混凝土噴射技術

混凝土噴射機國內外噴射混凝土技術現(xiàn)狀噴射混凝土技術在世界上已有近百年的歷史。它始于奧地利，瑞士、德國、法國、瑞典、美國、英國、加拿大及日本等國也相繼采用了噴射混凝土技術，我國是從20世紀60年代末在鐵路隧道施工中推廣新奧法施工時開始采用的。噴射混凝土技術是新奧法施工的3大支柱之一，它以簡便的工藝、及時的支護及較低的成本而在地下工程中得到廣泛應用，目前，主要有干噴和濕噴兩種噴射方式。近10年來，濕噴技術的發(fā)展日趨完善，已成為世界各國噴射技術的發(fā)展主流，與干噴相比，濕噴的明顯優(yōu)勢是生產率高、粉塵濃度小。特別是包括混凝土泵、活塞式速凝劑計量泵和噴射臂在內的稠流濕噴法技術的出現(xiàn)，使?jié)駠姺ǖ膽妙I域大大拓寬。目前，意大利、挪威、瑞典、日本及加拿大等很多國家的濕噴應用已占主導地位，我國的濕噴混凝土施工也越來越被人們重視。另外，近年來國內外新型外加劑、外摻料及鋼纖維噴射混凝土的研究和應用也得到迅速的發(fā)展，例如，我國冶金部建筑總院研制出了8604型速凝劑，美國和瑞士Aliva公司研制出了新型的非堿性速凝劑，德國研制成功了SiliponSPR6型增粘劑。目前國內外噴射混凝土施工機械及其配套情況噴射混凝土機械化施工主要有施工機械和配套作業(yè)線2個內容，施工機械主要有攪拌設備、運輸設備、上料設備、噴射機及噴射機械手等。從國內外的發(fā)展趨勢來看，除了對各類機械的單機研制外，更注重對機械的配套研制和使用，其目的在于實現(xiàn)機械化配套，加快支護速度，提高經濟效益。1.噴射混凝土主要施工機械(1)混凝土攪拌設備?；炷翑嚢柙O備主要有混凝土攪拌站和混凝土攪拌樓。目前國內常見的攪拌站(樓)見表1。型號名稱生產能力／(m3／h)生產廠家HZS系列模塊式混凝土拌合站(樓)50～200福建泉州南方路面機械有限公司HZS系列混凝土攪拌站30、50、60、90、100、120遼寧海諾建設機械集團有限公司HZSP0-120型混凝土攪拌站120無錫市華東建筑機械廠HL系列攪拌樓HZ系列攪拌站50～12020～90常熟市三星機械設備有限公司混凝土攪拌站55、90、120徐州利勃海爾混凝土機械有限公司HZM、HZS系列混凝土攪拌站HL系列混凝土攪拌樓鄭州市華中建筑機械廠HZS系列混凝土攪拌站25、30、50、60、75、90、120阜新市建筑工程機械廠混凝土攪拌站(樓)25～240韶關新宇建設機械有限公司HZS系列模塊式混凝土拌合站(樓)攪拌樓是大型的設備，一般用于大的隧道工程，而攪拌站一般用于中小隧道工程。攪拌站(樓)除了用于噴射混凝土，還用于襯砌作業(yè)。目前，一種新型的混凝土組合式攪拌站應運而生，它具有安裝簡單、攪拌迅速、計量準確、性能可靠、適應強及價格適中等特點，已被廣泛應用于鐵路和各種混凝土施工現(xiàn)場?；炷两M合式攪拌站一般在生產廠配套生產，例如雙臥軸強制式攪拌機有500、750及1000等規(guī)格，而相應配套的電子計量配料機構有800、1200及1600等規(guī)格，施工單位可根據每小時需用混凝土施工用量來確定組合攪拌站設備的大小和設備的多少。雙軸臥式攪拌機(2)混凝土輸送設備。混凝土輸送設備主要有混凝土泵和混凝土攪拌運輸車。在國內，混凝土泵一般用于襯砌作業(yè);在國外，常用泵送混凝土噴射機進行濕噴作業(yè);混凝土攪拌運輸車則既可用于混凝土噴射作業(yè)，也可用于襯砌作業(yè)?；炷翑嚢柽\輸車有輪胎式和軌道式兩種，輪胎式的運輸車用得較多，常用的有遼寧海諾建設機械集團有限公司生產的HNJ5240型和HCJ5260型、華東建筑機械廠生產的MR45-1S型(7m3)和MRl0型(10m3)、徐州利勃海爾混凝土機械有限公司生產的系列混凝土攪拌運輸車等。