磁鐵礦厚大防輻射現澆混凝土結構施工技術

李文燕

(山西六建集團有限公司，山西太原 030024)

0 引言

近年來為了滿足腫瘤患者的治療需求，越來越多的醫院配備了含放射源裝置的治療設備。為了防止放射線的泄漏，避免或減少放射線對工作人員的傷害，必須將含放射源裝置的治療設備安置于具有防輻射功能的厚重重骨料防輻射混凝土結構內，而如何防止這種大體積重骨料防輻射混凝土產生裂縫，保證混凝土密度的均勻性以滿足防輻射要求成為重骨料防輻射混凝土施工的難題。

1 工程概況

呂梁市人民醫院放療室工程位于呂梁市人民醫院院內，是一棟集辦公、門診、會議室為一體的醫療綜合樓，其中地下一層為直線加速器、伽碼刀治療室、后裝治療室及鈷療室，層高6 m。該工程混凝土為防射線重混凝土，設計要求密度為3.4 t/m3，防射線重混凝土墻體最大厚度為2 400 mm，頂板最大厚度為2 100 mm。

2 工藝原理

磁鐵礦混凝土通過優化配合比設計，精選密度大，級配良好的磁鐵礦(密度一般為4.9～5.2)石和砂作為粗細骨料(主要成分Fe3O4)，以低水化熱普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，同時加入水、外加劑拌合后獲得表觀密度大(3 200 kg/m3～3 800 kg/m3)、和易性好，具有屏蔽Χ射線和γ射線功能的磁鐵礦混凝土。

3 技術特點

1)通過優選原材料和科學的配合比設計，確保混凝土在拌合和成型過程中保持均勻。

2)通過對模板支撐系統進行詳細的專項設計和承載力驗算，確保混凝土施工的安全和結構構件幾何尺寸符合設計要求。

3)通過對混凝土澆筑厚度控制及采取合理的澆筑方法，保證了磁鐵礦防射線混凝土施工質量。

4)采取有效保溫、養護措施，控制大體積混凝土溫度裂縫，滿足了設計的防輻射效果。

4 施工工藝流程和操作要點

4.1 工藝流程

綁扎墻鋼筋→墻、板模板支撐體系的設計及支設→綁扎頂板鋼筋→磁鐵礦混凝土制備及運輸→磁鐵礦混凝土的施工→磁鐵礦混凝土的保溫與養護→模板拆除→保濕養護。

4.2 操作要點

4.2.1 鋼筋綁扎

認真審核設計圖，盡量減少構件斷面突變，避免形成應力集中而產生變截面上裂縫，當不可避免時，應使斷面緩變，并加配溫度鋼筋。當墻體與頂板的配筋間距超過150 mm，應配置小直徑小間距溫度鋼筋。

4.2.2 模板支撐體系設計及支設

由于墻、頂板混凝土很厚，墻體最大厚度為2.4 m，頂板最大厚度為2.1 m，且磁鐵礦混凝土表觀密度大(設計要求密度為3 400 kg/m3)。所以，模板及其支撐架必須具有足夠的承載能力、剛度和穩定性，才能承受新建混凝土的自重、側壓力計施工荷載。通過對混凝土墻的側壓力計算、混凝土頂板豎向荷載計算，對模板及支撐體系進行設計，確保混凝土施工的安全和混凝土構件幾何尺寸的滿足。

4.2.3 磁鐵礦混凝土制備及運輸

1)磁鐵礦防射線混凝土的原材料要求。a.水泥:因屬于大體積混凝土，宜選用低水化熱普通硅酸鹽水泥，且強度等級不得低于42.5 MPa。b.骨料:粗、細骨料均采用磁鐵礦。粗骨料密度要求為2 600 kg/m3～2 700 kg/m3，Fe2O3含量不低于75%，粒徑為5 mm～40 mm。細骨料密度要求為2 300 kg/m3～2 400 kg/m3，Fe2O3含量不低于60%，粒徑為0.15 mm～5 mm，且粗、細骨料中只允許含少量雜質。

