直線加速器機房防輻射抗裂特種混凝土施工技術

祝 策 洪英偉 陳達杰 單根德

中建四局深圳總承包公司 廣東 深圳 518048

醫用直線加速器機房是用于癌癥放射治療的大型醫療設備用房，它通過產生X射線和電子線，對病人體內的腫瘤進行直接照射，從而達到消除或減小腫瘤的目的。但若防護不當，其高能電磁輻射也會對周邊人員造成傷害。為節約直線加速器機房的施工成本，通常采用加大混凝土厚度，依靠混凝土厚度來確保防輻射效果，因此控制大體積混凝土開裂是必須要攻克的難題[1-3]。常見的大體積混凝土大多為基礎大體積混凝土施工，架空頂板大體積混凝土在民用建筑中應用較少。

本次研究對象的直線加速器機房，架空4.5 m，頂板厚度最大達3.1 m，墻體最厚達4.4 m。為保證防輻射混凝土的施工質量，機房大體積混凝土采用低水化熱特種水泥及冰水拌制，此材料極少用于民用建筑，在南方高溫天氣中，從源頭控制混凝土溫度很有必要。同時在施工過程中建立溫度測控系統，嚴格控制澆筑程序、澆筑時間、保溫、養護等措施，防止混凝土開裂，以達到防輻射的效果[4-6]。

1 工程概況

平湖醫院新建工程位于深圳市龍崗區平湖街道鵝公嶺地區，地處湖田路北側，富芳路西側，平安大道東側。工程采用框架剪力墻結構，地下3層，地上24層。直線加速器機房頂板面最高處至墊層面的墻體高度為9.4 m，占地約600 m2，采用天然基礎。墻體混凝土強度等級為C35，抗滲等級P8，混凝土中摻入8%的高性能膨脹劑，抗侵蝕防腐劑摻量3%～4%。直線加速器機房墻厚分別為1.5、1.6、1.7、3.3、4.4 m，底板厚度1.8 m，頂板厚度分別為1.8、3.1 m，施工總荷載和線荷載分別大于15 kN/m2和20 kN/m，為高大模板支撐體系，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。

2 施工工序安排

本工程底板先澆筑，墻體及頂板一次澆筑。具體工序流程為：底板墊層施工完成→防水施工→底板施工→墻體接槎鑿毛→頂板支撐架搭設→墻體鋼筋綁扎→墻體冷卻水循環管安裝→墻體模板安裝及加固→頂板支撐架加密加固→頂板模板安裝→板下層、中間層鋼筋綁扎→頂板冷卻水循環管安裝→板上層鋼筋綁扎→模板加固→霧炮機環境降溫→墻體混凝土分層澆筑→板混凝土分層澆筑→支模體系過程監控→混凝土養護→測溫記錄→啟用混凝土降溫系統。

3 大體積防輻射混凝土澆筑過程質量控制

3.1 控制混凝土原材料

本工程直線加速器機房混凝土使用的水泥為葛洲壩石門特種水泥有限公司生產的P·LH 42.5低熱硅酸鹽水泥，以減少單位體積的水化熱量，同時考慮早期減緩水化放熱，經與設計院溝通，混凝土采用60 d齡期強度作為評價依據。細骨料采用中砂，細度模數大于2.3，含泥量小于3%。粗骨料選用粒徑5.0～31.5 mm的連續級配碎石，含泥量小于1%。結合添加劑要求，制作不同配合比的混凝土進行水化熱、強度試驗，優化配合比，從而確定本次澆筑混凝土的配合比。

3.2 確定澆筑時間、方式及澆筑順序

根據現場實際條件，現場采用2臺混凝土輸送泵，配合2個班組同時進行澆筑及振搗。將加速器機房分為4個區域，每臺混凝土輸送泵及1個班組負責2個區域，采取從中間往兩側澆筑的方式。在鋼筋綁扎過程中，需按方案在提前規劃好的下料點，將鋼筋間距放大，澆筑墻體時將輸送泵的泵管于下料點伸入板面3 m左右，保證自由下落高度不大于2 m，防止混凝土因澆筑高度過高而離析，影響混凝土防輻射性能。混凝土澆筑下料點及澆筑順序如圖1所示。

