蜿蜒曲折、陡峭險峻的山路，曾是難以逾越的天塹，而如今一座座隧道穿過了崇山峻嶺的層層阻隔，使過去的“天塹”變成坦途。在這翻天覆地變化的背后，得益于我國隧道建設技術(shù)的飛速發(fā)展以及噴射混凝土技術(shù)的廣泛應用。噴射混凝土技術(shù)以其高效、靈活、適應性強等特點，已成為了隧道施工中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。

作為噴射混凝土行業(yè)發(fā)展歷程的見證者與躬身入局的踐行者，中國混凝土與水泥制品協(xié)會噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會理事長、北京工業(yè)大學教授王子明，對隧道工程的建設給予了充分的肯定。他說：“目前，我國隧道工程已居世界首位，據(jù)不完全統(tǒng)計，已建成交通隧道45870座，總里程超過5.3萬公里。近年來，我國噴射混凝土技術(shù)發(fā)展迅速，噴射混凝土不僅用于隧道的建設，還在水利水電、公路鐵路、礦山開采、城市景觀、修復加固、裝飾裝修、3D打印等領(lǐng)域應用廣泛。”

中國混凝土與水泥制品協(xié)會噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會理事長、教授王子明

發(fā)展歷程：

從起飛到騰飛的漫漫長路

噴射混凝土是將預先配置好的水泥、砂、石子、水、外加劑、摻合料、相關(guān)功能材料等，借助噴射機械，利用高壓空氣或泵將其輸送到噴射頭與速凝劑混合后，高速噴向受噴面，發(fā)揮相關(guān)設計功能的一類混凝土。王子明說：“與普通混凝土相比，噴射混凝土具有凝結(jié)快、高早強、節(jié)約材料與勞動力、工效高、費用低、效果好等特點。

噴射混凝土技術(shù)起源于20世紀的美國。1911年，卡爾·阿克力發(fā)明了噴射砂漿用的“水泥槍”，并成立了Cement Gun公司。1914年，美國開始在礦山和土木工程中應用噴射水泥砂漿。1953年，奧地利卡普隆水力發(fā)電站的米爾隧洞首次使用了噴射混凝土支護，即“新奧法”。此后，全球多個地區(qū)在土木工程中逐漸采用了噴射混凝土技術(shù)。

為了克服干噴法噴射混凝土施工的固有缺陷，20世紀60年代，濕噴法出現(xiàn)在斯堪的納維亞半島的北歐國家。與干噴法相比，濕噴法施工過程中粉塵小、回彈量低，混凝土拌合物的水灰比能準確控制，生產(chǎn)效率高。目前，濕噴法作為一種綠色環(huán)保、高性能、高效率的混凝土噴射方法，在隧道、地下涵洞、邊坡、基坑、結(jié)構(gòu)補強加固、異型薄壁結(jié)構(gòu)及耐火工程中得到了廣泛應用。

早期，我國在噴射混凝土領(lǐng)域還處于摸索階段，借鑒國外經(jīng)驗，從簡單的應用場景開始嘗試。王子明回憶道：“在建國初期，我國的噴射混凝土僅應用于礦山和簡單的地下防護工程中，設備簡陋，技術(shù)也不成熟，但這是我們起步的重要時刻。”隨著國家建設需求的增加，噴射混凝土技術(shù)開始不斷進步。改革開放后，大規(guī)模的基礎(chǔ)設施建設涌現(xiàn)，噴射混凝土行業(yè)迎來了快速發(fā)展的契機，開啟了向現(xiàn)代化、專業(yè)化邁進的新征程。王子明說：“有資料統(tǒng)計，我國在噴射混凝土領(lǐng)域的專利數(shù)從1993年—1996年的481件，上升到最近3年的26265件，增長超過50倍，這也間接反映了我國噴射混凝土行業(yè)正處于快速發(fā)展的階段?！?/span>

噴射混凝土隧道施工現(xiàn)場

材料革新：

品質(zhì)提升的核心要素

在談到材料方面時，王子明強調(diào)了其重要性，“材料是噴射混凝土施工和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵?！睆膫鹘y(tǒng)的水泥、砂石為主的配合比，到如今高性能材料的廣泛應用，噴射混凝土經(jīng)歷了巨大的變革。新型外加劑的研發(fā)，如高性能減水劑、無堿液體速凝劑等，極大地改善了噴射混凝土的工作性能，使噴射過程更加順暢，強度發(fā)展更符合工程需求；纖維材料的加入，如鋼纖維、合成纖維，有效增強了噴射混凝土的韌性和抗裂能力。這些材料的革新為噴射混凝土在復雜工程環(huán)境中的應用提供了堅實的保障，使其能更好地適應不同工況的挑戰(zhàn)。

