直线加速器机房防辐射抗裂特种混凝土施工技术

祝 策 洪英伟 陈达杰 单根德

中建四局深圳总承包公司 广东 深圳 518048

医用直线加速器机房是用于癌症放射治疗的大型医疗设备用房，它通过产生X射线和电子线，对病人体内的肿瘤进行直接照射，从而达到消除或减小肿瘤的目的。但若防护不当，其高能电磁辐射也会对周边人员造成伤害。为节约直线加速器机房的施工成本，通常采用加大混凝土厚度，依靠混凝土厚度来确保防辐射效果，因此控制大体积混凝土开裂是必须要攻克的难题[1-3]。常见的大体积混凝土大多为基础大体积混凝土施工，架空顶板大体积混凝土在民用建筑中应用较少。

本次研究对象的直线加速器机房，架空4.5 m，顶板厚度最大达3.1 m，墙体最厚达4.4 m。为保证防辐射混凝土的施工质量，机房大体积混凝土采用低水化热特种水泥及冰水拌制，此材料极少用于民用建筑，在南方高温天气中，从源头控制混凝土温度很有必要。同时在施工过程中建立温度测控系统，严格控制浇筑程序、浇筑时间、保温、养护等措施，防止混凝土开裂，以达到防辐射的效果[4-6]。

1 工程概况

平湖医院新建工程位于深圳市龙岗区平湖街道鹅公岭地区，地处湖田路北侧，富芳路西侧，平安大道东侧。工程采用框架剪力墙结构，地下3层，地上24层。直线加速器机房顶板面最高处至垫层面的墙体高度为9.4 m，占地约600 m2，采用天然基础。墙体混凝土强度等级为C35，抗渗等级P8，混凝土中掺入8%的高性能膨胀剂，抗侵蚀防腐剂掺量3%～4%。直线加速器机房墙厚分别为1.5、1.6、1.7、3.3、4.4 m，底板厚度1.8 m，顶板厚度分别为1.8、3.1 m，施工总荷载和线荷载分别大于15 kN/m2和20 kN/m，为高大模板支撑体系，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

2 施工工序安排

本工程底板先浇筑，墙体及顶板一次浇筑。具体工序流程为：底板垫层施工完成→防水施工→底板施工→墙体接槎凿毛→顶板支撑架搭设→墙体钢筋绑扎→墙体冷却水循环管安装→墙体模板安装及加固→顶板支撑架加密加固→顶板模板安装→板下层、中间层钢筋绑扎→顶板冷却水循环管安装→板上层钢筋绑扎→模板加固→雾炮机环境降温→墙体混凝土分层浇筑→板混凝土分层浇筑→支模体系过程监控→混凝土养护→测温记录→启用混凝土降温系统。

3 大体积防辐射混凝土浇筑过程质量控制

3.1 控制混凝土原材料

本工程直线加速器机房混凝土使用的水泥为葛洲坝石门特种水泥有限公司生产的P·LH 42.5低热硅酸盐水泥，以减少单位体积的水化热量，同时考虑早期减缓水化放热，经与设计院沟通，混凝土采用60 d龄期强度作为评价依据。细骨料采用中砂，细度模数大于2.3，含泥量小于3%。粗骨料选用粒径5.0～31.5 mm的连续级配碎石，含泥量小于1%。结合添加剂要求，制作不同配合比的混凝土进行水化热、强度试验，优化配合比，从而确定本次浇筑混凝土的配合比。

3.2 确定浇筑时间、方式及浇筑顺序

根据现场实际条件，现场采用2台混凝土输送泵，配合2个班组同时进行浇筑及振捣。将加速器机房分为4个区域，每台混凝土输送泵及1个班组负责2个区域，采取从中间往两侧浇筑的方式。在钢筋绑扎过程中，需按方案在提前规划好的下料点，将钢筋间距放大，浇筑墙体时将输送泵的泵管于下料点伸入板面3 m左右，保证自由下落高度不大于2 m，防止混凝土因浇筑高度过高而离析，影响混凝土防辐射性能。混凝土浇筑下料点及浇筑顺序如图1所示。

