噴射混凝土支護(hù)主要特點(diǎn)

噴射混凝土是一種原材料與普通混凝土相同，而施工工藝特殊的混凝土。噴射混凝土是將水泥、砂、石、按一定的比例混合攪拌后，送入混凝土噴射機(jī)中，用壓縮空氣將干拌合料壓送到噴頭處，在噴頭的水環(huán)處加水后，高速噴射到巷道圍巖表面，起支護(hù)作用的一種支護(hù)形式和施工方法。在礦山井巷，采用與錨桿支護(hù)相結(jié)合的噴射混凝土支護(hù)，取代原有的料石砌碹、混凝土襯砌，取得了明顯的效果。

噴射混凝土支護(hù)的主要特點(diǎn)：

1.技術(shù)上先進(jìn)，質(zhì)量上可靠。過(guò)去用鋼、木支護(hù)、料石、混凝土碹支護(hù)只有消極地承受上部松動(dòng)圍巖的重量，維持巷道的穩(wěn)定性。噴射混凝土支護(hù)則是充分考慮和積極發(fā)揮圍巖本身自穩(wěn)作用，噴射混凝土與圍巖自穩(wěn)能力相結(jié)合，變被動(dòng)為主動(dòng)，變消極為積極。噴射混凝土利用壓氣高速噴射到圍巖表面的節(jié)理、裂隙中，把節(jié)理、裂隙分隔的巖體聯(lián)結(jié)起來(lái)，有效地阻止巖塊的松動(dòng)和滑移。噴射混凝土形成一種緊貼巖面的封閉層，隔絕了水和空氣對(duì)圍巖的風(fēng)化和剝蝕作用，防止因圍巖風(fēng)化、剝蝕而影響巷道穩(wěn)定性和正常使用。噴射混凝土支護(hù)可填補(bǔ)由于爆破而形成的巷道圍巖表面凸凹不平，使其成形圓滑規(guī)整，避免了應(yīng)力集中。噴射混凝土支護(hù)緊跟掘進(jìn)工作面，以最快的速度施工，有效減少圍巖的暴露時(shí)間，有利于迅速控制或穩(wěn)定圍巖因爆破引起的擾動(dòng)，從而大大地提高了圍巖的穩(wěn)定性和自撐能力。同時(shí)噴射混凝土同圍巖巖層緊密粘結(jié)在一起，實(shí)際上組成了圍巖和支護(hù)為一體的共同受力系統(tǒng)。把過(guò)去認(rèn)為是荷載的巖層轉(zhuǎn)化的承載結(jié)構(gòu)的一部分。加之，噴射錨桿混凝土支護(hù)與錨桿支護(hù)、金屬網(wǎng)相結(jié)合，提高了支護(hù)的性能和工程質(zhì)量，改進(jìn)了巷道的穩(wěn)定性。

2.經(jīng)濟(jì)上合理，工藝上簡(jiǎn)便。噴射混凝土與傳統(tǒng)的普通混凝土相比，其支護(hù)厚度可減少1/3~2/3。過(guò)去碹厚在250~500mm，噴射混凝土層厚度在50~200mm。這樣，不僅開(kāi)挖工作量可減少15%以上，支護(hù)材料也大幅度減少。同時(shí)，支護(hù)速度可以提高2~4倍，勞動(dòng)力節(jié)省50%以上 。

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)所用速凝劑的適應(yīng)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，其特點(diǎn)是凝結(jié)硬化快，保水性好，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快。水泥的標(biāo)號(hào)一般不低于325號(hào)，過(guò)期、受潮結(jié)塊或混合的水泥均不得使用。水泥進(jìn)庫(kù)時(shí)應(yīng)根據(jù)出廠合格證進(jìn)行驗(yàn)收，注意檢查其品種、標(biāo)號(hào)和出廠日期，并按批堆，防止堆放在底部的水泥長(zhǎng)期不用而失效。

砂子：應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗細(xì)度模數(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(guò)細(xì)的粉砂中小于5μm的顆粒和游離二氧化硅的含量增大，易產(chǎn)生大量粉塵，影響操作人員的身體健康。

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)和輸料管路磨損少，有利于遠(yuǎn)距離輸料和減小堵管故障。碎石混凝土比軟石混凝土強(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)和輸料管路磨損嚴(yán)重，應(yīng)盡量少用。

水：凡能飲用的自來(lái)水及天然水都可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(guò)水重的1%的水。

