質子治療項目中的防輻射混凝土質量控制

王啟桃，何世國，李月波

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質子治療項目中的防輻射混凝土質量控制

王啟桃1，何世國2，李月波2

（1.合肥離子醫學中心有限公司，安徽 合肥 230000；2.中國建筑第八工程局上海分公司安徽經理部，安徽 合肥 230000）

質子治療項目在我國尚處于起步階段，由于質子治療設備在運行過程中會產生能量射線，因此，防輻射混凝土的防裂和密度的質量控制顯得尤為重要，它關系著人民的生命健康安全。通過對質子治療項目防輻射混凝土過程中的質量控制進行全面總結，這對于類似質子治療項目建設過程中的防輻射混凝土質量控制有著重要的指導意義。

質子治療；防輻射混凝土；質量控制；旋轉治療艙

1 技術背景

合肥質子治療項目質子區由3個旋轉治療艙、1個直線加速器區等組成。其中，質子區墻厚600～4 600 mm，板厚120 mm、150 mm、1 500 mm、2 400～2 500 mm、3 000 mm、4 000～4 600 mm，直線加速器區墻厚1 300～3 100 mm，基礎底板厚1 000～1 500 mm。根據外方設計要求對上述區段內的防輻射混凝土提出以下關鍵技術指標：混凝土濕密度大于2 450 kg/m3，坍落度控制在180±20 mm，入模溫度小于等于28 ℃，降溫速率控制在2 ℃/d，絕熱溫升不大于50 ℃（28 d），混凝土拆模后其外觀可視性裂縫寬度不得大于0.2 mm，深度不大于150 mm，且不得出現貫通性裂縫。

基于以上對防輻射混凝土技術指標（包括各種性能）等要求，結合施工中存在的問題進行有針對性的質量控制措施策劃研究及全面總結，有助于改進與提高防輻射混凝土的施工質量。

2 普通防輻射混凝土的質量控制

2.1 配合比質量控制

對于大體積超厚防輻射混凝土而言，控制水化熱、絕熱溫升與降溫速率對防止開裂極其重要。針對C35防輻射混凝土選擇適宜的配合比是關鍵的第一步。該項目通過提前召開國內著名的專家會議討論，與科研單位及高等院校開展項目前期混凝土配合比試驗研究，分別從3 d、7 d、28 d、56 d、90 d對不同齡期的抗壓強度、抗融性、抗析性、收縮性、彈性模量、濕密度、絕熱溫升、入模溫度、坍落度、升降溫變化等方面進行試驗測試。通過兩次1∶1實體樣板試驗得出合理可行的配合比報告，該配合比I級粉煤灰摻量達45%，水泥160 kg/m3，石子選用比普通石子高200 kg/m3以上的玄武巖系級配石，砂采用中粗砂加機制玄武巖砂混配，輔助外加劑為氧化鎂抗裂劑及聚羧酸系減水劑。

試驗結果：實體外觀6個月未見可視性裂縫，色澤一致，濕密度大于等于2 450 kg/m3，外部環境溫度15～35 ℃情形下，入模溫度控制在21～30 ℃，28 d、56 d、90 d齡期混凝土抗壓強度均高于設計值。混凝土配合比試驗中也發現了混凝土的收縮現象，它表現為單位用水量和水泥用量，而用水量的影響比水泥用量更大，在用水量一定的條件下，混凝土干縮隨水泥用量的增大而加大，混凝土干縮隨砂率的增大而增大，但加大的幅度較小。同時，高摻量粉煤灰早期強度比不摻的低，通過試驗室加荷試驗高摻量粉煤灰混凝土徐變隨粉煤灰摻量的增加而增大。

2.2 防輻射混凝土配合比原則

防輻射混凝土之所以強調其入模溫度及容重，是因為需要滿足防輻射要求，這就需要優良的混凝土的均勻性、密實性和優質的體積穩定性。因此，保證其容重是極其重要的原則之一。因此，應考慮混凝土坍落度，這是施工工藝的要求，不是混凝土或工程的要求，防輻射混凝土中的高摻量粉煤灰同樣需要較小的坍落度來控制粉煤灰的上浮。坍落度越小，對預防裂縫、抗收縮、保持耐久性都有越好的效果。與此同時，粗骨料的用量不宜過小，骨料用量大才能保證減少水泥用量，保持混凝土的體積穩定性。膠凝材料總量在滿足強度和施工工藝前提下，盡可能降低其用量是配合比可行性的重要原則。

