2.2 材料、配合比与设备
2.2.1 喷射混凝土材料
喷射混凝土主要材料有：水泥、砂、小石、水、外加剂、掺合料。
（1）水泥。水泥在喷射混凝土中起黏结作用，将砂石料和外加剂等混合物黏结在一起。新鲜的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥性能稳定，使用范围广，施工中宜优先选用，要求其强度等级不低于32.5；新鲜的矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥也可用于喷射混凝土，其强度等级不应低于42.5；对于含可溶性硫酸盐高的土质边坡，应使用抗硫酸盐类水泥。如骨料含碱性偏高，应使用低碱水泥。几种水泥品种在喷射混凝土中的适用性见表2-2。
表2-2 几种水泥品种在喷射混凝土中的适用性表
（2）砂。砂是喷射混凝土的主要材料之一，应根据施工现场实际选用天然砂或人工砂。天然砂圆度好，质地坚硬，粒径级配适当，过筛后其细度模数应控制在2.5～3.2之间，含泥量不得大于3%。人工砂应选用新鲜坚硬岩石（如石英砂岩、花岗岩、玄武岩等）加工而成，并需棒磨均匀，以减少其表面粗糙度，掺合并过筛后人工砂细度模数应控制在3.0以内。喷射混凝土用砂最优含水量为5%～8%。含水量过大干喷法喷射时易粘管，含水量过小时粉尘大，易造成环境污染。喷射混凝土用砂的技术要求见表2-3。
表2-3 喷射混凝土用砂的技术要求表
（3）小石。小石也是喷射混凝土的主要组成材料之一，应根据施工现场实际情况经济合理选用天然小石或人工碎石。天然小石（又称瓜米石）质地坚硬且表面光滑，粒度均匀，粒径连续，用于喷射混凝土时不易堵管，且对管道壁磨损较小。最优粒径宜不大于15mm，如喷射设备性能强、喷管直径较大，粒径也可以不大于25mm。人工碎石需选用新鲜坚硬岩石加工整形以减少表面棱角，增加其圆度，应防止粒径间断。尽管如此，其对管道壁的磨损程度比天然小石大得多，最大粒径应不大于15mm。喷射混凝土用小石的技术要求见表2-4。
表2-4 喷射混凝土用小石的技术要求表
注 1.有抗冻性要求的混凝土所用碎石，除应符合上述要求外，并应有足够的坚实性，在硫酸钠溶液中浸泡至饱和，又使其干燥，循环试验五次后，其重量损失不得超过10%。
2.碎石、天然小石应保持洁净，不得混进或含有黏土团块和有机杂质等。
砂与小石骨料级配良好是保证喷射混凝土强度的必要条件，如果级配不连续则混凝土拌和物易于分离，黏滞性差，回弹量增多，也会降低其强度。骨料级配应控制在表2-5所给定的范围内。
表2-5 喷射混凝土用骨料通过各筛径的累计重量百分数表 %
（4）水。水是喷射混凝土中水泥水化的必要材料，水泥水化后才能有效地将砂石料黏结起来。饮用水及经检验或处理合格的其他各类水均可用于拌和喷射混凝土，不得使用污水以及pH值小于4的酸性水和含硫酸盐（按
计算）超过水重的1%的水。
（5）外加剂。由于水泥品种与外加剂品种较多，不同品种水泥与不同品种外加剂其相容性不同，施工现场应根据实际情况做水泥与外加剂的相容性试验及水泥净浆凝结试验，要求掺速凝剂的喷射混凝土初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。
1）速凝剂（碱性速凝剂）。喷射混凝土加入速凝剂后，其凝结时间缩短，快速凝结过程能保证混凝土喷射到边坡等部位不流淌、不脱落，与边坡岩土体紧紧黏结在一起，喷射过程中回弹量减少，特别是针对边坡潮湿或有渗水的部位，其适应性更好。
