噴射混凝土的發展歷程
噴射混凝土技術起始于20世紀的美國,發展至今已有100多年。1911年菲爾德自然史博物館的卡爾阿克力發明了噴射砂漿用的水泥槍并獲得專利并,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。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年代中期獲得商業應用。此后,噴射混凝土技術開始獲得了較快發展,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年美國混凝土學會(ACI)就成立了噴射混凝土專業委員(506委員會),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。德國鋼筋混凝土協會與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年在英國召開的混凝土學術會議中,將噴射混凝土作為會議的三個主要議題之一。1996年,歐洲發布了《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、質量控制和健康與安全等均提出了明確規定。1999年挪威發布了《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有許多新進展,其中濕拌噴射混凝土技術和無堿液體速凝劑開發與應用代表著噴射混凝土技術的發展方向。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展,噴射混凝土作為結構混凝土使用受到設計和施工部門的重視。
我國冶金、水電部門在20世紀60年代末期開始研究噴射混凝土技術。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,成功地開發出了噴射混凝土機械、材料與工藝,并將噴射混凝土技術科研成果成功應用建造了鞍鋼弓長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的研究與開發奠定了堅實的基礎。
1986年我國發布了國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術規程》GBJ 86-85,后經修改又發布了《錨桿噴射混凝土支護技術規程》GB 50086-2001和《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規程》GB 50086-2015,2016年發布了《噴射混凝土應用技術規程》JGJ 2156-2016;2017年發布了國際標準《噴射混凝土用速凝劑》GB 35159-2017。是我國噴射混凝土技術標準化建設日趨完善,有利推動了我國噴射混凝土材料與工程技術的發展。
長期以來,噴射混凝土材料與工程技術沒有得到應有的重視,發展水平落后于工程技術發展的需求,特別是傳統的模具成型混凝土材料和技術相比,發展明顯滯后。近幾年,噴射混凝土材料制備的關鍵材料——噴射混凝土用速凝劑得到了快速發展,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展提供了材料基礎;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展,噴射混凝土設備也正在逐步實現國產化和智能化控制,明顯地提高了噴射混凝土作業環境和工程質量。
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無可比擬的優越性,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單,工作安全,減輕了笨重的體力勞動,有利于一次成型和加快掘進速度,預計到2025年,濕噴混凝土市場將達到77億美元以上,且會呈現健康穩定增長,是全球噴射混凝土增長的重要動力。新時代也產生了既有結構維護加固、新建結構復雜形狀等新需求,噴射混凝土向著高性能方向發展,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。