喷射混凝土配合比设计方式探讨

韦刚壮

摘要：当前喷射混凝土技术已经在地下工程、隧道工程及边坡支护工程等领域得到了广泛应用，并发展成为非常关键的支护手段。我国从20世纪60年代开始利用这项技术进行矿山及隧道等初期支护，当前已经得到了快速发展。文章对喷射混凝土配合比设计方式进行了探讨。

关键词：喷射混凝土；配合比设计方式；地下工程；隧道工程；边坡支护工程 文献标识码：A

中图分类号：U414 文章编号：1009-2374（2016）18-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.010

喷射混凝土是一种集运输、浇筑及振捣于一身的施工方法，借助于喷射机械将混凝土高速喷射到受喷面上凝結硬化而成，采用较小的水灰比，具有较高的强度和良好的耐久性，与砖石、混凝土以及钢材等有很高的黏结强度。目前喷射混凝土主要用于结构物的修复和加固工作中。通常可以用于修复加固因地震、火灾、振动等因素引起的建筑结构损害，修补因施工不良造成的混凝土及钢筋混凝土结构的严重缺陷。

1 喷射混凝土的概念

喷射混凝土是一种黏结力超强、抗渗性较好、强度较高的材料，这种混凝土的施工工艺不需要利用模板，充分将混凝土输送、浇灌等施工工序结合在一起，各工序都非常简单，当前已经在隧道工程、边坡工程等领域中得到了广泛应用。具体来说喷射混凝土配合比设计主要包括一般混凝土配合比设计及现场试喷两个组成部分，前者主要结合喷射混凝土的具体要求，通过常规配合比设计将基准配合比提出来，后者利用试喷对配合比进行调整，以满足设计要求与施工要求，二者互为补充、缺一不可。

2 喷射混凝土的设计思路

喷射混凝土主要利用空气压缩的方式，由喷射机喷射口利用高速高压将一定配合比的混凝土喷出，这样就可以在被喷面形成一层混凝土层，和传统浇筑混凝土不同，喷射混凝土不需要立模和振捣等环节，只要按照高速喷射的动能将混合料喷射到受喷面上，经过挤压和冲击以后，最终达到密实的效果。喷射混凝土施工主要有干、湿两种方式，其中湿法需要预先在搅拌机中将所有材料搅拌好，然后进行喷射，而干法则需要将水泥与集料搅拌均匀，然后从一个喷嘴中射出，并从另外喷嘴中喷水，在喷水位置开始和干料共同混合成混凝土。

本工程中主要采用湿法施工工艺，其设计思想可以从四个方面展开分析：第一，充分认识到喷射混凝土是唯一的与围岩牢固接触的方式，且这种方式是其他方式不能代替的；第二，喷射混凝土和岩层附着力可以起到分散的作用，将作用在喷射混凝土上的外力分散到围岩上，为节理和裂缝等保持块体平衡，避免出现局部掉块问题的出现，并在壁面附近形成一个承载环；第三，为围岩变形提供约束作用的支护力，这样围岩就形成了近于三维的应力状态，对围岩应力释放加以控制，可以将土压力传递到锚杆和钢支撑上；第四，向上喷射到设计要求的厚度，同时其回弹量是最少的，通常情况下4～8h的强度就能对变形进行控制，在满足速凝剂用量的情况下，必须达到设计28d的强度，保证良好的耐

久性。

3 配合比设计中的关键要素

高压液力喷射混凝土配合比设计主要涉及到混凝土强度确定、胶凝材料选择、水胶比用量与选择、外加剂掺量等关键要素。此外，喷射混凝土的配合比宜通过试配试喷确定，当前许多施工单位没有做这项工作。

3.1 混凝土强度确定

通常现场用喷射混凝土强度等级在C20～C35之间，在其中加入一定量的速凝剂，结合相关标准，喷射混凝土后期强度损失应该在30%以内，所以在添加速凝剂的前提下，喷射混凝土设计试配强度高于普通混凝土30%。强度等级≤C60以内的普通混凝土，其配置强度应按照以下公式进行计算：

式中：表示混凝土配制强度；表示混凝土立方体抗压强度标准值；表示混凝土强度标准差，这里取5.0。

3.2 胶凝材料选择与用量

凝胶材料中主要的成分是水泥，为了提升喷射混凝土的耐久性、工作性，降低回弹，可以将一些活性材料加入其中，例如矿渣、粉煤灰等，这些填料的添加有利于增强喷射混凝土的和易性，对于降低成本非常有利，当前逐渐受到了人们的重视。

3.2.1 水泥的选择。上文提到水泥是喷射混凝土中的主要材料，它直接影响着喷射混凝土的效果，特别是其中的化学成分和速凝剂存在着适应性方面的问题，如果二者不适应，将会大大降低速凝剂的效果，在喷射施工过程中将会造成大量回弹。水泥强度等级直接影响了喷射混凝土的质量，早期强度的增长速度会减慢，而水泥强度等级过低，水泥量多，那么喷射过程中粉尘量也会非常大，所以应该选择水泥强度等级不低于32.5的硅酸盐水泥作为喷射混凝土的主要材料。

