喷射混凝土施工质量检测

喷射混凝土施工质量检测主讲教师：宁波试验检测技能训练土木工程检测技术专业教学资源库喷射混凝土的用途喷射混凝土的原材料喷射混凝土的性能喷射混凝土的施工工艺喷射混凝土的用途

喷射混凝土是用于加固和保护结构或岩石表面的一种具有速凝性质的混凝土。该技术是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定配合比的水泥、砂、石子及外加剂等拌合料，通过喷管喷射到受喷面上，在很短的数分钟之内凝结硬化而成型的混凝土补强加固材料。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.1水泥喷射混凝土用水泥应考虑水泥与速凝剂的相容性。可分为三大类:第一类是硅酸盐系列的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣碳酸盐水泥，强度等级不应低于32.5MPa。这些水泥用于喷射混凝土时，需要加入速凝剂。速凝剂的掺加量和品种应通过正式配制前试验确定。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.1水泥第二类是专用的喷射水泥，这种水泥由于含有快凝快硬的矿物氟铝酸钙（11CaO·7A12O3·CaF2），因此水泥本身即有速凝的性质，10~20min即可终凝，6h强度即可达10MPa以上，1d强度可达30MPa以上。同时该水泥还含有一定量的硅酸三钙（C3S），因此后期强度也较高。如果喷射水泥本身的凝结时间还不符合施工要求，可以掺加专用的调凝剂进行调节。第三类是一些特殊场合使用的混凝土，可以用一些具有特定性能的水泥。例如修补炉衬可用抗硫酸盐水泥等。在这些水泥中一般不掺速凝剂，尤其是高铝水泥，掺加速凝剂会因速凝剂中的干性碳酸盐与高铝水泥的水化物水化铝酸钙反应导致混凝土强度的降低甚至溃裂。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.2集料粗集料，卵石或碎石均可，但以卵石为好。卵石对设备及管路磨蚀小，也不像碎石那样因针片状含量多而易引起管路堵塞。尽管目前国内生产的喷射机能使用最大粒径为25mm的集料，但为了减少回弹，集料的最大粒径不宜大于20mm。集料级配对喷射混凝土拌合料的可泵性、通过管道的流动性、在喷嘴处的水化、对受喷面的黏附以及最终产品的密度和经济性都有重要作用。为取得最大的密度，应避免使用间断级配的集料。喷射混凝土需掺入速凝剂时，不得用含有活性二氧化硅的石材作粗集料，以免碱骨料反应而使喷射混凝土开裂破坏。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.2集料细集料可选用无风化的山砂或河砂，细度模数应在2.7~3.7之间，其中直径小于0.075mm的细砂应低于20%。因为砂子过细不仅会影响喷射性能，而且会影响水泥浆与集料表面的黏结。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.3外加剂

