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噴射混凝土是借助噴漿機(jī)將攪拌均勻的混凝土拌合物直接噴射至工作面的混凝土，也是隧道施工過程開挖初期支護(hù)的關(guān)鍵部分，其技術(shù)水平直接影響著隧道支護(hù)質(zhì)量及施工的安全。

近年來，隨著我國公路鐵路工程建設(shè)的加快，隧道工程有了較大發(fā)展，噴射混凝土具有原料來源廣泛、施工便利、對施工現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快等優(yōu)良性能，得到廣泛應(yīng)用，為我國工程建設(shè)貢獻(xiàn)了力量。

關(guān)鍵材料助力技術(shù)發(fā)展

隨著噴射混凝土材料制備的關(guān)鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無堿液體速凝劑技術(shù)逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展提供了材料基礎(chǔ)。

噴射混凝土起始于20世紀(jì)的美國，發(fā)展至今已有100多年。2020年，全球噴射混凝土市場規(guī)模達(dá)到了523億美元，預(yù)計2026年將達(dá)到715億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為4.5%。行業(yè)之所以取得快速發(fā)展，離不開關(guān)鍵材料的進(jìn)步。

近年來，隨著噴射混凝土材料制備的關(guān)鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無堿液體速凝劑技術(shù)逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)；同時，噴射混凝土成型工藝也逐漸由干法噴射向濕法噴射方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，噴射混凝土設(shè)備也正在逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化和智能化控制，明顯地提高了噴射混凝土作業(yè)環(huán)境和工程質(zhì)量。此外，硅灰、鋼纖維、有機(jī)纖維和其他功能材料在噴射混凝土中應(yīng)用，顯著提高了噴射混凝土的力學(xué)性能與耐久性，推動噴射混凝土向高性能化和高耐久方向發(fā)展。

國道109高速路中鐵總包部二工區(qū)、五工區(qū)施工現(xiàn)場

CCPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會/供圖

“目前，噴射混凝土已廣泛用于隧道、地下和海洋工程，以提供早期支持和防止?jié)B水。噴射混凝土的關(guān)鍵性能指標(biāo)是設(shè)定時間和強(qiáng)度，這不僅取決于混合物設(shè)計，還取決于液體無堿速凝劑的使用。速凝劑改變了膠凝材料的水化機(jī)理，影響其強(qiáng)度發(fā)展和凝固時間。”CCPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會秘書長尚百雨表示，2017年噴射混凝土速凝劑行業(yè)為712.85億美元，預(yù)計到2025年將達(dá)到986.62億美元，2017—2025年的復(fù)合年增長率為4.15％。全球采礦活動、隧道建設(shè)增加等是推動全球噴射混凝土速凝劑市場的關(guān)鍵因素。

創(chuàng)新讓技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)突破

在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，當(dāng)前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護(hù)等多種因素的影響，使得實體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計要求，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此能否準(zhǔn)確有效地評價噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要。

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及噴射混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，噴射混凝土需求量越來越大、質(zhì)量要求也越來越高，性能要求越來越綜合化、多樣化，因此對噴射混凝土品種與性能要求越來越高，對噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)水平要求也越來越高。

創(chuàng)新是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，在工程建設(shè)中同樣如此?！霸诖ú罔F路拉薩—林芝試驗段的工程實踐中，為實現(xiàn)噴射混凝土在到達(dá)受噴面時迅速凝結(jié)硬化并提供早期強(qiáng)度的目的，采用加入速凝劑的方式加速水泥水化進(jìn)程，縮短誘導(dǎo)期。速凝劑的使用實現(xiàn)了噴射混凝土的迅速凝結(jié)硬化，保證了隧道圍巖穩(wěn)定和施工安全。山西省中部引黃工程是山西省‘十二五’規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中一項重要的工程，工程包括水源工程和輸水工程。本工程采取了一系列的工程措施進(jìn)行初期支護(hù)，除了錨桿、錨索等措施外，鋼纖維噴射混凝土也是其中一項重要的措施。某高鐵全線重點控制性工程，隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，整體施工風(fēng)險高。該隧道淺埋段占全隧41%，洞身圍巖整體穩(wěn)定性差，淺埋偏壓軟弱圍巖多，尤其是Ⅳ、Ⅴ級圍巖占比高達(dá)86%。受地材環(huán)境限制與施工成本控制，項目采用機(jī)制砂制備噴射混凝土。”談到在工程中取得的突破，尚百雨如數(shù)家珍。

