重離子治療中心超厚墻板大體積混凝土施工技術

高 峰

（莆田中建建設發展有限公司，福建 莆田 351 100）

1 工程概況

莆田媽祖重離子醫院項目，項目位于莆田市北岸經濟開發區管委會山亭鎮，總建筑面積為106700m2，地下2 層，地上部分3 層，部分12 層。配備重離子治療中心，硼中子治療中心和質子治療中心。其中重離子治療中心由加速器大廳，爬升區，治療室三個部分組成。包含了1.1、1.55 米厚的底板、1.4、2.0、3.5 米厚的頂板以及1.0、1.3、1.7、2.0、2.6、3.9、4.3 米厚的剪力墻，最高凈高達25m。采用防輻射C35 普通混凝土，抗滲等級為P8。

2 工程特點

結構自防水要求高，工藝要求嚴格，不允許漏水。該工程使用的重離子放療設備極其昂貴，重離子裝置運行過程中具有較強輻射，防水設計一旦失效出現漏水情況，會使得進入重離子輻射區的水發生活化，出現污染事故[1]。故選用的混凝土不僅需要滿足C35 強度要求，還需要具備良好的耐久性和抗滲性。

需要澆筑的混凝土底板、墻體構件體積較大，整體所需的混凝土澆筑量大，對應水泥水化時產生的水化放熱量大，引起混凝土構件內部溫升以一個較大值上升[2]。同時由于構件內外降溫速率不一致，混凝土構件呈現外低內高的溫度變化趨勢。構件內部受熱膨脹變形量大于表面，整體表現為混凝土構件中心受壓而表面受拉。隨著混凝土構件持續降溫，當構件表面承受的因降溫引起的溫度拉應力大于混凝土本身的抗拉強度時，混凝土構件很大概率會發生開裂[3]。因此為避免大體積混凝土構件因內部溫度梯度分布不合理產生貫通性裂縫，必須對混凝土水化放熱量，溫降速率進行合理的控制。

收縮裂縫的產生，會影響結構本身的安全性以及耐久性，加劇混凝土開裂的風險。混凝土強度等級比較高。為達到既定的強度，采用的水泥具有細度高，比表面積大的特點，對應會使得水泥水化的反應速度快，水化放熱速率大，引起構件內部溫升高，加大混凝土產生溫度裂縫的概率。同時由于大體積混凝土要求的水膠比較小，混凝土的自收縮和干縮較大[4]，也會加大混凝土產生溫度裂縫的概率。

3 大體積構件結構設計優化

重離子設備區存在3900、4300mm 墻體，墻體高度為25000mm。若全部采用現澆，會存在因為一次性澆筑量大，整體水化放熱量高，內外溫差不可控，增大出現溫度裂縫的可能性。因此為降低墻體整體水化放熱量熱，減少大體積混凝土溫度裂縫出現的概率，對3900、4300mm 厚墻構件進行結構性優化。將全部現澆更改成四周現澆，預留出空腔填充混凝土預制塊做法。即沿墻體厚度方向分成三個區域，左右兩側1m 為現澆混凝土，中間為空腔，兩側混凝土養護周期達到后，填充混凝土預制塊。在墻縱向、橫向各設置預制塊腔體分區，各腔體中間用現澆板帶分隔開，預制塊填充縫與兩側施工縫錯開，增加一定整體性。墻體立面分層吊裝預制塊，上層預制塊吊裝需待板帶澆筑完畢且至少養護14 天后進行。填充區域預制塊與混凝土墻之間縫隙，用C25 細石混凝土澆筑填實。

沿高度方向分區分階段施工，為了不留通縫，將不同段澆筑位置的接口處設置成臺階型。預制塊兩邊空腔墻體要預留一定的高低差（大于100mm），且保持與空腔內的預制塊不同縫。

4 混凝土配合比設計

在混凝土中摻入礦物摻合料，在保持一定膠凝材料總量的基礎上，減少水泥的使用量，是目前較為有效的降低大體積混凝土早期開裂的風險的手段之一。摻入一定量的礦物摻合料，主要通過以下兩方面來實現提高大體積混凝土抗裂性能，一是通過降低水泥的使用量，降低混凝土內部的溫升，削弱其升溫峰值[5]。二是通過摻入粉煤灰和礦粉等，調整混凝土強度變化趨勢，粉煤灰的摻入延緩水化放熱峰值的出現的時間，礦渣粉的摻入提高了其早期抗拉強度[6]，使混凝土整體抗裂性能提高。

