噴射混凝土的原材料及其配比

1、第1節(jié) 噴射混凝土的原材料及其配比由于噴射混凝土工藝的特殊性，對(duì)原材料的性能、規(guī)格要求及其配比，也和普通混凝土有所不同一、 水泥水泥的品種和規(guī)格應(yīng)根據(jù)巷道支護(hù)工程的要求、水泥對(duì)所用速凝劑的適用性，以及現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)條件而定。應(yīng)優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥，起特點(diǎn)是凝結(jié)硬化快，保水性好，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快；也可以根據(jù)實(shí)際情況選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰硅酸鹽水泥。礦渣水泥凝結(jié)較慢、早期強(qiáng)度增長(zhǎng)遲緩，而且對(duì)滴水和低溫特別敏感，凝結(jié)硬化效果明顯降低?；鹕交夜杷猁}水泥雖然粘著，有利于降低回彈，但早期硬化慢，吸水性強(qiáng)，需較長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)護(hù)，否則容易因迅速干燥而使水分過早蒸發(fā)，導(dǎo)致噴射混凝土產(chǎn)生較大收縮而開裂。因此，采用礦渣硅酸

2、鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥作噴射混凝土用料時(shí)要慎重，一般在噴射工作面無水或巖體較穩(wěn)定時(shí)采用。如礦山水硫酸根離子含量高，設(shè)計(jì)規(guī)定混凝土要有防腐蝕要求時(shí)，應(yīng)選用抗硫酸鹽水泥。如采用堿性速凝劑時(shí)，不得使用礬土水泥。水泥標(biāo)號(hào)一般不得低于325號(hào)。過期、受潮結(jié)塊或混合的水泥均不得使用。二、 砂子應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，系數(shù)模數(shù)應(yīng)大于2.5，含水率宜控制在5%7%，含泥量不得大于3%。細(xì)砂會(huì)增加噴射混凝土的干縮變形，而且過細(xì)的粉砂中小于5m的顆粒和游離二氧化硅的含量較大，易產(chǎn)生大量粉塵，影響操作人員的身體健康。噴射混凝土用砂的技術(shù)要求見表1-6-1。顆粒級(jí)配篩孔尺寸（mm）0.150.301.25.0

3、累計(jì)篩余（以重量%計(jì)）9510070952055010泥土質(zhì)含量（用沖洗法實(shí)驗(yàn)）按重量計(jì)不大于（%）3硫化物和硫酸鹽含量（折算為SO4）按重量計(jì)，不大于（%）1有機(jī)質(zhì)含量（用比色法實(shí)驗(yàn)）顏色不深于標(biāo)準(zhǔn)色，如深于標(biāo)準(zhǔn)色，則以混凝土進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)加以復(fù)核三、 石子應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石，粒徑不應(yīng)大于15mm。采用卵石。因其光滑干凈，對(duì)噴射機(jī)和輸料管路摩損少，有利于遠(yuǎn)距離輸料和減少堵管故障。碎石混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度高，噴射作業(yè)中回彈率也較低，但碎石有棱角，表面粗糙，對(duì)噴射機(jī)和輸料管路摩損嚴(yán)重，應(yīng)盡量少用。噴射混凝土用石子的技術(shù)要求見表1-6-2。當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí)，不得使用含有活性二氧化硅的

4、石材。四、 水凡能飲用的自來水及潔凈的天然水都可以作為噴射混凝土混合用水?；旌纤胁粦?yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)，不得使用污水以及PH<4的酸性水和含硫酸鹽量按SO4計(jì)算超過水重的1%的水。五、 速凝劑速凝劑按成分可分為兩類：一類是以鋁酸鹽和碳酸鹽為主，再?gòu)?fù)合一些其他無機(jī)鹽類組成；另一類則以水玻璃為主要成分，再與其他無機(jī)鹽類復(fù)合組成。按形狀又可分為粉狀和液狀兩類。速凝劑能使噴射混凝土凝結(jié)速度快、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度損失小、干縮變形增加不大、對(duì)金屬腐蝕小、在低溫（5左右）下不致失效。使用速凝劑前，應(yīng)做與水泥的相容性試驗(yàn)及水泥凈漿凝結(jié)效果試驗(yàn)。初凝應(yīng)在35min范圍內(nèi)，終凝不應(yīng)大于