軌道式混凝土攪拌運輸車以JCGY-6型為代表，一般為罐式，有多家廠家在生產。(3)混凝土上料設備。噴射混凝土是隧道及地下洞室施工初期支護的主要手段之一，但卻是地下工程中作業(yè)條件最惡劣的施工工序。若為干噴，噴射機旁的粉塵濃度很大，操持噴嘴的工人處在粉塵的包圍之中，勞動環(huán)境極為惡劣，嚴重危害工人的身體健康。噴射射機人工上料是一項繁重的體力勞動，特別是在噴射時，輸料管內充滿了待噴料，噴射時的反彈力較大，這樣，施噴人員很難按照噴射混凝土規(guī)程進行噴射，也難以保證高質量的噴層。在國外，瑞士阿利瓦公司生產的31O型移動式膠帶機安裝在輪胎上給噴射機上料，其受料口可以調節(jié);瑞士邁納迪爾(Meynadier)公司生產的MeYcoRobojet噴混凝土機械手的噴射機上料也采用膠帶運輸機;法國諾梅特(Normet)公司生產的機械手，它所用的噴射機也是用輸送機來上料;美國艾姆科公司的干式或濕式噴射機則用陡角度的Cambelt閉式輸送機來上料。國內的上料機械主要是膠帶輸送機，大瑤山隧道采用SP45型膠帶機給PH30型噴射機上料(膠帶機接料端靠近地面，人工上料);南昆線米花嶺隧道進出口采用廣東韶關煤機廠生產的P5(長4.5m)膠帶機給阿利瓦公司的285型噴射機上料;鄭州康達支護技術公司生產的HPJ—II型噴混凝土機組，上料機構配用螺旋輸送機。目前我國大多數噴射機上料作業(yè)仍以人工為主，為減輕工人勞動強度、改善勞動作業(yè)環(huán)境，采用機械給噴射機上料是非常必要的。(4)混凝土噴射機?；炷羾娚錂C是將混凝土輸送給噴嘴的機械，根據噴射工藝不同大致可分為干式(潮式)噴射機和濕式噴射機兩大類型，從目前國內外情況來看，前者使用得較為廣泛，但后者是發(fā)展趨勢?，F(xiàn)簡要介紹目前國內外混凝土噴射機的情況。對于干噴機，國外的代表機型有瑞士阿里瓦(Aliva)公司的轉子式和美國里得(Reed)公司的轉盤式兩種，我國有江西煤礦機械廠生產的ZP-V型噴射機和河南鄭州康達支護技術有限公司研制生產PZ-5噴射機。干式混凝土噴射機潮式混凝土噴射機對于濕噴機，國外主要有擠壓泵(PC08-60M)型濕噴機、英國Compernass-208(科姆佩納斯)型濕噴機和Aliva-285型干濕兩用混凝土噴射機及德國古馬恩型濕噴機和BSM-903型濕噴機等。擠壓泵其中，擠壓泵(PC08-60M型)濕噴機是國外應用較廣的一種濕噴機，在更換泵送軟管和輸料管并采用適宜粒徑的骨料后，也可作混凝土泵用。日本極東PC08-60M型和美國Challenge型濕噴機均屬此類濕噴機。我國的濕噴機則以中鐵西南科學研究院研制生產的TK-96型混凝土濕噴機為代表。TK500濕噴機根據濕噴機輸送混凝土的動力不同可分為:泵送型和氣送型兩大類：=1\*GB2⑴泵送型混凝土濕噴機工作時,主要是以液壓泵為動力執(zhí)行機構,將混凝土拌合料輸送至噴嘴處,再借助于壓風的動力作用將混凝土高速噴射至受噴面。泵送型濕噴機按其結構的不同可分為以下幾種:活塞泵式濕噴機、螺桿泵式濕噴機、軟管擠壓泵式濕噴機等。①活塞泵式濕噴機工作原理為:利用液壓缸的回程將已攪拌好的混凝土拌合料吸入缸體;利用另一液壓缸的沖程將已吸入缸體內的混凝土拌合料推送至噴嘴處,然后在噴嘴處通高壓風將混凝土噴射至受噴面,完成整個噴射過程。液壓缸的回程缸,沖程缸交替工作以保證混凝土的連續(xù)輸送。其工作原理如下圖1-1所示:②螺桿泵式濕噴機工作原理:液壓泵通過變速箱帶動轉動軸轉動,固定在轉動軸上的螺旋片將混凝土料斗中的拌合料輸送到螺桿泵中,靠螺桿相對于定子套的嚙合空間容積的變化將混凝土輸送至噴嘴,在噴嘴處添加液體速凝劑并借助此處所通壓風的作用下將物料噴射至受噴面,完成噴射作業(yè)。