医院直线加速器治疗室防射线、防渗漏高性能混凝土养护施工工艺研究

江伟全

(中国华西企业股份有限公司,四川成都 610074)

近几年，为了满足城市发展需要，适应人民群众日益增长的卫生需求，医院建筑在全国井喷式发展。成都作为国内新一线城市，为了适应社会医疗卫生发展需要，新建、改建、扩建多所大型医院，如成都市第一、二、三、五、七人民医院、成都市妇女儿童医院、新建肿瘤医院、四川省人民医院等。与普通公共建筑比较，这些新建、改建、扩建的多所大型综合医院均涉及大量射线、核素医疗设备，其中用于放射治疗的电子直线加速器属Ⅱ类射线装置，根据GB Z126-2011《电子直线加速器放射治疗放射防护要求》要求配备电子直线加速器的治疗室需采取可靠的放射防护措施，设计人员一般采取综合技术经济效果最佳的防辐射防护材料——混凝土进行射线防护。

1 防射线、防渗漏高性能混凝土设计

汇总成都市第二人民医院、四一六医院、新建肿瘤医院等医院直线加速器治疗室的防射线、防渗漏设计情况，其中成都市第二人民医院龙潭医院拟布设两台X射线能量15 MV，电子线能量18 MeV的医用电子直线加速器，属于Ⅱ类射线装置，设备安装前必需通过防射线检测，混凝土防射线、防渗漏要求最高，具有直线加速器治疗室防射线、防渗漏高性能混凝土养护施工工艺研究代表性。

1.1 直线加速器治疗室防射线、防渗漏高性能混凝土设计要求

(1)直线加速器室墙、梁、板混凝土应为掺加膨胀剂和改性聚丙烯增韧合成纤维的低热、低收缩、低弹模、高极限拉伸率和高抗拉强度、合适的抗压强度和徐变特性的高性能膨胀混凝土(HPC)。

(2)直线加速器室墙、梁、板混凝土强度等级C30，抗渗等级P12，一级裂缝控制等级。

(3)补偿收缩混凝土试块水中养护14 d的限制膨胀率不小于0.040 %；水中养护14 d转空气中养护28 d的限制干缩率不大于0.005 %，限制膨胀率不小于0.040 %。

1.2 医用直线加速器机房设计

直线加速器机房及相关设备的设计应通过当地的放射防护部门审核确认，防护墙和屋顶的结构及厚度应符合国家放射防护要求，机房的设计布局应符合安装要求，其安装示意图见图1。

图1 直线加速器安装示意

2 医用直线加速器室混凝土结构

要充分认识和了解直线加速器治疗室高性能混凝土养护环境就必须运用BIM三维可视化施工模拟技术建立模型图，分析和研究直线加速器治疗室墙、梁、板混凝土结构平面图、剖面图(图2、图3)。

图2 直线加速器治疗室结构平面示意(单位:mm)

图3 直线加速器治疗室结构剖面示意(单位:mm)

3 防射线、防渗漏高性能混凝土养护重要性

3.1 直线加速器室防射线混凝土工作原理

提高混凝土的密实度可有效提高混凝土对X射线和中子流的防护能力，同时通过混凝土高性能化途径，提高混凝土自身密实性，降低防射线高性能混凝土孔隙率，进而提高防射线混凝土耐久性，保证其防射线能力的有效性和长期稳定性。

3.2 高性能混凝土裂缝产生的原因

(1)高性能混凝土浇筑完成后的升温阶段，由于水胶比较小，胶凝材料用量大，水泥水化放热，混凝土体积大，内部散热慢，混凝土内部温度持续升高，而混凝土表面热量和水分散发快，形成由内至外较大的温度梯度。混凝土初凝后产生内外温差应力，就会造成混凝土的表面开裂；

(2)大体积混凝土硬化后期的降温阶段，由于混凝土的内部随着温度的降低，体积缩小，相对于混凝土内部温度下降，外部降温数值较小，形成由内至外较大的温度梯度，产生较大的拉应力，从而出现裂缝。

由此可见，高性能混凝土由于热量和水分散发造成的温差应力是造成混凝土开裂的主要因素，必须结合混凝土不同部位养护环境的不同采取适宜的保温养护和保湿养护措施。保温养护的目的是有效控制混凝土由内至外的温度梯度，保湿养护的目的是为混凝土中水泥的水化提供充足的水分，只有采取成熟可靠的养护施工工艺才能防止直线加速器室防射线、防渗漏高性能混凝土裂缝的产生和开展，实现防射线检测合格。

4 防射线、防渗漏高性能混凝土养护过程中的温度控制

高性能混凝土浇筑完成后，必须进行温度监测，根据监测数据指导养护施工的科学开展，结合混凝土内部温度监测数据，及时采取相应的养护调整措施，保证混凝土的温度和湿度，确保混凝土的强度正常发展和防止温度裂缝的产生和开展。

4.1 温控指标

依据GB 50496-2009《大体积混凝土施工规范》及GB 506666-2011《混凝土结构工程施工规范》的有关规定：混凝土入模温度不宜大于30 ℃；混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50 ℃，混凝土结构构件内部且与混凝土结构构件表面温度的差值不宜大于25 ℃；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20 ℃，混凝土降温速率不宜大于2.0 ℃/d或每4 h降温大于1.0 ℃。

