噴射混凝土的發(fā)展歷程
噴射混凝土技術(shù)起始于20世紀的美國,發(fā)展至今已有100多年。1911年菲爾德自然史博物館的卡爾阿克力發(fā)明了噴射砂漿用的水泥槍并獲得專(zhuān)利并,成立了Cement Gun公司。1914年美國在礦山和土木工程中使用了噴射水泥砂漿。1953年建成的奧地利卡普隆水力發(fā)電站的米爾隧洞最早使用了噴射混凝土支護(干噴射機支護),此種方法就是“新奧法”。此后,瑞士、德國、法國、瑞典、美國、英國、加拿大和日本等相繼在土木工程中采用了噴射混凝土技術(shù)。濕法噴射工藝在第二次世界大戰之后研究成功,到20世紀70年代中期獲得商業(yè)應用。此后,噴射混凝土技術(shù)開(kāi)始獲得了較快發(fā)展,在隧道與地下涵洞工程、邊坡與基坑工程、結構補強加固工程、異型薄壁結構工程與耐火工程獲得了廣泛應用。
1960年美國混凝土學(xué)會(huì )(ACI)就成立了噴射混凝土專(zhuān)業(yè)委員(506委員會(huì )),1966年首先制訂了《噴射混凝土施工規范》ACI506-66,1977年制訂了《噴射混凝土材料、配比與施工規程規定》ACI506-77。德國鋼筋混凝土協(xié)會(huì )與1974年制訂了《噴射混凝土施工規范DIN18551》,1976年制定了《噴射混凝土維護和加固混凝土結構的規程》。1980年在英國召開(kāi)的混凝土學(xué)術(shù)會(huì )議中,將噴射混凝土作為會(huì )議的三個(gè)主要議題之一。1996年,歐洲發(fā)布了《歐洲噴射混凝土指南》,該規程對噴射混凝土組成材料、施工工藝、試驗方法、質(zhì)量控制和健康與安全等均提出了明確規定。1999年挪威發(fā)布了《巖土支護用噴射混凝土指南》。從20世紀末至今,國內外噴射混凝土技術(shù)有許多新進(jìn)展,其中濕拌噴射混凝土技術(shù)和無(wú)堿液體速凝劑開(kāi)發(fā)與應用代表著(zhù)噴射混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。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(zhù)提高了噴射混凝土的力學(xué)性能與耐久性,推動(dòng)噴射混凝土向高性能化和高耐久方向發(fā)展,噴射混凝土作為結構混凝土使用受到設計和施工部門(mén)的重視。
我國冶金、水電部門(mén)在20世紀60年代末期開(kāi)始研究噴射混凝土技術(shù)。1965年11月,第三冶金建設公司和冶金部建筑研究院程良奎等合作,成功地開(kāi)發(fā)出了噴射混凝土機械、材料與工藝,并將噴射混凝土技術(shù)科研成果成功應用建造了鞍鋼弓長(cháng)嶺鐵礦的礦山運輸巷道。1966年,北京地鐵工程使用噴射混凝土修復了因火災燒壞的鋼筋混凝土襯砌。這些都為我國早期噴射混凝土技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)奠定了堅實(shí)的基礎。
1986年我國發(fā)布了國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規程》GBJ 86-85,后經(jīng)修改又發(fā)布了《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規程》GB 50086-2001和《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規程》GB 50086-2015,2016年發(fā)布了《噴射混凝土應用技術(shù)規程》JGJ 2156-2016;2017年發(fā)布了國際標準《噴射混凝土用速凝劑》GB 35159-2017。是我國噴射混凝土技術(shù)標準化建設日趨完善,有利推動(dòng)了我國噴射混凝土材料與工程技術(shù)的發(fā)展。
長(cháng)期以來(lái),噴射混凝土材料與工程技術(shù)沒(méi)有得到應有的重視,發(fā)展水平落后于工程技術(shù)發(fā)展的需求,特別是傳統的模具成型混凝土材料和技術(shù)相比,發(fā)展明顯滯后。近幾年,噴射混凝土材料制備的關(guān)鍵材料——噴射混凝土用速凝劑得到了快速發(fā)展,無(wú)堿液體速凝劑技術(shù)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;同時(shí),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(shí)現國產(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(zhì)量。
噴射混凝土在隧道、水利水電、護坡支護、礦山、地下工程、工程修補等諸多領(lǐng)域得到應用。噴射混凝土成型錨噴支護以及噴射混凝土支護與傳統的支護形式相比有著(zhù)無(wú)可比擬的優(yōu)越性,對被襯物具有支襯、充填、隔絕、轉化的作用,一方面節約了鋼材和木材,降低了施工成本;另一方面使得施工簡(jiǎn)單,工作安全,減輕了笨重的體力勞動(dòng),有利于一次成型和加快掘進(jìn)速度,預計到2025年,濕噴混凝土市場(chǎng)將達到77億美元以上,且會(huì )呈現健康穩定增長(cháng),是全球噴射混凝土增長(cháng)的重要動(dòng)力。新時(shí)代也產(chǎn)生了既有結構維護加固、新建結構復雜形狀等新需求,噴射混凝土向著(zhù)高性能方向發(fā)展,用濕噴混凝土代替傳統的現澆成型混凝土建造鋼筋混凝土墻已將成為主流應用技術(shù)。