直線加速器機房大體積、防輻射混凝土施工技術

摘 要：鄢陵縣人民醫院新區醫院項目直線加速器是一種產生高強度輻射的醫療設備，特別設置直線加速器機房以降低輻射，防止對人體造成傷害。通過介紹直線加速器機房的施工過程中遇到的施工難點以及采取的新方法、新技術等分析總結得出優良措施，提出大體積、防輻射混凝土的施工特點及質量控制要點。

關鍵詞：大體積混凝土；防輻射混凝土；直線加速器機房；施工技術；降溫；質量控制文章編號：2095-4085（2024）03-0055-03

1 概況

鄢陵縣人民醫院新區醫院項目直線加速器機房位于負一層東側，因直線加速器是利用高頻電磁波和直線電場對電子、質子等進行加速并使其獲得高速度的裝置，根據其作用原理特點會產生大量電磁輻射和中子輻射，所以需要使用大體積、高厚度等結構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一步加強防輻射效果。

2 大體積防輻射混凝土概況

鄢陵縣人民醫院新區醫院直線加速器機房尺寸如表1。

3 大體積防輻射混凝土施工重難點

3.1 防輻射要求高

防輻射混凝土為達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生漲模、爆模現象。直線加速器機房環保條件驗收時的防輻射要求較高，使得混凝土的開裂控制、施工縫、預留管道口等施工難度增大。

3.2 大體積混凝土自發熱較高

因混凝土體積及結構尺寸較大，內部水泥水化熱量較大，使得內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部溫度可達到80℃以上，屆時可能出現混凝土表面溫度受環境溫度低或者風吹降溫等情況使得混凝土表面溫度驟降，從而發生混凝土內外溫差過大使得混凝土出現溫度裂縫的情況。防輻射混凝土對裂縫控制極為嚴格，任何輕微的裂縫都可能使得驗收時的輻射量超過驗收標準，所以想辦法控制混凝土內部溫度是保證施工質量極為重要的一環［1］。

3.3 秋冬季施工溫度控制難度大

因鄢陵縣人民醫院新區項目的直線加速器機房混凝土施工時間處于秋冬階段，環境溫度較低且三級以上風力持續時間較長，是大體積混凝土施工難度較大的時間段，較小的風力就可帶走混凝土表面大量水分，使得混凝土表面收縮嚴重造成混凝土開裂，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生冷縫，從而影響防輻射性能及混凝土結構強度。

根據《重晶石防輻射混凝土應用技術規范》（GB/T 50557-2010）要求，重晶石防輻射混凝土結構預留孔洞、穿墻線管和施工縫的留設及構造設計應符合下列規定：

墻體水平施工縫不得留設平縫，應留設成凹凸水平施工縫（見圖1）。重品石防輻射混凝土結構不宜留設垂直施工縫，當需要留設時，應在垂直施工縫中間位置加設鋼板帶。梁、板需要留設水平施工縫時，其接合部位宜預設附加插筋。

考慮到木膠、竹膠板相較于鋼模板更加容易發生變形從而使得結構尺寸發生偏差，現場施工采用加密立桿、加密主次龍骨的方法對其進行加固。經過受力計算，立桿間距需要達到450mm×450mm以下才可滿足立桿垂直方向受力要求，而結合竹膠板的抗變形能力進行局部計算后，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為300mm×300mm的Φ48×3.25mm盤扣支架進行搭設，同時主龍骨使用φ48×2.5mm鋼管，次龍骨使用100mm×100mm木方按照20cm間距進行搭設支撐，而墻模板側采用內拉外撐的方式進行加固，內拉使用M16x120mm止水螺桿進行加固，外側則采取加密主次龍骨的方式，其中φ48×2.5mm鋼管按照雙排、200mm間距進行布設，次龍骨100mm×100mm木方側按照100mm間距進行布設，門口位置需要采用對撐腳手架進行支撐，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行加固，防止混凝土澆筑過快后發生模板上浮情況。

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生骨料下落速度快，水泥漿下落速度慢而發生離析的現象，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量。