2.3 普通防輻射混凝土生產質量控制

普通防輻射混凝土的生產最重要的質量控制應該根據以下關鍵因素加以保證：①夏季水溫控制不宜高于20 ℃，砂石溫度不宜高于25 ℃，水泥、外加劑入倉溫度不宜高于38 ℃；②大體積防輻射混凝土生產前，應提前對水泥與外加劑的適應性、坍落度經時損失、混凝土濕度、容重進行試驗確認；③大體積混凝土生產前，應對拌和設備，計量控制系統進行檢查及試運行；④攪拌運輸車輛宜做防遮陽措施如專用覆蓋帆布被、PVC發泡反光膜；⑤減水劑計量要準確，并提前進行試驗；⑥不同生產批次、不同廠家生產的水泥禁止混用；⑦攪拌時間應比普通混凝土增加25～30 s；⑧混凝土入模溫度應控制在低于30 ℃，出廠溫度控制在低于27 ℃（夏季）；⑨嚴禁使用經處理的污水、內河水作為拌和用水。⑩生產量應根據現場實際情況適時調整，不宜等待過長，攪拌車在現場等待時間不應超過1 h。

2.4 混凝土鋼筋、模板安裝質量控制

鋼筋安裝要求基本與清水混凝土質量控制一致，控制其保護層厚度。密集型鋼筋墻體間距排布應順從對拉螺桿間距模數。密集型鋼筋墻體拉鉤不應布置成梅花形，應垂直布置，以保證混凝土下料與振搗順暢。樓板、梁、墻柱宜采用高強混凝土墊塊，墊塊顏色與混凝土外觀一致且不得破碎。模板拼縫應使用海綿條，不得使用破舊老化的模板，其表面應干凈并涂刷脫模劑。分層澆筑時，在混凝土面層的墻體中間應設置企口或高低坎，高度不低于100 mm，防止冷縫形成后的射線泄漏。對拉螺桿堵頭設置應平整，緊固扭力兩側一致，不得歪斜、凹進。

2.5 普通防輻射混凝土現場檢測質量控制

檢測內容包括坍落度、擴展度、溫度、容重、標養試塊、同條件試塊、干密度試塊等。

檢測工具：坍落度檢測儀與坍落度桶測試相互驗證，容重標準桶應通過凈重歸零計量調試，手持紅外線溫度儀與溫度檢測儀對比，使用前應檢查其充電時間是否足夠，手持儀距表面混凝土距離不應大于50 cm，也不宜小于10 cm，試塊取料應取放料1/3時間段料進行。

宜詳細記錄攪拌車進場時間、車號、方量、強度等級、坍落度、入模溫度、容重及下料結束時間，前3車每車必測。如果各項指標穩定，則后期每3車測定1次。

大體積防輻射混凝土應編制混凝土結構裂縫控制監測和測量專項方案，其主要內容應包括監測內容、監測方案及設備（布點、設備、監測周期）、預警機制及應急處理方案等。其監測的主要內容為混凝土溫度發展監測、混凝土應變發展監測。溫度測控宜采用人工與無線傳輸方式相結合進行對比，并應考慮施工工序、現場安裝的條件和相應的數據傳導線的成品保護。其布點方法應按《混凝土結構工程施工規范》（GB 50666—2011）和《大體積混凝土溫度測控技術規范》（GBT 51028—2015）中的相關條文執行。

埋設于墻、板等構件中的應力、溫度數據線外宜加包空心塑料軟管對其保護，傳導探頭不得緊貼鋼筋，相鄰導線探頭不應相互接觸，露出構件外部的導線端子應有明顯編號，不得使用膠帶包住端子頭部，防止接觸不良數據失真。

