喷射混凝土及速凝剂的应用发展现状.docx

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1、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%。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

2、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。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CementGun公司网。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

3、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。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。表1 I咬法9况喷法的I：艺特点项目千蹴法湿啧法（风送型）湿喷法（泵送型）机械设备简单较简单较复杂粉尘浓度50gm3降低 50% 80%降低80%以上耗风量较大降低50%降低50%以上回弹率20%40%降低至10%降低至5% 10%水灰质量比0.4 0.50.5-0.550.55（加塑化剂）压送距离200-300m水平60m垂直30m水平IOom垂直30m设备清洗容易困难，中途不能停歇困难，中途不能停歇水泥用量4OOkgZm3450480kgm3480-560k

4、gm3混凝土坍落度-810cm10 12cm20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。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。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

5、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 ALlVA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2t7表2 Iq外部分Ptt机技术规格型号喷射能力/(m3h。骨料最大粒径/

6、 mm勺卜形J德国 BSM-650625德国 TORKRET-S3825瑞士 AUVA-2607.725美国 REED-LASe-I925美国 EIMCC)-6181920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网。国内部分干喷机技术规格见表3。& 3国内部分I：咬机技术规格型号生产能力 /(m3h1)骨料最大粒径 / mm输料管直径7 mm压缩空气消耗量 /(m3 min-1)最大输送距离 /m外形尺寸 /(mmmmmm)类型PZ-5B520507-820012507801170转子式ZHP-24525505102001

7、2507501435转盘式在19862000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。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“3。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山。我国早期采用的的 湿喷机基本均是国外生

8、产的泵送式湿喷机，包括瑞典芬兰NOnnet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。衣4国外I：.耍湿喧机的技术规格生产能力/（mjh）输送距离/m外形尺寸/ (mm mmmm)类型英国 COMPERNASS-20862001530 690 1700气送式日本德斯古马恩614032 X1500 2660气送式日本极东PC08-60M8100530012002050泵送式美国 EIMCOF-2430165085001550泵送式德国BASF615018 X 930 2460泵送式近年来，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

9、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、HPSO8+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。U 5国内最新汨喷机参数咐比设备留能 程

10、度遥控 形式出口压力 /bar大智角度理论喷射排 /（m3h）喷射骨科最大粒径 mm输送直径 mm最大喷射高度 /m最大喷射宽度 /mSYM5171TPJ中-一30-4517.530.0HPSD2008低无线80270201590815HPS3016S中无线8027030159017.531.4XZPS30低有线7523030-80-1251628HP2516低无线75一258016.830HP3217N低无线822703216901715KC2515W低无线75-2516751513GHP6015G-II中-83-30x2-16-2.3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

11、凝土施工的一种新型方法，并在 隧道施工过程中得到了广泛应用11叫喷射机械手不仅提升了混凝土施工的工作效率 和质量，更重要的是优化了喷射作业环境，保障了工人安全。喷射机械手从20世纪60年代开始在国外使用，目前应用较多的是芬兰的 Normet,瑞士的AliVa和MeyC0、日本的古河等系列型号【划。我国从70年代开始 研制喷射机械手，目前应用成熟的主要有中联重科的CIFASPritZCSS-3、湖南五 新隧道智能装备股份有限公司的CHP30F和WHP3OEs中国铁建重工集团有限公 司的HPS5016以及徐州工程机械集团有限公司的HPRO8等产品。截至2020年国内最新湿喷机械手的参数对比见表6o

12、表6收内以斯阻机椎r的参数“比设备智能9浸蚊彩式出口压力 /bar大胃 角度理论喷射排 /（m,h）*射H脚大救梗 nm，送直径 mm喷射高度 /m喷射宽度OFA Spritz CSS-3中无我65-30-15.716CHP30F中无线7524030-80-1251624WHP30E低无线10029030-17.315.5HPS5016中无线802705015901630GHP3015D中无姣83270301590-1255813.5GHP2516C-I中无线75270251690-12516413.5CSPB25T低-75-25-10.516GHP25C-IV低无线83360251690-1

13、251613GHP6015G-II中-83一302-16-随着科学技术和自动化设备的不断更新，全自动型喷射机械手己成为未来的发展趋势。 但是现在能用于实际工程中的全自动型喷射机械手较少，能够大规模量产的喷射机械 手公司也寥寥无几。虽然全自动喷射混凝土工艺在理想条件下的施工环境中具有很大 的应用潜力，但在隧道工程的实际应用中仍然困难重重。如果喷射机械手的研发设计 能够打破现有的困境，进一步优化性能，肯定能推广应用到更多的行业领域中。3、喷射混凝土用速凝剂速凝剂是一种能加快水泥或混凝土在几分钟内完成凝结硬化的化学添加剂。目前, 速凝剂已广泛应用于隧道、城建、水利电力涵洞、引水洞等地下工程的喷射混凝

14、 土施工及混凝土紧急抢险等工程中近10年来，喷射混凝土用速凝剂从高碱 粉体速凝剂逐步优化为安全高效的无碱液体速凝剂。3.1 粉状速凝剂国外从20世纪30年代开始研究喷射混凝土用速凝剂。最早投入 到工程使用的是由瑞士和奥地利共同研制并顺利应用的Sika（西卡）速凝剂附。 这类以硅酸钠、铝酸钠或碳酸钠为有效成分的传统粉状速凝剂虽然在喷射过程中 能够达到速凝，但后期强度损失过大，且存在粉尘大、回弹多、工作环境等安全 隐患，国外基本不采用粉状速凝剂。在20世纪60年代开始我国也研发了不同种 类的粉状碱性速凝剂，例如红星I型、阳泉I型、711型、782型、73牌速凝剂、 J85型速凝剂等询。由于粉状碱性速凝剂具有凝结时间快、早期强度高、掺量（水 泥质