醫(yī)院直線加速器治療室防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)施工工藝研究

江偉全

(中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司,四川成都 610074)

近幾年，為了滿足城市發(fā)展需要，適應(yīng)人民群眾日益增長(zhǎng)的衛(wèi)生需求，醫(yī)院建筑在全國(guó)井噴式發(fā)展。成都作為國(guó)內(nèi)新一線城市，為了適應(yīng)社會(huì)醫(yī)療衛(wèi)生發(fā)展需要，新建、改建、擴(kuò)建多所大型醫(yī)院，如成都市第一、二、三、五、七人民醫(yī)院、成都市婦女兒童醫(yī)院、新建腫瘤醫(yī)院、四川省人民醫(yī)院等。與普通公共建筑比較，這些新建、改建、擴(kuò)建的多所大型綜合醫(yī)院均涉及大量射線、核素醫(yī)療設(shè)備，其中用于放射治療的電子直線加速器屬Ⅱ類射線裝置，根據(jù)GB Z126-2011《電子直線加速器放射治療放射防護(hù)要求》要求配備電子直線加速器的治療室需采取可靠的放射防護(hù)措施，設(shè)計(jì)人員一般采取綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最佳的防輻射防護(hù)材料——混凝土進(jìn)行射線防護(hù)。

1 防射線、防滲漏高性能混凝土設(shè)計(jì)

匯總成都市第二人民醫(yī)院、四一六醫(yī)院、新建腫瘤醫(yī)院等醫(yī)院直線加速器治療室的防射線、防滲漏設(shè)計(jì)情況，其中成都市第二人民醫(yī)院龍?zhí)夺t(yī)院擬布設(shè)兩臺(tái)X射線能量15 MV，電子線能量18 MeV的醫(yī)用電子直線加速器，屬于Ⅱ類射線裝置，設(shè)備安裝前必需通過防射線檢測(cè)，混凝土防射線、防滲漏要求最高，具有直線加速器治療室防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)施工工藝研究代表性。

1.1 直線加速器治療室防射線、防滲漏高性能混凝土設(shè)計(jì)要求

(1)直線加速器室墻、梁、板混凝土應(yīng)為摻加膨脹劑和改性聚丙烯增韌合成纖維的低熱、低收縮、低彈模、高極限拉伸率和高抗拉強(qiáng)度、合適的抗壓強(qiáng)度和徐變特性的高性能膨脹混凝土(HPC)。

(2)直線加速器室墻、梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，抗?jié)B等級(jí)P12，一級(jí)裂縫控制等級(jí)。

(3)補(bǔ)償收縮混凝土試塊水中養(yǎng)護(hù)14 d的限制膨脹率不小于0.040 %；水中養(yǎng)護(hù)14 d轉(zhuǎn)空氣中養(yǎng)護(hù)28 d的限制干縮率不大于0.005 %，限制膨脹率不小于0.040 %。

1.2 醫(yī)用直線加速器機(jī)房設(shè)計(jì)

直線加速器機(jī)房及相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)通過當(dāng)?shù)氐姆派浞雷o(hù)部門審核確認(rèn)，防護(hù)墻和屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)及厚度應(yīng)符合國(guó)家放射防護(hù)要求，機(jī)房的設(shè)計(jì)布局應(yīng)符合安裝要求，其安裝示意圖見圖1。

圖1 直線加速器安裝示意

2 醫(yī)用直線加速器室混凝土結(jié)構(gòu)

要充分認(rèn)識(shí)和了解直線加速器治療室高性能混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境就必須運(yùn)用BIM三維可視化施工模擬技術(shù)建立模型圖，分析和研究直線加速器治療室墻、梁、板混凝土結(jié)構(gòu)平面圖、剖面圖(圖2、圖3)。

圖2 直線加速器治療室結(jié)構(gòu)平面示意(單位:mm)

圖3 直線加速器治療室結(jié)構(gòu)剖面示意(單位:mm)

3 防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)重要性

3.1 直線加速器室防射線混凝土工作原理

提高混凝土的密實(shí)度可有效提高混凝土對(duì)X射線和中子流的防護(hù)能力，同時(shí)通過混凝土高性能化途徑，提高混凝土自身密實(shí)性，降低防射線高性能混凝土孔隙率，進(jìn)而提高防射線混凝土耐久性，保證其防射線能力的有效性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3.2 高性能混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

(1)高性能混凝土澆筑完成后的升溫階段，由于水膠比較小，膠凝材料用量大，水泥水化放熱，混凝土體積大，內(nèi)部散熱慢，混凝土內(nèi)部溫度持續(xù)升高，而混凝土表面熱量和水分散發(fā)快，形成由內(nèi)至外較大的溫度梯度。混凝土初凝后產(chǎn)生內(nèi)外溫差應(yīng)力，就會(huì)造成混凝土的表面開裂；

