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後，送入混凝土噴射機中，用壓縮空氣將乾拌合料壓送到噴頭處，在噴頭的水環處加水後，高速噴射到巷道圍岩表面，起支護作用的一種支護形式和施工方法。在礦山井巷，採用與錨桿支護相結合的噴射混凝土支護，取代原有的料石砌碹、混凝土襯砌，取得了明顯的效果。
基本介紹
- 中文名：噴射混凝土支護
- 外文名：shoterete support
- 學科：坑探工程
- 方法：將水泥、沙、石、水及外加劑
- 領域：煤炭工程
- 原材料：與普通混凝土相同
主要特點,配比,工藝參數,支護結構,
主要特點
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後，送入混凝土噴射機中，用壓縮空氣將乾拌合料壓送到噴頭處，在噴頭的水環處加水後，高速噴射到巷道圍岩表面，起支護作用的一種支護形式和施工方法。在礦山井巷，採用與錨桿支護相結合的噴射混凝土支護，取代原有的料石砌碹、混凝土襯砌，取得了明顯的效果。
噴射混凝土支護的主要特點：
1.技術上先進，質量上可靠。過去用鋼、木支護、料石、混凝土碹支護只有消極地承受上部鬆動圍岩的重量，維持巷道的穩定性。噴射混凝土支護則是充分考慮和積極發揮圍岩本身自穩作用，噴射混凝土與圍岩自穩能力相結合，變被動為主動，變消極為積極。噴射混凝土利用壓氣高速噴射到圍岩表面的節理、裂隙中，把節理、裂隙分隔的岩體聯結起來，有效地阻止岩塊的鬆動和滑移。噴射混凝土形成一種緊貼岩面的封閉層，隔絕了水和空氣對圍岩的風化和剝蝕作用，防止因圍岩風化、剝蝕而影響巷道穩定性和正常使用。噴射混凝土支護可填補由於爆破而形成的巷道圍岩表面凸凹不平，使其成形圓滑規整，避免了應力集中。噴射混凝土支護緊跟掘進工作面，以最快的速度施工，有效減少圍岩的暴露時間，有利於迅速控制或穩定圍岩因爆破引起的擾動，從而大大地提高了圍岩的穩定性和自撐能力。同時噴射混凝土同圍岩岩層緊密粘結在一起，實際上組成了圍岩和支護為一體的共同受力系統。把過去認為是荷載的岩層轉化的承載結構的一部分。加之，噴射錨桿混凝土支護與錨桿支護、金屬網相結合，提高了支護的性能和工程質量，改進了巷道的穩定性。
2.經濟上合理，工藝上簡便。噴射混凝土與傳統的普通混凝土相比，其支護厚度可減少1/3~2/3。過去碹厚在250~500mm，噴射混凝土層厚度在50~200mm。這樣，不僅開挖工作量可減少15%以上，支護材料也大幅度減少。同時，支護速度可以提高2~4倍，勞動力節省50%以上。
配比
水泥：水泥的品種和規格應根據巷道支護工程的要求、水泥對所用速凝劑的適應性，以及現場供應條件而定。應優先選用普通矽酸鹽水泥，其特點是凝結硬化快，保水性好，早期強度增長快。水泥的標號一般不低於325號，過期、受潮結塊或混合的水泥均不得使用。水泥進庫時應根據出廠合格證進行驗收，注意檢查其品種、標號和出廠日期，並按批堆，防止堆放在底部的水泥長期不用而失效。
砂子：應採用堅硬耐久的中砂或粗細度模數應大於2.5，含水率宜控制在5%~7%，含泥量不得大於3%。細砂會增加噴射混凝土的乾縮變形，而且過細的粉砂中小於5μm的顆粒和游離二氧化矽的含量增大，易產生大量粉塵，影響操作人員的身體健康。
石子：應採用堅硬耐久的卵石或碎石，粒徑不應大於15mm。採用卵石，因其光滑乾淨，對噴射機和輸料管路磨損少，有利於遠距離輸料和減小堵管故障。碎石混凝土比軟石混凝土強度高，噴射作業中回彈率也較低，但碎石有稜角，表面粗糙，對噴射機和輸料管路磨損嚴重，應儘量少用。
水：凡能飲用的自來水及天然水都可作為噴射混凝土混合用水。混合水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質，不得使用污水以及PH<4的酸性水和含硫酸鹽量按SO4計算超過水重的1%的水。
速凝劑：分為兩類：一類是以鋁酸鹽和碳酸鹽為主，再複合一些其他無機鹽類組成的；另一類則以水玻璃為主要成分，再與其他無機鹽類複合組成。按其形狀可分為粉狀和液狀兩類。具體選用種類後，依說明進行配製。
