随着我国公路、铁路工程建设的加快，近年来隧道工程有了较大发展。在这期间，喷射混凝土技术凭借简便的工艺、施工高效、独特的效果和造价经济的特点，在隧道建设工程中获得了广泛应用。
据统计，2022年，我国喷射混凝土速凝剂行业的产能增加到816.2万吨，全国液体速凝剂使用量占比已经超过80%。随着我国“西部开发”“东北振兴”及“一带一路”建设的不断推进，铁路、公路等基础设施建设体量巨大，喷射混凝土性能、质量好坏将直接影响我国各类工程的建设质量和使用寿命。
图片喷射混凝土施工现场 尚百雨/供图
速凝剂关系喷射混凝土技术发展
可以预见，未来高速铁路与公路建设中隧道建设工程占比将会越来越高。同时喷射混凝土在地下空间、巷道开挖、快速修补修复等领域逐步延伸并呈增量之势，现实需求与发展趋势也对喷射混凝土的发展提出了更高的要求。
笔者认为，目前发展喷射混凝土技术存在以下两种思路：
第一，发展适用于喷射混凝土的绿色高性能速凝剂，针对混凝土强度及耐久性能的提高、结构更加密实、支护安全有效、有效控制开裂、减少天然骨料和水泥的消耗、降低施工环境粉尘的影响等方面进行研究，利用高性能速凝剂生产高性能喷射混凝土，切实发挥喷射混凝土的支护作用并具备结构功能，同时进一步提高绿色、文明施工水平，降低环境污染，保障现场施工人员身体健康。
第二，在喷射混凝土中加入新型纤维材料，利用其本身的力学性质，达到改善喷射混凝土的韧性和强度、提高抗震防爆性能、减少自身裂缝的发展、降低回弹率的目的。
其中，速凝剂是喷射混凝土施工过程必须使用的化学外加剂之一，主要作用是促使喷射混凝土中水泥颗粒迅速水化并凝结硬化，从而保障喷射混凝土在到达受喷面后能够迅速失去流动性，产生良好的粘接效果，快速产生强度，达到支护目的的同时，有效降低施工回弹率，减少材料浪费及对环境带来的次生污染。
目前，湿喷施工中常用的速凝剂以碱含量不同划分为有碱速凝剂和无碱速凝剂两大类，其中有碱速凝剂以NaAlO2等原料为主要成分，使用后虽然可以实现速凝效果，但是工程实践中普遍出现了强度增长慢甚至倒缩、长期耐久性能差等问题。无碱速凝剂主要成分为 Al2（SO4）3，该速凝剂虽然可以一定程度上避免喷射混凝土强度倒缩，但是仍会导致混凝土中水泥致密性变差等问题。
五个方面实现喷射混凝土技术再发展
除了上述问题，高性能喷射混凝土力学性能、耐久性能、工作性、经济性要求等也是当前面临的挑战，亟待行业共同关注。
对此，笔者建议，第一，设计开发高性能无碱液体速凝剂及其新型高效稳定剂或络合剂，加大利用无害工业副产品、固体废弃物等廉价原材料生产液体速凝剂。同时，喷射混凝土用促凝早强剂、高性能掺和料、高强轻骨料等相关材料的研发与应用具有现实探索价值，其他系列的水泥在喷射混凝土中的应用也值得关注。速凝剂、促凝早强剂、高性能掺和料在喷射混凝土应用的机理研究需要加强，以便更好地指导产品开发和工程实践。提高速凝剂的适应性，降低敏感性，有效降低掺量，甚至开发有机化工为主无机复合为次的新产品序列，使其更好地适用于不同类型的胶凝材料体系、其他混凝土外加剂、掺和料、施工环境条件等，同时制定更为详尽合理的相关性能评价标准。
第二，加快湿喷工艺及其配套湿喷设备在喷射混凝土中的推广应用，并结合技术发展开发新装备。湿喷法喷混凝土拌和料可实现混凝土用水量可控，拌和充分，有利于水泥充分水化，因而混凝土强度较高，其水灰比能较准确控制。其速凝剂通过遥控控制计量及输送系统在喷射墙头与混凝土快速混合，与干喷和潮喷工艺相比，有效降低粉尘、回弹量相对可控，生产环境状况好。
第三，提升喷射混凝土用原材料质量和新材料组分的设计研发，使喷射混凝土不仅具有可靠的可喷射性能，同时具有优异的力学和耐久性能。随着喷射混凝土用无碱液体速凝剂技术的成熟及相关新产品的出现，喷射混凝土的力学性能和耐久性能明显改善，喷射混凝土必将迈向功能结构化应用。喷射混凝土由于良好的密实度、抗裂性能、防水性能、耐久性等高性能特征，适合应用于单层永久支护。
第四，完善与健全喷射混凝土各项性能的检测评价方法和相关标准规范。目前喷射混凝土的各项性能尚没有正式测定具体指标的方法，粘结强度的试验方法尚不统一，国内现行施工规范和质量检验评定标准中检测喷射混凝土抗压强度的“喷大板”试验方法不仅费时费力，所获取的样本数量有限，强度值难以真正反映实际喷射混凝土的性能。
第五，提升喷射混凝土专用喷射设备的自动化和智能化水平。实现数据化、理论化和程序化，必须要精细化研究整个湿喷工艺流程，特别是要理清湿喷混凝土射流密实过程的内在作用机制，为科学开展喷射施工调控提供理论支撑。
笔者认为，随着我国基础设施建设的不断推进，喷射混凝土是初期支护的重要组成部分，其服役性能是影响隧道结构耐久性的关键因素。因此，作为初支结构的重要组成部分，喷射混凝土在施工和服役期间均发挥重要作用，完善喷射混凝土初期支护结构在复合式衬砌支护体系中的内涵和高性能化要求，是提高喷射混凝土耐久性并实现喷射混凝土工程百年耐久的必由之路。
（作者系CCPA喷射混凝土材料与工程技术分会秘书长）