5、10min。速凝劑摻量應(yīng)根據(jù)水泥性能、相容性試驗(yàn)、施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、速凝劑出廠說明書要求進(jìn)行水泥凈漿凝結(jié)試驗(yàn)，決定最佳摻量，一般約為水泥重量的2.54.0%。速凝劑的運(yùn)輸存放必須保持干燥，不得損壞包裝品，以防受潮變質(zhì)，影響使用效果和工程質(zhì)量。過期的、變質(zhì)結(jié)塊的速凝劑不得在重要工程使用。一般工程使用前必須重做試驗(yàn)，決定摻量后酌情使用。 六、 配合比由于噴射混凝土施工工藝的特點(diǎn)，在選擇噴射混凝土配合比時(shí)，既要滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)噴射混凝土的物理力學(xué)性能方面的要求，又要考慮噴射混凝土施工工藝方面的要求，而使噴射混凝土具有足夠的抗壓、抗拉、粘結(jié)強(qiáng)度，又使噴射混凝土收縮變形值保持最小，噴射作業(yè)時(shí)的回彈率也最低

6、。這里的混合料配合比是指一立方米噴射混凝土中，水泥、砂、石子所占比例。不應(yīng)認(rèn)為水泥用量越大越好。水泥用量大，噴射混凝土的收縮也大，容易開裂，而且費(fèi)用增加。為了減少噴射時(shí)的回彈物，噴射混凝土與普通混凝土相比，其石子用量要少得多，而砂子用量則相應(yīng)增大，甚至達(dá)50%。砂率高了，集料總表面積就增大，也就勢(shì)必要求更多的水泥漿包裹集料表面，以滿足噴射混凝土強(qiáng)度的要求。實(shí)際上也不能過多使用水泥。一般噴射混凝土混合料的配比如下：水泥與砂石只重量比為1：41：4.5 ，砂率宜為45%55%；水灰比宜為.040.45速凝劑摻量應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能通過實(shí)驗(yàn)確定。噴漿時(shí)，水泥：砂為1：2至1：3（重量比），水灰比0.40.

7、55。噴射混凝土?xí)r，水泥：砂：石子為1：2：2，1：2.5：2，初噴時(shí)可適當(dāng)減少石子摻量，水灰比0.40.5。原材料按重量計(jì)，稱重的允許偏差，水泥和速凝劑均為±2%，砂和石子均為±3%。第二節(jié) 噴射混凝土的主要工藝參數(shù)噴射混凝土的工藝流程中，主要是供料、壓氣、供水、供電四大系統(tǒng)。四大系統(tǒng)齊備，才能進(jìn)行正常噴射混凝土操作。但是工作氣壓多大合適，噴頭噴射的方向以及噴頭距受噴的圍巖表面距離多少才能有效地作業(yè)，一次碰層厚度多大為合理，初噴和復(fù)噴的間隔時(shí)間多長(zhǎng)為適宜，以及噴層與錨桿、金屬網(wǎng)的關(guān)系等，都需要科學(xué)、合理、實(shí)用的工藝參數(shù)。工藝參數(shù)合理，才能保證噴射混凝土的質(zhì)量和施工進(jìn)度，從

8、而有效地發(fā)揮其應(yīng)有的支護(hù)作用。一、工作壓力工作壓力是指噴射混凝土正常施工時(shí)，噴射機(jī)工作罐里或轉(zhuǎn)子體內(nèi)的壓氣壓力。噴射混凝土是靠壓縮空氣來輸送混合料的，因此，爭(zhēng)取掌握氣壓式十分重要的。氣壓掌握是否適當(dāng)，對(duì)減少噴射混凝土的回彈里量，降低粉塵，保證噴射混凝土質(zhì)量，防止輸送管路堵塞等都有很大的影響。控制氣壓，就是要保證噴頭出混凝土的噴射速度穩(wěn)定在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。在氣量固定時(shí)，工作罐或轉(zhuǎn)子體內(nèi)的氣壓并不是保持不變的，而是雖輸料管內(nèi)的阻力大小而變化的，阻力越大，消耗氣壓越多。因此，為保證噴頭出能獲得適宜的氣壓，以保持穩(wěn)定、有效的噴射速度，就必須根據(jù)氣壓在輸料管路內(nèi)的損失（即氣壓損失），而調(diào)整工作罐處的氣

9、壓。為了降低粉塵和回彈，大都采用低氣壓。一般來說，水平輸送距離3050mm，噴射機(jī)的工期壓力保持在0.120.18MPa是適當(dāng)?shù)暮陀行У?。進(jìn)料管內(nèi)徑為50mm時(shí)，噴射機(jī)的工作氣壓可參照下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：水平輸料，輸料管長(zhǎng)度在200m以內(nèi)，噴射機(jī)的壓力為：空載壓力（MPa）=0.001×輸料管長(zhǎng)度（m）工作壓力（MPa）=0.1+0.0013×輸料管長(zhǎng)度（m） 向上垂直輸料時(shí)，要求工作氣壓比水平輸料時(shí)大，每增加高度10m，約增加工作氣壓0.020.03MPa。當(dāng)然，在噴射混凝土施工過程中，噴射機(jī)司機(jī)應(yīng)與噴射手密切配合，分局實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整噴射機(jī)的工作氣壓。二、水壓為了保證噴頭