配合比：由於噴射混凝土施工工藝的特點，在選擇噴射混凝土時既要滿足支護結構對噴射混凝土的物理力學性能方面的要求，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、粘結強度，以使噴射混凝土收縮變形值保持最小，噴射作業的回彈力最低。
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，容易開裂，而且費用增加。為了減少噴射時的回彈物，噴射混凝土與普通混凝土相比，其石子用量要少得多，而砂子用量則相應增大，甚至達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。速凝劑摻時應根據產品性能通過試驗確定。
2.噴漿時，水泥：砂為1：2至1：3（重量比），水灰比0.45~0.55。
3.噴射混凝土時，水泥：砂：石子為1：2：2，1:2.5:2，初噴時可適當減少石子摻量，水灰比0.4~0.5。
4.原材料按重量計，稱量的允許偏差，水泥和速凝劑均為±2%，砂和石子均為±3%。
工藝參數
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；四大系統齊備，才能進行噴射混凝土操作。但是工作氣壓多大合適，噴頭噴射的方向以及噴頭距受噴圍岩表面距離多少才能有效地作業，一次噴層厚度多大為合理，初噴與復噴的間隔時間多長為適宜，以及噴層與錨桿、金屬網的關係等，都需要科學、合理、實用的工藝參數。工藝參數合理，才能保證噴射混凝土的質量和施工進度，從而有效地發揮其應有的支護作用。
1.工作壓力
工作壓力是指噴射混凝土正常施工時，噴射機工作罐時或轉子體內的壓氣壓力。噴射混凝土是靠壓縮空氣來輸送混合料的，因此，正確掌握氣壓是十分重要的。氣壓掌握是否適當，對於減少噴射混凝土的回彈，降低粉塵，保證噴射混凝土質量，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，大都採用低氣壓。一般來說，水平輸送距離30~50m，噴射機的供氣壓力保持在0.12~0.18MPa是適當的和有效的。
進料管內徑為50mm時，噴射機的工作氣壓可參照下列經驗公式確定：
水平輸料，輸料管長度在200m以內， 向上垂直輸料時，要求工作氣壓比水平輸料時大，每增加設計10m，約增加工作氣壓0.02~0.03 MPa。
當然，在噴射混凝土施工過程中，噴射機司機應與噴射手密切配合，根據實際情況及時調整噴射機的工作壓力。
2.水壓
為了保證噴頭處加水通過水環能使氣流迅速通過的混凝土混合料充分濕潤，一般水壓應比氣壓高0.1MPa左右。採用雙水環比單水環的效果好一些。應當採用專用水箱，裝上壓力表，操作人員調節噴頭水環上的水閥來控制水壓。
3.水灰比
掌握合理的水灰比對於減少回彈、降低粉塵和保證噴射混凝土有直接關係。混合料加水變成混凝土是在噴頭處水環供水瞬間實現的，理論上最合適的水灰比是0.4~0.5。但實際操作中全靠噴射手的經驗加以控制，及時調整。主要靠目測，而不能實測。根據經驗，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，說明水灰比是合適的。如果噴射時出現乾斑，粉塵飛揚，回彈量大，噴層表面無光澤，說明水灰比偏低，應適當增加水量。如果噴射時表麵塑性大，出現流淌現象，則說明水灰比偏高，應適當減少水量。
4.噴頭方向
當噴頭噴射方向（即噴射料束方向）與受噴面（圍岩表面）垂直，並略向剛噴射的部位傾斜時，回彈量最小。這時因噴射方向與受噴面垂直時，粗骨料遇岩面或混凝土層碰撞後總有一部分按垂直的相反方向彈回，這時彈回物受到噴射料束的約束，抵消了部分回彈的能量，有利於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部分直接沖入粘塑狀態的混凝土中，而避免一部分骨料與岩面直接碰撞而增大回彈量。因此，除噴巷幫側牆下部時，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時，要求噴頭的噴射基本上垂直於圍岩受噴面。