3.2.2 其他胶凝材料的选择。当前工程建设中使用的喷射混凝土，使用其他胶凝材料比较少，通常矿渣和粉煤灰等材料在喷射混凝土中都不适用，这些材料和速凝剂发生反应时，会起到缓凝的作用，大大降低了速凝剂的效果，因此为了配制出高性能的喷射混凝土，可以在其中掺入一些硅灰，为水泥质量的5%～10%，这样可以有效提升混凝土强度，并使喷射时的回弹量得到降低。

3.3 骨料选择与砂率确定

喷射混凝土中选用的骨料必须保证坚硬、清洁、级配好，且不能使用含有细长石片及泥粉超量的骨料。应选择坚硬的中粗砂，其细度模数不宜小于2.5，否则将会对水泥和集料之间的黏结造成不利影响。砂的含水率最好在5%～7%之间，如果含水率过低，喷射中将会出现大量粉尘，如果含水率过高，其混合料的湿度就会过大，这样一来可能会造成堵管的问题，对施工的顺利进行造成影响。此外，应选择坚硬耐久的碎石或者卵石，以减少喷射装置的磨损，为了减少回弹，集料中最大粒径最好不要超过16mm，加入速凝剂时不能采用活性二氧化硅作为粗集料，防止碱骨料反应破坏喷射混凝土。

喷射混凝土和普通混凝土相比，对砂率的选择要求非常高，如果砂率过高，骨料总面积将会增大，水泥浆量也会增大，进而加大混凝土后期收缩。如果砂率过低，需要的粗骨料就会增多，直接造成了喷射过程中回弹量增大的后果。

3.4 掺聚丙烯纤维、钢纤维

为了防止裂纹的产生，通常会利用一些有机纤维掺加到混凝土中，尤其是加入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维可以有效降低混凝土高温时的孔压力，纤维在喷射混凝土中立体分布，能改变喷射混凝土的抗裂性能，通过这种方式可以有效减小混凝土出现裂缝的几率。

3.5 速凝剂选择与掺量

对于喷射混凝土来说，速凝剂的选择非常关键，其质量的好坏与混凝土品质直接相关，當前主要有粉状和液态两种速凝剂，相关规范中要求不能利用干喷混凝土，所以，液态速凝剂的应用前景非常广阔。液态速凝剂主要有无碱和高碱两种速凝剂，其中无碱液态速凝剂的掺量通常在6%～10%之间，高碱速凝剂对混凝土后期强度的损失影响非常大，因此当前工程建设中主要利用无碱和低碱两种速凝剂。表1为速凝剂分类，供参考：

表1 速凝剂分类

形态 种类 成分（主要）

碱性 无机盐、铝酸盐

液态 无（低）碱 水溶性硫酸铝酸盐

有机无机复合 有机物混合无机物

粉状 水泥矿物质 矾土、硫铝酸钙

无机盐 铝酸盐

3.6 喷射机的操作

喷射机的操作可影响回弹、混凝土的密实性和料流的均匀性。要正确地控制喷射机的工作风压和保证喷嘴料流的均匀性。喷射机处的工作风压应根据适宜的喷射速度而进行调整，若工作风压过高，即喷射速度过大、动能过大，使回弹增加，若工作风压过低、压实力小，影响混凝土强度，喷射机的料流要均匀一致，以保证速凝剂在混凝土中均匀分布。不同的喷射机及不同的操作手对同一配合比，喷射的混凝土质量也会不一样，也就是上文提到的喷射混凝土的配合比宜通过试配试喷确定的原因。

4 配合比的调整

喷射混凝土和其他混凝土不同，其配合比需要在实际试喷中进行确定。喷射混凝土配合比要满足设计强度等相关要求，同时必须回弹量少、黏附性好、粉尘少，可以获得较为密实的喷射混凝土，这样才能满足施工要求。喷射混凝土配合比参数的确定与调整，应该在工区中选择与施工场地相似的岩壁进行试喷，试喷过程中，应对混凝土用水量是否适当进行判断，通常应通过操作手观察试喷效果来实现，如果表面干湿不宜、附着性差、回弹量大，这时应适当增加基准配合比用水量，相反则应减少用水量。待混凝土稳定以后，与材料自然含水率相结合折算成单位用水量，这样才能得到实际配合比的最佳用水量。试喷过程中，还应在几种设定砂率下，通过检测每种砂率回弹率，判断最佳砂率，并结合试喷调整的用水量来确定水灰比。

5 结语

综上所述，随着喷射混凝土技术的应用越来越广泛，工程建设对其性能的要求也逐渐升高，因此配合比设计成为喷射混凝土中非常关键的一个步骤，必须对水胶比、水泥选择与用量、砂率等参数进行综合考虑。随着喷射混凝土强度、耐久性的发展，外加剂选择的重要性开始突出出来，其中粉尘抑制剂可以减少粉尘的用量，增粘剂可以对喷射施工中回弹进行控制，而减水剂有助于喷射混凝土后期强度的提升等。从目前的使用情况来看，喷射混凝土技术还要对与其相关的配套设备进行进一步改进，从多方面对配合比设计问题进行考虑。

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（责任编辑：黄银芳）