在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，同樣需要創(chuàng)新?！霸跇?biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，當(dāng)前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護(hù)等多種因素的影響，使得實體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計要求，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此，能否準(zhǔn)確有效地評價噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要?！鄙邪儆曛赋觯壳艾F(xiàn)行的噴射混凝土質(zhì)量評價指標(biāo)仍然局限于傳統(tǒng)的混凝土抗壓強(qiáng)度，但抗壓強(qiáng)度指標(biāo)不能合理地反映噴射混凝土的實際受載作用機(jī)理。況且國內(nèi)現(xiàn)行施工規(guī)范和質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)中檢測噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的“噴大板”試驗方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，所獲取的樣本數(shù)量有限，強(qiáng)度值有時也不能真正反映實際噴射混凝土的性能。

未來機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

目前，發(fā)展噴射混凝土技術(shù)存在以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑；二是在噴射混凝土中加入新型纖維材料，利用其本身的力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到改善噴射混凝土性能目的。

我國幅員遼闊，社會全面進(jìn)步，人民需求大幅提升，促使工程的種類與質(zhì)量不斷取得更大的突破，這為噴射混凝土帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

“當(dāng)前行業(yè)發(fā)展存在的問題和挑戰(zhàn)主要有以下幾點：一是國內(nèi)外相關(guān)速凝劑產(chǎn)品的檢驗方法和性能評價指標(biāo)存在不統(tǒng)一問題。特別是關(guān)于速凝劑產(chǎn)品分類和性能指標(biāo)問題，我國甚至沒有無堿速凝劑的明確定義，對于多少堿含量才是無堿或者低堿存在爭議。二是目前3D打印建筑技術(shù)使用的噴射混凝土粘結(jié)時間仍舊不合理，通常凝結(jié)時間達(dá)6～10h左右。三是煤礦巷道使用噴射混凝土封閉和支護(hù)圍巖是目前最有效的支護(hù)方式，伴隨著錨噴支護(hù)工藝的改進(jìn)和完善，成為目前巷道支護(hù)技術(shù)的主流。四是速凝劑產(chǎn)品穩(wěn)定性和在噴射混凝土施工中應(yīng)用技術(shù)還有待完善?！鄙邪儆晏岢?，目前發(fā)展噴射混凝土技術(shù)存在著以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑，針對混凝土延性和強(qiáng)度的提高、抑制裂縫的產(chǎn)生與延伸、減少天然骨料和水泥的消耗、降低施工環(huán)境粉塵的影響等方面進(jìn)行研究，利用速凝劑來弱化對環(huán)境的污染。二是在噴射混凝土加入新型纖維材料，利用其本身的力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到改善噴射混凝土的韌性和強(qiáng)度、提高抗震防爆性能、減少自身裂縫的發(fā)展、降低回彈率的目的。但值得注意的是，當(dāng)前，低成本、高回報的速凝劑研發(fā)使得速凝劑市場魚龍混雜，部分速凝劑摻入許多污染環(huán)境的成分。主管部門為提高工程的穩(wěn)定性和耐久性、減少對環(huán)境的污染，現(xiàn)已明確要求在施工過程中使用液體速凝劑。

提升質(zhì)量將是重要發(fā)展方向

隨著我國“西部大開發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進(jìn)，噴射混凝土將得到進(jìn)一步推廣，其質(zhì)量的好壞將直接影響著我國各類工程的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命。

噴射混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比有著無可比擬的優(yōu)越性。由于對被噴物具有較好的支襯、隔離等作用，使得其在水利水電、邊坡支護(hù)、礦山開發(fā)、地下工程、工程加固補(bǔ)強(qiáng)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但隨著我國“西部開發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進(jìn)，噴射混凝土將得到進(jìn)一步推廣，其質(zhì)量的好壞將直接影響著我國各類工程的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命。

“如何提升高性能噴射混凝土材料與工程技術(shù)將成為今后行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向?！睂Υ?，尚百雨建議，一是研發(fā)性能更好的早強(qiáng)型無堿液體速凝劑及其新型高效穩(wěn)定劑或絡(luò)合劑，加大利用無害工業(yè)副產(chǎn)品等廉價原材料生產(chǎn)液體速凝劑。二是濕噴工藝及其配套濕噴設(shè)備是未來噴射混凝土的發(fā)展方向，干法噴射將逐步被限制和取代。三是建立健全噴射混凝土性能的檢測評價方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。四是噴射混凝土材料向“高性能噴射混凝土”方向發(fā)展，不僅具有可靠的可噴射性能，同時具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能。五是噴射混凝土專用噴射設(shè)備的自動化和智能化水平提升及開展噴射手和承包商的專用技能和資質(zhì)培訓(xùn)已刻不容緩。

國道109高速路中鐵總包部四工區(qū)

CCPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會/供圖