噴射混凝土施工質(zhì)量檢測

噴射混凝土施工質(zhì)量檢測主講教師：寧波試驗(yàn)檢測技能訓(xùn)練土木工程檢測技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫噴射混凝土的用途噴射混凝土的原材料噴射混凝土的性能噴射混凝土的施工工藝噴射混凝土的用途

噴射混凝土是用于加固和保護(hù)結(jié)構(gòu)或巖石表面的一種具有速凝性質(zhì)的混凝土。該技術(shù)是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動力，將按一定配合比的水泥、砂、石子及外加劑等拌合料，通過噴管噴射到受噴面上，在很短的數(shù)分鐘之內(nèi)凝結(jié)硬化而成型的混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固材料。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.1水泥噴射混凝土用水泥應(yīng)考慮水泥與速凝劑的相容性?？煞譃槿箢?第一類是硅酸鹽系列的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣碳酸鹽水泥，強(qiáng)度等級不應(yīng)低于32.5MPa。這些水泥用于噴射混凝土?xí)r，需要加入速凝劑。速凝劑的摻加量和品種應(yīng)通過正式配制前試驗(yàn)確定。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.1水泥第二類是專用的噴射水泥，這種水泥由于含有快凝快硬的礦物氟鋁酸鈣（11CaO·7A12O3·CaF2），因此水泥本身即有速凝的性質(zhì)，10~20min即可終凝，6h強(qiáng)度即可達(dá)10MPa以上，1d強(qiáng)度可達(dá)30MPa以上。同時該水泥還含有一定量的硅酸三鈣（C3S），因此后期強(qiáng)度也較高。如果噴射水泥本身的凝結(jié)時間還不符合施工要求，可以摻加專用的調(diào)凝劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三類是一些特殊場合使用的混凝土，可以用一些具有特定性能的水泥。例如修補(bǔ)爐襯可用抗硫酸鹽水泥等。在這些水泥中一般不摻速凝劑，尤其是高鋁水泥，摻加速凝劑會因速凝劑中的干性碳酸鹽與高鋁水泥的水化物水化鋁酸鈣反應(yīng)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低甚至潰裂。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.2集料粗集料，卵石或碎石均可，但以卵石為好。卵石對設(shè)備及管路磨蝕小，也不像碎石那樣因針片狀含量多而易引起管路堵塞。盡管目前國內(nèi)生產(chǎn)的噴射機(jī)能使用最大粒徑為25mm的集料，但為了減少回彈，集料的最大粒徑不宜大于20mm。集料級配對噴射混凝土拌合料的可泵性、通過管道的流動性、在噴嘴處的水化、對受噴面的黏附以及最終產(chǎn)品的密度和經(jīng)濟(jì)性都有重要作用。為取得最大的密度，應(yīng)避免使用間斷級配的集料。噴射混凝土需摻入速凝劑時，不得用含有活性二氧化硅的石材作粗集料，以免堿骨料反應(yīng)而使噴射混凝土開裂破壞。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.2集料細(xì)集料可選用無風(fēng)化的山砂或河砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.7~3.7之間，其中直徑小于0.075mm的細(xì)砂應(yīng)低于20%。因?yàn)樯白舆^細(xì)不僅會影響噴射性能，而且會影響水泥漿與集料表面的黏結(jié)。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.3外加劑