(2)大體積混凝土硬化后期的降溫階段，由于混凝土的內(nèi)部隨著溫度的降低，體積縮小，相對(duì)于混凝土內(nèi)部溫度下降，外部降溫?cái)?shù)值較小，形成由內(nèi)至外較大的溫度梯度，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而出現(xiàn)裂縫。

由此可見，高性能混凝土由于熱量和水分散發(fā)造成的溫差應(yīng)力是造成混凝土開裂的主要因素，必須結(jié)合混凝土不同部位養(yǎng)護(hù)環(huán)境的不同采取適宜的保溫養(yǎng)護(hù)和保濕養(yǎng)護(hù)措施。保溫養(yǎng)護(hù)的目的是有效控制混凝土由內(nèi)至外的溫度梯度，保濕養(yǎng)護(hù)的目的是為混凝土中水泥的水化提供充足的水分，只有采取成熟可靠的養(yǎng)護(hù)施工工藝才能防止直線加速器室防射線、防滲漏高性能混凝土裂縫的產(chǎn)生和開展，實(shí)現(xiàn)防射線檢測(cè)合格。

4 防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)過程中的溫度控制

高性能混凝土澆筑完成后，必須進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)施工的科學(xué)開展，結(jié)合混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)調(diào)整措施，保證混凝土的溫度和濕度，確保混凝土的強(qiáng)度正常發(fā)展和防止溫度裂縫的產(chǎn)生和開展。

4.1 溫控指標(biāo)

依據(jù)GB 50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》及GB 506666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定：混凝土入模溫度不宜大于30 ℃；混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50 ℃，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部且與混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面溫度的差值不宜大于25 ℃；混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20 ℃，混凝土降溫速率不宜大于2.0 ℃/d或每4 h降溫大于1.0 ℃。

4.2 養(yǎng)護(hù)過程中的溫度控制

(1)根據(jù)測(cè)溫經(jīng)驗(yàn)，混凝土入模后，先緩慢升溫，每小時(shí)0.5～1 ℃左右，大約10 h后升溫速度加快，每小時(shí)升溫2～6 ℃左右，在經(jīng)過6～8 h后，升溫逐漸緩慢，歷時(shí)40 h左右達(dá)到峰值溫度。

(2)高性能混凝土中部與下部、中部與表層溫差應(yīng)控制在25 ℃以內(nèi)，當(dāng)溫差超過此數(shù)值時(shí)，可通過調(diào)整覆蓋材料及厚度來(lái)控制溫差。

(3)升溫過程中及時(shí)進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)可避免過早出現(xiàn)干縮，對(duì)發(fā)揮膨脹劑的膨脹作用也很重要。

(4)在降溫過程中，尤其是初期，不宜降溫過快，應(yīng)把降溫速度控制在1.5～2.0 ℃/d。緩慢降溫有利于混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)及充分發(fā)揮應(yīng)力松弛效應(yīng)，使混凝土不易出現(xiàn)裂縫。

5 防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)

5.1 高性能混凝土養(yǎng)護(hù)要求

(1)結(jié)合測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，高性能混凝土初凝后及時(shí)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，普通硅酸鹽水泥混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d，其它水泥混凝土不得少于21 d。

(2)溫升期間主要采用塑料膜 + 麻袋方式蓄熱保溫保濕養(yǎng)護(hù) ，養(yǎng)護(hù)其間根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)情況，決定麻袋的增減層數(shù)。升溫期間一般不應(yīng)澆水養(yǎng)護(hù)，如發(fā)現(xiàn)表面局部有干燥情況，可適當(dāng)澆熱水使其表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)即可，澆水后應(yīng)立即覆蓋好塑料膜和麻袋。

(3)墻、柱鋼筋筋處是覆蓋養(yǎng)護(hù)的薄弱點(diǎn)，應(yīng)特別注意檢查其覆蓋情況，確保所有部位覆蓋嚴(yán)密。

(4)在溫度開始下降后，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，在混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)步下降后可逐步分層拆除保溫麻袋。當(dāng)混凝土表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20 ℃時(shí)，可全部拆除，但塑料薄膜不能揭開，仍需進(jìn)行表面保濕養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21 d。

實(shí)踐證明，混凝土保溫、保濕養(yǎng)護(hù)效果越好，保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土收縮就越小，因此能夠有效的控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

