噴射混凝土是借助噴漿機將攪拌均勻的混凝土拌合物直接噴射至工作面的混凝土，也是隧道施工過程開挖初期支護的關鍵部分，其技術水平直接影響著隧道支護質量及施工的安全。

近年來，隨著我國公路鐵路工程建設的加快，隧道工程有了較大發(fā)展，噴射混凝土具有原料來源廣泛、施工便利、對施工現(xiàn)場適應性強、施工速度快等優(yōu)良性能，得到廣泛應用，為我國工程建設貢獻了力量。

關鍵材料助力技術發(fā)展

隨著噴射混凝土材料制備的關鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無堿液體速凝劑技術逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展提供了材料基礎。

噴射混凝土起始于20世紀的美國，發(fā)展至今已有100多年。2020年，全球噴射混凝土市場規(guī)模達到了523億美元，預計2026年將達到715億美元，年復合增長率（CAGR）為4.5%。行業(yè)之所以取得快速發(fā)展，離不開關鍵材料的進步。

近年來，隨著噴射混凝土材料制備的關鍵材料——噴射混凝土用速凝劑的快速發(fā)展，無堿液體速凝劑技術逐漸成熟，為噴射混凝土材料的高性能化發(fā)展奠定了材料基礎；同時，噴射混凝土成型工藝也逐漸由干法噴射向濕法噴射方向轉型發(fā)展，噴射混凝土設備也正在逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化和智能化控制，明顯地提高了噴射混凝土作業(yè)環(huán)境和工程質量。此外，硅灰、鋼纖維、有機纖維和其他功能材料在噴射混凝土中應用，顯著提高了噴射混凝土的力學性能與耐久性，推動噴射混凝土向高性能化和高耐久方向發(fā)展。

國道109高速路中鐵總包部二工區(qū)、五工區(qū)施工現(xiàn)場

CCPA噴射混凝土材料與工程技術分會/供圖

“目前，噴射混凝土已廣泛用于隧道、地下和海洋工程，以提供早期支持和防止?jié)B水。噴射混凝土的關鍵性能指標是設定時間和強度，這不僅取決于混合物設計，還取決于液體無堿速凝劑的使用。速凝劑改變了膠凝材料的水化機理，影響其強度發(fā)展和凝固時間。”CCPA噴射混凝土材料與工程技術分會秘書長尚百雨表示，2017年噴射混凝土速凝劑行業(yè)為712.85億美元，預計到2025年將達到986.62億美元，2017—2025年的復合年增長率為4.15％。全球采礦活動、隧道建設增加等是推動全球噴射混凝土速凝劑市場的關鍵因素。

創(chuàng)新讓技術、標準持續(xù)突破

在標準體系建設方面，當前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護等多種因素的影響，使得實體噴射混凝土的強度往往達不到設計要求，導致支護結構的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此能否準確有效地評價噴射混凝土的施工質量顯得尤為重要。

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及噴射混凝土應用領域的不斷擴大，噴射混凝土需求量越來越大、質量要求也越來越高，性能要求越來越綜合化、多樣化，因此對噴射混凝土品種與性能要求越來越高，對噴射混凝土應用技術水平要求也越來越高。

創(chuàng)新是技術進步的關鍵，在工程建設中同樣如此?！霸诖ú罔F路拉薩—林芝試驗段的工程實踐中，為實現(xiàn)噴射混凝土在到達受噴面時迅速凝結硬化并提供早期強度的目的，采用加入速凝劑的方式加速水泥水化進程，縮短誘導期。速凝劑的使用實現(xiàn)了噴射混凝土的迅速凝結硬化，保證了隧道圍巖穩(wěn)定和施工安全。山西省中部引黃工程是山西省‘十二五’規(guī)劃大水網(wǎng)建設中一項重要的工程，工程包括水源工程和輸水工程。本工程采取了一系列的工程措施進行初期支護，除了錨桿、錨索等措施外，鋼纖維噴射混凝土也是其中一項重要的措施。某高鐵全線重點控制性工程，隧道地質條件復雜，整體施工風險高。該隧道淺埋段占全隧41%，洞身圍巖整體穩(wěn)定性差，淺埋偏壓軟弱圍巖多，尤其是Ⅳ、Ⅴ級圍巖占比高達86%。受地材環(huán)境限制與施工成本控制，項目采用機制砂制備噴射混凝土?！闭劦皆诠こ讨腥〉玫耐黄疲邪儆耆鐢?shù)家珍。

