王育德，張珍雷，韓顯濤

(1.河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038； 2.中煤建安集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心，河北 邯鄲 057150)

噴射混凝土(shotcrete)是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣及其他動(dòng)能，將一定比例配合的水泥、砂、石子及外加劑等拌合，通過管道輸送并以高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化而成的一種混凝土。噴射混凝土主要用于地下工程、巖土工程、加固工程及防護(hù)工程等領(lǐng)域[1]。具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡(jiǎn)單、安全性能完善的特點(diǎn)[2]。

1910年紐約水泥展會(huì)上Carl E.Akely展示了他發(fā)明的噴槍及噴射混凝土材料，其主要噴射砂漿進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的裝飾和防腐，在接下來的20年里，噴射混凝土的材料，化學(xué)外加劑，設(shè)備和技術(shù)取得了重大進(jìn)步和發(fā)展[3]。

對(duì)于環(huán)境要求越來越高的今天，以氣膜薄殼結(jié)構(gòu)為代表的封閉儲(chǔ)倉具有安全系數(shù)高、儲(chǔ)量大、對(duì)環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)[4]，成為煤炭等礦物存儲(chǔ)的不二之選。傳統(tǒng)鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)施工難度大、周期長(zhǎng)[5]，而噴射混凝土用于氣膜儲(chǔ)煤倉具有施工速度快、操作方面、耐久性好的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)薄殼結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜的缺點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)際情況，本文針對(duì)噴射混凝土在氣膜薄殼儲(chǔ)煤倉中的應(yīng)用作以介紹。

1 工程概況

江蘇徐州大屯1#、2#熱電圓形儲(chǔ)煤倉為中煤建安集團(tuán)引進(jìn)美國專利承建的氣膜鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)。該氣膜薄殼儲(chǔ)煤倉直徑71.3m，高度39.15m。單倉儲(chǔ)煤量3.5萬t。1#、2#圓形煤場(chǎng)聚酯纖維PVC膜材自2017年3月5日進(jìn)場(chǎng) ，歷時(shí)8個(gè)月主體完工。因其有別于傳統(tǒng)的施工工藝，決定了其施工的特殊性，為煤炭及礦物存儲(chǔ)的革新。江蘇大屯1#、2#熱電圓形儲(chǔ)煤倉如圖1所示。

圖1 江蘇大屯1#、2#熱電圓形儲(chǔ)煤倉

2 施工工藝

噴射混凝土的施工工藝有干噴法、濕噴法、水泥裹砂法、雙裹并列法等[6]，綜合比較以上施工工藝選用濕噴法，其優(yōu)越性為：①粉塵濃度低、回彈率低，施工環(huán)境較好；②原材料拌合均勻，配合比容易控制：③噴射效率高。

其施工工藝流程如圖2所示。

圖2 濕噴混凝土施工工藝流程圖

2.1 施工準(zhǔn)備

1)主要材料用量及配合比。借鑒美國ACI噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和國內(nèi)常用配合比設(shè)計(jì)方法[7]得到噴射混凝土主要原材料用量及配合比，見表1。

表1 噴射混凝土配合比

2)施工機(jī)具?；炷翑嚢铏C(jī)(JS500)、空壓機(jī)(15～20m3/h)、儲(chǔ)氣罐、噴槍、泵管、配料機(jī)、混凝土輸送泵、輪式汽車起重機(jī)等。

2.2 工藝流程

2.2.1 噴射前檢查

噴射混凝土前需要進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收、氣膜內(nèi)氣壓、水、電管線及施工機(jī)械設(shè)備檢查。

2.2.2 混凝土拌制

混凝土拌合應(yīng)均勻，攪拌最短時(shí)間不宜小于120s。嚴(yán)格按照配合比拌合，并滿足施工要求[8]。引氣劑對(duì)改善噴射混凝土的泵送性能和耐久性是必不可少的，開始拌合時(shí)會(huì)出較小的氣泡但在噴射過程中這些氣泡會(huì)消失，故在拌合過程中含氣量要高于配合比中的含氣量，以彌補(bǔ)噴射過程中的損失[9]，并且較高空氣含量使得混凝土在泵管中具有較好的輸送能力[10]。

2.2.3 混凝土噴射

噴槍及泵管充分潤濕后方可進(jìn)行混凝土噴射，噴射時(shí)要確?？諝鈮嚎s機(jī)能提供足夠的動(dòng)力，因?yàn)閲娚浠炷恋母咚贇鈩?dòng)固結(jié)對(duì)其耐久性具有積極的作用[11]。為了在整個(gè)施工過程中保持厚度的準(zhǔn)確性及受力均衡，應(yīng)始終盡可能均勻、分層噴射混凝土。具體施工過程如下：

1)第一層：該層噴在氣膜儲(chǔ)煤倉的底部。首先，在氣膜倉整個(gè)圓周底部噴射一層厚厚的錐形層，高度約為0.3m。這樣減小了倉體底部混凝土反彈率。然后從底部噴到約1.8m，從1.8m到頂部的三分之一處，噴射0.01m厚的薄層，頂部的三分之一覆蓋0.005～0.01m混凝土層。

