浅谈预拌喷射混凝土干料发展与质量控制

马旺坤，马晓虎，贾援

（1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2. 北京金隅砂浆有限公司，北京 101204；3. 华北理工大学材料科学与工程学院，河北 唐山 063210）

0 前言

近年来，喷射混凝土在矿井支护、岩土边坡稳定、隧道加固保护、建筑结构修复补强等建设工程中发挥着重要作用。随着我国建设工程对喷射混凝土质量要求的提高，以及国家对节能、减排、环境保护的高度重视，解决人工现场搅拌带来的种种问题，预拌喷射混凝土干料产品应运而生。预拌喷射混凝土干料的推广使用能减少扬尘、降低回弹量、改善施工环境，是实施节能减排，实现建筑业技术进步的成果。

1 喷射混凝土分类及现状

喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定配合比的胶凝材料、骨料及外加剂等混合料，通过喷管喷射到受喷面上，快速凝结硬化而成型的混凝土材料。根据喷射混凝土施工工艺主要分为干喷法和湿喷法两大类，通过工艺优化改进发展了潮喷法、水泥裹砂法、双裹并列法、潮掺浆法等改性方法。实际工程中较为广泛应用的是干喷法、湿喷法和潮喷法。

干法喷射混凝土将水泥、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，在松散、干燥、悬浮状态中，利用干法混凝土喷射机，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，变成水灰比较小的混凝土并喷射到受喷面上。如果用专用喷射水泥，则可不加速凝剂。干喷法喷射机体积小，方便移动，输料管长度远大于湿拌法喷射机械，可在狭小的地下空间实施喷射作业。喷射混凝土实际工程应用中以现场搅拌为主，存在原材料施工现场大量堆存、计量误差大、回弹率大材料浪费严重、工作人员劳动强度大工作效率低、粉尘大环境污染严重等诸多问题。

湿喷法喷射混凝土是将胶凝材料、骨料、水和减水剂等按一定比例搅拌成混凝土，用风动或泵送形式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，借助风压补充的能量将混凝土喷射到受喷面上。湿法喷射是针对干法喷射存在的粉尘大、回弹率大、水化程度不足等问题而发展起来的喷射混凝土新工艺。湿法喷射混凝土的明显特点是，混凝土混合料在进入喷射机前或在喷射机中加入足够的拌和水，拌和均匀，再通过送料软管送至喷嘴喷射到受喷面上。所以，混凝土的水灰比能够准确控制，有利于水泥的水化，因而粉尘较小、回弹较少，混凝土均质性好、强度易于保证。但喷射机械较笨重，移动麻烦，喷射工艺较复杂，混凝土输送距离较短（一般不超过 50m），对环境复杂难以进出的施工区域，对喷射混凝土需求量少或需要不断停止和重新启动的工程部位，以及地下水丰富地层的喷射施工，湿喷法适应性比较差。同时对骨料和外加剂的要求较高。

潮喷法喷射混凝土与干喷法射混凝土的区别在于胶凝材料与粗、细骨料的拌合不是干拌，而是采用一定量含水的粗、细骨料与胶凝材料拌为干硬性的潮料，采用相应的混凝土喷射机，用压缩空气输料，输送到喷嘴与补充压力水混合后，由喷嘴喷射到受喷面上。潮喷法施工机械与干喷法差异不大，具有方便灵活等特点。潮喷法可有效降低喷射混凝土回弹率以及施工现场的粉尘。预拌喷射混凝土干料一般采用潮喷法。

目前，湿喷法在法国、挪威、意大利、瑞典、日本、瑞士、英国等国喷射混凝土施工中占的比重较大，干喷法和潮喷法在加拿大、奥地利、葡萄牙、匈牙利等国喷射混凝土施工中占的比重较大。受喷射混凝土施工环境、施工成本以及施工机械等因素影响，干喷法和潮喷法在我国喷射混凝土施工占主导地位，湿喷法仅占喷射混凝土施工的 10% 左右。