用于噴射混凝土的外加劑有速凝劑、引氣劑、減水劑和增黏劑等。（1）速凝劑。主要目的是使噴射混凝土速凝快硬，減少回彈損失，防止噴射混凝土因重力作用所引起的脫落，提高它在潮濕或含水巖層中使用的適應(yīng)性能，以及可適當(dāng)加大一次噴射厚度和縮短噴射層間的間隔時間。噴射混凝土噴射混凝土的原材料1.3外加劑噴射混凝土我國目前所生產(chǎn)的速凝劑大多含有鋁酸鈉、碳酸鈉、生石灰等堿性物質(zhì)。其速凝作用的原理是速凝劑中的堿性物質(zhì)在加水拌和時立即與水泥中用于緩凝作用的CaSO4·2H2O發(fā)生反應(yīng)形成Na2SO4而失去緩凝作用。水泥中的C3A迅速發(fā)生水化，并在溶液中析出C3A的水化物而導(dǎo)致水泥很快凝結(jié)硬化。噴射混凝土的原材料1.3外加劑噴射混凝土（2）減水劑。除可以提高混凝土的強(qiáng)度及耐久性外，還可以減少施工時的回彈量。減水劑應(yīng)盡量選用非引氣型及非緩凝型的減水劑，對減水率無特殊要求。（3）增黏劑。主要增加噴射混凝土對施工面的黏結(jié)力，同時減少施工時的回彈率，增黏劑一般由對混凝土性能無有害影響的水溶性樹脂組成，摻量可通過試驗(yàn)確定。(4)早強(qiáng)劑。當(dāng)采用硅酸鹽系列的水泥時，為增加噴射混凝土的早期強(qiáng)度，往往需要摻入一些早強(qiáng)劑。早強(qiáng)劑的選用也應(yīng)通過試驗(yàn)，例如與速凝劑的相容性。另外，如果是鋼筋混凝土應(yīng)選用對鋼筋無銹蝕作用的早強(qiáng)劑。高鋁水泥由于本身早期強(qiáng)度很高，不需摻早強(qiáng)劑。(5)防水劑。當(dāng)要求噴射混凝土具有較高的抗?jié)B性時（如有地下水滲漏的地下工程）應(yīng)在混凝土中摻入一些防水劑.噴射混凝土的性能噴射混凝土與澆注混凝土有許多相似之處，但也有許多不同之處：其一，噴射混凝土的施工工藝與成型條件有別于普通混凝土；其二，水泥含量及砂率均較普通混凝土高，水灰比較小，特別是摻入速凝劑后，大大改變了混凝土結(jié)構(gòu)，因此，它的性能與普通混凝土有一定差別。2.1強(qiáng)度（1）抗壓強(qiáng)度。噴射混凝土抗壓強(qiáng)度常用來作為評定噴射混凝土質(zhì)量的主要指標(biāo)。噴射混凝土在高速噴射時，其拌合物受到壓力和速度的連續(xù)沖擊，使混凝土連續(xù)得到壓密，因而無需振搗也有較高的抗壓強(qiáng)度。其強(qiáng)度發(fā)展的特點(diǎn)為：早期強(qiáng)度明顯提高，1h即有強(qiáng)度，8h強(qiáng)度可達(dá)2.00MPa，1d強(qiáng)度達(dá)到6~15MPa。但摻入速凝劑后，噴射混凝土后期強(qiáng)度較不摻的約降低10%~30%，見表2、3。噴射混凝土噴射混凝土的性能噴射混凝土噴射混凝土的性能（2）抗拉強(qiáng)度。噴射混凝土用于隧道工程和水工建筑，抗拉強(qiáng)度則是一個重要參數(shù)。噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度與襯砌的支護(hù)能力有很大的關(guān)系，因?yàn)樵诒訃娚浠炷烈r砌時，尤其在襯砌突出部位附近易產(chǎn)生拉力應(yīng)變。噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度約為其抗壓強(qiáng)度的1/23~1/16。為提高其抗拉強(qiáng)度，可采用纖維配筋的噴射混凝土。噴射混凝土抗拉強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的提高而提高。因此提高抗壓強(qiáng)度的各項(xiàng)措施，基本上也適用于抗拉強(qiáng)度。采用粒徑較小的集料，用碎石配制噴射混凝土拌合料，采用鐵鋁酸四鈣含量高而鋁酸三鈣含量低的水泥和摻用適宜的減水劑都有利于提高噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度。噴射混凝土噴射混凝土的性能（3）彎拉強(qiáng)度?？箯潖?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系同普通混凝土相似，即約為抗壓強(qiáng)度的15%~20%。（4）抗剪強(qiáng)度。地下工程噴射混凝土薄襯砌中，常出現(xiàn)剪切破壞，因而在設(shè)計中應(yīng)考慮噴射混凝土的抗剪強(qiáng)度。（5）黏結(jié)強(qiáng)度。