速凝劑：分為兩類(lèi)：一類(lèi)是以鋁酸鹽和碳酸鹽為主，再?gòu)?fù)合一些其他無(wú)機(jī)鹽類(lèi)組成的；另一類(lèi)則以水玻璃為主要成分，再與其他無(wú)機(jī)鹽類(lèi)復(fù)合組成。按其形狀可分為粉狀和液狀兩類(lèi)。具體選用種類(lèi)后，依說(shuō)明進(jìn)行配制。

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?xí)r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，以使噴射混凝土收縮變形值保持最小，噴射作業(yè)的回彈力最低。

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。水泥用量大；噴射混凝土的收縮也大，容易開(kāi)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%。

一般噴射混凝土混合料的配合比如下：

1.水泥與砂石之重量比 1：4~1：4.5；砂率宜為45%~55%；水灰比宜為0.4~0.45。速凝劑摻時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能通過(guò)試驗(yàn)確定。

2.噴漿時(shí)，水泥：砂為1：2至1：3（重量比），水灰比0.45~0.55。

3.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0.4~0.5。

4.原材料按重量計(jì)，稱量的允許偏差，水泥和速凝劑均為±2%，砂和石子均為±3%。

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?chē)妵鷰r表面距離多少才能有效地作業(yè)，一次噴層厚度多大為合理，初噴與復(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，從而有效地發(fā)揮其應(yīng)有的支護(hù)作用。

1.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)工作罐時(shí)或轉(zhuǎn)子體內(nèi)的壓氣壓力。噴射混凝土是靠壓縮空氣來(lái)輸送混合料的，因此，正確掌握氣壓是十分重要的。氣壓掌握是否適當(dāng)，對(duì)于減少噴射混凝土的回彈，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影響。

控制氣壓，為了控制粉塵和回彈，大都采用低氣壓。一般來(lái)說(shuō)，水平輸送距離30~50m，噴射機(jī)的供氣壓力保持在0.12~0.18MPa是適當(dāng)?shù)暮陀行У摹?

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)， 向上垂直輸料時(shí)，要求工作氣壓比水平輸料時(shí)大，每增加設(shè)計(jì)10m，約增加工作氣壓0.02~0.03 MPa。

當(dāng)然，在噴射混凝土施工過(guò)程中，噴射機(jī)司機(jī)應(yīng)與噴射手密切配合，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整噴射機(jī)的工作壓力。

2.水壓

為了保證噴頭處加水通過(guò)水環(huán)能使氣流迅速通過(guò)的混凝土混合料充分濕潤(rùn)，一般水壓應(yīng)比氣壓高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(lái)控制水壓。

3.水灰比

掌握合理的水灰比對(duì)于減少回彈、降低粉塵和保證噴射混凝土有直接關(guān)系?；旌狭霞铀兂苫炷潦窃趪婎^處水環(huán)供水瞬間實(shí)現(xiàn)的，理論上最合適的水灰比是0.4~0.5。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，回彈量少，噴層表面有一定的光澤，說(shuō)明水灰比是合適的。如果噴射時(shí)出現(xiàn)干斑，粉塵飛揚(yáng)，回彈量大，噴層表面無(wú)光澤，說(shuō)明水灰比偏低，應(yīng)適當(dāng)增加水量。如果噴射時(shí)表面塑性大，出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，則說(shuō)明水灰比偏高，應(yīng)適當(dāng)減少水量。

4.噴頭方向

當(dāng)噴頭噴射方向（即噴射料束方向）與受?chē)娒妫▏鷰r表面）垂直，并略向剛噴射的部位傾斜時(shí)，回彈量最小。這時(shí)因噴射方向與受?chē)娒娲怪睍r(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。而噴頭噴射方向略微向剛噴部位傾斜，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，除噴巷幫側(cè)墻下部時(shí)，噴頭的噴射角度可下俯10°~15°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?chē)娒妗?

5.噴頭與受?chē)娒娴木嚯x

噴頭與受?chē)娒孀罴丫嚯x是根據(jù)噴射混凝土強(qiáng)度最高和回彈最小來(lái)確定的，最大限度約為800~1000mm。一般在輸料距離30~50m，供氣壓力0.12~0.18MPa，最佳噴距噴幫300~500mm，噴頂450~600mm。如果距離過(guò)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；如果距離過(guò)大，粗骨料噴射時(shí)所受空氣阻力過(guò)大，相應(yīng)的噴射動(dòng)能減小而無(wú)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。

