土30%。強度等級≤C60以內的普通混凝土，其配置強度應按照以下公式進行計算：

式中：表示混凝土配制強度；表示混凝土立方體抗壓強度標準值；表示混凝土強度標準差，這里取5.0。

3.2 膠凝材料選擇與用量

凝膠材料中主要的成分是水泥，為了提升噴射混凝土的耐久性、工作性，降低回彈，可以將一些活性材料加入其中，例如礦渣、粉煤灰等，這些填料的添加有利于增強噴射混凝土的和易性，對于降低成本非常有利，當前逐漸受到了人們的重視。

3.2.1 水泥的選擇。上文提到水泥是噴射混凝土中的主要材料，它直接影響著噴射混凝土的效果，特別是其中的化學成分和速凝劑存在著適應性方面的問題，如果二者不適應，將會大大降低速凝劑的效果，在噴射施工過程中將會造成大量回彈。水泥強度等級直接影響了噴射混凝土的質量，早期強度的增長速度會減慢，而水泥強度等級過低，水泥量多，那么噴射過程中粉塵量也會非常大，所以應該選擇水泥強度等級不低于32.5的硅酸鹽水泥作為噴射混凝土的主要材料。

3.2.2 其他膠凝材料的選擇。當前工程建設中使用的噴射混凝土，使用其他膠凝材料比較少，通常礦渣和粉煤灰等材料在噴射混凝土中都不適用，這些材料和速凝劑發生反應時，會起到緩凝的作用，大大降低了速凝劑的效果，因此為了配制出高性能的噴射混凝土，可以在其中摻入一些硅灰，為水泥質量的5%～10%，這樣可以有效提升混凝土強度，并使噴射時的回彈量得到降低。

3.3 骨料選擇與砂率確定

噴射混凝土中選用的骨料必須保證堅硬、清潔、級配好，且不能使用含有細長石片及泥粉超量的骨料。應選擇堅硬的中粗砂，其細度模數不宜小于2.5，否則將會對水泥和集料之間的黏結造成不利影響。砂的含水率最好在5%～7%之間，如果含水率過低，噴射中將會出現大量粉塵，如果含水率過高，其混合料的濕度就會過大，這樣一來可能會造成堵管的問題，對施工的順利進行造成影響。此外，應選擇堅硬耐久的碎石或者卵石，以減少噴射裝置的磨損，為了減少回彈，集料中最大粒徑最好不要超過16mm，加入速凝劑時不能采用活性二氧化硅作為粗集料，防止堿骨料反應破壞噴射混凝土。

噴射混凝土和普通混凝土相比，對砂率的選擇要求非常高，如果砂率過高，骨料總面積將會增大，水泥漿量也會增大，進而加大混凝土后期收縮。如果砂率過低，需要的粗骨料就會增多，直接造成了噴射過程中回彈量增大的后果。

3.4 摻聚丙烯纖維、鋼纖維

為了防止裂紋的產生，通常會利用一些有機纖維摻加到混凝土中，尤其是加入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維可以有效降低混凝土高溫時的孔壓力，纖維在噴射混凝土中立體分布，能改變噴射混凝土的抗裂性能，通過這種方式可以有效減小混凝土出現裂縫的幾率。

3.5 速凝劑選擇與摻量

對于噴射混凝土來說，速凝劑的選擇非常關鍵，其質量的好壞與混凝土品質直接相關，當前主要有粉狀和液態兩種速凝劑，相關規范中要求不能利用干噴混凝土，所以，液態速凝劑的應用前景非常廣闊。液態速凝劑主要有無堿和高堿兩種速凝劑，其中無堿液態速凝劑的摻量通常在6%～10%之間，高堿速凝劑對混凝土后期強度的損失影響非常大，因此當前工程建設中主要利用無堿和低堿兩種速凝劑。表1為速凝劑分類，供參考：

表1 速凝劑分類

形態 種類 成分（主要）

堿性 無機鹽、鋁酸鹽

液態 無（低）堿 水溶性硫酸鋁酸鹽

有機無機復合 有機物混合無機物

粉狀 水泥礦物質 礬土、硫鋁酸鈣

無機鹽 鋁酸鹽

3.6 噴射機的操作

噴射機的操作可影響回彈、混凝土的密實性和料流的均勻性。要正確地控制噴射機的工作風壓和保證噴嘴料流的均勻性。噴射機處的工作風壓應根據適宜的噴射速度而進行調整，若工作風壓過高，即噴射速度過大、動能過大，使回彈增加，若工作風壓過低、壓實力小，影響混凝土強度，噴射機的料流要均勻一致，以保證速凝劑在混凝土中均勻分布。不同的噴射機及不同的操作手對同一配合比，噴射的混凝土質量也會不一樣，也就是上文提到的噴射混凝土的配合比宜通過試配試噴確定的原因。

4 配合比的調整

噴射混凝土和其他混凝土不同，其配合比需要在實際試噴中進行確定。噴射混凝土配合比要滿足設計強度等相關要求，同時必須回彈量少、黏附性好、粉塵少，可以獲得較為密實的噴射混凝土，這樣才能滿足施工要求。噴射混凝土配合比參數的確定與調整，應該在工區中選擇與施工場地相似的巖壁進行試噴，試噴過程中，應對混凝土用水量是否適當進行判斷，通常應通過操作手觀察試噴效果來實現，如果表面干濕不宜、附著性差、回彈量大，這時應適當增加基準配合比用水量，相反則應減少用水量。待混凝土穩定以后，與材料自然含水率相結合折算成單位用水量，這樣才能得到實際配合比的最佳用水量。試噴過程中，還應在幾種設定砂率下，通過檢測每種砂率回彈率，判斷最佳砂率，并結合試噴調整的用水量來確定水灰比。

5 結語

綜上所述，隨著噴射混凝土技術的應用越來越廣泛，工程建設對其性能的要求也逐漸升高，因此配合比設計成為噴射混凝土中非常關鍵的一個步驟，必須對水膠比、水泥選擇與用量、砂率等參數進行綜合考慮。隨著噴射混凝土強度、耐久性的發展，外加劑選擇的重要性開始突出出來，其中粉塵抑制劑可以減少粉塵的用量，增粘劑可以對噴射施工中回彈進行控制，而減水劑有助于噴射混凝土后期強度的提升等。從目前的使用情況來看，噴射混凝土技術還要對與其相關的配套設備進行進一步改進，從多方面對配合比設計問題進行考慮。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）