2)磁鐵礦混凝土的配合比設計。a.水泥用量宜為270 kg/m3～370 kg/m3。b.考慮混凝土攪拌、運輸、現場澆筑等因素，混凝土坍落度宜選用120 mm±20 mm。c.混凝土的粗細骨料，均采用磁鐵礦，以減少不正常離析。d.加入適量的泵送劑，以改善混凝土的和易性，減少拌合用水，降低水灰比，提高可泵性和混凝土密實度。e.混凝土設計后，必須進行試配，以確認混凝土的各項指標能到達預期要求。

3)磁鐵礦混凝土的運輸。a.采用攪拌車定車專車運輸供應。b.因磁鐵礦骨料的重力密度為一般骨料重力密度的1.5倍以上，應根據攪拌機的攪拌能力確定每罐混凝土組成材料的加入量。c.供應速度應滿足混凝土連續施工要求，并考慮備用的運輸路線和停水、停電及設備故障等應急措施。

4.2.4 磁鐵礦防輻射混凝土的施工

1)控制混凝土的入模溫度。砂石應覆蓋，避免陽光直射。將混凝土的入模溫度控制在28℃以下。

2)考慮到防輻射混凝土墻、頂板厚度過大，施工時采取分段(先墻體、再頂板)進行澆搗。由于磁鐵礦混凝土的粗細骨料密度大，很容易產生下沉，引起離析和混凝土不均勻，所以墻體澆筑時必須分層均勻進行，分層厚度不得超過500 mm，且上層混凝土澆筑必須在下層混凝土初凝之前進行。由于澆筑墻體時混凝土由料斗卸出的自由傾落高度大于3.0 m，為防止混凝土離析，墻體混凝土澆筑要采用串筒。

3)因頂板厚度不同，混凝土頂板澆筑時應先深后淺，從中間向外圍推進，使支架受力均勻。墻體與頂板交接處，在墻體混凝土初凝前必須澆筑頂板混凝土，不得出現冷縫。頂板混凝土振搗時，振搗棒要插入墻體混凝土中50 mm～100 mm。如墻體與頂板交接處混凝土澆筑完后距混凝土初凝時間較長時，應在混凝土初凝前再次對該處混凝土進行振搗，避免在頂板與墻體交接處出現水平裂縫。

4)頂板厚度不大于1 000 mm時，采用斜面分層的澆搗方法進行施工，頂板厚度大于1 000 mm時，考慮到磁鐵礦混凝土中重骨料在澆搗過程中產生不均勻下沉，導致混凝土骨料分布不均而影響混凝土質量，不能單獨考慮斜面分層的方法，應在滿足結構設計及防護設計要求的前提下，綜合采用整體平面分層和斜面分層的方法。每次混凝土澆搗采用斜面分層的方式，完成后表面應作糙毛處理。二次混凝土結合面還應采取加插筋和增加溫度筋網片的措施，并在混凝土澆筑前在結合面進行刷漿處理，以利于大體積混凝土的散熱和防止重骨料不均勻下沉引起表面浮漿過厚，能有效控制大體積混凝土裂紋，同時可大幅度減輕頂板支模系統的荷載，緩解一次混凝土澆搗時間過長對攪拌站混凝土供應造成的壓力。

5)混凝土振搗選有經驗的振搗手，振搗棒插點采用行列式移動，每隔500 mm插入1點，做到快插慢拔，在振搗上一層混凝土時，振搗棒插入下層混凝土中50 mm～100 mm，并不得插入再下層混凝土中，振搗時間控制在15 s～20 s(較通常要求的20 s～30 s短，但必須按規定的振搗棒插入間距振搗)，以表面出漿為宜，不準漏振，防止欠振，確保混凝土振搗密實，又不致產生骨料下沉。

6)為保證混凝土連續澆筑不留施工縫，要求商品混凝土廠必須有備用發電機，當外供電線路停電時，緊急發電，保證混凝土的連續供應。

4.2.5 磁鐵礦大體積混凝土的保溫與養護

1)為防止混凝土內外溫差過大而出現裂縫。每個澆筑區都要做好洞口的嚴密封閉保溫。外墻模板的覆蓋保溫、頂板的覆蓋保溫，要求不少于一層塑料薄膜、兩層麻袋或草袋，并根據測溫結果，必要時增加層數。外墻頂部與坑壁頂可搭架封閉，防止熱量散發。

