(一)简述

从20世纪60年代起,在欧洲和北美洲国家中,湿喷技术开始逐渐推行,各种湿式混凝土喷射机也陆续开发出来。所谓湿喷,其基本原理是将加水搅拌好的成品混凝土加入湿式喷射机,输送至喷头处,经掺加速凝剂后形成料束喷至施工面。

目前,在一些西方国家中,湿式混凝土喷射机已逐渐成为主要的喷射混凝土作业机具,而且在某些工程中已经以立法的方式要求必须采用湿喷工艺,干喷机或潮喷机正在逐步被淘汰出局。表4-4列出了部分西方国家采用湿喷混凝土的情况。

表4-4　部分西方国家喷射混凝土作业中干喷与湿喷所占比例表

在国内,目前由于种种原因,干喷机仍是主要的喷射作业设备。但是随着人们环保意识的增强以及对喷射混凝土质量要求的提高,已有越来越多的湿式混凝土喷射机被使用。在一些大型水电水利工程中,如二滩水电站、黄河小浪底工程、三峡水利枢纽、大朝山水电站工程等,均要求采用湿式混凝土喷射机作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷身机多是从国外引进的设备,湿喷设备主要包括主机和机械手。近几年来,国内一些科研单位也研制出几种型号的湿式混凝土喷射机,但生产规模尚有待于扩大,设备综合性能尚有待提高。

湿式混凝土喷射机主要优点是：

(1)大大降低机旁和喷头处的粉尘浓度,消除对工人健康的危害。

(2)生产率高。干式混凝土喷射机一般不超过5m3/h。而使用湿式混凝土喷射机,人工作业时可达10m3/h；采用机械手作业时,则可达20m3/h。

(3)回弹率低。干喷时,混凝土回弹率达15%～30%。采用湿喷技术,回弹率可降低到15%以下。

(4)湿喷时,由于水灰比易于控制,混凝土固化程度高,故可大大改善喷射混凝土的品质,提高混凝土的均质性。而干喷时,混凝土的水灰比是由喷射手根据经验通过肉眼观察来进行调节的,混凝土的品质在很大程度上取决于喷射手操作正确与否。

(二)输料方式

1.气动输料

在气动输料设备中,预先拌制好的水泥浆或混凝土通过输料软管被压缩空气从喷射机输送到喷头。如果需要增加速度和改进喷射型式可在喷头处加入更多的空气。这种设备能够处理稠度适合于一般喷混凝土施工的混合物,混合物所含骨料的粒径可达到20mm。具有双混合室和双通阀门的喷射机可对材料进行拌制并以连续流的形式操作。

2.正向排液

在正向排液设备中,混凝土不使用压缩空气而是采用泵送方式或另外的强迫输料方式通过输料软管进行输送,其原理见图4-2。在喷头处注入压缩空气以分散混凝土流,并达到喷混凝土所要求的速度。正向排液输送设备比气动输料设备要求混合物的湿度更大,输送混凝土的速度更低一些。除非使用合适的速凝剂,采用这种方法在垂直和顶板表面上喷射喷混凝土较困难。这种设备用于喷射含20mm直径骨料的拌制材料是令人满意的。

图4-2　正向排液泵的原理图

(三)湿式混凝土喷射机的种类

1.柱塞泵式湿喷机

柱塞泵式湿喷机是将柱塞式混凝土泵作为湿式混凝土喷射机的基本机体,在输送管出口装以喷头并在此通入压缩空气,将混凝土喷射出去,其工作原理如图4-3所示。如瑞士MEY NADIER公司的Robojet041型喷射机与芬兰Normet公司的Spraymec9150等均属于柱塞泵式湿喷机。这类湿喷机一般较笨重,但输送距离长。在二滩、小浪底、大朝山等一些大型水利水电工程中使用的,主要为瑞士生产的这类混凝土湿喷机。

2.软管挤压泵式湿喷机

软管挤压泵式湿喷机由搅拌斗、泵送软管、泵体和输料管等部件组成。泵体为圆筒形,中部之行星传动机构带动两个滚轮转动,连续挤压泵送管内的湿料,使之进入输料管被压送出去,其工作原理见图4-4。日本极东系列混凝土喷射机即属此类型湿喷机,据报道这种喷射机曾在国外应用较广,但从近年来国内的引进情况来看,已很少使用,其主要问题是挤压管寿命短。

图4-3　柱塞泵式湿喷机工作原理图

图4-4　软管挤压泵式湿喷机工作原理图

3.气送式湿式混凝土喷机(www.daowen.com)

气送式湿式混凝土喷机是利用压缩空气将物料在软管中以“稀薄流”的形式输送至喷头直接喷出。该型机为并排的两个罐,一个喷射,一个备料。罐的底部各有一个横卧的螺旋输送器,喷射罐内通入压缩空气,湿混合料经螺旋送进输料管,在喷头处,通过气环引入的压缩空气使拌和料喷射出去。这种湿喷机的缺点是向罐内加料比较麻烦,罐的清理亦不方便。