5.2 預(yù)埋供水系統(tǒng)帶模供水養(yǎng)護(hù)施工工藝

直線加速器室內(nèi)混凝土板、梁模板支撐架須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到100 %后方可實(shí)施拆除。內(nèi)板底、內(nèi)墻位置混凝土與模板相接觸面，拆模前無(wú)法供水養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)無(wú)法進(jìn)行，采取澆筑混凝土前在混凝土保護(hù)層內(nèi)預(yù)埋供水系統(tǒng)(供水管和親水性無(wú)紡?fù)凉げ冀Y(jié)合)，利用無(wú)紡?fù)凉げ加H水、反濾、隔離性能充分吸收管道內(nèi)壓力水并將水分滲透到全部模板與混凝土接觸面，實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的帶模供水養(yǎng)護(hù)效果。

供水系統(tǒng)采用DN15PPR供水管，水管一端通過模板孔洞接入水源，另一端封閉后預(yù)埋在混凝土內(nèi)，水管上按間距50 mm鉆孔，孔徑3～5 mm，水管外包裹三層親水性無(wú)紡?fù)凉げ迹乐够炷翝仓r(shí)水泥漿進(jìn)入管道，布置示意圖詳見圖4。

圖4 預(yù)埋供水系統(tǒng)示意

5.3 治療室外墻部位養(yǎng)護(hù)施工工藝

混凝土澆筑完成后處于升溫階段40 h內(nèi)采用帶模養(yǎng)護(hù)，達(dá)到40 h后旋松模板對(duì)拉絲桿并在模板上掛濕麻袋的方法保溫保濕養(yǎng)護(hù)，在混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)步下降后，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差小于20 ℃和里表溫差值在25 ℃以內(nèi)時(shí)，可全部拆除模板后覆蓋濕麻袋，麻袋定期噴水保持濕潤(rùn)，噴水間隔時(shí)間不大于2 h，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21 d。

5.4 治療室板頂部位養(yǎng)護(hù)施工工藝

混凝土初凝后采用塑料膜 +麻袋覆蓋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。在混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)步下降后，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差小于20 ℃和里表溫差值在25 ℃以內(nèi)時(shí)，在頂板周邊設(shè)置擋水線進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度100 mm，蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21 d。

5.5 治療室內(nèi)板底部位養(yǎng)護(hù)施工工藝

該區(qū)域模板支撐體系完成后在鋪設(shè)底層鋼筋前按圖5示意圖預(yù)埋供水系統(tǒng)管道和鋪設(shè)透水性無(wú)紡?fù)凉げ迹炷翝仓瓿珊筇幱谏郎仉A段40 h內(nèi)采用帶模養(yǎng)護(hù)，達(dá)到40 h后啟動(dòng)帶壓供水系統(tǒng)，使水分滲透到全部模板與混凝土接觸面，實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的帶模供水養(yǎng)護(hù)效果。帶壓供水養(yǎng)護(hù)周期不少于28 d。

5.6 治療室內(nèi)墻部位養(yǎng)護(hù)施工工藝

由于直線加速器治療室內(nèi)空間和支撐架影響，后期人工養(yǎng)護(hù)施工不易實(shí)施，混凝土澆筑前即在模板主次背楞間添加好麻袋，并在混凝土墻體頂部保護(hù)層內(nèi)預(yù)埋環(huán)狀供水系統(tǒng)，混凝土澆筑完成后處于升溫階段40 h內(nèi)采用帶模養(yǎng)護(hù)，達(dá)到40 h后旋松模板對(duì)拉螺栓，使墻體與模板之間出現(xiàn)2～3 mm縫隙，同時(shí)啟動(dòng)帶壓供水系統(tǒng)，養(yǎng)護(hù)水滲透出土工布從上往下流動(dòng)確保水進(jìn)入模板與混凝土墻之間，實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的帶模供水養(yǎng)護(hù)效果，帶壓供水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21 d(圖5)。

圖5 內(nèi)墻預(yù)埋供水系統(tǒng)布置示意

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況形成科學(xué)、系統(tǒng)、完整的養(yǎng)護(hù)施工工藝是確保醫(yī)療專業(yè)建筑直線加速器治療室防射線、防滲漏高性能混凝土的關(guān)鍵要素，良好的養(yǎng)護(hù)能抑制高性能混凝土部分自收縮，防止裂縫產(chǎn)生和發(fā)展。希望本文能為相關(guān)設(shè)計(jì)、施工單位提供案列指引，為形成科學(xué)、系統(tǒng)、完整的直線加速器治療室防射線、防滲漏高性能混凝土養(yǎng)護(hù)施工工藝提供技術(shù)參考。