直線加速器機(jī)房大體積、防輻射混凝土施工技術(shù)

摘 要：鄢陵縣人民醫(yī)院新區(qū)醫(yī)院項(xiàng)目直線加速器是一種產(chǎn)生高強(qiáng)度輻射的醫(yī)療設(shè)備，特別設(shè)置直線加速器機(jī)房以降低輻射，防止對人體造成傷害。通過介紹直線加速器機(jī)房的施工過程中遇到的施工難點(diǎn)以及采取的新方法、新技術(shù)等分析總結(jié)得出優(yōu)良措施，提出大體積、防輻射混凝土的施工特點(diǎn)及質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；防輻射混凝土；直線加速器機(jī)房；施工技術(shù)；降溫；質(zhì)量控制文章編號：2095-4085（2024）03-0055-03

1 概況

鄢陵縣人民醫(yī)院新區(qū)醫(yī)院項(xiàng)目直線加速器機(jī)房位于負(fù)一層?xùn)|側(cè)，因直線加速器是利用高頻電磁波和直線電場對電子、質(zhì)子等進(jìn)行加速并使其獲得高速度的裝置，根據(jù)其作用原理特點(diǎn)會產(chǎn)生大量電磁輻射和中子輻射，所以需要使用大體積、高厚度等結(jié)構(gòu)形式來提高防輻射作用，同時需要使用骨料硫酸鋇含量超過85%的重晶石防輻射混凝土，以提高混凝土密度從而進(jìn)一步加強(qiáng)防輻射效果。

2 大體積防輻射混凝土概況

鄢陵縣人民醫(yī)院新區(qū)醫(yī)院直線加速器機(jī)房尺寸如表1。

3 大體積防輻射混凝土施工重難點(diǎn)

3.1 防輻射要求高

防輻射混凝土為達(dá)到良好的防輻射性能，要求骨料全部使用硫酸鋇含量超過85%的重晶石防輻射混凝土，比重較普通混凝土相比較大，其中防輻射使用的鋇砂比重為3.5～3.87t/m3之間，重晶石比重為4.3～4.7t/m3，而普通混凝土用砂比重為2.6～2.8t/m3，花崗巖比重為2.63～3.3t/m3，按照一般C35混凝土配合比計(jì)算，重晶石混凝土比普通混凝土重約430kg/m3，按比例約重17.45%，使得混凝土澆筑過程中更容易發(fā)生漲模、爆?，F(xiàn)象。直線加速器機(jī)房環(huán)保條件驗(yàn)收時的防輻射要求較高，使得混凝土的開裂控制、施工縫、預(yù)留管道口等施工難度增大。

3.2 大體積混凝土自發(fā)熱較高

因混凝土體積及結(jié)構(gòu)尺寸較大，內(nèi)部水泥水化熱量較大，使得內(nèi)外溫差控制難度增大，如不采取特殊處理及防控措施混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)到80℃以上，屆時可能出現(xiàn)混凝土表面溫度受環(huán)境溫度低或者風(fēng)吹降溫等情況使得混凝土表面溫度驟降，從而發(fā)生混凝土內(nèi)外溫差過大使得混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的情況。防輻射混凝土對裂縫控制極為嚴(yán)格，任何輕微的裂縫都可能使得驗(yàn)收時的輻射量超過驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，所以想辦法控制混凝土內(nèi)部溫度是保證施工質(zhì)量極為重要的一環(huán)［1］。

3.3 秋冬季施工溫度控制難度大

因鄢陵縣人民醫(yī)院新區(qū)項(xiàng)目的直線加速器機(jī)房混凝土施工時間處于秋冬階段，環(huán)境溫度較低且三級以上風(fēng)力持續(xù)時間較長，是大體積混凝土施工難度較大的時間段，較小的風(fēng)力就可帶走混凝土表面大量水分，使得混凝土表面收縮嚴(yán)重造成混凝土開裂，而冬季的低溫使得混凝土表面溫度需要采取非常有效的保溫手段進(jìn)行控制，使得施工難度增大。

4 大體積防輻射混凝土施工工藝

4.1 模板安裝

模板的選用，如施工處于秋冬階段時，因鋼材的熱導(dǎo)率較大，所以盡可能采用木膠板及竹膠板作為模板主要材料，以避免造成混凝土表面溫度急劇下降產(chǎn)生冷縫，從而影響防輻射性能及混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

根據(jù)《重晶石防輻射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50557-2010）要求，重晶石防輻射混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞、穿墻線管和施工縫的留設(shè)及構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

墻體水平施工縫不得留設(shè)平縫，應(yīng)留設(shè)成凹凸水平施工縫（見圖1）。重品石防輻射混凝土結(jié)構(gòu)不宜留設(shè)垂直施工縫，當(dāng)需要留設(shè)時，應(yīng)在垂直施工縫中間位置加設(shè)鋼板帶。梁、板需要留設(shè)水平施工縫時，其接合部位宜預(yù)設(shè)附加插筋。