2 预拌喷射混凝土干料

预拌喷射混凝土干料是采用经分级处理的干燥骨料、胶凝材料、掺合料、外加剂等，按规定配合比在专业工厂加工制成的一种干态混合物。预拌喷射混凝土干料是由干混砂浆厂大规模自动化生产出来的干拌成品混合料，以散装形式运输至施工现场，先与部分水按一定比例搅拌成干硬性浆料（喷射混凝土潮料），干硬性浆料状态达到“手捏成团，落地即散”为宜，采用相应的混凝土喷射机，将干硬性浆料利用压缩空气输送至喷嘴与压力水混合后喷射至受喷面，快速凝结硬化。与现场人工搅拌喷射混凝土相比，预拌喷射混凝土干料有诸多优势：

（1）预拌喷射混凝土干料一般由干混砂浆工厂加工，工厂可对骨料的粒型与级配进行有效控制，为满足客户要求及降低回弹率，可精心选择使用各种纤维和外加剂等。

（2）施工单位可根据施工要求和使用量定量采购，一方面解决了施工现场狭窄的难题，另一方面消除了施工现场各种原材料堆积如山的状况，减少了原材料在运输过程中造成的飞灰撒漏现象，减小了粉尘、物料、废水对周围环境的污染和对城市市容的影响，促进了文明施工。

（3）预拌喷射混凝土干料各种原材料在工厂内精确计量、高效搅拌混合，施工现场加水搅拌即可使用，保证了喷射混凝土性能的稳定、可提升施工效率与质量。

（4）预拌喷射混凝土干料储存于施工现场的密闭散装筒仓内，占地面积小，且对环境适应能力强，不怕雨水，无需特殊储存。

（5）散装罐自带连续式混浆机，接通水电后，即可制备干硬性浆料，然后进行喷射施工，施工方便，节省人工成本。

（6）预拌喷射混凝土干料的使用为喷射混凝土开发新工艺和施工新技术创造了有利条件。

目前已在北京市地铁 17 号线 06 段（太阳宫站—望京西站）使用 C20 预拌喷射混凝土干料 22000 吨。北京市地铁 17 号线 9 标段、14 标段，7 号线东延工程土建施工 03 合同段、04 标段，19 号线 04 标段和 27 号线二期（昌平线南延工程）蓟门桥站站后区间项目也使用了预拌喷射混凝土干料，其支护作用满足设计要求。西山煤电集团西曲矿、华晋焦煤集团沙曲一号矿、大唐集团刘园子煤矿等巷道支护工程中也在推广使用。

3 预拌喷射混凝土干料质量控制

预拌喷射混凝土干料作为建材行业后起之秀，在市政建设领域得到广泛应用，但在产品控制方面仍在不断完善，本文将从原材料、生产过程、成品控制三方面介绍预拌喷射混凝土干料质量控制的关键点及注意事项。

3.1 原材料控制

为了保证工程质量，所有原材料选定后，均应进行相关的试配试验，以保证预拌喷射混凝土干料产品的质量及其综合性能。

（1）水泥

预拌喷射混凝土早期强度要求较高，所以对水泥早期强度要求也高一些，所用水泥应优先选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级不低于 42.5 级。水泥在使用之前应该进行试验验证。

（2）骨料

预拌喷射混凝土干料可使用天然砂或机制砂，当采用天然砂时要严格控制砂的颗粒级配、含泥量、细度模数，要求质地坚硬，含泥量不可超过 3%，细度模数宜控制在 2.5～3.2，优先选用级配好的中砂。当使用机制砂时，尤其要控制好石粉含量，石粉含量过高会使喷射混凝土过粘而导致喷枪堵管。石子一般选用碎石，最大粒径控制在 10mm 以下，要求石子质地坚硬，压碎值控制在 15% 以下。预拌喷射混凝土干料一般选用低碱粉体速凝剂，骨料不得含有活性二氧化硅，以免发生碱骨料破坏。