瑞士阿利瓦湿喷机即属于气送式,其工作原理见图4-5。该机为转子结构,采用液压驱动装置,负荷变量泵通过液压马达带动转子转动,转速可调,从而使喷射量可调。采用了液压式转子压紧机构,压紧力可调。工作时料斗中的湿混合料落入转子料孔,经旋转180°后料孔与压缩空气进气口相通,湿混合料遂以悬浮状态被压至出料管,经在喷头混合室与液体速凝剂快速充分混合后,从喷头高速喷出。

图4-5　瑞士阿利瓦280型湿喷机工作原理图

SPZ—6型湿式混凝土喷射机是由北京矿冶研究总院研制成功的一种气送转子式湿式混凝土喷射机。其工作原理与瑞士阿利瓦280机型相似,其转子由电动机经减速器带动旋转。该机设备投资少,生产率高,重量轻,机动性好。该型湿式混凝土喷射机分别在北京及甘肃进行了工业试验,取得了优良的效果,并获国家专利。

4.叶轮式湿式混凝土喷射机

叶轮式湿式混凝土喷射机是安庆市恒特工程机械研究所研制的一种湿喷机。该机采用了一种叶轮喂料装置,工作原理是利用旋转的叶片将湿料推送至机器下部的混合室,经与空气混合、掺加速凝剂后,通过软管输送到喷头,在喷头处喷出。该机具有工作可靠,使用寿命长,适应骨料粒径范围大等优点。目前已生产出AH型系列产品。

5.泵送湿喷两用机

PBT20型混凝土泵送、湿喷两用机是山东科技大学机器人研究中心研制的一种小型拖式混凝土施工设备(见图4-6),它既可用于湿式喷射混凝土,又可用于混凝土的泵送。可以广泛用于地基灌注桩、隧洞、巷道、矿山、铁路、水电、城建、交通等工程施工。

PBT20型混凝土泵送、湿喷两用机主要由输送系统、控制系统、液压系统和润滑系统等5部分组成。采用电动机作动力；由单片机进行控制；具有双缸液压驱动和S分配阀结构。

与国内常见混凝土泵相比,它的泵量连续可调,理论排量范围5～20m3/h；具有堵管检测和自动排障功能；控制上采用智能化检测、控制系统和抗干扰设计,可靠性好；增加了可用于湿式喷混凝土的速凝剂计量泵及喷射装置等。

与国内常见湿喷机相比,它采用液压驱动方式,排量大(20m3/h),输送距离远(200m)、位置高(60m),磨损小,寿命长；采用稠密流输送混凝土,不容易堵管,风耗小、风压稳定；具有容积补偿功能,出料的连续性好；本机在工作中适应混凝土的骨料及坍落度变化范围大,可以喷射钢纤维混凝土,性能可靠,操作简便,维护费用低。

6.TK—961型湿式混凝土喷射机

K—961型湿式混凝土喷射机是铁道科学研究院西南分院近年来研制的一种转子活塞式湿喷机,其工作原理见图4-7。该机利用一组活塞将湿混合料推送至机器顶部的混合室,经与空气混合后,通过软管输送到喷头,在喷头处掺加速凝剂后喷出。该机的主要优点是无余气喷射,送料连续性好,且对混凝土的和易性要求不高。该型湿喷机已在国内工程中应用,并获国家专利。

几种湿式混凝土喷射机的性能见表4-5。

表4-5　几种湿式混凝土喷射机的性能

图4-7　TK—961型湿式混凝土喷射机工作原理图

(四)湿式混凝土喷射机推广应用中的一些问题

目前,由于湿喷技术具有明显的优势,湿式混凝土喷射机在各工程中的应用亦越来越多。但是,由于存在着一些尚待解决的问题,对湿式混凝土喷射机的推广应用起到了一定的阻碍作用,以至于在我国,目前主要的喷射混凝土作业方式仍是干喷。这些问题主要是：

(1)湿式混凝土喷射机多采用液体速凝剂,进口及合资产品售价较高,而国产液体速凝剂尚无生产,而相对应的干喷所用的粉状速凝剂售价低。

(2)劳动力成本低,人们的环保意识不高,所以采用湿喷技术积极性不高。

(3)采用湿式混凝土喷射机作业,设备较为复杂,操作及维修不如干喷机方便。

(4)采用湿式混凝土喷射机,设备投资较高。

以上种种因素造成湿喷混凝土施工成本高于干喷混凝土施工成本,使湿式混凝土喷射机在国内的推广受到一定程度的限制。但是,随着人们环保意识的加强,以及对喷射混凝土施工质量更高的要求,湿式混凝土喷射机必将越来越多地取代干式混凝土喷射机而成为喷射混凝土作业的主要机具。