在喷射作业面有渗漏水时，应根据渗漏水量的大小按表2-6选取合适水泥净浆的凝结时间。
表2-6 喷射作业面渗漏水时量与水泥净浆的凝结时间参考表
2）减水剂。减水剂的主要作用是减少用水量，能降低水灰比，提高喷射混凝土强度，同时可减少回弹量，改善混凝土的抗渗性和抗冻性能。
3）早强剂。早强剂的主要作用是提高喷射混凝土早期强度，与速凝剂有相似性，一般情况下不与速凝剂同时使用。
但有的早强剂（如硫酸钠系）加入后对混凝土的后期强度影响较大，而有的早强剂（如硝酸盐系）不仅具有早强性，对后期强度也不会降低。
4）防水剂。防水剂也有减水性能，同时提高混凝土抗裂性能和增强混凝土的密实性。
复合外加剂主要由明矾石膨胀剂、减水剂、早强剂等复合而成，加入喷射混凝土中能大幅度提高其抗渗性。
（6）掺合料。喷射混凝土拌和物除主要材料水泥、砂、小石、水等外，还可掺入纤维、粉煤灰、硅粉等掺合料，以利提高混凝土性能。随着材料科学技术的发展进步，在喷射混凝土中掺入少量纤维，不但可提高混凝土抗压强度，还可提高其抗拉、抗渗性能。纤维的韧性特点，掺入后也提高了混凝土的韧性。当采用掺合料时，应做与水泥的相容性试验。
1）钢纤维。在喷射混凝土中掺入适量钢纤维，可大大提高混凝土的延性、韧性、抗冲击性，并能减少或限制裂缝的扩展。一般用于喷射混凝土的钢纤维长度以为20～40mm为宜，直径0.25～0.70mm，长径比一般为60～100，用量为喷射混凝土总体积的0.5%左右。掺入钢纤维对喷混凝土抗压强度影响不大，但却能适当地增加抗弯强度。在混凝土出现裂缝后，由于掺了钢纤维后混凝土的连续性变好，可以提高其承载能力。掺入钢纤维后，混凝土的拌和时间应适当延长，应使其与其他材料充分混合，防止在喷射施工过程中钢纤维结团，堵塞混凝土泵送管或喷射管现象。
2）合成纤维。合成纤维品种较多，主要有聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维和改性聚酯纤维。合成纤维直径在2～65μm之间，长度为4～25mm，每千克含量达10亿根左右，在喷射混凝土中掺量一般为0.5%～1.0%，其对提高混凝土抗裂、抗渗性能具有明显作用。
3）粉煤灰。按一定水泥用量的比例加入粉煤灰后，可以减少水泥用量，降低水化热，改善喷射混凝土的和易性，其强度仍满足要求，混凝土在泵送过程中更顺畅，可以降低堵管现象发生。
4）硅粉。按水泥用量的10%掺入硅粉，由于硅粉的强度特性作用，喷射混凝土的抗压强度可大大提高，混凝土结构的密实性也将改善。
2.2.2 配合比
喷射混凝土配合比应满足设计强度和施工工艺要求。一般情况下应满足以下条件：喷射混凝土抗压强度应满足设计要求，有抗渗要求时必须达到设计抗渗标号。水泥用量合适，胶骨比适中，拌和料黏附性好，施工过程中回弹量少、粉尘少，易于黏附在受喷面上，不流淌，且不易发生堵管等问题。
（1）配合比控制参数。
1）胶骨比。一般情况下胶骨比宜为1∶4.0～1∶4.5，水泥用量为450～500kg/m3，水泥量偏少则回弹量大，初期强度增长缓慢，水泥量偏大则粉尘量大，环境污染严重，硬化后混凝土收缩量大，易产生裂缝。当掺加粉煤灰时，水泥用量可降低至380kg/m3左右，粉煤灰掺量可为95kg/m3左右。