图1 直线加速器机房混凝土浇筑顺序示意

3.3 混凝土采取分层连续浇筑

加速器机房墙体采用分层连续浇筑法，每层混凝土浇筑厚度控制在500 mm左右，避免模板体系因侧向压力过大而爆模。混凝土要用振动棒振捣，振动棒应均匀地插拔，每间隔400 mm左右下棒，确保振捣到位。在下一层混凝土初凝之前，浇筑上一层混凝土并将振动棒插入下层混凝土5 cm。按每500 mm一层，墙体每层混凝土的体积为119 m3左右，混凝土输送泵浇筑速度约40 m3/h，2台输送泵浇筑每层墙体的时间约1.5 h。加速器机房墙体、顶板混凝土总体积为2 200 m3，预计浇筑完成时间约27.5 h。混凝土现场施工中应严格控制浇筑时间，防止因上下层混凝土浇筑时间间隔过长而出现冷缝。

4 大体积混凝土温度监控及养护

4.1 原材降温措施

因施工时正值夏季，气温较高，故混凝土搅拌站的原材需进行降温，用水加冰将温度降至10 ℃以下，砂石每30 min洒水翻转降温。施工现场开启喷淋、喷雾，降低环境温度。混凝土入模温度控制在35 ℃以下，超过则退场。

4.2 测温点布置

1）在每段墙体均设置一组测温点（图2），一组3个测温点，测温点均设置于墙体高度方向的中间位置，分别设置在墙中及墙体表面以内100 mm的位置。

图2 直线加速器机房墙体测温点布置平面

2）选取两处墙体相交部位各设置一组测温点。

3）厚1.8 m板四周、厚3.1 m反梁四周及3个加速器正上方各设置一组测温点，每组分别在混凝土表面以下200 mm、板中间及板底以上200 mm各设置一个测温点。

4.3 测温制度

本工程采用JDC-2建筑电子测温仪及配套测温线进行温度测量，按照测温点布置，将测温线固定于钢筋上，从板面往下伸达测温点之后，检查测温是否正常，并将测温线做好标记及整理保护。测温从混凝土浇筑后的3 h开始，每2 h测一次；混凝土浇筑后3～4 d，每4 h测一次，5～7 d每8 h测一次，7 d至养护结束每12 h一次。混凝土养护时间为14 d。

4.4 冷却水循环降温

在浇筑完成后或浇筑过程中，适时开启冷却管系统，通过冷却水流动带走部分混凝土热量，降低混凝土温度，减少因水化热引起的温差。将混凝土内外温差控制不大于25 K，且温度骤降不得大于10 K。

冷却管系统按照GB/T 51028—2015《大体积混凝土温度测控技术规范》中的原则设置。冷却管安装完成后进行通水试验，确保水管通畅并检查是否有漏水点。冷却管待养护期结束后用1∶0.5的高强度等级膨胀水泥砂浆进行压浆填实。

4.5 混凝土养护措施

混凝土浇筑完成后，必须重视混凝土养护工作，避免出现混凝土裂缝。板面浇筑完成并收光后，铺设1层薄膜及1层麻袋并洒水养护；混凝土终凝后，利用四周结构反坎蓄水养护（养护水采用冷却循环管流出的温水）。外墙面带模洒水养护至少7 d后，松开对拉螺杆，内墙面因支撑架立杆间距小，人员无法进入，故在架体加固完成后、板模板安装前，沿墙体安装喷淋管，并利用结构蓄水，保持室内空间的空气湿度，保证养护效果。

4.6 现场混凝土温度控制情况

根据上述测温制度，采用相关降温措施后，现场测量混凝土实际温度数据，取每天测量温度数据的平均值，形成温度变化及温差曲线（图3、图4）。

图3 厚3 100 mm板温度变化曲线

图4 厚3 100 mm墙温度变化曲线

根据上述温度变化曲线，混凝土于第2～3天达到最高温度，且混凝土内外温差均小于25 K。

5 结语

本次直线加速器机房施工顺利完成，拆模后混凝土表面观感质量良好，无混凝土裂缝，无渗漏，满足设计的防辐射要求，避免了特种设备房因混凝土质量问题而造成的高额修补费用。

本次施工的直线加速器机房混凝土结构具有良好的抗渗、抗裂及防辐射功能，为其他医院的建设施工提供了良好借鉴，取得了良好的社会效益和经济效益。