在標準建設方面，同樣需要創(chuàng)新?！霸跇藴鼠w系建設方面，當前由于噴射混凝土在配合比、噴射作業(yè)及灑水養(yǎng)護等多種因素的影響，使得實體噴射混凝土的強度往往達不到設計要求，導致支護結構的可靠度降低甚至工程事故的發(fā)生。因此，能否準確有效地評價噴射混凝土的施工質量顯得尤為重要?！鄙邪儆曛赋?，目前現(xiàn)行的噴射混凝土質量評價指標仍然局限于傳統(tǒng)的混凝土抗壓強度，但抗壓強度指標不能合理地反映噴射混凝土的實際受載作用機理。況且國內現(xiàn)行施工規(guī)范和質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，強度值有時也不能真正反映實際噴射混凝土的性能。

未來機遇與挑戰(zhàn)并存

目前，發(fā)展噴射混凝土技術存在以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑；二是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，達到改善噴射混凝土性能目的。

我國幅員遼闊，社會全面進步，人民需求大幅提升，促使工程的種類與質量不斷取得更大的突破，這為噴射混凝土帶來了機遇與挑戰(zhàn)。

“當前行業(yè)發(fā)展存在的問題和挑戰(zhàn)主要有以下幾點：一是國內外相關速凝劑產(chǎn)品的檢驗方法和性能評價指標存在不統(tǒng)一問題。特別是關于速凝劑產(chǎn)品分類和性能指標問題，我國甚至沒有無堿速凝劑的明確定義，對于多少堿含量才是無堿或者低堿存在爭議。二是目前3D打印建筑技術使用的噴射混凝土粘結時間仍舊不合理，通常凝結時間達6～10h左右。三是煤礦巷道使用噴射混凝土封閉和支護圍巖是目前最有效的支護方式，伴隨著錨噴支護工藝的改進和完善，成為目前巷道支護技術的主流。四是速凝劑產(chǎn)品穩(wěn)定性和在噴射混凝土施工中應用技術還有待完善?！鄙邪儆晏岢?，目前發(fā)展噴射混凝土技術存在著以下兩種思路：一是發(fā)展適用于噴射混凝土的綠色高性能速凝劑，針對混凝土延性和強度的提高、抑制裂縫的產(chǎn)生與延伸、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，利用速凝劑來弱化對環(huán)境的污染。二是在噴射混凝土加入新型纖維材料，利用其本身的力學性質，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。但值得注意的是，當前，低成本、高回報的速凝劑研發(fā)使得速凝劑市場魚龍混雜，部分速凝劑摻入許多污染環(huán)境的成分。主管部門為提高工程的穩(wěn)定性和耐久性、減少對環(huán)境的污染，現(xiàn)已明確要求在施工過程中使用液體速凝劑。

提升質量將是重要發(fā)展方向

隨著我國“西部大開發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進，噴射混凝土將得到進一步推廣，其質量的好壞將直接影響著我國各類工程的建設質量和使用壽命。

噴射混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比有著無可比擬的優(yōu)越性。由于對被噴物具有較好的支襯、隔離等作用，使得其在水利水電、邊坡支護、礦山開發(fā)、地下工程、工程加固補強等諸多領域得到廣泛應用。但隨著我國“西部開發(fā)”和“一帶一路”的不斷推進，噴射混凝土將得到進一步推廣，其質量的好壞將直接影響著我國各類工程的建設質量和使用壽命。

“如何提升高性能噴射混凝土材料與工程技術將成為今后行業(yè)高質量發(fā)展的重要方向?！睂Υ?，尚百雨建議，一是研發(fā)性能更好的早強型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)品等廉價原材料生產(chǎn)液體速凝劑。二是濕噴工藝及其配套濕噴設備是未來噴射混凝土的發(fā)展方向，干法噴射將逐步被限制和取代。三是建立健全噴射混凝土性能的檢測評價方法和相關標準規(guī)范。四是噴射混凝土材料向“高性能噴射混凝土”方向發(fā)展，不僅具有可靠的可噴射性能，同時具有優(yōu)異的力學性能和耐久性能。五是噴射混凝土專用噴射設備的自動化和智能化水平提升及開展噴射手和承包商的專用技能和資質培訓已刻不容緩。

國道109高速路中鐵總包部四工區(qū)

CCPA噴射混凝土材料與工程技術分會/供圖