圖1 直線加速器機房混凝土澆筑順序示意

3.3 混凝土采取分層連續澆筑

加速器機房墻體采用分層連續澆筑法，每層混凝土澆筑厚度控制在500 mm左右，避免模板體系因側向壓力過大而爆模。混凝土要用振動棒振搗，振動棒應均勻地插拔，每間隔400 mm左右下棒，確保振搗到位。在下一層混凝土初凝之前，澆筑上一層混凝土并將振動棒插入下層混凝土5 cm。按每500 mm一層，墻體每層混凝土的體積為119 m3左右，混凝土輸送泵澆筑速度約40 m3/h，2臺輸送泵澆筑每層墻體的時間約1.5 h。加速器機房墻體、頂板混凝土總體積為2 200 m3，預計澆筑完成時間約27.5 h。混凝土現場施工中應嚴格控制澆筑時間，防止因上下層混凝土澆筑時間間隔過長而出現冷縫。

4 大體積混凝土溫度監控及養護

4.1 原材降溫措施

因施工時正值夏季，氣溫較高，故混凝土攪拌站的原材需進行降溫，用水加冰將溫度降至10 ℃以下，砂石每30 min灑水翻轉降溫。施工現場開啟噴淋、噴霧，降低環境溫度。混凝土入模溫度控制在35 ℃以下，超過則退場。

4.2 測溫點布置

1）在每段墻體均設置一組測溫點（圖2），一組3個測溫點，測溫點均設置于墻體高度方向的中間位置，分別設置在墻中及墻體表面以內100 mm的位置。

圖2 直線加速器機房墻體測溫點布置平面

2）選取兩處墻體相交部位各設置一組測溫點。

3）厚1.8 m板四周、厚3.1 m反梁四周及3個加速器正上方各設置一組測溫點，每組分別在混凝土表面以下200 mm、板中間及板底以上200 mm各設置一個測溫點。

4.3 測溫制度

本工程采用JDC-2建筑電子測溫儀及配套測溫線進行溫度測量，按照測溫點布置，將測溫線固定于鋼筋上，從板面往下伸達測溫點之后，檢查測溫是否正常，并將測溫線做好標記及整理保護。測溫從混凝土澆筑后的3 h開始，每2 h測一次；混凝土澆筑后3～4 d，每4 h測一次，5～7 d每8 h測一次，7 d至養護結束每12 h一次。混凝土養護時間為14 d。

4.4 冷卻水循環降溫

在澆筑完成后或澆筑過程中，適時開啟冷卻管系統，通過冷卻水流動帶走部分混凝土熱量，降低混凝土溫度，減少因水化熱引起的溫差。將混凝土內外溫差控制不大于25 K，且溫度驟降不得大于10 K。

冷卻管系統按照GB/T 51028—2015《大體積混凝土溫度測控技術規范》中的原則設置。冷卻管安裝完成后進行通水試驗，確保水管通暢并檢查是否有漏水點。冷卻管待養護期結束后用1∶0.5的高強度等級膨脹水泥砂漿進行壓漿填實。

4.5 混凝土養護措施

混凝土澆筑完成后，必須重視混凝土養護工作，避免出現混凝土裂縫。板面澆筑完成并收光后，鋪設1層薄膜及1層麻袋并灑水養護；混凝土終凝后，利用四周結構反坎蓄水養護（養護水采用冷卻循環管流出的溫水）。外墻面帶模灑水養護至少7 d后，松開對拉螺桿，內墻面因支撐架立桿間距小，人員無法進入，故在架體加固完成后、板模板安裝前，沿墻體安裝噴淋管，并利用結構蓄水，保持室內空間的空氣濕度，保證養護效果。

4.6 現場混凝土溫度控制情況

根據上述測溫制度，采用相關降溫措施后，現場測量混凝土實際溫度數據，取每天測量溫度數據的平均值，形成溫度變化及溫差曲線（圖3、圖4）。

圖3 厚3 100 mm板溫度變化曲線

圖4 厚3 100 mm墻溫度變化曲線

根據上述溫度變化曲線，混凝土于第2～3天達到最高溫度，且混凝土內外溫差均小于25 K。

5 結語

本次直線加速器機房施工順利完成，拆模后混凝土表面觀感質量良好，無混凝土裂縫，無滲漏，滿足設計的防輻射要求，避免了特種設備房因混凝土質量問題而造成的高額修補費用。

本次施工的直線加速器機房混凝土結構具有良好的抗滲、抗裂及防輻射功能，為其他醫院的建設施工提供了良好借鑒，取得了良好的社會效益和經濟效益。