0、前言

　　隨著科學技術的發(fā)展，大量的新材料、新工藝、新設備、新技術不斷應用于工程中，同時，隧道施工技術也在超長、大跨度、防水、穿過不良地層等方面取得了長足的進步，涌現(xiàn)出了大量的科技成果。錨噴構筑法在技術上有采用速度較快，支護及時、支護質(zhì)量較好、強度高、密實度好、防水性能較好；省工、操作較簡單，支護工作量減少；施工靈活性很大，可以根據(jù)需要分次噴射混凝土追加厚度，滿足工作設計與要求等優(yōu)點。

　　在國內(nèi)，一些國際招標的大型水利工程中，如二灘水電站，黃河小浪底工程，三峽工程等，均是采用濕式混凝土噴射作業(yè)。國內(nèi)目前使用的各種濕式混凝土噴射機多是從國外引進的設備。近幾年來，國內(nèi)一些單位也開發(fā)研制出幾種濕式混凝土噴射機，但生產(chǎn)規(guī)模尚有待擴大。濕式混凝土噴射機主要優(yōu)點有四個。

　?。?）濕法：作業(yè)大大降低了機旁和噴嘴外的粉塵濃度，消除了對工人健康的危害。

　?。?）生產(chǎn)率高。干式混凝土噴射機工作效率一般不超過5擴/h.而使用濕式混凝土噴射機人工作業(yè)時可達10m'/h，采用機械手作業(yè)時，則可達20擴/h，

　?。?）回彈度低。千噴時，混凝土回彈度可達15%~50%.采用濕噴技術回彈率可降低到10%以下。

　?。?）濕噴時，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善噴射混凝土的品質(zhì)，提高混凝土的勻質(zhì)性，而干噴時，混凝土的水灰比是由噴射手根據(jù)經(jīng)驗及肉眼觀查來進行調(diào)節(jié)的，混凝土的品質(zhì)在很大程度上取決于機手操作正確與否。

　　1、施工工藝與原材料的控制

　　1.1 施工工藝

　　噴射前，應將巖面沖洗千凈，并將表面軟弱破碎巖石清掃干凈。噴射作業(yè)應分區(qū)段進行，長度一般不超過6m，噴射順序應自下而上。后一次噴射應在前一次混凝土終凝后進行，若終凝后1h以上再次噴射，應用風水清洗混凝土表面。邊墻一次噴射厚度4~6cm，拱部則為2-4m，噴射2-4h后應灑水養(yǎng)護，一般養(yǎng)護7-14d，混凝土噴射后至下一循環(huán)放炮時間，應通過試驗確定，一般不小于4h，放炮后應對混凝土進行檢查，如出現(xiàn)裂紋，應調(diào)整放炮間隔時間或爆破參數(shù)。

　　1.2 原材料控制

　?。?）拌和用水：工程中多以飲用水作為拌和用水，而pH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量（SO₄，一）超過水量1%的水，含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質(zhì)的水均不得使用。

　?。?）水泥：為保證噴射混凝土的凝固時間及與速凝劑的相溶性，所用水泥應具有強度高、抗?jié)B性和耐久性好，應優(yōu)先選用4S5，以上的普通硅酸鹽水泥，其次選用礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。在地質(zhì)條件復雜的隧道中應采用早強水泥，使用前應做強度鑒定實驗，水泥存放時嚴禁受潮和結塊，也不得把不同規(guī)格、不同廠家的水泥混合使用。

　?。?）骨料：混凝土的強度除了取決于骨料的強度外，還取決于水泥漿與骨料的粘結強度，同時骨料的表面越粗糙界面粘結強度越高，因此用碎石比用卵石好。實驗表明在一定范圍內(nèi)骨料粒徑越小，分布越均勻混凝土強度越高，骨料最大粒徑地減少不僅增加了骨料與水泥漿的粘結面積，而且骨料周圍有害氣體減少，水膜減薄，容易拌和均勻，從而提高了混凝土的強度。

　?。?）活性：摻和料：水泥水化是一個逐步發(fā)展的過程，在28d的齡期中，水泥的實際利用率僅占60%一70%，而另外的未水化的水泥中的Ca0后期遇水后生成Ca（OH）₂，產(chǎn)生體積膨脹，給后期強度帶來不利影響，利用活性摻和料代替部分未水化的水泥，不僅可以降低成本，最主要的是可以利用活性材料中的活性成分（主要是Si0₂與AL₂0₃）與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）₂：進行二次反應，生成含水硅酸鈣與含水鋁酸鈣，新生成的水化產(chǎn)物不僅提高了噴射混凝土的強度和致密性，而且提高了其抗凍、抗?jié)B_、抗腐蝕等性能，這一類活性摻和料主要是粉煤灰和沸石粉，摻量約為水泥重量的10%-20%.

　?。?）外加劑：為了降低用水量、降低回彈率和粉塵率，使噴射混凝土早凝早強，必須使用外加劑。應采用符合質(zhì)量要求并對人體危害性很小的速凝劑，摻加速凝劑之前，應做速凝劑與水的相溶性實驗及水泥凈漿速凝效果實驗，注意速凝劑效果實驗，初凝時間不應大于5min，終凝時間不應大于10min，保持速凝劑干燥勿受潮變質(zhì)，在噴射混凝土中添加速凝劑的目的是使噴射混凝土滿足設計要求，促進早強。一般速凝劑最佳摻量約為水泥重量的2%一4%，實際使用時拱部可利用2%-4%，邊墻可用2%，過多的摻量對噴射混凝土反而不利，這是因為速凝劑雖然加速了噴射混凝土的凝結速度，但也阻止了水在水泥中的均勻擴散，使部分水包裹在凝結的水泥中，硬化后形成氣孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分進行水化反應而干縮，從而產(chǎn)生裂紋。另外速凝劑摻人應均勻。