2）砂率。一般情况下砂率宜为50%～60%，砂率过大则强度降低，砂率过小则回弹量大，且易堵管。
3）水胶比。一般情况下水胶比宜为0.38～0.45，水胶比过大则强度低，易流淌，水灰比过小则回弹量大，易堵管。
4）外加剂掺量。适量掺加外加剂，有利于快速凝结，喷射后不流淌。增加一次喷射厚度，有利于提高早期强度，使喷射混凝土更早发挥支护作用。不同品种的外加剂掺量应由试验确定。
不同类型喷射混凝土配合比技术指标见表2-7。
表2-7 不同类型喷射混凝土配合比技术指标表
续表
（2）常见喷射混凝土配合比。
1）干喷法喷射混凝土配合比。
A.胶骨比：胶凝材料与砂石骨料重量比一般为1∶4.0～1∶4.5。
B.水胶比：水与胶凝材料重量比一般为0.38～0.42。
C.砂率：一般为45%～55%，最大不超过60%。
D.速凝剂为胶凝材料重量的2%～7%。
干喷法喷射混凝土参考配合比见表2-8。
表2-8 干喷法喷射混凝土参考配合比表
2）潮喷法喷射混凝土配合比。
A.胶骨比：胶凝材料与砂石骨料重量比一般为1∶4.0～1∶4.5，每立方米拌和料中，胶凝材料用量为400～480kg/m3。
B.砂率：一般为45%～55%，否则容易造成堵管，回弹量增大，且收缩加大。宜采用粗砂或中粗砂。
C.水胶比：水胶比一般以0.40～0.45为宜。第一次加水时宜为总用水量的55%～65%，即水胶比为0.25～0.30，使骨料表面潮湿能有效与水泥混合形成造壳。第二次加水在喷枪处，与干喷法喷射混凝土加水方法基本相同。
潮喷法喷射混凝土参考配合比见表2-9。
表2-9 潮喷法喷射混凝土参考配合比表
3）湿喷法喷混凝土配合比。
A.胶骨比：胶凝材料与砂石骨料重量比一般为1∶4.0～1∶4.5，胶凝材料用量为420～510kg/m3，条件允许应按试验要求掺加粉煤灰，以改善和易性，降低水化热，减少混凝土收缩性。
B.砂率：一般为50%～60%，宜采用粗砂或中粗砂。
C.水胶比：一般以0.42～0.50为宜。
湿喷法喷混凝土参考配合比见表2-10。
表2-10 湿喷法喷混凝土参考配合比表
4）水泥裹砂喷射混凝土配合比。
A.水泥用量宜为430～500kg/m3。
B.裹砂砂浆的砂用量为砂总量的50%～70%。
C.裹砂砂浆的水泥用量宜为水泥总用量的90%。
水泥裹砂喷混凝土参考配合比见表2-11。
表2-11 水泥裹砂喷混凝土参考配合比表
5）钢纤维喷射混凝土配合比。
A.胶骨比：一般为1∶3～1∶4。
B.钢纤维掺量：掺钢纤维掺40～60kg/m3，具体掺量应通过试验确定。
C.水胶比：一般为0.40～0.45。
D.砂率：一般为50%～60%。
钢纤维喷射混凝土参考配合比见表2-12。
表2-12 钢纤维喷射混凝土参考配合比表
6）合成纤维喷射混凝土配合比。聚丙烯纤维按厂家提供的参考数据，掺加到拌和机中，其参考配合比见表2-13。
表2-13 聚丙烯纤维喷射混凝土参考配合比表
2.2.3 喷射设备
喷射混凝土是通过喷射机将拌和后的混合物喷射到受喷面上。经过多年工程实践、设计研发与改进，目前设备主要有干喷法混凝土喷射机（简称干喷机）和湿喷法混凝土喷射机（简称湿喷机）。干喷机适用范围更广，但从拌和到喷射过程产生的粉尘大，不利于环境保护，湿喷机喷射过程中更绿色环境，逐步取代干喷机。
