喷射混凝土及速凝剂的应用发展现状.docx

引言 我国基础设施建设工程正逐年增加，水泥及混凝土的消耗量也处于高位。2020年中央预算内投资安排为6000亿元，比去年增加224亿元，重点支持新型基础设施建设，并加强交通、水利等重大工程建设。据中国混凝土与水泥制品协会年度报告显示，2020年中国全年水泥产量达到23.77亿吨，同比增长1.6%；2020年我国预拌混凝土总产量为28.43亿立方米，同比增长2.89%[1]。因此大量基础设施建设工程的推进将大力推动喷射混凝土和外加剂行业的快速发展。在未来一段时间内，隧道建设、煤矿加固、城市道路和防水设施维修等项目对喷射混凝土的需求将继续保持增长趋势，对包括速凝剂在内的各种化学外加剂需求将不断增加。所以提高喷射混凝土和速凝剂的质量可直接促进我国大量基建工程的施工质量和服役寿命得到提高和改善。本文中主要对我国喷射混凝土和速凝剂的相关知识进行了详细介绍。 1、喷射混凝土工艺发展现状 喷射混凝土的工作原理是在压缩空气或高压泵的动力下，通过喷射装置将混凝土拌合物喷射至支护表面并在几分钟内凝结硬化，起到封闭与支护的作用[2]。喷射混凝土技术起始于20世纪的美国，1911年喷射技术首次获得专利并成立Cement Gun公司[3]。 喷射混凝土成型工艺主要分为干喷法和湿喷法。干喷法在施工过程中存在粉尘量和回弹量均较大、工作环境恶劣、喷料时有脉冲现象且均匀度差、实际水灰比不易准确控制、生产效率低、配套使用的碱性粉状速凝剂会造成后期强度损失大、耐久性差等缺点[4]。因此喷射工艺也逐步由干喷法转为湿喷法施工，湿喷法与干喷法的工艺特点见表1。20世纪60年代末期，我国冶金、水电部门开始研究喷射混凝土技术及设备。随着新奥法施工技术的引进，第三冶金建设公司和冶金部建筑研究院合作，成功地首次应用喷射混凝土技术建造了鞍钢弓长岭铁矿的矿山运输巷道[5]。北京地铁工程也曾使用喷射混凝土修复因火灾烧坏的钢筋混凝土衬砌，为我国早期喷射混凝土技术的研究与开发奠定了坚实的基础[6]。20世纪80年代初，由于施工环境安全和施工人员少等优点，我国开始采用湿喷混凝土技术并逐渐在其他地区推广应用。但与国外湿喷机相比，我国湿喷机仍存在整体性能落后、稳定性差，以及配套的液体速凝剂的性能和应用技术欠缺等问题，这在一定程度上阻碍了湿喷混凝土工艺在我国的发展。目前，湿喷混凝土在我国的喷射混凝土施工中约占50%，而其他国家如意大利、瑞典、日本等国家均达到85%以上。近几年我国湿式混凝土喷射机已逐渐发展成熟，在部分工程（尤其是水利工程）中也成功应用了湿喷混凝土。湿喷混凝土工艺是喷射混凝土技术未来发展的主流方向。 2、喷射混凝土施工设备2.1 干式混凝土喷射机1942年，瑞士ALIVA公司研发出干式转子式喷射设备，之后其他国家陆续研发出多种干式喷射机。干喷机根据结构形式分为双罐式、螺旋式、转子式。欧美等国部分生产商的干喷机技术规格见表2[7]。20世纪60年代初期，我国开始展开混凝土喷射机的研发工作，并研制出冶建-65型、HLP-701型等干式混凝土喷射机[8]。国内部分干喷机技术规格见表3。在1986～2000年期间，我国研发的潮喷机推动了喷射混凝土在地下井工煤矿的应用。但干（潮）喷施工作业仍然存在粉尘大、回弹率高、喷射质量差等弊端。因此国家安监总局在2010年规定禁止干式混凝土喷射设备在煤矿等行业中使用，并将其列为淘汰产品[9]。 2.2 湿式混凝土喷射机 混凝土湿喷机根据工作原理不同分为风送型和泵送型两大类[10]。中国早期研制出的风送型湿式混凝土喷射机有TK-961型湿喷机、SPZ-6型湿喷机等，然而却存在最大输送距离短、回风现象严重等问题。而泵送型湿喷机虽然能够克服其缺点，但其核心技术早期被西方发达国家所垄断[11]。我国早期采用的的湿喷机基本均是国外生产的泵送式湿喷机，包括瑞典芬兰Normet公司、瑞士ALIVA公司、Stabilator公司等，价格昂贵。国外主要湿喷机技术规格见表4。 近年来，随着我国城市地铁工程、铁路隧道、矿产开发等地下基建工程的持续开发，对施工过程中大型喷射设备的需求与日俱增，同时对喷射设备工作性的要求也更为严格。经过多年的研发试验，我国设计生产了大量具有一定智能化程度的新型湿喷机，代表性产品主要包括：（1）三一重工研发SYM5171TPJ车载湿喷机、SPJ3017专用底盘湿喷机和SPJ2010矿用湿喷机；（2）中铁轨道机械公司研发的HPS3016S混凝土湿喷机、HPS5016双臂混凝土湿喷机、HPS08+HBS30喷射机组等湿喷机；（3）徐州工程机械集团有限公司设计的HPS30混凝土湿喷机组、SPB7型湿式混凝土喷射机等湿喷设备。表5是我国最新湿喷机的参数对比。 2.3 喷射混凝土机械手 近年来，大型机械手湿喷工艺已经成为喷射混凝土施工