工作原理如下圖1-2所示,圖中動力裝置及變速箱沒畫出。其特點:結構簡單,上料高度低;輸送壓力大、距離長、工作可靠;螺桿形狀復雜,需專門制造;定子套磨損嚴重,對材料使用性能要求較高。③軟管擠壓泵式濕噴機工作原理:泵通過傳動機構將帶動泵體內行星傳動機構中的滾輪轉動,連續(xù)的擠壓軟管,使之產生真空,不斷地從料斗中吸取己拌好的物料,在滾輪的連續(xù)擠壓下,將軟管中的混凝土拌合料壓送至噴嘴,在噴嘴處借助壓風將混凝土噴射至受噴面,完成噴射作業(yè)。其工作原理如圖1-3所示:其特點:生產力大,體積大,功率大;由于靠滾輪連續(xù)擠壓混凝土將其輸送出去,對混凝土的水灰比較大,混凝土的強度受到一定限制;擠壓管的壽命較低。=2\*GB2⑵氣送型混凝土濕噴機是以壓縮空氣作為動力,將混凝土拌合料在輸料管中以"稀薄流"的形式經噴嘴輸送至受噴面。根據其結構的不同主要有以下三類:① 氣動耀式濕噴機工作原理:罐內巳拌好的混凝土拌合料通過喂料機構送至入料口,在入料口處通過壓縮空氣,在壓縮空氣的作用下,將混凝土經輸料管壓送至受噴面,完成噴射過程。其工作原理如圖1-4所示:其特點:雙罐喂料,可交替工作,喂料均勻且連續(xù);所通壓風由分配閩定量自動分配,操作方便;輸送時,只能把一團一團的混凝土料吹進送料管,形成料柱,料柱在壓氣作用下,被分散成小點的料團,但大部分料團因重力大,無懸浮能力,因此整個輸送過程為停滯、聚積、吹散、帶走;易出現(xiàn)輸送脈動現(xiàn)象。②氣送轉子式濕噴機工作原理:工作時,動力執(zhí)行機構通過變速箱帶動主軸轉動,料斗中的混凝土在固定在主軸上拌料裝置的作用下攪拌、旋轉并漏向旋轉體的集料腔中,待集料腔中的混凝土集滿時,旋轉體在主軸的轉動下將旋轉到進風嘴的同側,經進風嘴處所通壓風的作用下,將混凝土拌合料經輸送料管壓送至受噴面,完成噴射工作。其工作原理如圖1-5所示:其特點:體積小,重量輕;結構簡單,維修方便;可靠性高,生產力高;工作時有一定的周期性脈沖,但脈沖幅度較小;耗風量較大,輸送距離有限;旋轉體下所用密封膠板磨損較快。③螺旋式濕噴機工作原理:工作時,料斗中混凝土拌合料在送料螺旋的動力作用下,被連續(xù)的輸送至料柱密封腔,在送料螺旋的推力與料柱密封腔前端所通壓風的共同作用下,混凝土在料柱密封腔中被壓實,以防止反向漏風。從料柱密封腔中出來的混凝土在機械裝置切料刀、撥料叉的作用下,在料氣混合室中被打散、切碎并與旋流風環(huán)處所通的壓風進行充分、均勻的混合。懸浮狀態(tài)的混凝土料粒在經中心噴嘴處所通壓風及旋流加速器的作用下,在輸料管中以高速、旋轉、空間螺旋線的形式被輸送至噴嘴,完成整個噴射過程。其工作原理如圖1-6所示：其特點是:可獲得"稀薄流浮游式"輸送、喂料定量均勻連續(xù);解決了給料不均勻、料柱大小不一、氣料不能充分混合、混凝土料群與輸送料管間的摩擦嚴重及離析等問題;混凝土料群與壓縮空氣進行充分均勻的混合后再經旋流加速器的旋流加速作用,增大了混凝土的懸浮能力,改善了混凝土的輸送性能,提高了混凝土的噴射質量。此種濕噴機結構簡單、上料高度低、輸送距離遠;然而喂料螺旋絞刀所受的擠壓應力大、磨損嚴重。另外，還有一種新型的泵送、濕噴兩用機，如由濟南山川機器人工程公司研制生產的PBT20型兩用機，它既可以作濕噴機，又可以作混凝土泵，現(xiàn)已在生產中得到實際的應用。兩用型濕噴機(5)噴射混凝土機械手。噴射混凝土時，如果由工人操持噴嘴進行噴射，由于噴嘴出口距巖面約1m，骨料的反彈及噴射產生的粉塵對施噴人員有極大的危害，加上生產率的大幅度提高，因噴射壓力的增加而使反射力加大，工人的勞動強度更大，特別是采用濕噴時，由于噴嘴重量及軟管內充滿混凝土而加重，考慮到工人的勞動安全性，而不得不用機械手來代替人工噴射。