重離子治療中心超厚墻板大體積混凝土施工技術(shù)

高 峰

（莆田中建建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 莆田 351 100）

1 工程概況

莆田媽祖重離子醫(yī)院項(xiàng)目，項(xiàng)目位于莆田市北岸經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會(huì)山亭鎮(zhèn)，總建筑面積為106700m2，地下2 層，地上部分3 層，部分12 層。配備重離子治療中心，硼中子治療中心和質(zhì)子治療中心。其中重離子治療中心由加速器大廳，爬升區(qū)，治療室三個(gè)部分組成。包含了1.1、1.55 米厚的底板、1.4、2.0、3.5 米厚的頂板以及1.0、1.3、1.7、2.0、2.6、3.9、4.3 米厚的剪力墻，最高凈高達(dá)25m。采用防輻射C35 普通混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8。

2 工程特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)自防水要求高，工藝要求嚴(yán)格，不允許漏水。該工程使用的重離子放療設(shè)備極其昂貴，重離子裝置運(yùn)行過程中具有較強(qiáng)輻射，防水設(shè)計(jì)一旦失效出現(xiàn)漏水情況，會(huì)使得進(jìn)入重離子輻射區(qū)的水發(fā)生活化，出現(xiàn)污染事故[1]。故選用的混凝土不僅需要滿足C35 強(qiáng)度要求，還需要具備良好的耐久性和抗?jié)B性。

需要澆筑的混凝土底板、墻體構(gòu)件體積較大，整體所需的混凝土澆筑量大，對(duì)應(yīng)水泥水化時(shí)產(chǎn)生的水化放熱量大，引起混凝土構(gòu)件內(nèi)部溫升以一個(gè)較大值上升[2]。同時(shí)由于構(gòu)件內(nèi)外降溫速率不一致，混凝土構(gòu)件呈現(xiàn)外低內(nèi)高的溫度變化趨勢(shì)。構(gòu)件內(nèi)部受熱膨脹變形量大于表面，整體表現(xiàn)為混凝土構(gòu)件中心受壓而表面受拉。隨著混凝土構(gòu)件持續(xù)降溫，當(dāng)構(gòu)件表面承受的因降溫引起的溫度拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土構(gòu)件很大概率會(huì)發(fā)生開裂[3]。因此為避免大體積混凝土構(gòu)件因內(nèi)部溫度梯度分布不合理產(chǎn)生貫通性裂縫，必須對(duì)混凝土水化放熱量，溫降速率進(jìn)行合理的控制。

收縮裂縫的產(chǎn)生，會(huì)影響結(jié)構(gòu)本身的安全性以及耐久性，加劇混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)比較高。為達(dá)到既定的強(qiáng)度，采用的水泥具有細(xì)度高，比表面積大的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)會(huì)使得水泥水化的反應(yīng)速度快，水化放熱速率大，引起構(gòu)件內(nèi)部溫升高，加大混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的概率。同時(shí)由于大體積混凝土要求的水膠比較小，混凝土的自收縮和干縮較大[4]，也會(huì)加大混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的概率。

3 大體積構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

重離子設(shè)備區(qū)存在3900、4300mm 墻體，墻體高度為25000mm。若全部采用現(xiàn)澆，會(huì)存在因?yàn)橐淮涡詽仓看螅w水化放熱量高，內(nèi)外溫差不可控，增大出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。因此為降低墻體整體水化放熱量熱，減少大體積混凝土溫度裂縫出現(xiàn)的概率，對(duì)3900、4300mm 厚墻構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)性優(yōu)化。將全部現(xiàn)澆更改成四周現(xiàn)澆，預(yù)留出空腔填充混凝土預(yù)制塊做法。即沿墻體厚度方向分成三個(gè)區(qū)域，左右兩側(cè)1m 為現(xiàn)澆混凝土，中間為空腔，兩側(cè)混凝土養(yǎng)護(hù)周期達(dá)到后，填充混凝土預(yù)制塊。在墻縱向、橫向各設(shè)置預(yù)制塊腔體分區(qū)，各腔體中間用現(xiàn)澆板帶分隔開，預(yù)制塊填充縫與兩側(cè)施工縫錯(cuò)開，增加一定整體性。墻體立面分層吊裝預(yù)制塊，上層預(yù)制塊吊裝需待板帶澆筑完畢且至少養(yǎng)護(hù)14 天后進(jìn)行。填充區(qū)域預(yù)制塊與混凝土墻之間縫隙，用C25 細(xì)石混凝土澆筑填實(shí)。