噴射混凝土用于地下工程支護(hù)和建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固時，為了使噴射混凝土與基層（巖石、舊混凝土）共同工作，其黏結(jié)強(qiáng)度非常重要，噴射混凝土黏結(jié)強(qiáng)度與基層化學(xué)成分、粗糙程度、結(jié)晶狀態(tài)、界面潤濕、養(yǎng)護(hù)情況等有關(guān)。（6）彈性模量。噴射混凝土的彈性模量隨原材料配合比、施工工藝等的不同有較大差異。混凝土強(qiáng)度、表觀密度越大，噴射混凝土彈性模量越高；骨料彈性模量越大噴射混凝土彈性模量也越高。且潮濕噴射混凝土試件的彈性模量較干燥的高。噴射混凝土噴射混凝土的性能噴射混凝土2.2變形（1）收縮變形：同普通混凝土一樣，噴射混凝土的收縮也是由其硬化過程中的物理化學(xué)反應(yīng)以及混凝土的濕度變化引起的。噴射混凝土的收縮變形主要包括干縮和熱縮，干縮主要由水灰比決定，較高的含水量會出現(xiàn)較大的收縮，而粗集料則能限制收縮的發(fā)展。因此，采用尺寸較大與級配良好的粗集料，可以減少收縮。熱縮是由水泥水化過程中的熱升值所決定的。采用水泥含量高、速凝劑含量高或采用速凝快硬水泥的噴射混凝土熱縮較大。厚層結(jié)構(gòu)比含熱量少的薄層結(jié)構(gòu)熱縮要大。許多因素影響著噴射混凝土的收縮值，主要因素有速凝劑和養(yǎng)護(hù)條件。有關(guān)試驗(yàn)表明：同樣在自然條件下養(yǎng)護(hù)，摻加占水泥重3%~4%的速凝劑的噴射混凝土的最終收縮率要比不摻速凝劑的大80%；噴射混凝土在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)時間愈長，則收縮量愈小。（2）徐變變形：噴射混凝土的徐變變形是其在恒定荷載長期作用下變形隨時間增長的性能。一般認(rèn)為，徐變變形取決于水泥石的塑性變形及混凝土基本組成材料的狀態(tài)。噴射混凝土的施工工藝3.1干式噴射混凝土將水灰比小于0.25的水泥、砂子、石子混合料和粉狀速凝劑按一定的比例混合攪拌均勻后，利用干式混凝土噴射機(jī)，以壓縮空氣為動力，經(jīng)輸料管到噴嘴處，與一定量的壓力水混合后，噴射到受噴面上。如果用專用的快凝錨噴水泥，則可不加速凝劑。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.1干式噴射混凝土優(yōu)點(diǎn)：①施工工藝流程簡單、方便，所需施工設(shè)備機(jī)具較少，只需強(qiáng)制拌和機(jī)和干噴機(jī)即可；②輸送距離長，施工布置比較方便、靈活，輸送距離可達(dá)300m，垂直距離可達(dá)180m；③速凝劑可提前在噴射機(jī)前加入，拌和比較均勻。缺陷：①其工作面粉塵量及回彈量均較大，工作環(huán)境惡劣，噴料時有脈沖現(xiàn)象且均勻度差；②實(shí)際水灰質(zhì)量比不易準(zhǔn)確控制，影響噴射混凝土的質(zhì)量；③生產(chǎn)效率低。干式噴射混凝土是應(yīng)用最廣泛的施工方法。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.2潮式噴射混凝土噴射混凝土將水灰比在0.25~0.35間的混合料和速凝劑按一定比例混合后攪拌均勻，利用潮式混凝土噴射機(jī)，以壓縮空氣為動力，經(jīng)輸料管輸送至噴嘴處與補(bǔ)充的壓力水混合后噴射于受噴面上。潮噴輸料管不宜太長，不宜使用早強(qiáng)水泥，但粉塵和回彈率都比干噴小得多。噴射混凝土的施工工藝3.3濕式噴射混凝土

將水泥、砂子、石子、水按一定比例混合后攪拌成混凝土（水灰比一般為0.5左右，坍落度13cm左右），用泵將攪拌好的混凝土經(jīng)輸料管壓送至噴嘴處，與液體速凝劑相混合，借助壓風(fēng)補(bǔ)充的能量將混凝土噴射到受噴面上。濕噴粉塵小、回彈率低、混凝土強(qiáng)度高，但噴射工藝較復(fù)雜，對集料和外加劑的要求較高，混凝土輸送距離較短（一般不超過50m）。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.3濕式噴射混凝土濕噴法施工工藝特性：①噴混凝土拌合料拌和充分，有利水泥充分水化，因而混凝土強(qiáng)度較高。②水灰比能較準(zhǔn)確控制但比干噴法用水量多。③速凝劑一般不能提前加入，應(yīng)在噴射機(jī)之后方可加入。