防輻射鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

[摘要]核電站反應(yīng)堆的泄漏輻射、醫(yī)院放射科室的輻射以及試驗(yàn)室防輻射等等，通常都采用放射線混凝土來屏蔽，本文以廉江某醫(yī)院工程為例，介紹了防輻射混凝土的概念、設(shè)計(jì)與施工的特點(diǎn)與方法。

[關(guān)鍵詞]防射線混凝土 設(shè)計(jì)與施工

一、概論

防射線混凝土，又稱為屏蔽混凝土或重混凝土，主要用于核反應(yīng)堆、科研實(shí)驗(yàn)室以及醫(yī)院醫(yī)用直線加速器機(jī)房。我們說，醫(yī)用直線加速器機(jī)房建筑除了需要滿足一般建筑物的質(zhì)量要求之久，還需要具備其他功能，如可以防護(hù)同位素、加速器或設(shè)備產(chǎn)生的原子輻射，如X、α、β、γ以及中子射線等射線要求，因而，混凝土要求能達(dá)到防射線的作用，除了容量高，還要具有良好的勻質(zhì)性，并有較大的密度（密度達(dá)3000～4000kg/m3），混凝土在使用期間不允許出現(xiàn)裂縫和空洞等質(zhì)量問題，因?yàn)橐坏射線和其他放射線電子束從裂縫泄露出去，將嚴(yán)重傷害周圍人的身體健康，所以，防輻射混凝土與一般工業(yè)、民用建筑混凝土相比，不允許帶裂縫工作是其最大的特性。

早些年，不少醫(yī)院在直線加速器室機(jī)房的設(shè)計(jì)與施工中采用了傳統(tǒng)的鉛板或鋼板等重金屬材料，雖然可以達(dá)到防射線的目的，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，成本較大，為了降低成本，簡化設(shè)計(jì)，近年來，選擇具有較強(qiáng)防輻射性能的重晶石混凝土材料作為機(jī)房的防射線材料，無論從經(jīng)濟(jì)上還是從效果上都是一個(gè)比較好的選擇。

二、防輻射混凝土的特點(diǎn)

防輻射混凝土具有大體積、高質(zhì)量、高施工強(qiáng)度等特點(diǎn)。

（1）根據(jù)加速器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輻射劑量大小所計(jì)算出的混凝土墻防護(hù)厚度，一個(gè)面積約200㎡的機(jī)房，其混凝土墻壁和頂蓋均為現(xiàn)澆強(qiáng)度等級(jí)C20及以上的混凝土級(jí)別，則防射線的墻體厚度要達(dá)到2000mm左右，防射線墻體要求厚度在1600mm以上，防射線墻體厚度在1000mm以上才能滿足要求。且結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土密度不能小于2350kg/m3。

（2）施工高質(zhì)量。防射線大體積混凝土工程具有較高的質(zhì)量要求，這是因?yàn)槿艋炷凉こ藤|(zhì)量不高，澆筑孔隙較多甚至出現(xiàn)諸如空洞、裂縫等質(zhì)量缺陷時(shí)，可能造成射線泄漏，一旦發(fā)生射線泄漏，就會(huì)損害機(jī)房周圍人員的身體健康。

（3）混凝土施工要求連續(xù)，不能出現(xiàn)施工縫，施工強(qiáng)度高。由于是大體積混凝土工程，為了保證澆筑質(zhì)量，整個(gè)澆筑過程必須連續(xù)進(jìn)行。因此，與一般混凝土施工相比，施工作業(yè)強(qiáng)度較大。為了確保防射線混凝土的施工質(zhì)量，具備防射線功能，必須加強(qiáng)施工的全過程管理，包括施工前的設(shè)計(jì)管理、施工中的過程管理和施工后的后期管理等等。

三、防射線混凝土施工要點(diǎn)

（1）混凝土的配置其配合比的準(zhǔn)確計(jì)量尤為重要，施工中要嚴(yán)格控制配合比的計(jì)量環(huán)節(jié)，坍落度一般控制在30～50mm。

（2）由于骨料密度大，所以，在進(jìn)行混凝土攪拌時(shí)要注意投料量比普通混凝土的投料量要減少，否則可能會(huì)超載引起攪拌設(shè)備的損壞。

攪拌的時(shí)間不宜過長，尤其是從攪拌到澆筑的時(shí)間不能過長，一般控制在1h之內(nèi)，否則因?yàn)閿嚢柽M(jìn)間過長，會(huì)出現(xiàn)粉狀的特質(zhì)增加，導(dǎo)致坍落度不宜控制的情況發(fā)生。