在談到速凝劑時，王子明進行了重點介紹。速凝劑是噴射混凝土中重要的化學外加劑，速凝劑已從堿性粉狀速凝劑向無堿液體速凝劑的方向發(fā)展。速凝劑能使混凝土噴射到工作面上后迅速凝結(jié)，顯著縮短混凝土由塑性體變?yōu)楣腆w所需的時間，在幾分鐘內(nèi)就可以使之失去流動性并硬化；此外，速凝劑能減少回彈損失，防止噴射混凝土因為重力引起脫落，提高在潮濕或者含水巖層中使用的適應性能?，F(xiàn)在發(fā)展起來的無堿液體速凝劑，不僅能提高噴射混凝土的早期強度，噴射混凝土后期強度基本不降低（要求小于10%），而且能使混凝土硬化后的長期力學性能和耐久性得到保證。而使用環(huán)保型無堿液體速凝劑，能在噴射過程中降低粉塵濃度，基本實現(xiàn)無粉塵噴射施工，保障現(xiàn)場施工人員身體健康。王子明指出：“無堿液體速凝劑的成功研制和應用是噴射混凝土技術(shù)發(fā)展的重要突破，高早強、綠色環(huán)保型高性能無堿液體速凝劑是今后研究的重點方向。

設備升級：

效率與精度需雙提升

“設備的發(fā)展對噴射混凝土行業(yè)的推動作用不可小覷?！蓖踝用鹘榻B道。早期的噴射設備噴射壓力不穩(wěn)定、操作不便，嚴重制約了施工效率和質(zhì)量。目前，噴射混凝土設備正向自動化、智能化及綠色環(huán)保的方向發(fā)展。設備自動化可提高生產(chǎn)效率，同時減少人力成本；智能控制系統(tǒng)增強了設備的精準度和可靠性；而環(huán)保材料的應用則符合了可持續(xù)發(fā)展的需求。

世界第一長隧道錨瀘定隧道

針對噴射混凝土設備目前存在的問題，王子明認為，噴射混凝土施工設備急需向精細化、功能化、自動化和智能化方向發(fā)展，同時不能忽視工程個性化和特殊環(huán)境施工需求?，F(xiàn)代建筑工程中，施工環(huán)境越來越復雜多樣，有時需要在狹窄的空間內(nèi)完成，傳統(tǒng)的大型噴射混凝土設備難以適應；而小型化專用設備能夠降低運輸成本，提高施工靈活性，便于在狹窄空間內(nèi)作業(yè)和快速移動。

同時，王子明也指出，目前試驗室用噴射成型設備的研發(fā)還十分欠缺。噴射混凝土的性能和質(zhì)量對工程質(zhì)量至關(guān)重要，需要依靠精確的試驗設備和大量的科學研究工作進行支撐和性能改進與評估。試驗室設備能夠模擬實際施工環(huán)境，對噴射混凝土的各項性能指標進行測試和分析，需要研發(fā)高精度、高自動化程度的試驗室設備，準確測量噴射混凝土的各項性能指標，如抗壓強度、粘結(jié)強度等；并模擬不同施工環(huán)境和條件，對噴射混凝土進行全方位的性能測試和分析。

標準制定：

規(guī)范發(fā)展的指南針

噴射混凝土的性能檢測和標準體系建立是保證噴射混凝土質(zhì)量和耐久性的基本需求，噴射混凝土性能檢測和試驗方法主要針對其工作性、力學性能和耐久性等。王子明介紹，我國正在逐步建立起配套的噴射混凝土標準體系，從原材料標準、性能和勻質(zhì)性要求標準、試驗方法標準、規(guī)程和施工標準，到評價和驗收、指南和技術(shù)報告、術(shù)語標準等，各個環(huán)節(jié)都需要有詳細規(guī)定。這些標準體系的建立確保了噴射混凝土在應用過程中的規(guī)范性和一致性，避免了因標準不統(tǒng)一導致的質(zhì)量問題和市場混亂。同時，隨著技術(shù)的發(fā)展，標準也在不斷更新，以適應行業(yè)的新變化和新需求。

