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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(guò)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(lái)，隨著我國(guó)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(lái)源廣泛、施工便利、對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(wú)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(guó)，發(fā)展至今已有100多年。2020年，全球噴射混凝土市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了523億美元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到715億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)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(lái)，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(wú)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(shí)，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(shí)現(xiàn)國(guó)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(dòng)噴射混凝土向高性能化和高耐久方向發(fā)展。

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

CCPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會(huì)/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(shí)間和強(qiáng)度，這不僅取決于混合物設(shè)計(jì)，還取決于液體無(wú)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(shí)間?！盋CPA噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會(huì)秘書長(zhǎng)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(jì)到2025年將達(dá)到986.62億美元，2017—2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.15％。全球采礦活動(dòng)、隧道建設(shè)增加等是推動(dòng)全球噴射混凝土速凝劑市場(chǎng)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(shí)體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要。

近年來(lái)，隨著國(guó)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(lái)越大、質(zhì)量要求也越來(lái)越高，性能要求越來(lái)越綜合化、多樣化，因此對(duì)噴射混凝土品種與性能要求越來(lái)越高，對(duì)噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)水平要求也越來(lái)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。“在川藏鐵路拉薩—林芝試驗(yàn)段的工程實(shí)踐中，為實(shí)現(xiàn)噴射混凝土在到達(dá)受噴面時(shí)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(shí)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(xiàng)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(xiàng)重要的措施。某高鐵全線重點(diǎn)控制性工程，隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，整體施工風(fēng)險(xiǎn)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(jí)圍巖占比高達(dá)86%。受地材環(huán)境限制與施工成本控制，項(xiàng)目采用機(jī)制砂制備噴射混凝土?！闭劦皆诠こ讨腥〉玫耐黄疲邪儆耆鐢?shù)家珍。

在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，同樣需要?jiǎng)?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(shí)體噴射混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)噴射混凝土的施工質(zhì)量顯得尤為重要?！鄙邪儆曛赋?，目前現(xiàn)行的噴射混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)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(shí)際受載作用機(jī)理。況且國(guó)內(nèi)現(xiàn)行施工規(guī)范和質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的“噴大板”試驗(yàn)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所獲取的樣本數(shù)量有限，強(qiáng)度值有時(shí)也不能真正反映實(shí)際噴射混凝土的性能。

未來(lái)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(guó)幅員遼闊，社會(huì)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(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

“當(dāng)前行業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)主要有以下幾點(diǎn)：一是國(guó)內(nèi)外相關(guān)速凝劑產(chǎn)品的檢驗(yàn)方法和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)存在不統(tǒng)一問(wèn)題。特別是關(guān)于速凝劑產(chǎn)品分類和性能指標(biāo)問(wèn)題，我國(guó)甚至沒(méi)有無(wú)堿速凝劑的明確定義，對(duì)于多少堿含量才是無(wú)堿或者低堿存在爭(zhēng)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(shí)間仍舊不合理，通常凝結(jié)時(shí)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(duì)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(lái)弱化對(duì)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(bào)的速凝劑研發(fā)使得速凝劑市場(chǎng)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(duì)環(huán)境的污染，現(xiàn)已明確要求在施工過(guò)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(guó)“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(guó)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(wú)可比擬的優(yōu)越性。由于對(duì)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(guó)“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(guó)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?duì)此，尚百雨建議，一是研發(fā)性能更好的早強(qiáng)型無(wú)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(wú)害工業(yè)副產(chǎn)品等廉價(jià)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(lái)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(cè)評(píng)價(jià)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(shí)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(dòng)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(guó)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(huì)/供圖