基于相關理論，結合相應規范，本項目的大體積混凝土配比選配將采取以下4 個措施，配制出抗裂性能強，符合力學性能要求，工作性能指標，兼顧經濟性的混凝土。

1、大摻量復摻粉煤灰和礦渣粉，在保證強度的基礎上降低膠凝材料體系的水化放熱量；

2、摻入SY-K 型膨脹纖維抗裂防水劑，提高其抗裂性，抗滲防水性；

3、選用減水、增塑、緩凝型聚羧酸減水劑，調節其工作性能及凝結時間；

4、選用2.36mm～31.5mm 級配，低膨脹系數，低吸水率的粗骨料。

經攪拌站試配，實驗室內水化熱試驗，以及現場實際的足尺模型試驗，根據混凝土抗壓強度，工作性能，水化熱變化趨勢及足尺模型構件的內部溫度、應變應力變化規律，結合實際應用效果，得到以下配合比：

表1 混凝土配合比

該配比膠凝材料在3 天的水化熱約為130kJ/kg，7 天的水化熱約為140kJ/kg。混凝土溫升為35℃，28d 強度為51.2Mpa，塌落度為180mm，拓展度為500mm，初凝時間大于10h。

5 施工過程把控

混凝土出現裂縫的原因通常并不是由于某一單獨因素造成，生產，運輸，施工等環節的不合理都有可能引起混凝土出現早期裂縫，后期出現貫通性裂縫的可能性增大的情況出現，因此為增強混凝土結構耐久性，必須對各個環節進行嚴格控制。

5.1 混凝土生產與運輸

生產過程中，必須嚴格控制混凝土入模溫度，夏季大體積混凝土施工入模溫度需控制在30℃以下，冬季混凝土的入模溫度宜控制在25℃以下[7]。為進一步調節好入模溫度，攪拌站在生產時需要將砂石料置放于陰涼處，避免太陽直射，控制砂石料溫度在20℃左右同時提前準備所需的膠凝材料，確保膠凝材料在使用前經過充分散熱。生產中根據入模溫度的變化，調整拌合水溫度，夏季時需在拌合水中提前加入冰塊降溫，確保拌合水水溫在20℃左右。

運輸過程中在泵車表面加裝保溫隔熱的有機硅材料外衣，避免因外界環境熱傳導下引起入模溫度的增大。

5.2 混凝土澆筑

除底板一次性澆筑外，本項目墻體以及3.5m 厚頂板將分階段多次澆筑，每個階段的澆筑間隔控制在7-10 天。混凝土澆筑采用斜向推進、分層澆筑的辦法，控制每一分層的厚度不超過500mm，每一分層澆筑完成時間不超過初凝時間。

澆筑過程中應避免天泵的下料管僅停留在一個地方持續澆筑某片區域，造成區域內漿料不均勻，應綜合考慮區域配筋情況，澆筑角柱等鋼筋密集區時應至少選擇3-5 個下料口，循環下料。同時應設置串管配合澆筑，避免應混凝土澆筑高差太大引起混凝土離析的情況發生。

采用插入式振搗器配合天泵進行振搗，振搗棒的使用要求快插慢拔，除了要保證振搗時振搗棒的下插深度，特別是要深入每一分層的交界面外，還需要控制振搗時間，不能少振，也不能過振。振搗點的間距按照振搗棒作用半徑的1.5 倍一般以400～500mm 進行控制。

5.3 混凝土測溫

混凝土測溫采用JDC -Ⅱ型便攜式建筑電子測溫儀，配合測溫導線、測溫探頭使用。主要檢測點為構件中心，底面，表面，環境溫度。測溫時間間隔在混凝土澆筑后10 小時開始，第一、二天間隔兩小時、第三天間隔三小時，第四、五天間隔四小時，第五、六、七天間隔五小時，若溫度變化穩定，可隨后停止測溫(混凝土澆筑體表面以內40-100mm 位置的溫度與環境溫度的差值小于20℃時，可停止測溫)。

5.4 混凝土養護

混凝土終凝前壓光后人工掃毛，立即在表面覆蓋塑料薄膜進行保濕養護，并根據構件不同尺寸厚度加蓋不同厚度的草簾保溫，以及土工布防風。通過外保溫的形式調節構件內外溫度下降速率，除保證內外溫差小于25℃，外表面與環境溫差小于20℃外，還需控制外表面溫降速率小于2℃/d。保溫保濕養護時間不少于14 天。墻體采用帶模養護，在檢測到內外溫差小于25℃后方可組織拆模，拆模后并立即進行保溫保濕養護，養護時間不少于14 天。

6 結束語

通過對大尺寸混凝土構件結構進行優化，大摻量復摻粉煤灰和礦渣試配出低水化熱體系的配合比，加入抗裂劑和減水劑調節增強混凝土的抗裂性能以及在生產，運輸，澆筑，養護等環節進行嚴格的把控。有效的保證了本項目大體積混凝土構件質量，避免貫通性裂縫的產生，整體預防裂縫的產生效果明顯，達到了重離子醫療區防輻射混凝土質量要求。