2)前期盡量少灑水，避免混凝土表面溫度降低過快，導致混凝土內外溫差過大;等3 d～4 d后，混凝土核心溫度高峰一過，再進行正常灑水養護至14 d。開始進行灑水養護后，要注意灑水均勻，不得出現積水現象。

5 材料與設備要求

5.1 材料

1)磁鐵礦混凝土采用預拌混凝土，坍落度控制在(120±20)mm，混凝土要具有良好的和易性、可泵性能。

2)水泥:采用P42.5普通硅酸鹽水泥，其質量應符合GB 175-2007的相關要求。

3)骨料:粗、細骨料均采用磁鐵礦。粗骨料密度要求為2 600 kg/m3～2 700 kg/m3，粒徑為5 mm～40 mm。細骨料密度要求為2 300 kg/m3～2 400 kg/m3，粒徑為 0.15 mm ～5 mm。

4)拌合用水:混凝土拌合用水應符合JGJ 63-2006混凝土拌合用水標準的相關要求。

5)外加劑:泵送劑和膨脹劑質量應符合GB 50119-2003混凝土外加劑應用技術規程的相關要求。

5.2 設備

磁鐵礦防輻射混凝土制備采用攪拌站集中生產，其主要生產設備及機具為混凝土攪拌站、混凝土攪拌運輸車、混凝土輸送泵、密度測量設備、振搗器、混凝土試模、坍落度筒、計量器具及測溫儀器、水準儀、經緯儀等。

6 質量控制措施

6.1 執行的規范標準

防輻射混凝土施工應嚴格執行GB 50164混凝土質量控制標準、GB/T 14902預拌混凝土及GB 50204混凝土結構工程施工質量驗收規范的要求。

6.2 質量保證措施

1)混凝土所用的水泥、水、骨料、外加劑等必須符合設計要求和國家現行有關標準的規定。

2)混凝土的配合比、原材料計量及混凝土攪拌、運輸、養護，必須滿足GB 50204混凝土結構工程施工質量驗收規范的規定。

3)結構混凝土的強度和抗滲性必須符合設計要求。

4)現澆結構的外觀質量不應有嚴重缺陷。現澆結構不應有影響結構性能和使用功能的尺寸偏差，混凝土設備基礎不應有影響結構性能和設備安裝的尺寸偏差。

5)澆筑混凝土過程中應隨時復核鋼筋和預埋件位置，并采取措施以保證位置正確。

6)加強保濕、保溫養護大體積混凝土，以防出現裂縫。

7)已澆筑的混凝土強度達到1.2 MPa以上時進行下道工序施工。

8)混凝土的保溫覆蓋層拆除應符合設計要求和GB 50204混凝土結構工程施工質量驗收規范的規定。

9)雨期施工應及時對已澆筑混凝土的部位進行遮蓋，下大雨時應停止露天作業。

7 安全措施

1)施工工程中嚴格執行JGJ 33建筑機械使用安全技術規程、JGJ 46施工現場臨時用電安全技術規范、JGJ 80建筑施工高處作業安全技術規范、《建筑施工安全檢查評分標準》和省、市、公司制定的施工現場及專業工種安全技術操作規程。

2)各工種專業人員必須持證上崗、嚴格執行崗位責任制和“三級安全教育”制度。

3)確保攪拌站機械正常運轉和生產作業安全;確保攪拌車運輸過程中行車安全;確保現場設備運轉正常和施工作業安全。

4)機械所使用電閘、開關，應有專用開關箱，并裝有漏電保護器，停機時應拉斷電閘，下班時電閘箱應上鎖。

5)作業人員應穿膠靴、戴絕緣手套;振搗器不應掛在鋼筋上，濕手不得接觸電源開關。

6)夜間施工應有足夠的照明設施。

8 結語

采用磁鐵礦厚大防輻射現澆混凝土結構施工技術，確保了混凝土施工安全，降低了成本費用且有效的控制了大體積混凝土溫度裂縫，保證了磁鐵礦防射線混凝土施工質量，取得了良好的經濟效益和社會效益。

［1］張 帆.防輻射厚大重晶石現澆混凝土結構施工工法［J］.中國科技縱橫，2009(12):5-6.

［2］彭以德.防輻射混凝土的施工技術［J］.廣東科技，2011(14):206-207.