用于喷射混凝土的外加剂有速凝剂、引气剂、减水剂和增黏剂等。（1）速凝剂。主要目的是使喷射混凝土速凝快硬，减少回弹损失，防止喷射混凝土因重力作用所引起的脱落，提高它在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，以及可适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间。喷射混凝土喷射混凝土的原材料1.3外加剂喷射混凝土我国目前所生产的速凝剂大多含有铝酸钠、碳酸钠、生石灰等碱性物质。其速凝作用的原理是速凝剂中的碱性物质在加水拌和时立即与水泥中用于缓凝作用的CaSO4·2H2O发生反应形成Na2SO4而失去缓凝作用。水泥中的C3A迅速发生水化，并在溶液中析出C3A的水化物而导致水泥很快凝结硬化。喷射混凝土的原材料1.3外加剂喷射混凝土（2）减水剂。除可以提高混凝土的强度及耐久性外，还可以减少施工时的回弹量。减水剂应尽量选用非引气型及非缓凝型的减水剂，对减水率无特殊要求。（3）增黏剂。主要增加喷射混凝土对施工面的黏结力，同时减少施工时的回弹率，增黏剂一般由对混凝土性能无有害影响的水溶性树脂组成，掺量可通过试验确定。(4)早强剂。当采用硅酸盐系列的水泥时，为增加喷射混凝土的早期强度，往往需要掺入一些早强剂。早强剂的选用也应通过试验，例如与速凝剂的相容性。另外，如果是钢筋混凝土应选用对钢筋无锈蚀作用的早强剂。高铝水泥由于本身早期强度很高，不需掺早强剂。(5)防水剂。当要求喷射混凝土具有较高的抗渗性时（如有地下水渗漏的地下工程）应在混凝土中掺入一些防水剂.喷射混凝土的性能喷射混凝土与浇注混凝土有许多相似之处，但也有许多不同之处：其一，喷射混凝土的施工工艺与成型条件有别于普通混凝土；其二，水泥含量及砂率均较普通混凝土高，水灰比较小，特别是掺入速凝剂后，大大改变了混凝土结构，因此，它的性能与普通混凝土有一定差别。2.1强度（1）抗压强度。喷射混凝土抗压强度常用来作为评定喷射混凝土质量的主要指标。喷射混凝土在高速喷射时，其拌合物受到压力和速度的连续冲击，使混凝土连续得到压密，因而无需振捣也有较高的抗压强度。其强度发展的特点为：早期强度明显提高，1h即有强度，8h强度可达2.00MPa，1d强度达到6~15MPa。但掺入速凝剂后，喷射混凝土后期强度较不掺的约降低10%~30%，见表2、3。喷射混凝土喷射混凝土的性能喷射混凝土喷射混凝土的性能（2）抗拉强度。喷射混凝土用于隧道工程和水工建筑，抗拉强度则是一个重要参数。喷射混凝土的抗拉强度与衬砌的支护能力有很大的关系，因为在薄层喷射混凝土衬砌时，尤其在衬砌突出部位附近易产生拉力应变。喷射混凝土的抗拉强度约为其抗压强度的1/23~1/16。为提高其抗拉强度，可采用纤维配筋的喷射混凝土。喷射混凝土抗拉强度随抗压强度的提高而提高。因此提高抗压强度的各项措施，基本上也适用于抗拉强度。采用粒径较小的集料，用碎石配制喷射混凝土拌合料，采用铁铝酸四钙含量高而铝酸三钙含量低的水泥和掺用适宜的减水剂都有利于提高喷射混凝土的抗拉强度。喷射混凝土喷射混凝土的性能（3）弯拉强度。抗弯强度与抗压强度的关系同普通混凝土相似，即约为抗压强度的15%~20%。（4）抗剪强度。地下工程喷射混凝土薄衬砌中，常出现剪切破坏，因而在设计中应考虑喷射混凝土的抗剪强度。（5）黏结强度。喷射混凝土用于地下工程支护和建筑结构补强加固时，为了使喷射混凝土与基层（岩石、旧混凝土）共同工作，其黏结强度非常重要，喷射混凝土黏结强度与基层化学成分、粗糙程度、结晶状态、界面润湿、养护情况等有关。（6）弹性模量。喷射混凝土的弹性模量随原材料配合比、施工工艺等的不同有较大差异。混凝土强度、表观密度越大，喷射混凝土弹性模量越高；骨料弹性模量越大喷射混凝土弹性模量也越高。且潮湿喷射混凝土试件的弹性模量较干燥的高。喷射混凝土喷射混凝土的性能喷射混凝土2.2变形（1）收缩变形：同普通混凝土一样，喷射混凝土的收缩也是由其硬化过程中的物理化学反应以及混凝土的湿度变化引起的。喷射混凝土的收缩变形主要包括干缩和热缩，干缩主要由水灰比决定，较高的含水量会出现较大的收缩，而粗集料则能限制收缩的发展。因此，采用尺寸较大与级配良好的粗集料，可以减少收缩。热缩是由水泥水化过程中的热升值所决定的。采用水泥含量高、速凝剂含量高或采用速凝快硬水泥的喷射混凝土热缩较大。厚层结构比含热量少的薄层结构热缩要大。许多因素影响着喷射混凝土的收缩值，主要因素有速凝剂和养护条件。有关试验表明：同样在自然条件下养护，掺加占水泥重3%~4%的速凝剂的喷射混凝土的最终收缩率要比不掺速凝剂的大80%；喷射混凝土在潮湿条件下养护时间愈长，则收缩量愈小。（2）徐变变形：喷射混凝土的徐变变形是其在恒定荷载长期作用下变形随时间增长的性能。一般认为，徐变变形取决于水泥石的塑性变形及混凝土基本组成材料的状态。喷射混凝土的施工工艺3.1干式喷射混凝土将水灰比小于0.25的水泥、砂子、石子混合料和粉状速凝剂按一定的比例混合搅拌均匀后，利用干式混凝土喷射机，以压缩空气为动力，经输料管到喷嘴处，与一定量的压力水混合后，喷射到受喷面上。如果用专用的快凝锚喷水泥，则可不加速凝剂。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.1干式喷射混凝土优点：①施工工艺流程简单、方便，所需施工设备机具较少，只需强制拌和机和干喷机即可；②输送距离长，施工布置比较方便、灵活，输送距离可达300m，垂直距离可达180m；③速凝剂可提前在喷射机前加入，拌和比较均匀。缺陷：①其工作面粉尘量及回弹量均较大，工作环境恶劣，喷料时有脉冲现象且均匀度差；②实际水灰质量比不易准确控制，影响喷射混凝土的质量；③生产效率低。干式喷射混凝土是应用最广泛的施工方法。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.2潮式喷射混凝土喷射混凝土将水灰比在0.25~0.35间的混合料和速凝剂按一定比例混合后搅拌均匀，利用潮式混凝土喷射机，以压缩空气为动力，经输料管输送至喷嘴处与补充的压力水混合后喷射于受喷面上。潮喷输料管不宜太长，不宜使用早强水泥，但粉尘和回弹率都比干喷小得多。喷射混凝土的施工工艺3.3湿式喷射混凝土