考慮到木膠、竹膠板相較于鋼模板更加容易發(fā)生變形從而使得結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生偏差，現(xiàn)場施工采用加密立桿、加密主次龍骨的方法對其進(jìn)行加固。經(jīng)過受力計(jì)算，立桿間距需要達(dá)到450mm×450mm以下才可滿足立桿垂直方向受力要求，而結(jié)合竹膠板的抗變形能力進(jìn)行局部計(jì)算后，450mm間距的主龍骨無法滿足抗變形要求，所以將腳手架支撐體系確認(rèn)為300mm×300mm的Φ48×3.25mm盤扣支架進(jìn)行搭設(shè)，同時主龍骨使用φ48×2.5mm鋼管，次龍骨使用100mm×100mm木方按照20cm間距進(jìn)行搭設(shè)支撐，而墻模板側(cè)采用內(nèi)拉外撐的方式進(jìn)行加固，內(nèi)拉使用M16x120mm止水螺桿進(jìn)行加固，外側(cè)則采取加密主次龍骨的方式，其中φ48×2.5mm鋼管按照雙排、200mm間距進(jìn)行布設(shè)，次龍骨100mm×100mm木方側(cè)按照100mm間距進(jìn)行布設(shè)，門口位置需要采用對撐腳手架進(jìn)行支撐，以保證可以承受重晶石防輻射混凝土在自由下落和澆筑高度較高后造成的壓力。模板安裝完成后需在模板上壓重物或采取斜拉鋼絲繩的方式對其進(jìn)行加固，防止混凝土澆筑過快后發(fā)生模板上浮情況。

4.2 混凝土澆筑

考慮到防輻射混凝土中骨料比重較大的因素，相較于普通混凝土更容易在混凝土自由下落過程中發(fā)生骨料下落速度快，水泥漿下落速度慢而發(fā)生離析的現(xiàn)象，所以要將混凝土的自由下落高度降低到不大于1.5m，以保證混凝土的澆筑質(zhì)量。

同時根據(jù)《重晶石防輻射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50557-2010）中要求重晶石防輻射混凝土從攪拌機(jī)出料到現(xiàn)場入模的時間間隔不宜超過90min。當(dāng)超過90min時應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施，鄢陵醫(yī)院新區(qū)醫(yī)院項(xiàng)目混凝土拌合站離項(xiàng)目施工地點(diǎn)距離較近，正常情況下可滿足時間要求，如運(yùn)距無法滿足90min內(nèi)完成入模時，需要重新調(diào)整配合比，并配備實(shí)驗(yàn)人員在現(xiàn)場持續(xù)檢測混凝土狀態(tài)。同時為防止發(fā)生堵車、設(shè)備損壞等特殊情況發(fā)生，混凝土拌合站需多配備五輛罐車，現(xiàn)場多配備一臺泵車進(jìn)行備用，以防發(fā)生混凝土澆筑中斷或運(yùn)輸時間過長從而產(chǎn)生冷縫的情況發(fā)生。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室多次調(diào)試后，混凝土在入模時塌落度為140～160mm可具有良好的強(qiáng)度及和易性。

混凝土在澆筑過程中需要根據(jù)墻體分布情況連續(xù)澆筑不可中斷，其中墻體混凝土施工時要采用繞圈分層的澆筑方式，每層澆筑高度不得超過500mm，同時澆筑速度也不可過慢，每分部兩次澆筑時間間隔不得大于混凝土初凝時間，且第二次澆筑時要保證已振搗完成，如無法保證澆筑效率可適當(dāng)降低一次澆筑厚度、加快轉(zhuǎn)圈速度的方法來進(jìn)行調(diào)整。頂板的混凝土澆筑要采用斜面分層的方法，以保證混凝土的連續(xù)性而不產(chǎn)生冷縫。澆筑到門口兩側(cè)等模板薄弱位置時需要放緩澆筑速度，以防止壓力突增造成模板受損或變形，原則上按照墻體混凝土每小時澆筑高度不超過一米進(jìn)行控制，當(dāng)高度超過1.5m時使用串通進(jìn)行澆筑，每隔400mm間距澆筑完成后使用振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時間以15～25s為宜，具體振搗時間應(yīng)觀察混凝土狀態(tài)為準(zhǔn)，當(dāng)混凝土無氣泡冒出且水泥漿均勻覆蓋為振搗完成標(biāo)準(zhǔn)［2］。

4.3 混凝土降溫及養(yǎng)護(hù)

