质子治疗项目中的防辐射混凝土质量控制

王启桃，何世国，李月波



质子治疗项目中的防辐射混凝土质量控制

王启桃1，何世国2，李月波2

（1.合肥离子医学中心有限公司，安徽 合肥 230000；2.中国建筑第八工程局上海分公司安徽经理部，安徽 合肥 230000）

质子治疗项目在我国尚处于起步阶段，由于质子治疗设备在运行过程中会产生能量射线，因此，防辐射混凝土的防裂和密度的质量控制显得尤为重要，它关系着人民的生命健康安全。通过对质子治疗项目防辐射混凝土过程中的质量控制进行全面总结，这对于类似质子治疗项目建设过程中的防辐射混凝土质量控制有着重要的指导意义。

质子治疗；防辐射混凝土；质量控制；旋转治疗舱

1 技术背景

合肥质子治疗项目质子区由3个旋转治疗舱、1个直线加速器区等组成。其中，质子区墙厚600～4 600 mm，板厚120 mm、150 mm、1 500 mm、2 400～2 500 mm、3 000 mm、4 000～4 600 mm，直线加速器区墙厚1 300～3 100 mm，基础底板厚1 000～1 500 mm。根据外方设计要求对上述区段内的防辐射混凝土提出以下关键技术指标：混凝土湿密度大于2 450 kg/m3，坍落度控制在180±20 mm，入模温度小于等于28 ℃，降温速率控制在2 ℃/d，绝热温升不大于50 ℃（28 d），混凝土拆模后其外观可视性裂缝宽度不得大于0.2 mm，深度不大于150 mm，且不得出现贯通性裂缝。

基于以上对防辐射混凝土技术指标（包括各种性能）等要求，结合施工中存在的问题进行有针对性的质量控制措施策划研究及全面总结，有助于改进与提高防辐射混凝土的施工质量。

2 普通防辐射混凝土的质量控制

2.1 配合比质量控制

对于大体积超厚防辐射混凝土而言，控制水化热、绝热温升与降温速率对防止开裂极其重要。针对C35防辐射混凝土选择适宜的配合比是关键的第一步。该项目通过提前召开国内著名的专家会议讨论，与科研单位及高等院校开展项目前期混凝土配合比试验研究，分别从3 d、7 d、28 d、56 d、90 d对不同龄期的抗压强度、抗融性、抗析性、收缩性、弹性模量、湿密度、绝热温升、入模温度、坍落度、升降温变化等方面进行试验测试。通过两次1∶1实体样板试验得出合理可行的配合比报告，该配合比I级粉煤灰掺量达45%，水泥160 kg/m3，石子选用比普通石子高200 kg/m3以上的玄武岩系级配石，砂采用中粗砂加机制玄武岩砂混配，辅助外加剂为氧化镁抗裂剂及聚羧酸系减水剂。

试验结果：实体外观6个月未见可视性裂缝，色泽一致，湿密度大于等于2 450 kg/m3，外部环境温度15～35 ℃情形下，入模温度控制在21～30 ℃，28 d、56 d、90 d龄期混凝土抗压强度均高于设计值。混凝土配合比试验中也发现了混凝土的收缩现象，它表现为单位用水量和水泥用量，而用水量的影响比水泥用量更大，在用水量一定的条件下，混凝土干缩随水泥用量的增大而加大，混凝土干缩随砂率的增大而增大，但加大的幅度较小。同时，高掺量粉煤灰早期强度比不掺的低，通过试验室加荷试验高掺量粉煤灰混凝土徐变随粉煤灰掺量的增加而增大。

2.2 防辐射混凝土配合比原则

防辐射混凝土之所以强调其入模温度及容重，是因为需要满足防辐射要求，这就需要优良的混凝土的均匀性、密实性和优质的体积稳定性。因此，保证其容重是极其重要的原则之一。因此，应考虑混凝土坍落度，这是施工工艺的要求，不是混凝土或工程的要求，防辐射混凝土中的高掺量粉煤灰同样需要较小的坍落度来控制粉煤灰的上浮。坍落度越小，对预防裂缝、抗收缩、保持耐久性都有越好的效果。与此同时，粗骨料的用量不宜过小，骨料用量大才能保证减少水泥用量，保持混凝土的体积稳定性。胶凝材料总量在满足强度和施工工艺前提下，尽可能降低其用量是配合比可行性的重要原则。