隨著我國濕噴混凝土技術的不斷提高及廣泛應用，機械手的研究應用將具有廣闊的前景。噴射混凝土機械手用機械手來噴混凝土始于瑞典1961年修建賀爾杰斯水電站的尾水隧洞工程。經過40年的發(fā)展，現(xiàn)今的機械手可以實現(xiàn)自動化噴射。國外生產噴混凝土機械手的廠家以西歐為主，如瑞典斯塔比萊托(Stabilator)公司的Robet-75型機械手、瑞士邁納迪爾(Meynadier)公司的MeycoRobojet機械手、瑞士阿利瓦(Aliva)公司的Aliva-Matico305型機械手、法國諾麥特(Normet)公司生產的能安裝在PK4000型卡車上的機械手、德國普茨邁斯特—韋克(PutzmeisterWerkMaschinenfabricGmbH)公司生產的大象牌機械手及日本生產的機械手等等。至于大斷面，國外已有2～3臂的噴射混凝土機械手在使用中，所有這些機械手均可以實現(xiàn)遙控。我國噴射混凝土機械手的研制始于20世紀60年代中后期，到80年代末，也只有幾種不同結構的機械手研制成功，但未批量生產。為此，在20世紀80年代修建衡廣復線及大秦線時，先后引進了瑞典斯塔比菜托公司生產的Robot-75型機械手27臺，90年代修建南昆線時則引進瑞士的Aliva-305型機械手，修建魯布革水電站引水隧洞時噴射混凝土已用Aliva-305型機械手。國產機械手用于鐵路隧道施工最早的是韓家河隧道，南昆線二排坡隧道則用南京軍區(qū)生產的SPJS-10機械手。所有這些機械手在施工中都取得了不錯的實績，但進口的機械手價格較高，一般的施工單位都不愿購置?；炷羾娚涞墓に嚵鞒虒⒋止橇?、細骨料、水泥、水、外加劑按照一定的比例送至攪拌機進行充分均勻的攪拌后,通過氣送式螺旋濕噴機的喂料機構,并借助于壓縮空氣將以拌好的混凝土拌合料輸送至噴嘴,在噴嘴處通過添加速凝劑后高速噴射至受噴面,混凝土在受噴面迅速凝結并對受噴面起到支護作用,從而完成整個噴射作業(yè)。其中速凝劑的添加由獨立的空氣比列配置閥來完成的。其整個噴射工藝流程如圖2-4所示:從整個噴射工藝流程可以看出氣送式螺旋濕噴機的噴射工藝具有以下特點:① 粉塵小,回彈小;② 因充分攪拌混合,水泥的水化程度高,故混凝土噴射強度高;③ 輸送距離遠;④ 為了提高混凝土的氣力輸送性能,故水灰比受一定的限制;⑤ 速凝劑添加的比例精度高。為了提高混凝土的噴射質量,應在混凝土的材料及工藝中的噴射參數方面進行嚴格的控制:① 粗骨料主要是為混凝土支護提供支架的作用,對混凝土的噴射強度有決定性的作用。為此,粗骨料應以不規(guī)則、多棱角、表面粗糙堅硬的碎石為主,因這樣的碎石有助于在噴射時嵌入具有塑性的砂漿之中,減少了回彈,提高了混凝土的噴射強度。② 細骨料為混凝土支護起到填充空隙的作用。細骨料的質量影響混凝土的流動性及粘結能力,因此細骨料應以堅硬耐久的中砂、粗砂為主。③ 在滿足混凝土噴射強度的要求下,混凝土的噴射應處于最佳狀態(tài)噴射。應根據現(xiàn)場噴射試驗調整混凝土的噴射距離,一次噴射混凝土的厚度,工作風壓,噴射混凝土的時間間隔及混凝土的坍落度,以保證上述各參數處在最理想的范圍。噴射混凝土"最佳水灰比"的確定水灰比是影響混凝土噴射強度的重要因素之一,水灰比大時,水泥的速凝效果差,所噴射的混凝土強度低。水灰比小時,水泥不能充分水化,所噴射的混凝土回彈高,強度低。因此,如果不考慮施工方面的局限性,混凝土的水灰比與其噴射強度間存在著一定的關系,即存在一定范圍的水灰比來保證所噴射的混凝土具有較高的強度。處于此范圍的水灰比就稱之為"最佳水灰比"。