布設構件內的數據線應仔細核對位置，編號是否與方案圖中對應。對于人工監測應嚴格按照時間間隔期進行檢測，并保持在08：00前進行數據匯總報告。

2.6 普通防輻射混凝土現場振搗質量控制

振搗手、班組管理人員、總包工程質量技術管理人員必須進行施工前安全與技術質量交底與培訓，必要時進行考核，選擇技術能力強、責任心強的人員上崗。所有振搗棒應事前試運行檢查，泵車維護運行檢查，對于鋼筋密集處下料口事前經設計確認后割開鋼筋，洞口尺寸控制在300 mm×300 mm范圍，洞周邊應用木方固定，防止下料軟管產生摩擦而破損。施工前應重點落實分層澆筑的厚度、間隔時間、振搗點、振搗時間和振搗間距（不得大于500 mm），且應有專人在各點進行監控并記錄。當混凝土澆筑至頂部尚有700～1000 mm時應暫停30 min，防止粉煤灰過渡上浮。上部混凝土振搗宜采取快振，不易過振，局部密集處可在模板外部進行輔助振搗，每層分層間隔期應進行二次振搗。墻頂部混凝土澆筑振搗后應加強抹壓找平工序，嚴控標高及表面早起收縮，初凝階段宜在墻頂表面進行鑿毛處理。振搗及下料時應關注對構件內的線盒、數據線、管道、埋件等防沖擊破壞保護，澆筑時段宜選擇氣溫低時段或在23：00后進行。

2.7 普通防輻射混凝土現場養護質量控制

防輻射混凝土終凝后，應立即啟動養護工作，對于夏季施工，前3 d著重點在升溫階段進行保濕養護，包括對模板側面、頂部養護頻次每2 h不少于1次；3 d后根據外部環境溫度及內部溫度測試所計算的里表溫差判別確定保溫措施。必要時頂部可采用棉被、塑料膜、土工布等相結合的方法進行。

高溫季節（35 ℃以上時）終凝后的混凝土宜在72 h后松動模板螺栓進行適當散熱，并從頂部的模板縫處澆水保濕。拆模后宜對混凝土面層進行薄膜保護，延緩因陽光、風力而產生的水分快速蒸發。

2.8 普通防輻射混凝土現場事后質量控制

澆筑完成后，總包單位應組織所有參與人員進行澆筑期間的討論與總結，分析在混凝土進場坍落度變化、運輸、泵送、振搗期出現的問題及問題協調。分析問題原因，找出問題的癥結，提出對策及改進措施。

應組織監理、業主、攪拌站、總包及相關專家對溫控、養護、原材料等關鍵因素進行探討，為下期澆筑提供指導。

技術質量部門應根據現場總結、濕度、應力測試、試件檢測結果及環境因素等進行總結，并形成成果報告。技術質量部門應在拆模后對各部門進行表面缺陷的觀測，包括裂縫、蜂窩、麻面、孔洞等情況，并制訂相對應的修補方案。裂縫寬度及深度應視為重要的觀察項目，墻體裂縫寬度小于等于0.2 mm、深度大于等于50 mm時采取特殊的修補措施。

3 結束語

質子醫療項目中防輻射混凝土的施工質量控制事關人民群眾的生命健康與安全。不容有任何嚴重質量問題。本文通過防輻射混凝土的試驗研究與施工過程控制，總結出以下幾點關鍵因素：①防輻射混凝土配合比設計應滿足其設計容重（混凝土濕密度），絕熱溫升控制指標及要求；②原材料中的粗細骨料物理比例應大于普通粗細骨料200 kg/m3；③高摻量粉煤灰（大于40%）應注意與水泥、減水劑的相容性試驗，且振搗方法正確，防止粉煤灰上浮；④機制粗細骨料、水泥、外加劑、原材料的入倉濕度，在高溫季節應確保入模溫度不高于28 ℃（最高局部時段不高于30 ℃），絕熱溫升不應高于40 ℃，機制砂中石粉含量不應大于5%.

此外，應建立可靠的溫控及應力監測措施，在里表溫差大于25 ℃時，應按上述相關要求進行。綜合以上因素，施工期間應從“人、機、料、法、環、測”方面對各工序中的關鍵因素加以控制，嚴格按照各工序質控要求施工，嚴密監控混凝土生產過程中的容重、溫度及澆筑完成后的絕熱溫升監控與適宜的養護，這對于提升防輻射混凝土全生命周期中的質量具有積極的意義和指導價值。

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2095－6835（2018）18－0020－03

TU528

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.020

〔編輯：張思楠〕