4.2 养护过程中的温度控制

(1)根据测温经验，混凝土入模后，先缓慢升温，每小时0.5～1 ℃左右，大约10 h后升温速度加快，每小时升温2～6 ℃左右，在经过6～8 h后，升温逐渐缓慢，历时40 h左右达到峰值温度。

(2)高性能混凝土中部与下部、中部与表层温差应控制在25 ℃以内，当温差超过此数值时，可通过调整覆盖材料及厚度来控制温差。

(3)升温过程中及时进行保温、保湿养护可避免过早出现干缩，对发挥膨胀剂的膨胀作用也很重要。

(4)在降温过程中，尤其是初期，不宜降温过快，应把降温速度控制在1.5～2.0 ℃/d。缓慢降温有利于混凝土强度的增长及充分发挥应力松弛效应，使混凝土不易出现裂缝。

5 防射线、防渗漏高性能混凝土养护

5.1 高性能混凝土养护要求

(1)结合测温数据，高性能混凝土初凝后及时进行保温保湿养护，普通硅酸盐水泥混凝土养护时间不得少于14 d，其它水泥混凝土不得少于21 d。

(2)温升期间主要采用塑料膜 + 麻袋方式蓄热保温保湿养护 ，养护其间根据测温数据情况，决定麻袋的增减层数。升温期间一般不应浇水养护，如发现表面局部有干燥情况，可适当浇热水使其表面保持湿润状态即可，浇水后应立即覆盖好塑料膜和麻袋。

(3)墙、柱钢筋筋处是覆盖养护的薄弱点，应特别注意检查其覆盖情况，确保所有部位覆盖严密。

(4)在温度开始下降后，根据测温数据，在混凝土内部温度稳步下降后可逐步分层拆除保温麻袋。当混凝土表面温度与环境最大温差小于20 ℃时，可全部拆除，但塑料薄膜不能揭开，仍需进行表面保湿养护，保湿养护时间不少于21 d。

实践证明，混凝土保温、保湿养护效果越好，保湿养护时间越长，混凝土收缩就越小，因此能够有效的控制混凝土裂缝的产生。

5.2 预埋供水系统带模供水养护施工工艺

直线加速器室内混凝土板、梁模板支撑架须在混凝土强度达到100 %后方可实施拆除。内板底、内墙位置混凝土与模板相接触面，拆模前无法供水养护，保湿养护无法进行，采取浇筑混凝土前在混凝土保护层内预埋供水系统(供水管和亲水性无纺土工布结合)，利用无纺土工布亲水、反滤、隔离性能充分吸收管道内压力水并将水分渗透到全部模板与混凝土接触面，实现持续不断的带模供水养护效果。

供水系统采用DN15PPR供水管，水管一端通过模板孔洞接入水源，另一端封闭后预埋在混凝土内，水管上按间距50 mm钻孔，孔径3～5 mm，水管外包裹三层亲水性无纺土工布，防止混凝土浇筑时水泥浆进入管道，布置示意图详见图4。

图4 预埋供水系统示意

5.3 治疗室外墙部位养护施工工艺

混凝土浇筑完成后处于升温阶段40 h内采用带模养护，达到40 h后旋松模板对拉丝杆并在模板上挂湿麻袋的方法保温保湿养护，在混凝土内部温度稳步下降后，混凝土表面温度与环境温度差小于20 ℃和里表温差值在25 ℃以内时，可全部拆除模板后覆盖湿麻袋，麻袋定期喷水保持湿润，喷水间隔时间不大于2 h，养护时间不少于21 d。

5.4 治疗室板顶部位养护施工工艺

混凝土初凝后采用塑料膜 +麻袋覆盖进行保温保湿养护。在混凝土内部温度稳步下降后，混凝土表面温度与环境温度差小于20 ℃和里表温差值在25 ℃以内时，在顶板周边设置挡水线进行蓄水养护，蓄水深度100 mm，蓄水养护时间不少于21 d。

5.5 治疗室内板底部位养护施工工艺

该区域模板支撑体系完成后在铺设底层钢筋前按图5示意图预埋供水系统管道和铺设透水性无纺土工布，混凝土浇筑完成后处于升温阶段40 h内采用带模养护，达到40 h后启动带压供水系统，使水分渗透到全部模板与混凝土接触面，实现持续不断的带模供水养护效果。带压供水养护周期不少于28 d。

5.6 治疗室内墙部位养护施工工艺

由于直线加速器治疗室内空间和支撑架影响，后期人工养护施工不易实施，混凝土浇筑前即在模板主次背楞间添加好麻袋，并在混凝土墙体顶部保护层内预埋环状供水系统，混凝土浇筑完成后处于升温阶段40 h内采用带模养护，达到40 h后旋松模板对拉螺栓，使墙体与模板之间出现2～3 mm缝隙，同时启动带压供水系统，养护水渗透出土工布从上往下流动确保水进入模板与混凝土墙之间，实现持续不断的带模供水养护效果，带压供水养护时间不少于21 d(图5)。

图5 内墙预埋供水系统布置示意

6 结束语

综上所述，结合施工现场环境情况形成科学、系统、完整的养护施工工艺是确保医疗专业建筑直线加速器治疗室防射线、防渗漏高性能混凝土的关键要素，良好的养护能抑制高性能混凝土部分自收缩，防止裂缝产生和发展。希望本文能为相关设计、施工单位提供案列指引，为形成科学、系统、完整的直线加速器治疗室防射线、防渗漏高性能混凝土养护施工工艺提供技术参考。