當混凝土的水灰比髙于或低于"最佳水灰比"時,混凝土的噴射強度會直線下降,如下圖2-5所示:由圖形可知:噴射混凝土最佳水灰比為0.4~0.48左右,在此范圍之外,混凝土的噴射強度將下降較快。因此,進行混凝土噴射的時,在滿足混凝土輸送條件及回彈量的要求下,應使噴射混凝土的水灰比靠近"最佳水灰比"的范圍,以保證較高的混凝土噴射強度,從而更好的實現(xiàn)混凝土對受噴面的噴射支護作用。2）噴射混凝土最大稠度臨界點的控制由混凝土噴射支護的機理及其噴射工藝的過程可知:對于剛剛噴射的混凝土必須要具一定的稠度和粘滯度。只有這樣才能保證混凝土的噴射基層與受噴面間具有一定的粘結效果,以便剛剛噴射的混凝土粘附在受噴面上,或者是后面噴射的混凝土對先前已噴射的混凝土具有良好的搗實及粘附效果。這樣混凝土的噴射才能繼續(xù)下去,直至完成整個噴射工作。因此,為了保證混凝土的噴射支護效果,在混凝土的噴射過程中,對噴射混凝土稠度的控制就較為重要了?；炷恋奶涠扰c擴散度是衡量混凝土稠度的重要指標,前者主要反映混凝土的流動性和粘聚性,后者反映混凝土的離析程度。為了滿足混凝土輸送性能上的要求,在氣力輸送(稀流輸送)中,混凝土拌合料應處于1~2厘米(坍落度);稠流(泵送)輸送時,應處于2~3厘米(坍落度)。然而,無論采取哪種方式輸送,對于塌落度為2厘米左右的混凝土拌合料,需要達到1.11~1.25的搗實度和不大于40厘米的擴散度。由此可見,混凝土噴射物是屬于低流動性的,可取的稠度范圍較窄,我們把這個可取的、范圍極窄的稠度稱之為"最大稠度臨界點"。低于這個臨界點,在噴射混凝土作業(yè)時,就不可能使混凝土獲得良好的搗實效果,如:混凝土與周圍受噴面緊貼的粘附效果或混凝土對受噴面上裂縫的膠結效果?；炷羾娚鋵觾葘⒐敫砂韬衔飱A層,回彈量增大,混凝土噴射強度下降。反之,在噴射混凝土作業(yè)時,將加劇混凝土拌合料的濺落和噴射層片落。造成噴射混凝土回彈上升,噴射質量下降。由此可見,在進行混凝土噴射支護的過程中,合理而恰當的控制"最大稠度臨界點"對提高混凝土噴射效率和噴射質量是相當重要的。坍落度的測試方法：用一個上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭狀的塌落度桶，灌入混凝土分三次填裝，每次填裝后用搗錘沿桶壁均勻由外向內擊25下，搗實后，抹平。然后拔起桶，混凝土因自重產生塌落現(xiàn)象，用桶高(300mm)減去塌落后混凝土最高點的高度，稱為塌落度。如果差值為100mm，則坍落度為100。3）影響回彈量的幾個因素混凝土噴射工藝的特點決定了噴射混凝土時一定會產生回彈,而回彈又與噴射混凝土的強度及經濟利益有著密切的關系。因此,在噴射混凝土的過程中,為了保證混凝土的噴射質量,降低混凝土的噴射成本,回彈量是很值得研究一個物理量。在此,我們就有關影響混凝土回彈量的因素進行如下分析與討論:=1\*GB3①工作壓風對回彈量的影響。工作壓風恰當時,噴射的混凝土結合密實,回彈量少,混凝土質量高。當風壓過低時,從噴嘴射出的混凝土速度小,獲得的動能就低,不能夠嵌入到砂衆(zhòng)里面或者不能夠與砂漿搗實、粘結在一起而致使其墜落;當工作壓風過高,混凝土的噴射速度就大,很容易反彈下來,造成回彈量增大。因此,試噴時,一定要多次改變工作風壓找出最佳的回彈量所對應的風壓值。=2\*GB3②水灰比對回彈量的影響。從理論上分析,水泥水化時所需要的水灰比為0.25~0.3左右,但此范圍的水灰比不滿足輸送原理及施工工藝的要求。在實驗中,當水灰比低于0.35時,混凝土拌合料不能混合均勻,料束分散,回彈加劇。當水灰比高于0.6時,混凝土的稠度降低,粘性不足。噴射后混凝土砂漿會沿著噴層流動,甚至脫落。