5.噴頭與受噴面的距離
噴頭與受噴面最佳距離是根據噴射混凝土強度最高和回彈最小來確定的，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。如果距離過小，粗骨料噴射時所受空氣阻力很小，而噴射動能很大，增大了回彈；如果距離過大，粗骨料噴射時所受空氣阻力過大，相應的噴射動能減小而無法嵌入混凝土，而且有可能出現料束擴散較大，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後，圍岩表面立即粘結一層噴射混凝土。如果不移開噴頭而連續在一處噴射，粘結的混凝土層會愈粘愈厚，直至混凝土支持不住本身的重量，就會出現錯裂，甚至脫落，影響混凝土的粘結力與凝聚力。如噴頭移動過快，地岩面上只留下薄薄一層砂漿，而大部分骨料彈回。等薄層硬結後再噴第二層，相當於又向岩面噴射，勢必增加回彈率，影響效率。因此，一次噴射混凝土應有一定的厚度，其厚度主要根據岩性、圍岩應力，裂隙、巷道規格尺寸，及其他形式支護（如錨桿）的配合情況來確定。過厚、過薄均不利。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.噴射層間的間隔時間
因設計要求噴射混凝土很厚，或圍岩部凹穴很深，噴射混凝土厚度往往超過一次噴射所能達到的厚度，要進行二次或多次復噴，其間隔時間，應當是噴射混凝土終凝後，且產生一定強度，能經受下次噴射流束的衝擊而不至損壞。合理的間隔時間與水泥品種、速凝劑摻量、環境溫度、水灰比大小、施工方法、支護性能等有密切關係。實際操作時，可根據具體情況和施工組織設計或作業規程的要求掌握。
支護結構
1.噴砂漿支護
巷道周圍圍岩表面噴一層砂漿的支護形式，主要用以封閉圍岩使之不與大氣環境接觸，減緩風化、侵蝕作用。一般用於Ⅰ、Ⅱ類岩石巷道支護。噴砂漿的標號不應低於75號，噴砂漿的厚度不小於10mm，不大於30mm。
2.噴射混凝土支護
這是在井巷圍岩表面噴射一層混凝土，與圍岩自持能力相結合，共同支護巷道的一種形式，廣泛套用於Ⅱ、Ⅲ類岩石和大部Ⅳ類岩石。噴射混凝土支護根據其使用功能，即臨時支護、永久支護，或初噴、復噴的要求，噴射混凝土厚度最小30mm，最大200mm。噴射混凝土的強度，一般工程不低於C15，重要工程不低於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。噴射混凝土與圍岩的粘結力Ⅰ、Ⅱ類圍岩不應低於0.8Mpa，Ⅱ類圍岩不應低於0.5Mpa。
3.錨桿噴射混凝土支護
這是錨桿和噴射混凝土聯合支護的一種結構形式，廣泛套用於Ⅲ、Ⅳ類圍岩和一部分Ⅱ類圍岩。這種結構既能充分發揮錨桿的作用，又能充分發揮噴射混凝土的作用，這兩種作用的結合，有效改進了支護的效能。
4.錨桿噴射混凝土金屬網聯合支護
錨桿、金屬網和噴射混凝土進行聯合支護的一種形式。金屬網的介入，起到了加固的作用，很象鋼筋混凝土結構，只不過還是澆注、搗固而是噴射混凝土。因此，在Ⅳ、Ⅴ類圍岩的井巷支護，以及軟岩巷中得到廣泛的套用。一般金屬網的格線不小於150mm×150mm,金屬網所用鋼筋或鋼絲直徑為2.5~10mm，施工時應注意用錨桿固定牢固，金屬網間要用鐵絲綁紮結實，鋼筋保護層厚度不應小於20mm、大於40mm，必須能與噴射混凝土密切結合，保證強度。
5.鋼架噴射混凝土聯合支護。
這是在軟岩中套用的一種特殊支護結構，即先在掘進後架設鋼架，允許圍岩收斂變形，基本穩定後再進行噴射支護，把鋼架噴在裡面，有時也打一些錨桿，控制圍岩變形。這樣，鋼架自身仍保持相當的支護能力，同時，被噴射的混凝土裹住後又起到了“鋼筋加固”的作用，而噴射的混凝土層有一定的柔性，對圍岩基本穩定後的微量變形可以適應。