川藏線海拔4000米聳立的墩柱

王子明簡單介紹了我國正在主導制定的噴射混凝土性能試驗國際標準工作。由我國牽頭的噴射混凝土試驗方法系列標準（ISO 23945-Test methods for sprayed concrete）的制定工作正在進行。目前已經(jīng)完成ISO 23945-1 Test methods for sprayed concrete——Part1：Flash setting accelerating admixtures- Setting time的制定工作，該標準于2022年7月正式發(fā)布。另外2項ISO標準（ISO 23945-2Test Methods for Sprayed Concrete——Part2：Sampling fresh and hardened concrete、ISO 23945-3 Test Methods for Sprayed Concrete——Part3：Measurement of compressive strength）正在制訂過程中。此外，由中國水泥制品與混凝土協(xié)會噴射混凝土材料與工程技術(shù)分會牽頭制定的團體標準T/CCPA 51—2024/T/CBMF 274—2024《噴射混凝土用早強劑》和T/CCPA 50—2024/T/CBMF 273—2024《噴射混凝土抗壓強度測定方法 貫入法》也已經(jīng)完成，兩項標準已于今年1月12日實施。

T/CCPA 51—2024/T/CBMF 274—2024《噴射混凝土用早強劑》涉及早強劑與無堿液體速凝劑配合使用時，一方面，降低了無堿液體速凝劑的用量，滿足噴射混凝土的速凝要求，同時顯著提高噴射砂漿或混凝土早齡期強度（3、8、24h）發(fā)展并保證良好的后期強度，有助于保障施工速度和施工期間的隧道安全；另一方面，明顯改善噴射混凝土的可噴性能，降低噴射混凝土的回彈量，提高噴射混凝土一次性噴射厚度和工作效率，解決復雜或低溫環(huán)境下噴射混凝土的施工難題。T/CCPA 50—2024/T/CBMF 273—2024《噴射混凝土抗壓強度測定方法貫入法》則充分考慮了噴射混凝土的強度硬化過程，制定統(tǒng)一的噴射混凝土早期強度檢測方法，為噴射混凝土早期強度的發(fā)展檢測和施工安全提供保障。

噴射混凝土隧道施工現(xiàn)場

挑戰(zhàn)與機遇：

前行路上的雙重考量

目前，我國基礎(chǔ)設施建設依然處于增長階段，特別是在高速鐵路、城市軌道交通、橋梁、隧道、水利工程等大型工程項目中，噴射混凝土作為重要的施工材料，其需求量將持續(xù)增加。據(jù)統(tǒng)計，截至2019年年底，我國正在建設的有隧道工程項目的高速鐵路共41條（總長8349km），隧道1331座（累計長度約2560km），其中，長度10km以上的特長隧道46座（累計長度約591km）；我國規(guī)劃的有隧道工程項目的高速鐵路共86條（總長19718km），隧道3208座（累計長度約7975km），其中，長度10～20km的特長隧道139座（總長1882km）。同時，隨著城市化進程的加速，城市更新和建筑物維護對噴射混凝土的需求也在不斷提升。王子明指出，噴射混凝土在市場應用方面呈現(xiàn)多元化和規(guī)?；奶攸c。

“噴射混凝土行業(yè)是一個具有廣闊發(fā)展前景和潛力的行業(yè)。未來，行業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)?！蓖踝用髦赋觯紫?，環(huán)保要求日益嚴格，如何在滿足環(huán)保標準的前提下，進一步優(yōu)化噴射混凝土材料和施工工藝是一大挑戰(zhàn)。其次，以耐久性為重要設計指標的高性能噴射混凝土是提高噴射混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要材料基礎(chǔ)，是噴射混凝土材料與技術(shù)發(fā)展的趨勢。另外，行業(yè)要進一步加強與科研機構(gòu)的合作，高校和科研院所擁有豐富的人才和科研資源，通過產(chǎn)學研合作，能夠加速新技術(shù)、新材料的研發(fā)和應用。此外，人才培養(yǎng)是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，培養(yǎng)一批既懂噴射混凝土技術(shù)又具有創(chuàng)新能力的專業(yè)人才，是滿足行業(yè)發(fā)展需求的重要保障，可以通過職業(yè)培訓、高校專業(yè)設置等多種途徑來實現(xiàn)。

王子明說：“盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但噴射混凝土行業(yè)一直朝著更加智能化、綠色化的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷革新，行業(yè)必將涌現(xiàn)出更多高效、環(huán)保的施工技術(shù)和產(chǎn)品，為我國城市建設提供更加堅實的支撐?！?/span>

來源：CCPA 袁嵐 徐潔

編輯：陳麗媛

審核：徐潔

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