直線加速器機房大體積混凝土施工技術

嚴威，陳楠 （中國建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200135）

1 引言

醫用直線加速器是現代醫療發展的重要體現，其通過高能量電子束產生x射線來放射治療疾病。高能量射線易造成輻射污染，因此，直線加速器機房設計時，都會根據設備類型明確相關防護標準。混凝土結構具有較好的防輻射性能且造價較低，一直是防輻射結構的首選[1～4]。

直線加速器機房防護要求高，采用混凝土結構進行防輻射，其厚度一般需在1m～3m范圍內且結構不允許出現裂縫，這對施工質量提出了較高的要求[5～6]。大體積混凝土的施工質量很大程度上取決于混凝土澆筑和養護質量，其中包括澆筑工藝和溫度控制技術。本文主要對直線加速器大體積混凝土澆筑和溫度控制技術進行研究，詳細介紹了混凝土澆筑方法、水冷循環系統、溫度測位測點布置的施工技術。

2 工程概況

南京市棲霞區中醫院地下共兩層，直線加速器機房位于地下一層放療科區域，包括兩間直線加速器機房和一間后裝機房，見下圖（單位為mm）所示。兩間直線加速器室長25.2m、寬14.9m，平面布置沿豎直方向對稱布置，剪力墻厚度有 1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。后裝機房長5.8m，寬7.8m，剪力墻厚度為0.8m。機房頂板厚為1.8m、2.9m，底板厚度1m，防護當量為20mmpb。

3 直線加速器大體積混凝土施工難點

大體積混凝土澆筑技術要求高。直線加速器機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是保證混凝土質量的重要環節，處理不當混凝土易出現質量缺陷，以致降低直線加速器機房的防輻射效果。

大體積混凝土溫度控制要求嚴。大體積混凝土在拌和過程中水泥發生水化反應，會產生較大的水化熱。混凝土澆筑厚度越大，水化熱控制難度越高。而水化熱過高會使混凝土產生較大的溫度應力，當超過混凝土的容許拉應力時就會產生裂縫。因此，大體積混凝土在澆筑和養護過程中的溫度控制水平直接決定成型的混凝土質量。

4 直線加速器大體積混凝土施工技術

4.1 施工工序

測量放線—底板模板及腳手架搭設—鋼筋綁扎—底板混凝土澆筑—底板與剪力墻水平施工縫留設—剪力墻鋼筋綁扎—管道預留洞口—冷水系統和測溫導線布置—剪力墻模板及腳手架搭設—剪力墻混凝土澆筑—剪力墻與頂板水平施工縫留設—頂板模板及腳手架搭設—鋼筋綁扎—冷水系統和測溫導線布置—頂板混凝土澆筑—混凝土溫度檢測—冷水系統運行—混凝土養護。

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。砂選用細度模數不小于2.3，含泥量小于3%的中砂。碎石選用連續級配且粒徑在5mm～31.5mm范圍內的非堿性碎石。混凝土拌和用水選用生活飲用水。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。

混凝土強度等級為C35，抗滲等級為P6。混凝土的配合比對強度和水化熱都有較大影響，根據直線加速器機房大體積混凝土的特殊要求，結合混凝土的運輸距離和施工環境溫度，委托混凝土公司專門配置泵送混凝土配合比。混凝土水膠比為0.42，砂率40%，強度為45.3MPa，坍落度160mm，初凝時間為6h。

4.2.2 混凝土澆筑方案

直線加速器機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。為確保混凝土連續澆筑，配備兩臺臂架56米汽車泵。每臺混凝土泵安排一個施工班組負責，作業時間進行兩班倒。綜合考慮混凝土攪拌運輸車運輸量、車輛行駛速度、運輸車往返距離以及混凝土輸送泵平均輸出量。混凝土攪拌站距工程地點車程為20min，為每臺輸送泵配備5臺混凝土運輸車。

機房大體積混凝土采用整體水平分層連續澆筑，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。混凝土振搗采用二次振搗工藝，以改善混凝土的內部結構，減少混凝土的收縮和徐變，防止混凝土產生裂縫。機房大體積混凝土留設凹凸形水平施工縫，底板與剪力墻之間為凸形，剪力墻與頂板之間為凹形，長度和高度為剪力墻厚度的1/3。綁扎底板和剪力墻鋼筋時需考慮施工縫處的鋼筋搭接。

機房底板和頂板澆筑沿直線加速器底板向東西兩側進行澆筑，每層澆筑40cm。選用振搗棒將混凝土振搗均勻密實，上層振搗時振搗器需插入下層混凝土10cm。振搗時避免漏振，振搗棒移動方向和間距需根據場地特點進行預先排列，插入間隙控制在振搗棒作用范圍1.5倍。機房剪力墻高度為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。剪力墻鋼筋網較密，振搗間距需根據墻厚和長度排列振搗棒移動路線。2臺混凝土泵沿直線加速器機房對稱澆筑，澆筑時底部模板的縫隙要進行填縫，避免漏漿。