6.一次噴射厚度

混凝土混合料從噴頭噴出后，圍巖表面立即粘結(jié)一層噴射混凝土。如果不移開(kāi)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，影響混凝土的粘結(jié)力與凝聚力。如噴頭移動(dòng)過(guò)快，地巖面上只留下薄薄一層砂漿，而大部分骨料彈回。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、巷道規(guī)格尺寸，及其他形式支護(hù)（如錨桿）的配合情況來(lái)確定。過(guò)厚、過(guò)薄均不利。一般一次噴射混凝土的厚度：摻速凝劑水平噴100mm，向上噴射60mm；不摻速凝劑水平噴射70mm，向上噴射40mm。

7.噴射層間的間隔時(shí)間

因設(shè)計(jì)要求噴射混凝土很厚，或圍巖部凹穴很深，噴射混凝土厚度往往超過(guò)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)受下次噴射流束的沖擊而不至損壞。合理的間隔時(shí)間與水泥品種、速凝劑摻量、環(huán)境溫度、水灰比大小、施工方法、支護(hù)性能等有密切關(guān)系。實(shí)際操作時(shí)，可根據(jù)具體情況和施工組織設(shè)計(jì)或作業(yè)規(guī)程的要求掌握 。

1.噴砂漿支護(hù)

巷道周?chē)鷩鷰r表面噴一層砂漿的支護(hù)形式，主要用以封閉圍巖使之不與大氣環(huán)境接觸，減緩風(fēng)化、侵蝕作用。一般用于Ⅰ、Ⅱ類(lèi)巖石巷道支護(hù)。噴砂漿的標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于75號(hào)，噴砂漿的厚度不小于10mm，不大于30mm。

2.噴射混凝土支護(hù)

這是在井巷圍巖表面噴射一層混凝土，與圍巖自持能力相結(jié)合，共同支護(hù)巷道的一種形式，廣泛應(yīng)用于Ⅱ、Ⅲ類(lèi)巖石和大部Ⅳ類(lèi)巖石。噴射混凝土支護(hù)根據(jù)其使用功能，即臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)，或初噴、復(fù)噴的要求，噴射混凝土厚度最小30mm，最大200mm。噴射混凝土的強(qiáng)度，一般工程不低于C15，重要工程不低于C20，噴射混凝土容重可取2200kg/m³，彈性模量C15和C20分別取1.85×10⁴和2.1×10⁴。噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)力Ⅰ、Ⅱ類(lèi)圍巖不應(yīng)低于0.8Mpa，Ⅱ類(lèi)圍巖不應(yīng)低于0.5Mpa。

3.錨桿噴射混凝土支護(hù)

這是錨桿和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)的一種結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于Ⅲ、Ⅳ類(lèi)圍巖和一部分Ⅱ類(lèi)圍巖。這種結(jié)構(gòu)既能充分發(fā)揮錨桿的作用，又能充分發(fā)揮噴射混凝土的作用，這兩種作用的結(jié)合，有效改進(jìn)了支護(hù)的效能。

4.錨桿噴射混凝土金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

錨桿、金屬網(wǎng)和噴射混凝土進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)的一種形式。金屬網(wǎng)的介入，起到了加固的作用，很象鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只不過(guò)還是澆注、搗固而是噴射混凝土。因此，在Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖的井巷支護(hù)，以及軟巖巷中得到廣泛的應(yīng)用。一般金屬網(wǎng)的網(wǎng)格不小于150mm×150mm,金屬網(wǎng)所用鋼筋或鋼絲直徑為2.5~10mm，施工時(shí)應(yīng)注意用錨桿固定牢固，金屬網(wǎng)間要用鐵絲綁扎結(jié)實(shí)，鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm、大于40mm，必須能與噴射混凝土密切結(jié)合，保證強(qiáng)度。

5.鋼架?chē)娚浠炷谅?lián)合支護(hù)。

這是在軟巖中應(yīng)用的一種特殊支護(hù)結(jié)構(gòu)，即先在掘進(jìn)后架設(shè)鋼架，允許圍巖收斂變形，基本穩(wěn)定后再進(jìn)行噴射支護(hù)，把鋼架?chē)娫诶锩?，有時(shí)也打一些錨桿，控制圍巖變形。這樣，鋼架自身仍保持相當(dāng)?shù)闹ёo(hù)能力，同時(shí)，被噴射的混凝土裹住后又起到了“鋼筋加固”的作用，而噴射的混凝土層有一定的柔性，對(duì)圍巖基本穩(wěn)定后的微量變形可以適應(yīng) 。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部已于2015年5月1日正式頒布了國(guó)家技術(shù)規(guī)范并更名為《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2015），自2016年2月1日起實(shí)施，原《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2001）同時(shí)廢止。新規(guī)范在原《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2001）的基礎(chǔ)上修訂完成。