喷射混凝土让建筑施工和城市建设更加绿色智能高效——专访中国混凝土与水泥制品协会喷射混凝土材料与工程技术分会理事长、教授王子明

蜿蜒曲折、陡峭险峻的山路，曾是难以逾越的天堑，而如今一座座隧道穿过了崇山峻岭的层层阻隔，使过去的“天堑”变成坦途。在这翻天覆地变化的背后，得益于我国隧道建设技术的飞速发展以及喷射混凝土技术的广泛应用。喷射混凝土技术以其高效、灵活、适应性强等特点，已成为了隧道施工中不可或缺的关键技术之一。

作为喷射混凝土行业发展历程的见证者与躬身入局的践行者，中国混凝土与水泥制品协会喷射混凝土材料与工程技术分会理事长、北京工业大学教授王子明，对隧道工程的建设给予了充分的肯定。他说：“目前，我国隧道工程已居世界首位，据不完全统计，已建成交通隧道45870座，总里程超过5.3万公里。近年来，我国喷射混凝土技术发展迅速，喷射混凝土不仅用于隧道的建设，还在水利水电、公路铁路、矿山开采、城市景观、修复加固、装饰装修、3D打印等领域应用广泛。”

中国混凝土与水泥制品协会喷射混凝土材料与工程技术分会理事长、教授王子明

发展历程：

从起飞到腾飞的漫漫长路

喷射混凝土是将预先配置好的水泥、砂、石子、水、外加剂、掺合料、相关功能材料等，借助喷射机械，利用高压空气或泵将其输送到喷射头与速凝剂混合后，高速喷向受喷面，发挥相关设计功能的一类混凝土。王子明说：“与普通混凝土相比，喷射混凝土具有凝结快、高早强、节约材料与劳动力、工效高、费用低、效果好等特点。

喷射混凝土技术起源于20世纪的美国。1911年，卡尔·阿克力发明了喷射砂浆用的“水泥枪”，并成立了Cement Gun公司。1914年，美国开始在矿山和土木工程中应用喷射水泥砂浆。1953年，奥地利卡普隆水力发电站的米尔隧洞首次使用了喷射混凝土支护，即“新奥法”。此后，全球多个地区在土木工程中逐渐采用了喷射混凝土技术。

为了克服干喷法喷射混凝土施工的固有缺陷，20世纪60年代，湿喷法出现在斯堪的纳维亚半岛的北欧国家。与干喷法相比，湿喷法施工过程中粉尘小、回弹量低，混凝土拌合物的水灰比能准确控制，生产效率高。目前，湿喷法作为一种绿色环保、高性能、高效率的混凝土喷射方法，在隧道、地下涵洞、边坡、基坑、结构补强加固、异型薄壁结构及耐火工程中得到了广泛应用。

早期，我国在喷射混凝土领域还处于摸索阶段，借鉴国外经验，从简单的应用场景开始尝试。王子明回忆道：“在建国初期，我国的喷射混凝土仅应用于矿山和简单的地下防护工程中，设备简陋，技术也不成熟，但这是我们起步的重要时刻。”随着国家建设需求的增加，喷射混凝土技术开始不断进步。改革开放后，大规模的基础设施建设涌现，喷射混凝土行业迎来了快速发展的契机，开启了向现代化、专业化迈进的新征程。王子明说：“有资料统计，我国在喷射混凝土领域的专利数从1993年—1996年的481件，上升到最近3年的26265件，增长超过50倍，这也间接反映了我国喷射混凝土行业正处于快速发展的阶段。”

喷射混凝土隧道施工现场

材料革新：

品质提升的核心要素

在谈到材料方面时，王子明强调了其重要性，“材料是喷射混凝土施工和技术发展的基础和关键。”从传统的水泥、砂石为主的配合比，到如今高性能材料的广泛应用，喷射混凝土经历了巨大的变革。新型外加剂的研发，如高性能减水剂、无碱液体速凝剂等，极大地改善了喷射混凝土的工作性能，使喷射过程更加顺畅，强度发展更符合工程需求；纤维材料的加入，如钢纤维、合成纤维，有效增强了喷射混凝土的韧性和抗裂能力。这些材料的革新为喷射混凝土在复杂工程环境中的应用提供了坚实的保障，使其能更好地适应不同工况的挑战。

在谈到速凝剂时，王子明进行了重点介绍。速凝剂是喷射混凝土中重要的化学外加剂，速凝剂已从碱性粉状速凝剂向无碱液体速凝剂的方向发展。速凝剂能使混凝土喷射到工作面上后迅速凝结，显著缩短混凝土由塑性体变为固体所需的时间，在几分钟内就可以使之失去流动性并硬化；此外，速凝剂能减少回弹损失，防止喷射混凝土因为重力引起脱落，提高在潮湿或者含水岩层中使用的适应性能。现在发展起来的无碱液体速凝剂，不仅能提高喷射混凝土的早期强度，喷射混凝土后期强度基本不降低（要求小于10%），而且能使混凝土硬化后的长期力学性能和耐久性得到保证。而使用环保型无碱液体速凝剂，能在喷射过程中降低粉尘浓度，基本实现无粉尘喷射施工，保障现场施工人员身体健康。王子明指出：“无碱液体速凝剂的成功研制和应用是喷射混凝土技术发展的重要突破，高早强、绿色环保型高性能无碱液体速凝剂是今后研究的重点方向。

设备升级：

效率与精度需双提升

“设备的发展对喷射混凝土行业的推动作用不可小觑。”王子明介绍道。早期的喷射设备喷射压力不稳定、操作不便，严重制约了施工效率和质量。目前，喷射混凝土设备正向自动化、智能化及绿色环保的方向发展。设备自动化可提高生产效率，同时减少人力成本；智能控制系统增强了设备的精准度和可靠性；而环保材料的应用则符合了可持续发展的需求。