④粉塵、回彈量均較低，生產(chǎn)環(huán)境狀況較好。⑤濕噴機(jī)具設(shè)備較復(fù)雜，速凝劑加入較困難，濕噴機(jī)分為風(fēng)動、擠壓泵、液壓活塞泵、螺旋輸送泵等。⑥輸料距離和高度遠(yuǎn)比干噴法要小，噴射系統(tǒng)布置需靠近工作面。⑦由于混合料事前加水，故施工中途不得停機(jī)，停噴后要盡快將設(shè)備沖洗干凈。⑧水泥用量相對干噴法要多，一般達(dá)500kg/m3。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.4水泥裹砂噴射混凝土

水泥裹砂噴射混凝土，其實(shí)質(zhì)是用水泥裹注砂料并調(diào)制成砂漿，泵送并與干式噴射機(jī)輸送的干集合料相混合，經(jīng)噴嘴噴射到受噴面上。水泥裹砂噴射混凝土的特點(diǎn)是黏結(jié)性能好，粉塵少（一般為2~10mg/m3），回彈量小，混凝土強(qiáng)度高，輸送距離長，一次噴厚度大，有淋水時易于噴敷。但噴射工藝較干噴、潮噴和濕噴都復(fù)雜，是干噴與濕噴相結(jié)合的噴射新工藝。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.4水泥裹砂噴射混凝土水泥裹砂法施工工藝特性：水泥裹砂法噴射混凝土是將噴射集料分兩條作業(yè)線作不同處理后再壓入混合管混合，然后通過聯(lián)接混合管的噴管和噴頭噴射到工作面上去的新施工法。噴射混凝土中的砂漿基本上是按濕式拌和和壓送，但制造的水泥砂漿與常態(tài)水泥砂漿不同，是一種造殼水泥砂漿，其結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高，其造殼砂漿結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。而其他集料，即骨料和速凝劑等基本上是按干式拌和和壓送。噴射作業(yè)時，將此種造殼砂漿和骨料（干燥狀態(tài)并含速凝劑）經(jīng)兩條管路壓送到混合管中混合后通過噴嘴噴出。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.4水泥裹砂噴射混凝土噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.5纖維噴射混凝土鋼纖維噴射混凝土是指以氣壓動力高速度噴射到受敷面上含有不連續(xù)分布鋼纖維的砂漿或混凝土，亦稱噴射鋼纖維混凝土。目前，國外使用最多的是鋼纖維噴射混凝土。它改變了普通混凝土的脆性特點(diǎn)，具有高強(qiáng)度、大變形及破壞后仍存在較高殘余強(qiáng)度的特點(diǎn)，使噴射混凝土的韌性、抗彎、抗剪強(qiáng)度、耐用系數(shù)和疲勞極限等都得到極大改善。鋼纖維噴射混凝土的柔性大大超過了普通混凝土，抗彎強(qiáng)度約增加50%~100%，抗剪強(qiáng)度提高約30%~50%，韌性提高數(shù)倍，在松軟、破碎圍巖和特殊地下工程中獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。纖維噴射混凝土，一般都利用現(xiàn)有噴射混凝土設(shè)備和施工工藝，即在上述的干噴、潮噴、濕噴和SEC噴射混凝土中，摻入適量的纖維而形成纖維增強(qiáng)噴射混凝土。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝3.6雙裹并列法噴射混凝土

雙裹并列法噴射混凝土（簡稱雙裹并列法）是在水泥裹砂法的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新工藝，其施工工藝流程如圖5所示。水泥裹砂法只用了設(shè)計用砂量的約一半被水泥包裹，另一半的砂子和全部的粗骨料（石子）并沒有用水泥包裹，形成一條“干路”和一條“濕路”，全部噴混凝土材料只有到混合管中才匯齊，水泥造殼是不全面的和不充分的。雙裹并列法雖然也是由兩條線路輸送料物，但“干混合料”線路的砂、石料也都用水泥包裹，不再是水泥裹砂法的干砂石料，而是“雙裹（裹石及裹砂）混合料”，另一條“濕路”也不再是水泥砂漿，而是經(jīng)過水泥包裹處理的高流態(tài)混凝土，兩條輸料線路都有水泥包裹作用，故稱“雙裹并列法”。噴射混凝土噴射混凝土的施工工藝