2.3 普通防辐射混凝土生产质量控制

普通防辐射混凝土的生产最重要的质量控制应该根据以下关键因素加以保证：①夏季水温控制不宜高于20 ℃，砂石温度不宜高于25 ℃，水泥、外加剂入仓温度不宜高于38 ℃；②大体积防辐射混凝土生产前，应提前对水泥与外加剂的适应性、坍落度经时损失、混凝土湿度、容重进行试验确认；③大体积混凝土生产前，应对拌和设备，计量控制系统进行检查及试运行；④搅拌运输车辆宜做防遮阳措施如专用覆盖帆布被、PVC发泡反光膜；⑤减水剂计量要准确，并提前进行试验；⑥不同生产批次、不同厂家生产的水泥禁止混用；⑦搅拌时间应比普通混凝土增加25～30 s；⑧混凝土入模温度应控制在低于30 ℃，出厂温度控制在低于27 ℃（夏季）；⑨严禁使用经处理的污水、内河水作为拌和用水。⑩生产量应根据现场实际情况适时调整，不宜等待过长，搅拌车在现场等待时间不应超过1 h。

2.4 混凝土钢筋、模板安装质量控制

钢筋安装要求基本与清水混凝土质量控制一致，控制其保护层厚度。密集型钢筋墙体间距排布应顺从对拉螺杆间距模数。密集型钢筋墙体拉钩不应布置成梅花形，应垂直布置，以保证混凝土下料与振捣顺畅。楼板、梁、墙柱宜采用高强混凝土垫块，垫块颜色与混凝土外观一致且不得破碎。模板拼缝应使用海绵条，不得使用破旧老化的模板，其表面应干净并涂刷脱模剂。分层浇筑时，在混凝土面层的墙体中间应设置企口或高低坎，高度不低于100 mm，防止冷缝形成后的射线泄漏。对拉螺杆堵头设置应平整，紧固扭力两侧一致，不得歪斜、凹进。

2.5 普通防辐射混凝土现场检测质量控制

检测内容包括坍落度、扩展度、温度、容重、标养试块、同条件试块、干密度试块等。

检测工具：坍落度检测仪与坍落度桶测试相互验证，容重标准桶应通过净重归零计量调试，手持红外线温度仪与温度检测仪对比，使用前应检查其充电时间是否足够，手持仪距表面混凝土距离不应大于50 cm，也不宜小于10 cm，试块取料应取放料1/3时间段料进行。

宜详细记录搅拌车进场时间、车号、方量、强度等级、坍落度、入模温度、容重及下料结束时间，前3车每车必测。如果各项指标稳定，则后期每3车测定1次。

大体积防辐射混凝土应编制混凝土结构裂缝控制监测和测量专项方案，其主要内容应包括监测内容、监测方案及设备（布点、设备、监测周期）、预警机制及应急处理方案等。其监测的主要内容为混凝土温度发展监测、混凝土应变发展监测。温度测控宜采用人工与无线传输方式相结合进行对比，并应考虑施工工序、现场安装的条件和相应的数据传导线的成品保护。其布点方法应按《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666—2011）和《大体积混凝土温度测控技术规范》（GBT 51028—2015）中的相关条文执行。

埋设于墙、板等构件中的应力、温度数据线外宜加包空心塑料软管对其保护，传导探头不得紧贴钢筋，相邻导线探头不应相互接触，露出构件外部的导线端子应有明显编号，不得使用胶带包住端子头部，防止接触不良数据失真。

