直線加速器機(jī)房大體積混凝土施工技術(shù)

嚴(yán)威，陳楠 （中國(guó)建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200135）

1 引言

醫(yī)用直線加速器是現(xiàn)代醫(yī)療發(fā)展的重要體現(xiàn)，其通過(guò)高能量電子束產(chǎn)生x射線來(lái)放射治療疾病。高能量射線易造成輻射污染，因此，直線加速器機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)根據(jù)設(shè)備類型明確相關(guān)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的防輻射性能且造價(jià)較低，一直是防輻射結(jié)構(gòu)的首選[1～4]。

直線加速器機(jī)房防護(hù)要求高，采用混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防輻射，其厚度一般需在1m～3m范圍內(nèi)且結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)裂縫，這對(duì)施工質(zhì)量提出了較高的要求[5～6]。大體積混凝土的施工質(zhì)量很大程度上取決于混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，其中包括澆筑工藝和溫度控制技術(shù)。本文主要對(duì)直線加速器大體積混凝土澆筑和溫度控制技術(shù)進(jìn)行研究，詳細(xì)介紹了混凝土澆筑方法、水冷循環(huán)系統(tǒng)、溫度測(cè)位測(cè)點(diǎn)布置的施工技術(shù)。

2 工程概況

南京市棲霞區(qū)中醫(yī)院地下共兩層，直線加速器機(jī)房位于地下一層放療科區(qū)域，包括兩間直線加速器機(jī)房和一間后裝機(jī)房，見(jiàn)下圖（單位為mm）所示。兩間直線加速器室長(zhǎng)25.2m、寬14.9m，平面布置沿豎直方向?qū)ΨQ布置，剪力墻厚度有 1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。后裝機(jī)房長(zhǎng)5.8m，寬7.8m，剪力墻厚度為0.8m。機(jī)房頂板厚為1.8m、2.9m，底板厚度1m，防護(hù)當(dāng)量為20mmpb。

3 直線加速器大體積混凝土施工難點(diǎn)

大體積混凝土澆筑技術(shù)要求高。直線加速器機(jī)房頂板和剪力墻厚度最厚分別為2.9m和3.2m，混凝土的澆筑方法和振搗技術(shù)是保證混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，處理不當(dāng)混凝土易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，以致降低直線加速器機(jī)房的防輻射效果。

大體積混凝土溫度控制要求嚴(yán)。大體積混凝土在拌和過(guò)程中水泥發(fā)生水化反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生較大的水化熱?；炷翝仓穸仍酱?，水化熱控制難度越高。而水化熱過(guò)高會(huì)使混凝土產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)混凝土的容許拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，大體積混凝土在澆筑和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的溫度控制水平直接決定成型的混凝土質(zhì)量。

4 直線加速器大體積混凝土施工技術(shù)

4.1 施工工序

測(cè)量放線—底板模板及腳手架搭設(shè)—鋼筋綁扎—底板混凝土澆筑—底板與剪力墻水平施工縫留設(shè)—剪力墻鋼筋綁扎—管道預(yù)留洞口—冷水系統(tǒng)和測(cè)溫導(dǎo)線布置—剪力墻模板及腳手架搭設(shè)—剪力墻混凝土澆筑—剪力墻與頂板水平施工縫留設(shè)—頂板模板及腳手架搭設(shè)—鋼筋綁扎—冷水系統(tǒng)和測(cè)溫導(dǎo)線布置—頂板混凝土澆筑—混凝土溫度檢測(cè)—冷水系統(tǒng)運(yùn)行—混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.2 大體積混凝土澆筑

4.2.1 混凝土材料及配合比

直線加速器機(jī)房底板、剪力墻和頂板均采用水化熱較低且干縮性小的普通硅酸鹽水泥Po42.5。砂選用細(xì)度模數(shù)不小于2.3，含泥量小于3%的中砂。碎石選用連續(xù)級(jí)配且粒徑在5mm～31.5mm范圍內(nèi)的非堿性碎石?；炷涟韬陀盟x用生活飲用水。此外還在混凝土中加入適量粉煤灰和硼酸砂，用以分別降低水化熱和提高防輻射能力。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P6?；炷恋呐浜媳葘?duì)強(qiáng)度和水化熱都有較大影響，根據(jù)直線加速器機(jī)房大體積混凝土的特殊要求，結(jié)合混凝土的運(yùn)輸距離和施工環(huán)境溫度，委托混凝土公司專門(mén)配置泵送混凝土配合比。混凝土水膠比為0.42，砂率40%，強(qiáng)度為45.3MPa，坍落度160mm，初凝時(shí)間為6h。