同時根據《重晶石防輻射混凝土應用技術規范》（GB/T 50557-2010）中要求重晶石防輻射混凝土從攪拌機出料到現場入模的時間間隔不宜超過90min。當超過90min時應采取相應的處理措施，鄢陵醫院新區醫院項目混凝土拌合站離項目施工地點距離較近，正常情況下可滿足時間要求，如運距無法滿足90min內完成入模時，需要重新調整配合比，并配備實驗人員在現場持續檢測混凝土狀態。同時為防止發生堵車、設備損壞等特殊情況發生，混凝土拌合站需多配備五輛罐車，現場多配備一臺泵車進行備用，以防發生混凝土澆筑中斷或運輸時間過長從而產生冷縫的情況發生。經實驗室多次調試后，混凝土在入模時塌落度為140～160mm可具有良好的強度及和易性。

混凝土在澆筑過程中需要根據墻體分布情況連續澆筑不可中斷，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降低一次澆筑厚度、加快轉圈速度的方法來進行調整。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性而不產生冷縫。澆筑到門口兩側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行控制，當高度超過1.5m時使用串通進行澆筑，每隔400mm間距澆筑完成后使用振搗棒進行振搗，振搗時間以15～25s為宜，具體振搗時間應觀察混凝土狀態為準，當混凝土無氣泡冒出且水泥漿均勻覆蓋為振搗完成標準［2］。

4.3 混凝土降溫及養護

為減少大體積防輻射混凝土的開裂情況，混凝土的降溫及養護是最為重要的一環，為此鄢陵縣人民醫院新區醫院項目針對直線加速器機房結構尺寸，特設計一套金屬管循環水降溫系統，經過輸水材料導熱系數對比，經查閱得知，鍍鋅鋼管的導熱系數通常為16W/（m·K）瓦/米·度、 PVC管的導熱系數通常為0.028（W/（m·K））瓦/米·度，可見鍍鋅鋼管的導熱系數遠高于PVC管，使用鍍鋅鋼管的降溫效果可以得到更加明顯的效果，且鍍鋅鋼管更加堅固，基本不會出現混凝土施工過程中因強振搗等造成破壞而堵管的情況，故此方案選用導熱系數更好且更堅固的鍍鋅鋼管來作為循環水載體，冷卻管由結構外邊緣500mm內開始布設，鋼管間距為1 000mm，作用范圍為500mm，當結構物有兩個方向尺寸大于1m時，需要額外增加一排冷卻管進行降溫，同時在進水口及出水口位置提前預備抽水井及蓄水池。此循環水降溫系統需使用帶計量功能水泵，使用計量水泵可實時監控水流量，后期可根據水流量來調控內部降溫速率，防止混凝土中心溫度降溫過快而發生開裂［3］。冷卻管布置見圖2。

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

5 大體積防輻射混凝土溫度監控措施

根據《大體積混凝土溫度測控技術規范》（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水冷卻系統進行調控，此時需要布置一套溫度監控系統。在混凝土澆筑前，需要根據測溫點布置圖對測溫傳感器進行預埋，測溫點主要分布在混凝土表面內5cm以及溫度最高的中間位置，以確保得到最準確的內部最高溫度［5］。

要增大冷卻管系統的水流量和進水溫度以達到更好的降溫效果來降低內部最高溫度，降溫的同時也需要觀察混凝土降溫速率是否過快，由此可以體現出，對溫度的監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行加溫以減小表里溫差。當混凝土內部最高溫度與外部大氣溫度差連續3d低于25℃時，說明混凝土內部水化熱已基本完成，內部溫度趨于穩定，可停止測溫監控系統。

6 結語

直線加速器機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，一旦發生質量問題的返工費用巨大，所以根據每個項目不同地區、環境、結構等特點，我們應該有針對性的靈活運用不同的施工方法，我們還需要持久不懈創新、優化、提高來不斷地提升此類型工程的施工質量和施工工藝。

參考文獻：

［1］《重晶石防輻射混凝土應用技術規范》GB/T 50557-2010.

［2］《大體積混凝土施工標準》GB 50496-2018.

［3］《大體積混凝土溫度測控技術規范》［附條文說明］GB/T 51028-2015.

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

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