10、處加水通過水環(huán)能使隨氣流迅速通過的混凝土混合料充分濕潤(rùn)，一般水壓硬幣氣壓高0.1MPa左右。采用雙水環(huán)比單水環(huán)的效果好一些。應(yīng)當(dāng)采用專用水箱，裝上壓力表，操作人員調(diào)節(jié)噴頭水環(huán)上的水閥來控制水壓。三、水灰比掌握合理的水灰比對(duì)減少回彈、降低粉塵和保證噴射混凝土有直接關(guān)系。混合料加水變成混凝土是在噴頭處水環(huán)供水瞬間實(shí)現(xiàn)的，理論上最合適的水灰比是0.40.5，但實(shí)際操作中全靠噴射手的經(jīng)驗(yàn)加以控制，及時(shí)調(diào)整。主要靠目測(cè)，而不可能實(shí)測(cè)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果新噴射的混凝土易粘著，回彈量小，表面有一定光澤，說明水灰比是合適的。如果盆時(shí)時(shí)出現(xiàn)干斑，粉塵飛揚(yáng)，回彈量大，噴層表面無光澤，說明水灰比偏低，應(yīng)適當(dāng)增加水量。如

11、果噴射時(shí)表面塑性大，出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，則說明水灰比偏高，應(yīng)適當(dāng)減少水量。四、噴頭方向當(dāng)噴頭噴射方向以受噴面垂直，并稍向剛噴射的部位傾斜時(shí)，回彈量最小。這是因噴射方向與受噴面垂直時(shí)，粗骨料遇巖面或混凝土層碰撞后總有一部分按垂直的相反方向彈回，這時(shí)彈回物受到噴射料束的約束，抵消了部分回彈的能量，有利于嵌入砂漿或混凝土層中。而噴頭噴射方向稍微向剛噴的部位傾斜，則可使噴出的料束有相當(dāng)部分直接沖入粘塑狀態(tài)的混凝土中，而避免一部分骨料與巖面直接碰撞而增大回彈量。因此，初噴行幫側(cè)墻下部時(shí)，噴頭的噴射角度可下俯1015度外，其他頂板及兩幫噴射混凝土?xí)r，要求噴頭的噴射基本上垂直于圍巖受噴面。五、噴頭與受噴面的距離噴

12、頭與受噴面間最佳距離是根據(jù)噴射混凝土強(qiáng)度最高和回彈最小來確定的，最大約為8001000mm。一般在輸料距離3050m，供氣壓力0.120.18MPa，最佳噴距噴幫300500mm，噴頂450600mm。如果距離過小，粗骨料噴射時(shí)所受空氣阻力很小，而噴射動(dòng)能很大，增大了回彈量；如果距離過大，粗骨料噴射時(shí)所受空氣阻力過大，相應(yīng)的噴射動(dòng)能減小而無法嵌入混凝土，而且有可能出現(xiàn)料束擴(kuò)散較大，使回彈量有所增加。六、一次噴射厚度混凝土混合料從噴頭噴出后，圍巖表面立即粘成一層噴射混凝土。如果不移動(dòng)噴頭而連續(xù)在一處噴射，粘結(jié)的混凝土層會(huì)愈粘愈厚，直至混凝土支持不住本身的重量，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)裂，甚至脫落，影響混凝土的

13、粘結(jié)力與凝聚力。如噴頭移動(dòng)過快，在巖面上只留下薄薄一層砂漿，而大部分粗骨料彈回。等薄層硬結(jié)后再噴第二層，相當(dāng)于又向巖面噴射，勢(shì)必增加回彈率，影響效率。因此，一次噴射混凝土應(yīng)有一定的厚度，其厚度主要根據(jù)巖性、圍巖應(yīng)力，裂隙、巷道尺寸，及其他支護(hù)（如錨桿）的配合情況來確定。過厚、過薄均不利。一次噴射混凝土的厚度同噴射方向同水平面的夾角有很大關(guān)系，要根據(jù)支護(hù)的需要，是臨時(shí)支護(hù)，還是永久支護(hù)（復(fù)噴）而定。一般一次噴射厚度：摻速凝劑水平噴射100mm，向上噴射60mm，不摻速凝劑水平噴射70mm，向上噴射40mm。一次噴射厚度同噴射方向與水平夾角的關(guān)系可用下式表達(dá)式中 D一次噴射層厚度； K34；摻速凝劑后，一次噴射厚度可增加一倍。七、噴射層間的間隔時(shí)間有時(shí)，因設(shè)計(jì)要求噴射混凝土很厚，或圍巖局部凹穴很深，噴射混凝土厚度往往超出一次噴射所能達(dá)到的厚度，要進(jìn)行二次或多次復(fù)噴，其間隔時(shí)間，應(yīng)當(dāng)是噴射混凝土終凝后，且產(chǎn)生一定強(qiáng)度，能經(jīng)受