　　2、噴射混凝土配合比的設計與控制要點

　　噴射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根據(jù)其施工工藝來選擇，主要講述C，噴射混凝土潮噴法的配合比的設計方法。為了減少回彈量需要較高的砂率，砂率增加意味著集料的總面積增加，這就要求用更多的水泥來包裹集料表面，以滿足噴射混凝土的強度要求，水泥用量越大，噴射混凝土就越容易干縮、開裂，同時成本也增加。因此首先確定水泥用量，根據(jù)經(jīng)驗水泥用量宜為375一450kg/m；，其次確定砂率，宜選用粗砂或中砂，砂率宜為45%一55%，砂率過高或過低易造成堵管，再次確定水灰比，水灰比宜為0.4-0.5，水灰比過小會產(chǎn)生粉塵，回彈量大，粘結力低，噴層會產(chǎn)生干斑，砂窩等現(xiàn)象，水灰比過大會造成強度低、速凝效果差，噴層流淌、滑移、坍落等現(xiàn)象，另外要注意根據(jù)施工環(huán)境的溫度，周圍巖壁類別、施工隊伍的施工水平做相應的調(diào)整。

　　研究超塑化劑、硅灰、速凝劑和摻人火山灰或礦渣硅酸鹽水泥的復合作用，用濕噴法生產(chǎn)高性能噴射混凝土（HPS）具有下列優(yōu)點：（1）堿腐蝕性低；（2）工作性高和坍落度損失低；（3）回彈率低；（4）早期強度和后期強度高；（5）耐久性強。

　　2.1 材料和配合比

　　2.1.1 水泥

　　高強硅酸鹽水泥由于水化速度較快，用于做噴射混凝土性能一般優(yōu)于混合水泥?；鹕交液偷V渣硅酸鹽水泥具有耐久性高，水化熱低，對裂縫自收縮和干縮有較好性能?；鹕交宜嘀锌捎?5%粉煤灰替代硅酸鹽水泥；礦渣水泥中可用50%礦渣取代硅酸鹽水泥。

　　2.1.2 硅灰

　　使用加密硅灰以改善對基材的粘結力和減少集料回彈。

　　2.1.3 超塑化劑

　　使用市售的質(zhì)量濃度為30%的液體淡基丙烯酸醋（CAE）為超塑化劑，生產(chǎn)水灰比為0.42一0.44，坍落度為210-220mm流動性混凝土。也可采用聚磺酸鹽系高效減水劑。

　　2.1.4 速凝劑

　　用兩種不同的市售速凝劑，一種常用速凝劑是硅酸鈉（30%），另一種無堿速凝劑是以從（SO₄），為主要成分的水溶液（60%），當使用后者時，由于無堿降低了在施工過程中堿性腐蝕的危險。

　　2.1.5 集料

　　使用細砂（0一4mm），粗砂（4一6mm），石子（6一8mm）三者的體積比為65%，30%，5%.

　　2.1.6 混凝土配比

　　配制兩種未摻速凝劑的基準對比拌合物，它們的主要區(qū)別在于水泥品種（42.5火山灰水泥和42.5礦渣水泥）每種混凝土拌合30min，在噴嘴處加人不同的速凝劑（水玻璃或無堿速凝劑）的摻量分別為水泥量的8%-12%或6%一7%，

　　2.2 試驗結果

　　由于使用超塑化劑，50min之內(nèi)的坍落度損失可以忽略不計，這意味著在噴嘴處加人速凝劑之前坍落度損失可忽略不計，以可靠方式供給噴射設備的泵送混凝土的工作性能好，噴射混凝土產(chǎn)量可達20m³/h在規(guī)定超塑化劑摻量為1%一2%時，盡管礦渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土，其初始坍落度（220mm）還是稍高于火山灰水泥混凝土坍落度（210mm）在無筋隧道內(nèi)施工，由于復合有超塑化劑、硅灰和速凝劑，拌合物粘結性好，研究的所有噴射混凝土的回彈率僅僅為2%一3%.

　　3、噴射混凝土養(yǎng)護措施

　　養(yǎng)護是噴射混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，在正常養(yǎng)護條件下，混凝土強度隨齡期延長而增大，其原因是由于膠凝材料的水斷水化。而水化速度與環(huán)境溫度和濕度有關，由于經(jīng)常放炮和通風不良導致隧道內(nèi)的溫度較高，噴射混凝土周圍的空氣相對來說比較干燥，加上水化熱引起的混凝土內(nèi)部溫度較高，將使其表面水分很快就蒸發(fā)掉，進而引起水石“毛細管”中水分繼續(xù)蒸發(fā)。噴射混凝土中水泥與水接觸的時間短且范圍有限，與普通混凝土相比水泥水化的程度更低。噴射混凝土的凝結過程也是水泥進一步水化的過程，水泥的水化反應必須在有水的條件下才能發(fā)生，水泥水化因為水泥石缺少水分不能繼續(xù)進行，還因毛細管引力作用在混凝土中引起收縮，此時的噴射混凝土強度還很低，收縮引起的拉應力將使混凝土開裂，破壞了混凝土結構，影響混凝土強度的繼續(xù)增長，而且停止水化使水化物不能進一步向水泥石的毛細孔填充，還將影響混凝土的抗?jié)B性。

　　4、結束語

　　噴射混凝土在隧道施工中應用已經(jīng)非常廣泛，噴射混凝土的質(zhì)量直接影響著結構受力、防護、耐久性等情況，所以對噴射混凝土施工，必須按質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求，通過各種措施強化質(zhì)量意識，加強質(zhì)量管理，制定操作規(guī)程，使噴射混凝土在隧道防護中發(fā)揮越來越重要的作用。