通過噴射實踐驗證:最佳的水灰比范圍在0.45~0.52時,對回彈量的影響最小。=3\*GB3③噴距對回彈量的影響。一般而言,當工作壓風穩(wěn)定不變時,噴嘴到受噴面的距離決定了噴射出來的混凝土在空氣中流動時所受空氣阻力的大小。噴距越小,阻力越小,混凝土的噴射速度就越大,其獲得的動能也越大。這樣混凝土很容易在噴射到受噴面時被反沖下來,導致混凝土的回彈量增大,影響噴射效率及混凝土的噴射質量。噴距過大,混凝土在空氣流動中所受阻力就大,其速度也小,且在受噴面上擴散的面積較大,使回彈量加大,甚至有些物料還沒到達受噴面就墜落下來。4）混凝土的噴射特性分析=1\*GB3①混凝土的噴射支護原理無論是采用干噴、潮噴或濕噴,混凝土顆粒最終都是以具有一定壓力的氣流作為動力來源,在氣流推動力的作用下,被輸送至受噴面并完成噴射支護作業(yè)。完整的噴射過程為:噴射基層的形成和混凝土顆粒的擠壓、搗實過程。噴射基層的形成:當混凝土料群剛與受噴面接觸時,混凝土料群中的粗骨料便與受噴面發(fā)生彈性碰撞,被反彈回來,而混凝土料群中細料和水泥膠結成類似塑性的物質在射流沖擊力的作用下首先在受噴面上所有孔隙、凹陷處及受噴面形成一層硬化后具有一定粘結力的砂衆(zhòng)粘滯層,其厚度約為15mm左右,即噴射基層。混凝土顆粒的擠壓、搗實過程:由于受噴面上附著具有一定粘結力的噴射基層,后續(xù)被輸送的混凝土料群中的粗骨料就會像子彈一樣射進噴射基層并嵌入其中,使噴射基層的密度變大并與之搗實,與此同時,混凝土料群中的細料及稠衆(zhòng)又粘結在噴射基層上,這樣在噴射基層的外表面又形成第二層新的砂衆(zhòng)粘滯層。于是,混凝土噴射支護就是通過一層一層的噴射、搗實、并擠壓密實而完成的。=2\*GB3②噴射參數對噴射混凝土質量的影響在混凝土的施工工藝過程中,無論采用干噴、潮噴、濕噴,在混凝土拌合料的配合比確定后,噴射混凝土的質量主要取決于噴射技術及噴射參數的選取是否合理。混凝土的噴射參數主要有噴射速度、噴射角度、噴射距離、混凝土的射流沖擊力、噴頭的幾何結構尺寸等。上述理論分析中已經討論了噴射速度、射流沖擊力對噴射混凝土質量的影響,下面進行討論其他各參數對噴射混凝土質量的影響。=3\*GB3③噴射距離混凝土噴射的實質就是混凝土以較高的速度與受噴面發(fā)生碰撞、粘結、搗實、凝結、回彈的過程,混凝土的噴射質量也就取決于上述過程中各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)是否合理恰當,而噴射距離則影響了上述過程中的各環(huán)節(jié)實現(xiàn)的合理性。在噴射速度一定時,噴射距離過小,混凝土顆粒發(fā)生碰撞時,粗骨料反彈較多,從而噴射混凝土的回彈上升,另外混凝土顆粒因具有的動能較高,很可能會沖掉新噴射上混凝土。噴射距離過大,混凝土在達到受噴面時,損失的動能較多,混凝土中粗骨料的搗實效果較差,而細骨料和砂漿的粘結力將降低,從而影響混凝土的噴射強度,噴射距離與混凝土強度之間的曲線關系如下圖5-2所示。此外,噴射距離過大,由于受重力的作用,混凝土中粗骨料在豎直方向的速度較大,此時混凝土的射流速度將偏離水平方向,射流截面上的沖擊力、射流速度將下降或混凝土的噴射方向將偏離受噴面。實驗表明當噴射距離大于1.5m后混凝土的噴射方向幾乎完全偏離了受噴面。此外噴射距離的選擇還與噴嘴的結構形狀、混凝土拌合料中粗骨料的粒徑大小有關。一般而言圓錐形結構噴嘴的噴射距離要大于純圓柱形結構的噴嘴;在同樣噴射條件下,混凝土拌合料中粗骨料粒徑大,相應的噴射距離也增大。因此,噴射混凝土的最佳噴射距離約為0.9m~1.2m。