布设构件内的数据线应仔细核对位置，编号是否与方案图中对应。对于人工监测应严格按照时间间隔期进行检测，并保持在08：00前进行数据汇总报告。

2.6 普通防辐射混凝土现场振捣质量控制

振捣手、班组管理人员、总包工程质量技术管理人员必须进行施工前安全与技术质量交底与培训，必要时进行考核，选择技术能力强、责任心强的人员上岗。所有振捣棒应事前试运行检查，泵车维护运行检查，对于钢筋密集处下料口事前经设计确认后割开钢筋，洞口尺寸控制在300 mm×300 mm范围，洞周边应用木方固定，防止下料软管产生摩擦而破损。施工前应重点落实分层浇筑的厚度、间隔时间、振捣点、振捣时间和振捣间距（不得大于500 mm），且应有专人在各点进行监控并记录。当混凝土浇筑至顶部尚有700～1000 mm时应暂停30 min，防止粉煤灰过渡上浮。上部混凝土振捣宜采取快振，不易过振，局部密集处可在模板外部进行辅助振捣，每层分层间隔期应进行二次振捣。墙顶部混凝土浇筑振捣后应加强抹压找平工序，严控标高及表面早起收缩，初凝阶段宜在墙顶表面进行凿毛处理。振捣及下料时应关注对构件内的线盒、数据线、管道、埋件等防冲击破坏保护，浇筑时段宜选择气温低时段或在23：00后进行。

2.7 普通防辐射混凝土现场养护质量控制

防辐射混凝土终凝后，应立即启动养护工作，对于夏季施工，前3 d着重点在升温阶段进行保湿养护，包括对模板侧面、顶部养护频次每2 h不少于1次；3 d后根据外部环境温度及内部温度测试所计算的里表温差判别确定保温措施。必要时顶部可采用棉被、塑料膜、土工布等相结合的方法进行。

高温季节（35 ℃以上时）终凝后的混凝土宜在72 h后松动模板螺栓进行适当散热，并从顶部的模板缝处浇水保湿。拆模后宜对混凝土面层进行薄膜保护，延缓因阳光、风力而产生的水分快速蒸发。

2.8 普通防辐射混凝土现场事后质量控制

浇筑完成后，总包单位应组织所有参与人员进行浇筑期间的讨论与总结，分析在混凝土进场坍落度变化、运输、泵送、振捣期出现的问题及问题协调。分析问题原因，找出问题的症结，提出对策及改进措施。

应组织监理、业主、搅拌站、总包及相关专家对温控、养护、原材料等关键因素进行探讨，为下期浇筑提供指导。

技术质量部门应根据现场总结、湿度、应力测试、试件检测结果及环境因素等进行总结，并形成成果报告。技术质量部门应在拆模后对各部门进行表面缺陷的观测，包括裂缝、蜂窝、麻面、孔洞等情况，并制订相对应的修补方案。裂缝宽度及深度应视为重要的观察项目，墙体裂缝宽度小于等于0.2 mm、深度大于等于50 mm时采取特殊的修补措施。

3 结束语

质子医疗项目中防辐射混凝土的施工质量控制事关人民群众的生命健康与安全。不容有任何严重质量问题。本文通过防辐射混凝土的试验研究与施工过程控制，总结出以下几点关键因素：①防辐射混凝土配合比设计应满足其设计容重（混凝土湿密度），绝热温升控制指标及要求；②原材料中的粗细骨料物理比例应大于普通粗细骨料200 kg/m3；③高掺量粉煤灰（大于40%）应注意与水泥、减水剂的相容性试验，且振捣方法正确，防止粉煤灰上浮；④机制粗细骨料、水泥、外加剂、原材料的入仓湿度，在高温季节应确保入模温度不高于28 ℃（最高局部时段不高于30 ℃），绝热温升不应高于40 ℃，机制砂中石粉含量不应大于5%.

此外，应建立可靠的温控及应力监测措施，在里表温差大于25 ℃时，应按上述相关要求进行。综合以上因素，施工期间应从“人、机、料、法、环、测”方面对各工序中的关键因素加以控制，严格按照各工序质控要求施工，严密监控混凝土生产过程中的容重、温度及浇筑完成后的绝热温升监控与适宜的养护，这对于提升防辐射混凝土全生命周期中的质量具有积极的意义和指导价值。

［1］钱春春，何智海.混凝土体积稳定性和抗裂性理论与技术［M］.南京：东南大学出版社，2016.

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2095－6835（2018）18－0020－03

TU528

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.020

〔编辑：张思楠〕