将水泥、砂子、石子、水按一定比例混合后搅拌成混凝土（水灰比一般为0.5左右，坍落度13cm左右），用泵将搅拌好的混凝土经输料管压送至喷嘴处，与液体速凝剂相混合，借助压风补充的能量将混凝土喷射到受喷面上。湿喷粉尘小、回弹率低、混凝土强度高，但喷射工艺较复杂，对集料和外加剂的要求较高，混凝土输送距离较短（一般不超过50m）。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.3湿式喷射混凝土湿喷法施工工艺特性：①喷混凝土拌合料拌和充分，有利水泥充分水化，因而混凝土强度较高。②水灰比能较准确控制但比干喷法用水量多。③速凝剂一般不能提前加入，应在喷射机之后方可加入。④粉尘、回弹量均较低，生产环境状况较好。⑤湿喷机具设备较复杂，速凝剂加入较困难，湿喷机分为风动、挤压泵、液压活塞泵、螺旋输送泵等。⑥输料距离和高度远比干喷法要小，喷射系统布置需靠近工作面。⑦由于混合料事前加水，故施工中途不得停机，停喷后要尽快将设备冲洗干净。⑧水泥用量相对干喷法要多，一般达500kg/m3。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.4水泥裹砂喷射混凝土

水泥裹砂喷射混凝土，其实质是用水泥裹注砂料并调制成砂浆，泵送并与干式喷射机输送的干集合料相混合，经喷嘴喷射到受喷面上。水泥裹砂喷射混凝土的特点是黏结性能好，粉尘少（一般为2~10mg/m3），回弹量小，混凝土强度高，输送距离长，一次喷厚度大，有淋水时易于喷敷。但喷射工艺较干喷、潮喷和湿喷都复杂，是干喷与湿喷相结合的喷射新工艺。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.4水泥裹砂喷射混凝土水泥裹砂法施工工艺特性：水泥裹砂法喷射混凝土是将喷射集料分两条作业线作不同处理后再压入混合管混合，然后通过联接混合管的喷管和喷头喷射到工作面上去的新施工法。喷射混凝土中的砂浆基本上是按湿式拌和和压送，但制造的水泥砂浆与常态水泥砂浆不同，是一种造壳水泥砂浆，其结构合理、强度高，其造壳砂浆结构模型如图4所示。而其他集料，即骨料和速凝剂等基本上是按干式拌和和压送。喷射作业时，将此种造壳砂浆和骨料（干燥状态并含速凝剂）经两条管路压送到混合管中混合后通过喷嘴喷出。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.4水泥裹砂喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.5纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土是指以气压动力高速度喷射到受敷面上含有不连续分布钢纤维的砂浆或混凝土，亦称喷射钢纤维混凝土。目前，国外使用最多的是钢纤维喷射混凝土。它改变了普通混凝土的脆性特点，具有高强度、大变形及破坏后仍存在较高残余强度的特点，使喷射混凝土的韧性、抗弯、抗剪强度、耐用系数和疲劳极限等都得到极大改善。钢纤维喷射混凝土的柔性大大超过了普通混凝土，抗弯强度约增加50%~100%，抗剪强度提高约30%~50%，韧性提高数倍，在松软、破碎围岩和特殊地下工程中获得愈来愈广泛的应用。纤维喷射混凝土，一般都利用现有喷射混凝土设备和施工工艺，即在上述的干喷、潮喷、湿喷和SEC喷射混凝土中，掺入适量的纤维而形成纤维增强喷射混凝土。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺3.6双裹并列法喷射混凝土

双裹并列法喷射混凝土（简称双裹并列法）是在水泥裹砂法的基础上发展而成的一种新工艺，其施工工艺流程如图5所示。水泥裹砂法只用了设计用砂量的约一半被水泥包裹，另一半的砂子和全部的粗骨料（石子）并没有用水泥包裹，形成一条“干路”和一条“湿路”，全部喷混凝土材料只有到混合管中才汇齐，水泥造壳是不全面的和不充分的。双裹并列法虽然也是由两条线路输送料物，但“干混合料”线路的砂、石料也都用水泥包裹，不再是水泥裹砂法的干砂石料，而是“双裹（裹石及裹砂）混合料”，另一条“湿路”也不再是水泥砂浆，而是经过水泥包裹处理的高流态混凝土，两条输料线路都有水泥包裹作用，故称“双裹并列法”。喷射混凝土喷射混凝土的施工工艺