4.2.2 混凝土澆筑方案

直線加速器機(jī)房混凝土總用量約為2000m3，其 中 底 板 411.67m3、頂 板828.48m3、剪力墻 759.34m3。為確?；炷吝B續(xù)澆筑，配備兩臺(tái)臂架56米汽車泵。每臺(tái)混凝土泵安排一個(gè)施工班組負(fù)責(zé)，作業(yè)時(shí)間進(jìn)行兩班倒。綜合考慮混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸量、車輛行駛速度、運(yùn)輸車往返距離以及混凝土輸送泵平均輸出量?；炷翑嚢枵揪喙こ痰攸c(diǎn)車程為20min，為每臺(tái)輸送泵配備5臺(tái)混凝土運(yùn)輸車。

機(jī)房大體積混凝土采用整體水平分層連續(xù)澆筑，每層澆筑厚度為30cm～50cm。并且需在混凝土初凝之前，完成上一層混凝土的澆筑?；炷琳駬v采用二次振搗工藝，以改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少混凝土的收縮和徐變，防止混凝土產(chǎn)生裂縫。機(jī)房大體積混凝土留設(shè)凹凸形水平施工縫，底板與剪力墻之間為凸形，剪力墻與頂板之間為凹形，長(zhǎng)度和高度為剪力墻厚度的1/3。綁扎底板和剪力墻鋼筋時(shí)需考慮施工縫處的鋼筋搭接。

機(jī)房底板和頂板澆筑沿直線加速器底板向東西兩側(cè)進(jìn)行澆筑，每層澆筑40cm。選用振搗棒將混凝土振搗均勻密實(shí)，上層振搗時(shí)振搗器需插入下層混凝土10cm。振搗時(shí)避免漏振，振搗棒移動(dòng)方向和間距需根據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先排列，插入間隙控制在振搗棒作用范圍1.5倍。機(jī)房剪力墻高度為3.95m，底層先澆筑一層10cm與泵送混凝土同配比的水泥砂漿，第二層澆筑厚度為40cm混凝土，其他層每層60cm。剪力墻鋼筋網(wǎng)較密，振搗間距需根據(jù)墻厚和長(zhǎng)度排列振搗棒移動(dòng)路線。2臺(tái)混凝土泵沿直線加速器機(jī)房對(duì)稱澆筑，澆筑時(shí)底部模板的縫隙要進(jìn)行填縫，避免漏漿。

4.3 混凝土溫度控制

直線加速器機(jī)房大體積混凝土溫度控制是保證混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。混凝土的溫度控制從以下兩點(diǎn)考慮：①混凝土材料和拌和工藝。選擇水化熱較低的水泥，加入適量外加劑以減少水泥用量，可適度降低水泥產(chǎn)生的水化熱?；炷猎牧系臏囟容^高時(shí)，可在拌和時(shí)加入適量冰水，降低混凝土的拌和溫度。②在澆筑的大體積混凝土中安裝水冷系統(tǒng)，通過(guò)流動(dòng)的水與混凝土進(jìn)行溫度中和，進(jìn)一步控制混凝土內(nèi)部溫度，此方法在實(shí)際工程中應(yīng)用價(jià)值較大。

4.3.1 水冷循環(huán)系統(tǒng)

混凝土厚度對(duì)其內(nèi)部溫度影響較大，為降低澆筑后大體積混凝土的溫度，需借助水冷循環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。水冷循環(huán)系統(tǒng)主要包括水箱、自吸循環(huán)水泵、水管、進(jìn)水流量計(jì)、壓力表、閥門(mén)開(kāi)關(guān)、溫度計(jì)。其中水管連接水箱部分選用DN35鍍鋅鋼管，混凝土內(nèi)部循環(huán)水管選用DN20鍍鋅鋼管。

水冷循環(huán)系統(tǒng)分別布置在混凝土頂板厚度為2.9m處、剪力墻厚度3m和3.2m處。剪力墻和頂板鋼筋綁扎完成后，將DN20鍍鋅鋼管布置在距混凝土設(shè)計(jì)完成面邊緣1.5m～2.0m處，并與鋼筋網(wǎng)進(jìn)行固定，防止混凝土澆筑和振搗時(shí)出現(xiàn)移位。待冷水循環(huán)系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行通水循環(huán)工作，檢驗(yàn)整個(gè)回路管線是否存在漏水，以及水流通暢情況。澆筑的混凝土初凝后并結(jié)合溫度情況，可運(yùn)行水冷系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入水管的流量和水箱水溫，對(duì)混凝土溫度進(jìn)行精細(xì)化管控，確?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度在正常范圍內(nèi)。