（1）干喷法混凝土喷射机。干喷法混凝土喷射机，以前在工程边坡喷射混凝土支护中应用广泛，随着人类对环境保护更加重视，干喷法施工范围逐渐减少。干喷法混凝土喷射机的主要优点是设备简单，机型小巧，运输和移动都很方便，混合料输送距离长，粉状速凝剂可在进入喷射机前加入。
这里主要介绍旭达PZ系列干喷法混凝土喷射机，它的主要特点和优势在于：直通转子式不黏结料腔，出料顺畅，高效快捷。四点弹性补偿压紧，密封效果好，机旁粉尘少，易损件寿命长。采用低压高速涡旋气流输送，克服物料输送中黏结、堵管和脉冲离析等难题，料流均匀，连续稳定。喷头及出料弯头装置进一步优化，改善喷射效果，回弹量少，喷层质量高。机器底盘可以装配成轮胎式、滑橇式和各种轨距的轨轮式，便于搬运就位。
干喷法喷射混凝土设备技术性能见表2-14。
表2-14 干喷法喷射混凝土设备技术性能表
（2）湿喷法混凝土喷射机。随着环境保护要求越来越高，湿喷法混凝土喷射机在工程应用中将越来越广。采用风动型稀薄流输送的湿喷法混凝土喷射机可以大大降低粉尘，减少回弹量，给操作人员创造了较好的工作环境。
这里介绍旭达PZS系列混凝土湿喷机，它具有操作简单、使用方便、喷射均匀、产生粉尘低、喷射回弹少、水灰比使用范围大、技术性能可靠、提高喷层质量等优点。该机主要特点是：振动料斗有利于物料顺直进入料腔。四点压紧方式提高了密封效果，易损件损耗小。新型弯头使下料口更顺畅，采用软管式计量泵添加速凝剂，添加更可靠，纯风力输送，低压工作可以添加各类纤维喷射作业。可广泛用于边坡工程、铁（公）路隧道、矿山井巷和地下工程的锚喷支护。
湿喷法喷射混凝土设备技术性能见表2-15。
表2-15 湿喷法喷射混凝土设备技术性能表
（3）辅助设备。目前国内还没有喷射混凝土的专用定型辅助设备。喷射混凝土施工时采用的辅助设备与工地土建施工设备共用，有专项要求时进行专项配制（如单独喂送钢钎维的专门设备）。常用辅助设备有下列几种。
1）空压机。空压机是喷射混凝土施工中的动力设备，根据喷射机类型及输送长度选择相应的空压机供风，以满足用风量和风压的要求。供风方式可采取集中或分散方式，集中供风则设供风站，供风站应满足以下要求。
A.保证各用风点应有足够的风压和风量，且风压应稳定，不能出现风压时高时低和发生突变等问题。
B.保证供风质量，应经常开放气罐下部的油水分离闸阀，放掉气罐内的油与水。
C.一般应按每台喷射机耗风量9～10m3/min配制空压机。喷射机已选定时，按照选定设备说明书的要求配置。
2）拌和机。宜采用强制式搅拌机拌制喷射混凝土。喷射强度不大的部位可采用小型的拌和机，如JW-375型拌和机，拌混合料的生产能力达到12.5m3/h。喷射强度高的部位宜采用强制式混凝土搅拌站供料。如无强制式搅拌机，亦可用自落式搅拌机，但拌和时间应适当加长，保证拌和料搅拌均匀。在水泥裹砂喷混凝土施工时，拌裹砂砂浆应采用反向双转水泥裹砂机，如型号为FSG-250型拌和机，生产能力为5m3/h。
3）干、潮混合料上料机。向喷射机内加料时，采用小型移动式皮带机给喷射机输料。为方便给混凝土中添加粉状速凝剂，一般采用皮带机长4～5m、宽400～500mm、输送混凝土能力25m3/h的小型皮带输送机。
4）运输设备。在使用干、潮喷混凝土工艺时，拌和好的混合料采用小型翻斗车运输到喷射机旁，人工直接上料或采用皮带机输送到喷射机料斗中。采用湿喷工艺时，湿喷混凝土采用容量为3～6m3的小中型罐车运到湿喷机旁直接输送到喷射机斗内。