隨著我國公路、鐵路工程建設的加快，近年來隧道工程有了較大發(fā)展。在這期間，噴射混凝土技術憑借簡便的工藝、施工高效、獨特的效果和造價經(jīng)濟的特點，在隧道建設工程中獲得了廣泛應用。
據(jù)統(tǒng)計，2022年，我國噴射混凝土速凝劑行業(yè)的產(chǎn)能增加到816.2萬噸，全國液體速凝劑使用量占比已經(jīng)超過80%。隨著我國“西部開發(fā)”“東北振興”及“一帶一路”建設的不斷推進，鐵路、公路等基礎設施建設體量巨大，噴射混凝土性能、質(zhì)量好壞將直接影響我國各類工程的建設質(zhì)量和使用壽命。
圖片噴射混凝土施工現(xiàn)場 尚百雨/供圖
速凝劑關系噴射混凝土技術發(fā)展
可以預見，未來高速鐵路與公路建設中隧道建設工程占比將會越來越高。同時噴射混凝土在地下空間、巷道開挖、快速修補修復等領域逐步延伸并呈增量之勢，現(xiàn)實需求與發(fā)展趨勢也對噴射混凝土的發(fā)展提出了更高的要求。
筆者認為，目前發(fā)展噴射混凝土技術存在以下兩種思路：
第一，發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑，針對混凝土強度及耐久性能的提高、結構更加密實、支護安全有效、有效控制開裂、減少天然骨料和水泥的消耗、降低施工環(huán)境粉塵的影響等方面進行研究，利用高性能速凝劑生產(chǎn)高性能噴射混凝土，切實發(fā)揮噴射混凝土的支護作用并具備結構功能，同時進一步提高綠色、文明施工水平，降低環(huán)境污染，保障現(xiàn)場施工人員身體健康。
第二，在噴射混凝土中加入新型纖維材料，利用其本身的力學性質(zhì)，達到改善噴射混凝土的韌性和強度、提高抗震防爆性能、減少自身裂縫的發(fā)展、降低回彈率的目的。
其中，速凝劑是噴射混凝土施工過程必須使用的化學外加劑之一，主要作用是促使噴射混凝土中水泥顆粒迅速水化并凝結硬化，從而保障噴射混凝土在到達受噴面后能夠迅速失去流動性，產(chǎn)生良好的粘接效果，快速產(chǎn)生強度，達到支護目的的同時，有效降低施工回彈率，減少材料浪費及對環(huán)境帶來的次生污染。
目前，濕噴施工中常用的速凝劑以堿含量不同劃分為有堿速凝劑和無堿速凝劑兩大類，其中有堿速凝劑以NaAlO2等原料為主要成分，使用后雖然可以實現(xiàn)速凝效果，但是工程實踐中普遍出現(xiàn)了強度增長慢甚至倒縮、長期耐久性能差等問題。無堿速凝劑主要成分為 Al2（SO4）3，該速凝劑雖然可以一定程度上避免噴射混凝土強度倒縮，但是仍會導致混凝土中水泥致密性變差等問題。
五個方面實現(xiàn)噴射混凝土技術再發(fā)展
除了上述問題，高性能噴射混凝土力學性能、耐久性能、工作性、經(jīng)濟性要求等也是當前面臨的挑戰(zhàn)，亟待行業(yè)共同關注。
對此，筆者建議，第一，設計開發(fā)高性能無堿液體速凝劑及其新型高效穩(wěn)定劑或絡合劑，加大利用無害工業(yè)副產(chǎn)品、固體廢棄物等廉價原材料生產(chǎn)液體速凝劑。同時，噴射混凝土用促凝早強劑、高性能摻和料、高強輕骨料等相關材料的研發(fā)與應用具有現(xiàn)實探索價值，其他系列的水泥在噴射混凝土中的應用也值得關注。速凝劑、促凝早強劑、高性能摻和料在噴射混凝土應用的機理研究需要加強，以便更好地指導產(chǎn)品開發(fā)和工程實踐。提高速凝劑的適應性，降低敏感性，有效降低摻量，甚至開發(fā)有機化工為主無機復合為次的新產(chǎn)品序列，使其更好地適用于不同類型的膠凝材料體系、其他混凝土外加劑、摻和料、施工環(huán)境條件等，同時制定更為詳盡合理的相關性能評價標準。
第二，加快濕噴工藝及其配套濕噴設備在噴射混凝土中的推廣應用，并結合技術發(fā)展開發(fā)新裝備。濕噴法噴混凝土拌和料可實現(xiàn)混凝土用水量可控，拌和充分，有利于水泥充分水化，因而混凝土強度較高，其水灰比能較準確控制。其速凝劑通過遙控控制計量及輸送系統(tǒng)在噴射墻頭與混凝土快速混合，與干噴和潮噴工藝相比，有效降低粉塵、回彈量相對可控，生產(chǎn)環(huán)境狀況好。
第三，提升噴射混凝土用原材料質(zhì)量和新材料組分的設計研發(fā)，使噴射混凝土不僅具有可靠的可噴射性能，同時具有優(yōu)異的力學和耐久性能。隨著噴射混凝土用無堿液體速凝劑技術的成熟及相關新產(chǎn)品的出現(xiàn)，噴射混凝土的力學性能和耐久性能明顯改善，噴射混凝土必將邁向功能結構化應用。噴射混凝土由于良好的密實度、抗裂性能、防水性能、耐久性等高性能特征，適合應用于單層永久支護。
第四，完善與健全噴射混凝土各項性能的檢測評價方法和相關標準規(guī)范。目前噴射混凝土的各項性能尚沒有正式測定具體指標的方法，粘結強度的試驗方法尚不統(tǒng)一，國內(nèi)現(xiàn)行施工規(guī)范和質(zhì)量檢驗評定標準中檢測噴射混凝土抗壓強度的“噴大板”試驗方法不僅費時費力，所獲取的樣本數(shù)量有限，強度值難以真正反映實際噴射混凝土的性能。
第五，提升噴射混凝土專用噴射設備的自動化和智能化水平。實現(xiàn)數(shù)據(jù)化、理論化和程序化，必須要精細化研究整個濕噴工藝流程，特別是要理清濕噴混凝土射流密實過程的內(nèi)在作用機制，為科學開展噴射施工調(diào)控提供理論支撐。
筆者認為，隨著我國基礎設施建設的不斷推進，噴射混凝土是初期支護的重要組成部分，其服役性能是影響隧道結構耐久性的關鍵因素。因此，作為初支結構的重要組成部分，噴射混凝土在施工和服役期間均發(fā)揮重要作用，完善噴射混凝土初期支護結構在復合式襯砌支護體系中的內(nèi)涵和高性能化要求，是提高噴射混凝土耐久性并實現(xiàn)噴射混凝土工程百年耐久的必由之路。
（作者系CCPA噴射混凝土材料與工程技術分會秘書長）
