灰色墙体背后的混凝土喷射艺术

2013年8月13日

沙子、骨料和水的混合物在高压下喷射到表面上。听起来很简单,但当今现代化的混凝土喷射技术简直就是一种艺术形式。阿特拉斯·科普柯 MEYCO 的销售总监 Tom Kurth 解释了在矿井和隧道中进行混凝土喷射的复杂艺术。

混凝土通过 Meyco 设备喷射到隧道墙体上。

目前,只有湿混法因其出色的作业能力被用于隧道作业中,而这正是 MEYCO 湿喷设备的擅长之处。

当今隧道和矿井的墙体和顶板涂上了一层熟悉的灰色物质,虽然它们看起来并不特别起眼,但灰色特质的背后凝聚了一个多世纪的科学研究和产品开发。

最初的沙子、骨料和水混合物于 1907 年首次用于隧道和矿井,申请专利的名称为 压力喷浆-Gunite,不久,它便成为广受欢迎的、稳定各种结构的方法。

相比之下,当今的混凝土喷射方法远远不是简单的混合方法。多年来,它不断发展,现已包含众多不同的成分,而且经过精心设计,可以适应越来越多的应用。与此同时,应用各种化合物的设备已发展成为高科技工具,性能和技术比以往任何时候都更复杂、更先进。

对于采矿工人和建筑工程师来说,所有这些都是好消息。不仅是因为混凝土喷射技术对于挖掘作业后固定好岩石墙体并将结构件保持在预定位置起着关键的作用,而且还能满足各种定制解决方案的需求。对于喷射混凝土必须满足以下严格条件的应用场合来说,更是如此:高质量、耐久性、抗渗水、健康危害低,对环境负面影响小。

干混与湿混

当前,用于隧道和矿井的混凝土喷射技术有两种基本类型 – 干混与湿混。许多年来,应用混凝土喷射技术的唯一方法是使用干式混合物。这涉及到预先混合沙子和水泥以供应给料斗。之后,使用压缩空气通过软管将混合物连续不断地输送到喷嘴,并在此处与添加的水混合在一起。

湿式混合于 1970 年代引入,这种方法在水泥厂中预先混合沙子、骨料、水泥、水和添加剂。之后,这种混合物由活塞泵通过软管系统输送到喷嘴,在此处,压缩空气将混凝土加速到一定的速度,以便将喷嘴定位在距离岩石表面 1.5 m 远的地方。通常会添加一种称为速凝剂的专用化学品以加快所喷射的混凝土的凝固。

干混系统一般更广泛地应用于采矿环境中,因为它使用更小的卡车和更加紧凑的设备,而湿混法使用较大的设备且一般认为更有优势,是地下建筑项目的首选。

另一个重要的区别是一批湿式混合物必须立即使用,而干式混合物可在使用之前存放数小时。从物流上看,干式混合物更易于使用,但湿式混合物却具有很大重大优势。

重大改进

在混凝土喷射的发展过程中,两项重大改进是分别在干式混合物中引入了硅粉(硅金属的副产品)和钢纤维或聚丙烯纤维。

硅粉,也称微硅粉,它可以与水泥水化期间产生的氢氧化钙发生化学反应。这种添加剂可使喷射混凝土的抗压强度达到普通喷射混凝土混合物的两倍或三倍,从而形成更强大的、不渗水且久经耐用的喷射混凝土。

类似地,通过在喷射混凝土中添加钢纤维(也可充当增强剂),可以显著增加喷射混凝土的抗拉强度,减少矿工和隧道掘进工安装钢丝网的工作量,因而节省了大量的时间和费用。

喷射混凝土层的厚度有所不同,具体取决于混合物类型和项目要求,然而在单次喷射中,对于湿式混合物,通常不超过 50 mm;对于干式混合物,通常不超过 30 mm。尽管在许多场合中要求更厚的喷射混凝土层,这意味着需要喷射多层。

在将喷射混凝土应用于不同场合时,需要考虑很多的参数。其中包括砂/骨料级配、水泥种类和用量、外加剂的水化控制、增塑剂/高效减水剂类型、混凝土和易性、速凝剂类型、温度、脉动、喷嘴系统等等。

在隧道开挖应用中,安全无疑是一项重要的考虑因素,但也得考虑施工速度和成本。隧道中的每项作业都必须尽可能快速、高效地执行。承包商进行混凝土喷射的速度越快,项目的整体经济性就越好,承包商满足工期要求的可能性就越大。同样,混凝土喷射节省的时间越多,推进速度就越快,因此降低了隧道开挖的成本。

截至 2016 年,阿特拉斯·科普柯已决定把重点关注湿喷,以适应客户的需求。

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