4.3 混凝土溫度控制

直線加速器機房大體積混凝土溫度控制是保證混凝土養護質量的關鍵環節。混凝土的溫度控制從以下兩點考慮：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，可適度降低水泥產生的水化熱。混凝土原材料的溫度較高時，可在拌和時加入適量冰水，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，通過流動的水與混凝土進行溫度中和，進一步控制混凝土內部溫度，此方法在實際工程中應用價值較大。

4.3.1 水冷循環系統

混凝土厚度對其內部溫度影響較大，為降低澆筑后大體積混凝土的溫度，需借助水冷循環系統來實現。水冷循環系統主要包括水箱、自吸循環水泵、水管、進水流量計、壓力表、閥門開關、溫度計。其中水管連接水箱部分選用DN35鍍鋅鋼管，混凝土內部循環水管選用DN20鍍鋅鋼管。

水冷循環系統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計完成面邊緣1.5m～2.0m處，并與鋼筋網進行固定，防止混凝土澆筑和振搗時出現移位。待冷水循環系統安裝完成后，進行通水循環工作，檢驗整個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合溫度情況，可運行水冷系統。通過調節進入水管的流量和水箱水溫，對混凝土溫度進行精細化管控，確保混凝土在養護過程中溫度在正常范圍內。

4.3.2 溫度測位測點布置

直線加速器機房大體積混凝土溫度測量位置和測點的選擇依據是能全面準確反映其溫度變化。直線加速器機房底板和頂板長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。結合直線加速器機房結構特點，對溫度測量位置和測點進行布置。

機房底板混凝土厚度為1m且厚度無變化，測位選擇在底板四邊角部和邊線中點橫縱距邊線1m處，此外還有底板中心一處。上述九處測位每處布置3個測點，分別距離混凝土表面、底面5cm處和混凝土中部。

頂板和底板的測位測點布置略有差異。除按照底板布置測點外，還增加頂板厚度為2.9m的三處測位，分別為左右距邊線1m處和中部。測點分兩種情況設置，厚度為1.8m處設置5個測點，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。而測位厚度為2.9m的布置7個測點，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個測點。

剪力墻高度為3.95m，厚度有1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。溫度測量位置選擇在剪力墻中部，測點根據剪力墻厚度確定測點數。剪力墻厚度在1.2m～1.5m布置3個測點，1.7m～1.8m布置5個測點，3.0m～3.2m布置7個測點。3個測點布置位置為距離剪力墻混凝土左右表面5cm及中部，測點數為5和7的在剪力墻中部左右分別均勻增加2個和4個測點。

4.3.3 混凝土溫度測量及養護

直線加速器大體積混凝土溫度測量是為確保混凝土能在正常的溫度中進行養護。溫度測量主要包括混凝土入模溫度、環境溫度、混凝土里表溫度、冷卻水進出水溫度。溫度測量時間及頻率需根據具體結構特點，制定相應的溫度測量計劃。此工程直線加速器機房混凝土澆筑后2d內，實行每1h記錄溫度，3d～7d 2h/次 ，8d～14d 4h/次 ，15d～28d 6h/次。根據測量的溫度，可得到混凝土與環境溫度之間溫差、混凝土里表溫差、混凝土降溫速率等溫度指標。混凝土表面與環境溫度之間溫差應小于20℃。混凝土里表溫差根據混凝土厚度采取不同標準，厚度小于2.5m，其溫差應小于25℃，超過2.5m時，溫差應不大于28℃。混凝土的降溫速率應保證每天不大于2℃，或者每4h不大于1℃。

混凝土澆筑完畢后，立即進行養護工作。在混凝土振搗結束經表面平整后，涂刷一層養護劑，并鋪2層塑料薄膜。根據施工現場溫度和濕度情況，選擇土工布或麻袋覆蓋在混凝土上，進行保溫保濕養護，并且持續時間不少于14d。在機房混凝土養護過程中，結合水冷系統對混凝土溫差與降溫速率進行控制。避免大體積混凝土由于溫差，使混凝土產生溫度應力大于混凝土自身拉應力而產生裂縫。

5 結語

直線加速器機房大體積混凝土的施工質量，很大程度上由混凝土澆筑技術和溫度控制及養護水平決定。按照本文介紹的混凝土澆筑技術和應用水冷循環系統及溫度測位測點布置方法，對直線加速器機房進行施工，養護過程中嚴格控制混凝土的溫差，成型后混凝土表面光滑平整，無裂紋，經檢測滿足輻射防護要求。