沿高度方向分區(qū)分階段施工，為了不留通縫，將不同段澆筑位置的接口處設(shè)置成臺(tái)階型。預(yù)制塊兩邊空腔墻體要預(yù)留一定的高低差（大于100mm），且保持與空腔內(nèi)的預(yù)制塊不同縫。

4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

在混凝土中摻入礦物摻合料，在保持一定膠凝材料總量的基礎(chǔ)上，減少水泥的使用量，是目前較為有效的降低大體積混凝土早期開裂的風(fēng)險(xiǎn)的手段之一。摻入一定量的礦物摻合料，主要通過以下兩方面來實(shí)現(xiàn)提高大體積混凝土抗裂性能，一是通過降低水泥的使用量，降低混凝土內(nèi)部的溫升，削弱其升溫峰值[5]。二是通過摻入粉煤灰和礦粉等，調(diào)整混凝土強(qiáng)度變化趨勢(shì)，粉煤灰的摻入延緩水化放熱峰值的出現(xiàn)的時(shí)間，礦渣粉的摻入提高了其早期抗拉強(qiáng)度[6]，使混凝土整體抗裂性能提高。

基于相關(guān)理論，結(jié)合相應(yīng)規(guī)范，本項(xiàng)目的大體積混凝土配比選配將采取以下4 個(gè)措施，配制出抗裂性能強(qiáng)，符合力學(xué)性能要求，工作性能指標(biāo)，兼顧經(jīng)濟(jì)性的混凝土。

1、大摻量復(fù)摻粉煤灰和礦渣粉，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上降低膠凝材料體系的水化放熱量；

2、摻入SY-K 型膨脹纖維抗裂防水劑，提高其抗裂性，抗?jié)B防水性；

3、選用減水、增塑、緩凝型聚羧酸減水劑，調(diào)節(jié)其工作性能及凝結(jié)時(shí)間；

4、選用2.36mm～31.5mm 級(jí)配，低膨脹系數(shù)，低吸水率的粗骨料。

經(jīng)攪拌站試配，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水化熱試驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的足尺模型試驗(yàn)，根據(jù)混凝土抗壓強(qiáng)度，工作性能，水化熱變化趨勢(shì)及足尺模型構(gòu)件的內(nèi)部溫度、應(yīng)變應(yīng)力變化規(guī)律，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果，得到以下配合比：

表1 混凝土配合比

該配比膠凝材料在3 天的水化熱約為130kJ/kg，7 天的水化熱約為140kJ/kg?；炷翜厣秊?5℃，28d 強(qiáng)度為51.2Mpa，塌落度為180mm，拓展度為500mm，初凝時(shí)間大于10h。

5 施工過程把控

混凝土出現(xiàn)裂縫的原因通常并不是由于某一單獨(dú)因素造成，生產(chǎn)，運(yùn)輸，施工等環(huán)節(jié)的不合理都有可能引起混凝土出現(xiàn)早期裂縫，后期出現(xiàn)貫通性裂縫的可能性增大的情況出現(xiàn)，因此為增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，必須對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5.1 混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸

生產(chǎn)過程中，必須嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，夏季大體積混凝土施工入模溫度需控制在30℃以下，冬季混凝土的入模溫度宜控制在25℃以下[7]。為進(jìn)一步調(diào)節(jié)好入模溫度，攪拌站在生產(chǎn)時(shí)需要將砂石料置放于陰涼處，避免太陽直射，控制砂石料溫度在20℃左右同時(shí)提前準(zhǔn)備所需的膠凝材料，確保膠凝材料在使用前經(jīng)過充分散熱。生產(chǎn)中根據(jù)入模溫度的變化，調(diào)整拌合水溫度，夏季時(shí)需在拌合水中提前加入冰塊降溫，確保拌合水水溫在20℃左右。