1一噴距與混凝土噴射強度的曲線關系;2—噴距與回彈率之間的曲線關系=4\*GB3④噴射角度在高速噴射混凝土作業(yè)時,當受噴面為完整的平面時,噴嘴的噴射角度應與受噴面垂直,即噴射角度為90°。這樣噴射混凝土的回彈較小。經過多次試噴試驗發(fā)現(xiàn):當混凝土的噴射角度小于75°時,噴射時混凝土拌合料中較大的粗骨料與受噴面碰撞后回彈較大,同時混凝土的強度也相應的有所下降。此外,在噴射混凝土作業(yè)時,噴射工人應根據不同的受噴面、噴射位置及時調整噴射角度使其維持在80°~90°,以保證較低的回彈及較為理想的噴射效果。=5\*GB3⑤一次噴射厚度混凝土拌合料從噴嘴噴出后,混凝拌合料中的細骨料和砂^立即便與受噴面粘結在一起,如果長時間不移動噴嘴,導致粘結在受噴面上的混凝土厚度增加,當混凝土本身的自重大于其與受噴面間的粘結力時,混凝土便會脫離受噴面,從而回彈上升。即一次噴射厚度過大,回彈量增大;若在很短的時間內便將噴嘴移開其受噴面,混凝土中的細骨料和砂漿很好的粘結在受噴面上,但此時所形成的噴射基層的厚度較薄,在進行第二次噴射時,混凝土拌合料中較大的粗骨料與噴射基層碰撞擠壓后便反彈回來,而停留在噴射基層中的粗骨料較少,這樣不但混凝土的回彈量較大,同時混凝土的強度也較低,即一次噴射厚度過薄,混凝土的回彈及其噴射強度都受到較大的影響。由上述分析可知:一次噴射厚度過大或過小都會影響混凝土的噴射質量。而較為理想的一次噴射厚度是指噴射混凝土基層時,在混凝土拌合料不發(fā)生錯裂、脫落現(xiàn)象時,其厚度超過混凝土拌合料中最大骨料顆粒的最大厚度值。一次噴射厚度還受噴射角度、噴射方向的影響。一般而言,噴射作業(yè)時,工程上通常采用下面的計算公式計算一次噴射厚度。h=(3~4)cm+4cos(α)式中:α—噴射方向與水平線的夾角(°);h一次噴射厚度(mm)。由公式可知:當α=90°時,即垂直于受噴面噴射時,一次噴射厚度約為3~4cm;當α=0°時,即沿側壁噴射時,其值約為7~8cm。此外,一次噴射厚度還與噴射角度、受噴面的形狀、位置等有較大的關系。一次噴射厚度與混凝土射流方向和水平線間的夾角關系如圖5-2所示:幾種噴射混凝土工藝分析比較噴射混凝土根據其施工過程中各種材料的投料順序不同，尤其是水和速凝劑的時機不同，將其劃分為四類：干噴、濕噴、潮噴和混合噴。(1)干噴施工工藝用攪拌機將砂、豆石和水泥等按比例拌和好，投入混凝土干式噴射機，并均勻按設計配比摻入固態(tài)速凝劑，利用空壓機提供強力風流，將混合料輸送至噴槍，在噴嘴前按一定比例加入水，使水與拌和料混合后再噴出。其工藝為圖1所示。干噴工藝的主要有兩個特點，其一是采用固態(tài)速凝劑，相對成本較低；其二是前期混合料采取干式拌合，水在噴嘴前加入。(2)濕噴施工工藝用攪拌機將骨料、水泥和水預先拌制均勻，用濕式混凝土噴射機壓送混合料輸送至噴槍，在噴嘴前加入液態(tài)速凝劑與混合料一起噴出。其工藝為圖2所示。濕噴工藝的相對干噴工藝有兩個特點，其一是采用液態(tài)速凝劑，相對成本較高；其二是混合料采取濕式拌合，水在拌合時加入。(3)潮噴施工工藝仍然使用干噴設備及相關工藝，只是在拌制混合料前在骨料中預加少量的水，使之呈潮濕狀，再加水泥拌和。(4)混合噴射施工工藝又稱水泥裹砂造殼噴射法，分別由泵送砂和風送混合料系統(tǒng)兩套機具組成。先將一部分砂加第一次水拌濕，再投入全部用量水泥，強制拌成以砂為核心，外裹水泥殼的球體；然后加第二次水和減水劑拌成SEC砂漿；另一部分砂石骨料和速凝劑按配合比配料，強制拌成均勻的干混合料。然后再通過砂漿泵和干式噴射機，將砂漿和干混合料壓送經混合管混合后，從噴槍噴出。其工藝為圖3所示。