防輻射鋼筋混凝土的設(shè)計與施工技術(shù)

[摘要]核電站反應堆的泄漏輻射、醫(yī)院放射科室的輻射以及試驗室防輻射等等，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)計與施工的特點與方法。

[關(guān)鍵詞]防射線混凝土 設(shè)計與施工

一、概論

防射線混凝土，又稱為屏蔽混凝土或重混凝土，主要用于核反應堆、科研實驗室以及醫(yī)院醫(yī)用直線加速器機房。我們說，醫(yī)用直線加速器機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，因為一旦X射線和其他放射線電子束從裂縫泄露出去，將嚴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房的設(shè)計與施工中采用了傳統(tǒng)的鉛板或鋼板等重金屬材料，雖然可以達到防射線的目的，但缺點是價格昂貴，成本較大，為了降低成本，簡化設(shè)計，近年來，選擇具有較強防輻射性能的重晶石混凝土材料作為機房的防射線材料，無論從經(jīng)濟上還是從效果上都是一個比較好的選擇。

二、防輻射混凝土的特點

防輻射混凝土具有大體積、高質(zhì)量、高施工強度等特點。

（1）根據(jù)加速器運行時產(chǎn)生的輻射劑量大小所計算出的混凝土墻防護厚度，一個面積約200㎡的機房，其混凝土墻壁和頂蓋均為現(xiàn)澆強度等級C20及以上的混凝土級別，則防射線的墻體厚度要達到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，這是因為若混凝土工程質(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，可能造成射線泄漏，一旦發(fā)生射線泄漏，就會損害機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，施工強度高。由于是大體積混凝土工程，為了保證澆筑質(zhì)量，整個澆筑過程必須連續(xù)進行。因此，與一般混凝土施工相比，施工作業(yè)強度較大。為了確保防射線混凝土的施工質(zhì)量，具備防射線功能，必須加強施工的全過程管理，包括施工前的設(shè)計管理、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

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

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

攪拌的時間不宜過長，尤其是從攪拌到澆筑的時間不能過長，一般控制在1h之內(nèi)，否則因為攪拌進間過長，會出現(xiàn)粉狀的特質(zhì)增加，導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棒時，混凝土每層厚度為160mm，振搗時間控制在16s左右，混凝土自攪拌到澆筑完成的時間不得超過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。

2）采取對混凝土板和墻體內(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，分別預設(shè)若干測溫感應線?；炷翝仓?，應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，及時調(diào)整內(nèi)部溫度，使溫差始終控制在20℃以內(nèi)。

3）同時需要注意的是測量溫度預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?；炷翝仓瓿刹鹉０搴?，為防止射線的泄漏，測溫時留設(shè)的孔道可采用融鉛灌注法進行密封。

（7）混凝土的養(yǎng)護與驗收。養(yǎng)護時要采取保濕、保溫措施。為防止混凝土表面干燥而開裂必要時需要適當延長拆模時間。

使用前驗收防射線機房完工后在投入試運行階段，為了在防射線功能上做到萬無一失，還必須請有關(guān)部門對射線劑量進行檢測，各技術(shù)指標符合國家規(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1.8～2.5 m，對本鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行分析，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計超過26℃，而且本機房混凝土結(jié)構(gòu)施工是處于夏季，白天氣溫高達38℃以上，設(shè)計要求機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)驗收，因此，必須預防裂縫的發(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)場實際測量，砂石等混凝土原材料的堆場的中午實測溫度已經(jīng)達到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、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)護的措施在實際養(yǎng)護工作中不能確保，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，在表面引起拉應力。很容易形成裂縫，而且在硬化后期由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(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)部形成相當大的拉應力而形成裂縫，甚至會形成貫通裂縫。

（2）有針對性防裂措施。

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。對混凝土泵采取防曬降溫措施，即在混凝土泵機上搭建臨時遮陽棚，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淋水降溫。

3）對混凝土內(nèi)部采取通水降溫措施。在混凝土中埋設(shè)水管，冷水對混凝土的主要部位進行降溫。降溫管道設(shè)置在機房的頂板和側(cè)墻板內(nèi)，分別預埋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）。安裝兩對臺水泵，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，進行循環(huán)水冷卻。安排專人負責定期測量循環(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。檢測點的布置如圖三、圖四所示。

①溫度檢測點的設(shè)置方法。測溫探頭預先埋入大體積混凝土內(nèi)，在溫度測點，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，留在外面的導線長度不應小于18cm。按下主機電源開關(guān)，將各測溫點探頭依次插入主機插座中，主機屏幕上即可顯示相應測溫點的溫度。

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)境溫度檢測等項目。

③測溫時間控制。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。通過測溫數(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溫數(shù)據(jù)見表一。

④測溫數(shù)據(jù)分析。經(jīng)實測，測溫點1的最高溫度為69℃；測溫點2的最高溫度為65.6℃；測量點3的最高溫度為70.8℃；測溫點4的最高溫度度為66.3℃；測量點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)混凝土在整個養(yǎng)護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)護與測溫的動態(tài)管理?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫度、溫度條件，以達到兩個方面的效果，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行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂性能。如發(fā)現(xiàn)個別測溫點溫差接近臨界溫差時，要及時降低循環(huán)水溫度，并增大流速和流量，同時調(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，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)檢測測算確認達到防輻射要求后，才能投入使用。

[參考文獻]

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

2、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(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，研究方向為房屋建筑施工及管理。