2)第二層：第二層通常在第一層完成24h后噴射。從底部開始，到大約2.5m處噴射0.025m厚，從2.5m到頂部噴射0.01m厚。

3)第三層：如果溫度較高，混凝土硬化較快，則第三層可以在第二層完成后進(jìn)行。第三層是第二層的重復(fù)操作，但倉體的重量和厚度增加了。

4)第四層：第四層是第三層的重復(fù)，此時(shí)應(yīng)該特別注意隨時(shí)進(jìn)行混凝土厚度的測(cè)量。

5)最終層：最后一層應(yīng)該比較薄，以便使倉體內(nèi)部表面光滑。在噴涂最后一層之前，先進(jìn)行深度檢查。如果此時(shí)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的足夠厚度，則根據(jù)需要噴涂附加層。

要控制好混凝土噴射的速度，噴槍應(yīng)與受噴面有適當(dāng)?shù)慕嵌群途嚯x，一般距離0.8～1.0m成90°夾角，自下而上、分層進(jìn)行噴射，噴射宜采用“S”形軌跡，螺旋形移動(dòng)[12]。混凝土噴射完畢后要及時(shí)清理噴嘴和泵管。

2.2.4 養(yǎng)護(hù)

由于噴射混凝土是在氣膜內(nèi)部聚氨酯保溫層噴射完成后進(jìn)行的，聚氨酯的噴射一方面減少了殼體的溫度梯度，避免了溫度急劇下降造成殼體坍塌；另一方面為混凝土養(yǎng)護(hù)提供良好的絕緣材料，使得薄殼結(jié)構(gòu)具有更好的保溫性，故混凝土可采用自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度不得低于5°，必要時(shí)進(jìn)行灑水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。

2.3 注意事項(xiàng)

頂部混凝土由于噴射角度大，為避免脫落和墜落要分層分塊噴射，一次噴射厚度以不墜落和滑脫為宜，噴射至設(shè)計(jì)厚度?；炷羾娚鋾r(shí)嚴(yán)禁垂直于鋼筋噴射，避免噴射完后出現(xiàn)蜂窩或砂囊影響噴射混凝土質(zhì)量。噴射混凝土噴嘴角度和混凝土噴射軌跡如圖3所示(左圖為正確的噴射方法，右圖為錯(cuò)誤的噴射方法)。

圖3 噴射混凝土噴嘴角度和混凝土噴射軌跡

此外特別注意對(duì)噴射混凝土厚度以及噴射后倉體的整體變形監(jiān)測(cè)。

3 噴射混凝土抗壓強(qiáng)度

Trujillo[13]研究發(fā)現(xiàn)由于噴射混凝土的高壓實(shí)度，噴射混凝土包裹的鋼筋滑動(dòng)比那些用現(xiàn)澆混凝土包裹的鋼筋要少，與現(xiàn)澆混凝土相比，噴射過程產(chǎn)生的圍繞鋼筋的混合物的高度壓實(shí)使得被噴射混凝土包圍的鋼筋的滑移剛度得到增強(qiáng)，其抗壓強(qiáng)度也得到增強(qiáng)。Garcia[14]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)盡管噴射混凝土與現(xiàn)澆混凝土相比材料具有奇異性，噴射混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓能力可以達(dá)到與傳統(tǒng)混凝土相同的數(shù)量級(jí)。

為保證噴射混凝土的質(zhì)量和工程質(zhì)量，在施工過程中對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行取樣并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。由于氣膜薄殼結(jié)構(gòu)施工工藝有別于其他混凝土結(jié)構(gòu)，所以除常規(guī)開盤鑒定外還應(yīng)對(duì)不同高度和不同結(jié)構(gòu)層的混凝土進(jìn)行隨機(jī)取樣。

試驗(yàn)參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)注》(GB/T 50081—2002)中規(guī)定進(jìn)行。試件均為標(biāo)準(zhǔn)試件，其中開盤鑒定為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1d、7d、28d，主體結(jié)構(gòu)混凝土試件為同條件養(yǎng)護(hù)；試件抗壓強(qiáng)度測(cè)定采用SB100-08數(shù)顯式液壓壓力試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 開盤鑒定

圖5 主體結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度

從圖4可以看出噴射混凝土1d、7d、28d的抗壓強(qiáng)度呈線性增長(zhǎng)，前7d增長(zhǎng)速度快，7～28d增長(zhǎng)較為緩慢，7d抗壓強(qiáng)度最為明顯且達(dá)到了混凝土的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；從圖5可以看出主體結(jié)構(gòu)不同高度不同結(jié)構(gòu)層噴射混凝土28d后抗壓強(qiáng)度變化較大，但都在32～49MPa之間，且噴射混凝土28d后抗壓強(qiáng)度平均值1#倉達(dá)到了42.5MPa，2#倉達(dá)到了38.4MPa，均滿足抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的要求。

4 結(jié) 語

氣膜薄殼倉儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用噴射混凝土施工技術(shù)，在保證質(zhì)量的前提下取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，與傳統(tǒng)儲(chǔ)倉相比，在倉體容積率增加30%的前提下，噴射混凝土封閉的施工現(xiàn)場(chǎng)大大減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響，規(guī)避了傳統(tǒng)支模的繁瑣工序，用工量減少近70%，鋼筋用量減少45%，混凝土用量減少30%，節(jié)省了工期，對(duì)倉儲(chǔ)結(jié)構(gòu)革新具有重大意義。