（3）由于防輻射混凝土的骨料比較重，防止混凝土熟料在運(yùn)輸和下料過程中容易產(chǎn)生骨料離析現(xiàn)象，故混凝土要分層下料，每層的厚度控制在250～280mm，使用插入式混凝土振動(dòng)棒時(shí)，混凝土每層厚度為160mm，振搗時(shí)間控制在16s左右，混凝土自攪拌到澆筑完成的時(shí)間不得超過2h。

（4）混凝土需要連續(xù)澆筑，不得留施工縫。

（5）砼頂板的面層處理。防輻射混凝土頂板澆筑混凝土后，需要經(jīng)過特殊的抹面壓光處理，即一壓三抹。等到混凝土受水時(shí)還要在表面再抹一次，以防止混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

（6）混凝土的溫度控制及降溫措施

1）由于防輻射混凝土墻體較厚，為了防止混凝土的水化熱過高而產(chǎn)生溫度裂縫，需要在混凝土板和較厚的混凝土墻體內(nèi)設(shè)置溫差控制測溫點(diǎn)。

2）采取對(duì)混凝土板和墻體內(nèi)外溫差的監(jiān)測.是為掌握混凝土內(nèi)外溫差情況，根據(jù)墻體厚度不同，分別預(yù)設(shè)若干測溫感應(yīng)線?；炷翝仓?，應(yīng)有專門的溫度測試儀測量記錄。升溫階段每隔2h測一次，降溫階段每4h測一次，并根據(jù)所測量溫差變化，及時(shí)調(diào)整內(nèi)部溫度，使溫差始終控制在20℃以內(nèi)。

3）同時(shí)需要注意的是測量溫度預(yù)埋的測溫管必須與射線照射路徑成一定夾角，以防止射線的泄漏。混凝土澆筑完成拆模板后，為防止射線的泄漏，測溫時(shí)留設(shè)的孔道可采用融鉛灌注法進(jìn)行密封。

（7）混凝土的養(yǎng)護(hù)與驗(yàn)收。養(yǎng)護(hù)時(shí)要采取保濕、保溫措施。為防止混凝土表面干燥而開裂必要時(shí)需要適當(dāng)延長拆模時(shí)間。

使用前驗(yàn)收防射線機(jī)房完工后在投入試運(yùn)行階段，為了在防射線功能上做到萬無一失，還必須請(qǐng)有關(guān)部門對(duì)射線劑量進(jìn)行檢測，各技術(shù)指標(biāo)符合國家規(guī)定后才能正式投入使用。

四、工程塑料

廉江某醫(yī)院放射科建筑面積135m2平面圖見圖一。其偌側(cè)墻及頂板混凝土厚達(dá)1.8～2.5 m，對(duì)本鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行分析，其結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在0.8m以上，混凝土澆筑后其水化熱所引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過26℃，而且本機(jī)房混凝土結(jié)構(gòu)施工是處于夏季，白天氣溫高達(dá)38℃以上，設(shè)計(jì)要求機(jī)房混凝土墻板和頂板必須消除混凝土施工有害裂縫，一次通過防輻性專業(yè)驗(yàn)收，因此，必須預(yù)防裂縫的發(fā)生。

（1）不利因素分析。

1）原材料降溫：夏季，白天氣溫太高，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量，砂石等混凝土原材料的堆場的中午實(shí)測溫度已經(jīng)達(dá)到56.5℃左右，因此攪拌站生產(chǎn)出的混凝土熟料本身的溫度就更高。

2）施工環(huán)境：施工現(xiàn)場處于室外，陽光直射，工地周圍被原有建筑所包圍，通風(fēng)、散熱條件不好，混凝土泵車和墻板、頂板均處于溫度較高的環(huán)境之中。

3）混凝土墻板厚度較大，由于是垂直構(gòu)件，澆水養(yǎng)護(hù)的措施在實(shí)際養(yǎng)護(hù)工作中不能確保，由于室外氣溫高，容易出現(xiàn)混凝土失水的狀況。

4）構(gòu)件截面尺寸大，混凝土在硬化期間內(nèi)部會(huì)釋放出大量的水化熱，混凝土內(nèi)部溫度不斷升高，體積膨脹，在表面引起拉應(yīng)力。很容易形成裂縫，而且在硬化后期由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度的降溫過程中，體積收縮，由于受到基礎(chǔ)本身或已固化混凝土的約束，又可能在混凝土內(nèi)部形成相當(dāng)大的拉應(yīng)力而形成裂縫，甚至?xí)纬韶炌芽p。