（3）矿物掺合料

喷射混凝土使用的胶凝材料除水泥外，可选用粉煤灰、矿渣粉、硅灰等矿物掺合料。矿物掺合料的应用不但大大减少混凝土中的水泥用量，也可显著改善喷射混凝土的性能。如掺入粉煤灰可降低水泥水化热，对控制喷射混凝土早期开裂有显著效果；硅灰的掺加可显著提高喷射混凝土的抗压强度与粘结强度，同时增加内聚力降低回弹量。粉煤灰要求级别不低于Ⅱ级，烧失量控制在 5% 以下；矿渣粉要求不低于 S95 等级；硅灰宜选用半加密且二氧化硅含量不低于 85%。各种掺合料在应用前都应进行试配验证，确定合理的掺量。

（4）外加剂

为了改善喷射混凝土性能，往往加入一些外加剂，常见的有速凝剂、淀粉醚、纤维素醚等。速凝剂是调节预拌混凝土凝结时间的主要外加剂，尤其是在不同地下水文情况下，可做适当调整，来保证工程顺利进行，一般使用低碱粉体速凝剂，且满足 GB/T 35159—2017《喷射混凝土用速凝剂》的相关要求；纤维素醚可有效提升砂浆内聚力，从而降低回弹率，其性能应满足 JC/T 2190—2013《建筑干混砂浆用纤维素醚》的相关要求。

3.2 生产过程控制

3.2.1 生产计量

进行生产时，要严格按照配合比进行配料，定期校准称量设备，根据校准情况对计量设备进行修正，保证称量准确性。计量设备的精度要求：单一粉料小于等于500kg 时，允许偏差 5kg，大于 500kg 时，允许偏差为计量值的 1%；单一集料小于等于 500kg 时，允许偏差10kg，大于 500kg 时，允许偏差为计量值的 2%；单一外加剂小于 1kg 时，允许偏差 30g，大于等于 1kg 小于等于 10kg 时，允许偏差 50g，大于等于 10kg 时，允许偏差为 200g。在生产过程中，要对计量设备进行动态跟踪，一旦发现计量异常时，要及时进行校准调整。

3.2.2 干燥过程

根据相关要求，预拌喷射混凝土干料用砂石含水率要控制在 1.0% 以下，如果砂石含水率超标，产品贮存过程中容易结块，速凝剂与胶凝材料发生反应，导致产品在散装移动筒仓中板结，影响产品的正常使用。因此要严格控制干燥过程，根据砂石不同含水率，调整烘干工艺参数，如干燥温度、时间等。烘干系统出料口的料温不宜高于 70℃。

3.2.3 混合过程

搅拌混合是由原材料到成品的物理混合过程，搅拌后的物料是否均匀，需要进行均匀性实验验证，按照现行行业标准 JC/T 2182—2013《建材工业用干混砂浆混合机》的相关规定进行测试，主要调整混合装载系数和混合时间，根据其混合均匀度结果进行相应调整。混合过程中，中控操作人员要关注相应的动态参数，一旦出现异常，及时查明原因。

3.2.4 配比调整

产品生产过程中，在混合机配备取样口取样，进行半成品检测，数据合格则继续生产，否则，进行相应的配比调整，保证产成品合格。预拌喷射混凝土调整频率最高的是颗粒级配，产品过粗会导致产品回弹增大，粉料过多容易堵喷枪，同时也会影响加水量，进而影响喷射混凝土的强度。

3.3 成品控制

预拌喷射混凝土干料与普通干混砂浆相比，粗骨料粒径更大，更容易产生离析。因此，在预拌喷射混凝土干料贮存、运输、输送以及搅拌各环节都存在离析的可能，如何防止离析，是预拌喷射混凝土干料产品控制的重点。通常采取的防离析措施如下：

（1）成品仓安装低料位限制装置，低料位时要及时补充库位，低料位时不可发货。

（2）与施工方及时沟通，散装移动筒仓使用时避免用空，在料用空前及时补料。

（3）散装粒料运输过程中，司机应平稳驾驶，减少颠簸。

（4）装车、打料,以及筒仓下料等过程，打料压力不得过高。

4 结语

禁止在城市施工现场搅拌砂浆，是保证建筑工程质量、提高建筑施工现代化水平、实现资源综合利用、促进文明施工的一项重要手段。喷射混凝土同样也将面临禁止现场搅拌的问题，相信使用预拌喷射混凝土干料将是喷射混凝土今后发展的一个重要方向。