4幾種噴射混凝土工藝的比較(1)干噴優(yōu)缺點優(yōu)點：使用的干噴機結構較簡單，體積小、重量輕，便于移動，適于高邊坡及狹窄部位；機械清洗較容易，出故障時可快速拆卸處理。缺點：①由于輸料不均勻、不穩(wěn)定，工作風壓突然變化等原因，造成噴射過程中產生大量的粉塵；②回彈量大，一般超過15％，且一次性噴射厚度一般小于3mm；③加水由閥門控制，水灰比不穩(wěn)定，常出現(xiàn)干斑或流淌現(xiàn)象，混凝土質量難以控制。④干噴機生產能力低，每小時產量5以下。(2)濕噴優(yōu)缺點優(yōu)點：①由于采取濕式拌和，大大降低了施工區(qū)的粉塵濃度，消除了對工人健康的危害；②濕噴混凝土混合料按水灰比精確控制，拌和及水化作用充分，速凝劑按比例計量添加，噴射質量較易控制，提高混凝土的勻質性；③回彈量小，回彈率可降低到1O％以下。④噴層厚度有可靠保證，支護質量得以提高。缺點：①采用液態(tài)速凝劑，相對成本較高；②對濕噴機械要求較高，機械清洗較困難，出現(xiàn)故障時難以處理；③設備體積較大，移動相對困難。(3)潮噴優(yōu)缺點優(yōu)點：使用干噴機械，一方面具有干噴優(yōu)點，另一方面在混合料拌制過程中預加少量的水，降低上料、拌和和噴射過程中產生的粉塵。缺點：大量的水仍由閥門控制，水灰比不穩(wěn)定，混凝土質量難以控制；回彈量仍然較大。(4)混合噴射優(yōu)缺點優(yōu)點：分次投料攪拌工藝與噴射工藝相結合，噴混凝土質量好，粉塵少，回彈量小。缺點：使用機械設備多，工藝復雜，機械清洗較困難，出現(xiàn)故障時難以處理。5幾種不同工藝使用范圍干噴：只少量使用于對環(huán)境保護保護要求不高的明挖邊坡部位，如路基、路塹、大壩邊坡等，隨設備和工藝的更新，環(huán)保要求的提高，正逐步被淘汰。濕噴：廣泛用于公路隧道、礦山巷道掘進、水工地下洞室群。潮噴：較為廣泛的用于明挖邊坡的支護，洞內施工因回彈量大(尤其為洞頂)，使用較少?；旌蠂姡阂蚴褂脵C械設備多，工藝復雜，一般只用在噴混凝土量大、斷面較大的地下洞室工程中，其它部位使用較少。6.降低隧道噴射混凝土回彈率的方法“噴射混凝土的回彈率．邊墻不應大于15％，拱部不應大于25％，但是，在實際施工過程中，回彈率多數情況超出了規(guī)范要求，尤其是拱頂，達到了3O％，造成極大的材料浪費。降低隧道噴射混凝土回彈率的方法應從多方面入手，從原材、配合比、工藝、噴射壓力等七個方面就如何降低噴射混凝土回彈率進行較為詳細的分析。=1\*GB2⑴噴射混凝土原材料水泥：優(yōu)選選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥含有較多的C3A和C3S，凝結時間較快．特別是與速凝劑有良好的相容性。水泥強度等級不應低于32．5MPa。集料：粗集料采用堅硬耐久的碎石或卵石。粒徑不宣大于15mm；細集料采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數宜大于2．5。集料級配宜采用連續(xù)級配。速凝劑：使用前應與水泥的相容性試驗及水泥凈漿凝結效果試驗，要求初凝不應大于5min，終凝不應大于10min。須要根據水泥的品種、水灰比等進行摻量選擇試驗。一般情況下可采用水泥質量的2％-4％。外加劑：在不影響混凝土原有性能的前提下，可以摻加增黏劑，以減少噴射混凝土的回彈及粉塵，具體摻量由試驗確定。水：混合水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量(按S0-4計)超過水質最1％的水。=2\*GB2⑵噴射工藝在噴射工藝上選擇濕噴最為合適，濕噴中將拌和好的混凝土投入濕噴機料斗，用噴射機壓送，在噴頭上添加速凝劑。此噴射工藝除降塵外