（2）有針對(duì)性防裂措施。

1）降低混凝土原材料的溫度。采用澆水將骨料冷卻（經(jīng)試驗(yàn)其溫度可從56.5℃隆至28.8℃左右），以降低混凝土熟料的溫度。

2）采取改善工地現(xiàn)場的施工條件。對(duì)混凝土泵采取防曬降溫措施，即在混凝土泵機(jī)上搭建臨時(shí)遮陽棚，防止陽光的直射；將混凝土輸送管道外壁四周用麻袋包裹，在其上覆蓋草包并反復(fù)淋水降溫。

3）對(duì)混凝土內(nèi)部采取通水降溫措施。在混凝土中埋設(shè)水管，冷水對(duì)混凝土的主要部位進(jìn)行降溫。降溫管道設(shè)置在機(jī)房的頂板和側(cè)墻板內(nèi)，分別預(yù)埋2層和4層DN50鍍鋅水管作為循環(huán)冷水管，其排距及層距均為1.5m。為防止在混凝土澆筑時(shí)發(fā)生堵塞，在上、下層間采用同一直徑水管連接（見圖二）。安裝兩對(duì)臺(tái)水泵，通過水泵不斷地將地下室消防水池中的冷水送入混凝土內(nèi)部，進(jìn)行循環(huán)水冷卻。安排專人負(fù)責(zé)定期測量循環(huán)水溫度，一旦水溫升高，則采用投放冰塊的方法來降低循環(huán)水的溫度。

4）設(shè)置溫度監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)掌握混凝土內(nèi)的溫度變化。在底板、頂板四角和板中心各埋設(shè)溫檢測點(diǎn)。檢測點(diǎn)的布置如圖三、圖四所示。

①溫度檢測點(diǎn)的設(shè)置方法。測溫探頭預(yù)先埋入大體積混凝土內(nèi)，在溫度測點(diǎn)，在鋼筋骨架上綁扎一根φ14mm的螺紋鋼筋，且高出板面25cm。將測溫線固定在φ14mm的螺紋鋼筋上，利用膠帶紙纏繞鋼筋避免探頭與鋼筋直接接觸，測溫線的插頭用塑料袋罩好，避免潮濕，保持清潔。為便于測溫，留在外面的導(dǎo)線長度不應(yīng)小于18cm。按下主機(jī)電源開關(guān)，將各測溫點(diǎn)探頭依次插入主機(jī)插座中，主機(jī)屏幕上即可顯示相應(yīng)測溫點(diǎn)的溫度。

②檢測內(nèi)容包括：保溫層內(nèi)部溫度檢測、循環(huán)水溫度檢測、環(huán)境溫度檢測等項(xiàng)目。

③測溫時(shí)間控制。在溫凝土澆筑初凝后開始，數(shù)據(jù)采集為：在前4d2h，第5～13d8h。直至混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境平均溫度相差不超過18℃為止。通過測溫?cái)?shù)據(jù)結(jié)果來確定保溫覆蓋的措施，確保內(nèi)外溫差小于25℃?；炷另敯宓臏y溫?cái)?shù)據(jù)見表一。

④測溫?cái)?shù)據(jù)分析。經(jīng)實(shí)測，測溫點(diǎn)1的最高溫度為69℃；測溫點(diǎn)2的最高溫度為65.6℃；測量點(diǎn)3的最高溫度為70.8℃；測溫點(diǎn)4的最高溫度度為66.3℃；測量點(diǎn)5的最高溫度為67.1℃；最高溫度均發(fā)生在澆筑后2～3d，內(nèi)外最大溫差在20.8℃。

結(jié)果表明，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值約為70.8℃，在3.5d產(chǎn)生，3d內(nèi)溫度上升到或接近最高溫升，內(nèi)外溫差值在25℃以內(nèi)，本工程結(jié)構(gòu)混凝土在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中最在溫差均控制在25℃以內(nèi)，滿足溫控要求。

7）砼養(yǎng)護(hù)與測溫的動(dòng)態(tài)管理?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫度、溫度條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干宿和干縮；另一方面使水泥的水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂性能。如發(fā)現(xiàn)個(gè)別測溫點(diǎn)溫差接近臨界溫差時(shí)，要及時(shí)降低循環(huán)水溫度，并增大流速和流量，同時(shí)調(diào)整局部溫差。溫降的控制措施根緩慢而穩(wěn)定，溫度陡降不能起過10℃，內(nèi)外部的溫差在10℃以下時(shí)，才可拆除板面上覆蓋的塑料薄膜和草袋。

五、結(jié)束語

一定要按照相關(guān)要求，經(jīng)檢測測算確認(rèn)達(dá)到防輻射要求后，才能投入使用。

[參考文獻(xiàn)]

1、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）

2、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-02）

[作者簡介] 黃茂香，女，1981年生，廉江市第三建筑工程有限公司工程師，研究方向?yàn)榉课萁ㄖ┕ぜ肮芾怼?/p>