世界第一长隧道锚泸定隧道

针对喷射混凝土设备目前存在的问题，王子明认为，喷射混凝土施工设备急需向精细化、功能化、自动化和智能化方向发展，同时不能忽视工程个性化和特殊环境施工需求。现代建筑工程中，施工环境越来越复杂多样，有时需要在狭窄的空间内完成，传统的大型喷射混凝土设备难以适应；而小型化专用设备能够降低运输成本，提高施工灵活性，便于在狭窄空间内作业和快速移动。

同时，王子明也指出，目前试验室用喷射成型设备的研发还十分欠缺。喷射混凝土的性能和质量对工程质量至关重要，需要依靠精确的试验设备和大量的科学研究工作进行支撑和性能改进与评估。试验室设备能够模拟实际施工环境，对喷射混凝土的各项性能指标进行测试和分析，需要研发高精度、高自动化程度的试验室设备，准确测量喷射混凝土的各项性能指标，如抗压强度、粘结强度等；并模拟不同施工环境和条件，对喷射混凝土进行全方位的性能测试和分析。

标准制定：

规范发展的指南针

喷射混凝土的性能检测和标准体系建立是保证喷射混凝土质量和耐久性的基本需求，喷射混凝土性能检测和试验方法主要针对其工作性、力学性能和耐久性等。王子明介绍，我国正在逐步建立起配套的喷射混凝土标准体系，从原材料标准、性能和匀质性要求标准、试验方法标准、规程和施工标准，到评价和验收、指南和技术报告、术语标准等，各个环节都需要有详细规定。这些标准体系的建立确保了喷射混凝土在应用过程中的规范性和一致性，避免了因标准不统一导致的质量问题和市场混乱。同时，随着技术的发展，标准也在不断更新，以适应行业的新变化和新需求。

川藏线海拔4000米耸立的墩柱

王子明简单介绍了我国正在主导制定的喷射混凝土性能试验国际标准工作。由我国牵头的喷射混凝土试验方法系列标准（ISO 23945-Test methods for sprayed concrete）的制定工作正在进行。目前已经完成ISO 23945-1 Test methods for sprayed concrete——Part1：Flash setting accelerating admixtures- Setting time的制定工作，该标准于2022年7月正式发布。另外2项ISO标准（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）正在制订过程中。此外，由中国水泥制品与混凝土协会喷射混凝土材料与工程技术分会牵头制定的团体标准T/CCPA 51—2024/T/CBMF 274—2024《喷射混凝土用早强剂》和T/CCPA 50—2024/T/CBMF 273—2024《喷射混凝土抗压强度测定方法 贯入法》也已经完成，两项标准已于今年1月12日实施。

T/CCPA 51—2024/T/CBMF 274—2024《喷射混凝土用早强剂》涉及早强剂与无碱液体速凝剂配合使用时，一方面，降低了无碱液体速凝剂的用量，满足喷射混凝土的速凝要求，同时显著提高喷射砂浆或混凝土早龄期强度（3、8、24h）发展并保证良好的后期强度，有助于保障施工速度和施工期间的隧道安全；另一方面，明显改善喷射混凝土的可喷性能，降低喷射混凝土的回弹量，提高喷射混凝土一次性喷射厚度和工作效率，解决复杂或低温环境下喷射混凝土的施工难题。T/CCPA 50—2024/T/CBMF 273—2024《喷射混凝土抗压强度测定方法贯入法》则充分考虑了喷射混凝土的强度硬化过程，制定统一的喷射混凝土早期强度检测方法，为喷射混凝土早期强度的发展检测和施工安全提供保障。

喷射混凝土隧道施工现场

挑战与机遇：

前行路上的双重考量

目前，我国基础设施建设依然处于增长阶段，特别是在高速铁路、城市轨道交通、桥梁、隧道、水利工程等大型工程项目中，喷射混凝土作为重要的施工材料，其需求量将持续增加。据统计，截至2019年年底，我国正在建设的有隧道工程项目的高速铁路共41条（总长8349km），隧道1331座（累计长度约2560km），其中，长度10km以上的特长隧道46座（累计长度约591km）；我国规划的有隧道工程项目的高速铁路共86条（总长19718km），隧道3208座（累计长度约7975km），其中，长度10～20km的特长隧道139座（总长1882km）。同时，随着城市化进程的加速，城市更新和建筑物维护对喷射混凝土的需求也在不断提升。王子明指出，喷射混凝土在市场应用方面呈现多元化和规模化的特点。

“喷射混凝土行业是一个具有广阔发展前景和潜力的行业。未来，行业也面临诸多挑战。”王子明指出，首先，环保要求日益严格，如何在满足环保标准的前提下，进一步优化喷射混凝土材料和施工工艺是一大挑战。其次，以耐久性为重要设计指标的高性能喷射混凝土是提高喷射混凝土结构耐久性的重要材料基础，是喷射混凝土材料与技术发展的趋势。另外，行业要进一步加强与科研机构的合作，高校和科研院所拥有丰富的人才和科研资源，通过产学研合作，能够加速新技术、新材料的研发和应用。此外，人才培养是行业发展的关键，培养一批既懂喷射混凝土技术又具有创新能力的专业人才，是满足行业发展需求的重要保障，可以通过职业培训、高校专业设置等多种途径来实现。

王子明说：“尽管面临诸多挑战，但喷射混凝土行业一直朝着更加智能化、绿色化的方向发展。随着技术的不断革新，行业必将涌现出更多高效、环保的施工技术和产品，为我国城市建设提供更加坚实的支撑。”

来源：CCPA 袁岚 徐洁

编辑：陈丽媛

审核：徐洁

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