4.3.2 溫度測(cè)位測(cè)點(diǎn)布置

直線加速器機(jī)房大體積混凝土溫度測(cè)量位置和測(cè)點(diǎn)的選擇依據(jù)是能全面準(zhǔn)確反映其溫度變化。直線加速器機(jī)房底板和頂板長(zhǎng)25.2m，寬14.9m。底板混凝土厚度均為1m，而頂板混凝土厚度存在1.8m和2.9m兩種厚度。剪力墻混凝土厚度范圍為1.2m～3.2m。結(jié)合直線加速器機(jī)房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)溫度測(cè)量位置和測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置。

機(jī)房底板混凝土厚度為1m且厚度無(wú)變化，測(cè)位選擇在底板四邊角部和邊線中點(diǎn)橫縱距邊線1m處，此外還有底板中心一處。上述九處測(cè)位每處布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別距離混凝土表面、底面5cm處和混凝土中部。

頂板和底板的測(cè)位測(cè)點(diǎn)布置略有差異。除按照底板布置測(cè)點(diǎn)外，還增加頂板厚度為2.9m的三處測(cè)位，分別為左右距邊線1m處和中部。測(cè)點(diǎn)分兩種情況設(shè)置，厚度為1.8m處設(shè)置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別距離混凝土表面、底面5cm處、混凝土中部以及中上部和中下部。而測(cè)位厚度為2.9m的布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，除距離混凝土表面、底面5cm處、混凝土中部外，還在中上部和中下部各增2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

剪力墻高度為3.95m，厚度有1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。溫度測(cè)量位置選擇在剪力墻中部，測(cè)點(diǎn)根據(jù)剪力墻厚度確定測(cè)點(diǎn)數(shù)。剪力墻厚度在1.2m～1.5m布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，1.7m～1.8m布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，3.0m～3.2m布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)。3個(gè)測(cè)點(diǎn)布置位置為距離剪力墻混凝土左右表面5cm及中部，測(cè)點(diǎn)數(shù)為5和7的在剪力墻中部左右分別均勻增加2個(gè)和4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.3.3 混凝土溫度測(cè)量及養(yǎng)護(hù)

直線加速器大體積混凝土溫度測(cè)量是為確?；炷聊茉谡５臏囟戎羞M(jìn)行養(yǎng)護(hù)。溫度測(cè)量主要包括混凝土入模溫度、環(huán)境溫度、混凝土里表溫度、冷卻水進(jìn)出水溫度。溫度測(cè)量時(shí)間及頻率需根據(jù)具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定相應(yīng)的溫度測(cè)量計(jì)劃。此工程直線加速器機(jī)房混凝土澆筑后2d內(nèi)，實(shí)行每1h記錄溫度，3d～7d 2h/次 ，8d～14d 4h/次 ，15d～28d 6h/次。根據(jù)測(cè)量的溫度，可得到混凝土與環(huán)境溫度之間溫差、混凝土里表溫差、混凝土降溫速率等溫度指標(biāo)?；炷帘砻媾c環(huán)境溫度之間溫差應(yīng)小于20℃?；炷晾锉頊夭罡鶕?jù)混凝土厚度采取不同標(biāo)準(zhǔn)，厚度小于2.5m，其溫差應(yīng)小于25℃，超過(guò)2.5m時(shí)，溫差應(yīng)不大于28℃?；炷恋慕禍厮俾蕬?yīng)保證每天不大于2℃，或者每4h不大于1℃。

混凝土澆筑完畢后，立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。在混凝土振搗結(jié)束經(jīng)表面平整后，涂刷一層養(yǎng)護(hù)劑，并鋪2層塑料薄膜。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度情況，選擇土工布或麻袋覆蓋在混凝土上，進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且持續(xù)時(shí)間不少于14d。在機(jī)房混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，結(jié)合水冷系統(tǒng)對(duì)混凝土溫差與降溫速率進(jìn)行控制。避免大體積混凝土由于溫差，使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力大于混凝土自身拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

5 結(jié)語(yǔ)

直線加速器機(jī)房大體積混凝土的施工質(zhì)量，很大程度上由混凝土澆筑技術(shù)和溫度控制及養(yǎng)護(hù)水平?jīng)Q定。按照本文介紹的混凝土澆筑技術(shù)和應(yīng)用水冷循環(huán)系統(tǒng)及溫度測(cè)位測(cè)點(diǎn)布置方法，對(duì)直線加速器機(jī)房進(jìn)行施工，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中嚴(yán)格控制混凝土的溫差，成型后混凝土表面光滑平整，無(wú)裂紋，經(jīng)檢測(cè)滿足輻射防護(hù)要求。