為減少大體積防輻射混凝土的開裂情況，混凝土的降溫及養(yǎng)護(hù)是最為重要的一環(huán)，為此鄢陵縣人民醫(yī)院新區(qū)醫(yī)院項(xiàng)目針對直線加速器機(jī)房結(jié)構(gòu)尺寸，特設(shè)計(jì)一套金屬管循環(huán)水降溫系統(tǒng)，經(jīng)過輸水材料導(dǎo)熱系數(shù)對比，經(jīng)查閱得知，鍍鋅鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)通常為16W/（m·K）瓦/米·度、 PVC管的導(dǎo)熱系數(shù)通常為0.028（W/（m·K））瓦/米·度，可見鍍鋅鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于PVC管，使用鍍鋅鋼管的降溫效果可以得到更加明顯的效果，且鍍鋅鋼管更加堅(jiān)固，基本不會出現(xiàn)混凝土施工過程中因強(qiáng)振搗等造成破壞而堵管的情況，故此方案選用導(dǎo)熱系數(shù)更好且更堅(jiān)固的鍍鋅鋼管來作為循環(huán)水載體，冷卻管由結(jié)構(gòu)外邊緣500mm內(nèi)開始布設(shè)，鋼管間距為1 000mm，作用范圍為500mm，當(dāng)結(jié)構(gòu)物有兩個方向尺寸大于1m時，需要額外增加一排冷卻管進(jìn)行降溫，同時在進(jìn)水口及出水口位置提前預(yù)備抽水井及蓄水池。此循環(huán)水降溫系統(tǒng)需使用帶計(jì)量功能水泵，使用計(jì)量水泵可實(shí)時監(jiān)控水流量，后期可根據(jù)水流量來調(diào)控內(nèi)部降溫速率，防止混凝土中心溫度降溫過快而發(fā)生開裂［3］。冷卻管布置見圖2。

條件允許的情況下可采用篷布進(jìn)行大面積包裹可達(dá)到更加良好的擋風(fēng)保溫性能。灑水采用噴淋管布置于頂板模板以下及內(nèi)外墻頂部，使用打孔PPR管，連接至水泵處，采用24h不間斷供水養(yǎng)護(hù)以保證良好的保養(yǎng)效果［4］。

5 大體積防輻射混凝土溫度監(jiān)控措施

根據(jù)《大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范》（GB/T 51028-2015），混凝土厚度小于1.5m時，表里溫差不得大于20℃；混凝土厚度為1.5～2.5m時，表里溫差不得大于25℃；混凝土厚度大于2.5m時，表里溫差不得大于28℃。為保證混凝土的內(nèi)外溫差滿足要求，且控制降溫速率不大于2℃/d和1℃/4h，需要隨時對表面保溫措施及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，此時需要布置一套溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在混凝土澆筑前，需要根據(jù)測溫點(diǎn)布置圖對測溫傳感器進(jìn)行預(yù)埋，測溫點(diǎn)主要分布在混凝土表面內(nèi)5cm以及溫度最高的中間位置，以確保得到最準(zhǔn)確的內(nèi)部最高溫度［5］。

要增大冷卻管系統(tǒng)的水流量和進(jìn)水溫度以達(dá)到更好的降溫效果來降低內(nèi)部最高溫度，降溫的同時也需要觀察混凝土降溫速率是否過快，由此可以體現(xiàn)出，對溫度的監(jiān)控提前采取溫度控制措施極為重要。而表面溫度過低可先采用保溫棉被覆蓋的措施來提高混凝土表面溫度，如棉被覆蓋后表面溫度還是無法提高或升溫效果較差時，需要采用電熱毯等工具對混凝土表面進(jìn)行加溫以減小表里溫差。當(dāng)混凝土內(nèi)部最高溫度與外部大氣溫度差連續(xù)3d低于25℃時，說明混凝土內(nèi)部水化熱已基本完成，內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定，可停止測溫監(jiān)控系統(tǒng)。

6 結(jié)語

直線加速器機(jī)房防輻射大體積混凝土的施工要求及施工難度較高，而防輻射混凝土的硫酸鋇重晶石價格較高，一旦發(fā)生質(zhì)量問題的返工費(fèi)用巨大，所以根據(jù)每個項(xiàng)目不同地區(qū)、環(huán)境、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，我們應(yīng)該有針對性的靈活運(yùn)用不同的施工方法，我們還需要持久不懈創(chuàng)新、優(yōu)化、提高來不斷地提升此類型工程的施工質(zhì)量和施工工藝。

參考文獻(xiàn)：

［1］《重晶石防輻射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB/T 50557-2010.

［2］《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB 50496-2018.

［3］《大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范》［附條文說明］GB/T 51028-2015.

［4］陳俊杰.醫(yī)用直線加速器防輻射混凝土施工技術(shù)［J］.低溫建筑技術(shù)，2015（6）：103-105.

［5］戴國欣.大體積混凝土降溫措施［J］.工程建設(shè)與技術(shù)，2018（12）：178-179.