運(yùn)輸過程中在泵車表面加裝保溫隔熱的有機(jī)硅材料外衣，避免因外界環(huán)境熱傳導(dǎo)下引起入模溫度的增大。

5.2 混凝土澆筑

除底板一次性澆筑外，本項(xiàng)目墻體以及3.5m 厚頂板將分階段多次澆筑，每個(gè)階段的澆筑間隔控制在7-10 天。混凝土澆筑采用斜向推進(jìn)、分層澆筑的辦法，控制每一分層的厚度不超過500mm，每一分層澆筑完成時(shí)間不超過初凝時(shí)間。

澆筑過程中應(yīng)避免天泵的下料管僅停留在一個(gè)地方持續(xù)澆筑某片區(qū)域，造成區(qū)域內(nèi)漿料不均勻，應(yīng)綜合考慮區(qū)域配筋情況，澆筑角柱等鋼筋密集區(qū)時(shí)應(yīng)至少選擇3-5 個(gè)下料口，循環(huán)下料。同時(shí)應(yīng)設(shè)置串管配合澆筑，避免應(yīng)混凝土澆筑高差太大引起混凝土離析的情況發(fā)生。

采用插入式振搗器配合天泵進(jìn)行振搗，振搗棒的使用要求快插慢拔，除了要保證振搗時(shí)振搗棒的下插深度，特別是要深入每一分層的交界面外，還需要控制振搗時(shí)間，不能少振，也不能過振。振搗點(diǎn)的間距按照振搗棒作用半徑的1.5 倍一般以400～500mm 進(jìn)行控制。

5.3 混凝土測(cè)溫

混凝土測(cè)溫采用JDC -Ⅱ型便攜式建筑電子測(cè)溫儀，配合測(cè)溫導(dǎo)線、測(cè)溫探頭使用。主要檢測(cè)點(diǎn)為構(gòu)件中心，底面，表面，環(huán)境溫度。測(cè)溫時(shí)間間隔在混凝土澆筑后10 小時(shí)開始，第一、二天間隔兩小時(shí)、第三天間隔三小時(shí)，第四、五天間隔四小時(shí)，第五、六、七天間隔五小時(shí)，若溫度變化穩(wěn)定，可隨后停止測(cè)溫(混凝土澆筑體表面以內(nèi)40-100mm 位置的溫度與環(huán)境溫度的差值小于20℃時(shí)，可停止測(cè)溫)。

5.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土終凝前壓光后人工掃毛，立即在表面覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)構(gòu)件不同尺寸厚度加蓋不同厚度的草簾保溫，以及土工布防風(fēng)。通過外保溫的形式調(diào)節(jié)構(gòu)件內(nèi)外溫度下降速率，除保證內(nèi)外溫差小于25℃，外表面與環(huán)境溫差小于20℃外，還需控制外表面溫降速率小于2℃/d。保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 天。墻體采用帶模養(yǎng)護(hù)，在檢測(cè)到內(nèi)外溫差小于25℃后方可組織拆模，拆模后并立即進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 天。

6 結(jié)束語

通過對(duì)大尺寸混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，大摻量復(fù)摻粉煤灰和礦渣試配出低水化熱體系的配合比，加入抗裂劑和減水劑調(diào)節(jié)增強(qiáng)混凝土的抗裂性能以及在生產(chǎn)，運(yùn)輸，澆筑，養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的把控。有效的保證了本項(xiàng)目大體積混凝土構(gòu)件質(zhì)量，避免貫通性裂縫的產(chǎn)生，整體預(yù)防裂縫的產(chǎn)生效果明顯，達(dá)到了重離子醫(yī)療區(qū)防輻射混凝土質(zhì)量要求。