重离子治疗中心超厚墙板大体积混凝土施工技术

高 峰

（莆田中建建设发展有限公司，福建 莆田 351 100）

1 工程概况

莆田妈祖重离子医院项目，项目位于莆田市北岸经济开发区管委会山亭镇，总建筑面积为106700m2，地下2 层，地上部分3 层，部分12 层。配备重离子治疗中心，硼中子治疗中心和质子治疗中心。其中重离子治疗中心由加速器大厅，爬升区，治疗室三个部分组成。包含了1.1、1.55 米厚的底板、1.4、2.0、3.5 米厚的顶板以及1.0、1.3、1.7、2.0、2.6、3.9、4.3 米厚的剪力墙，最高净高达25m。采用防辐射C35 普通混凝土，抗渗等级为P8。

2 工程特点

结构自防水要求高，工艺要求严格，不允许漏水。该工程使用的重离子放疗设备极其昂贵，重离子装置运行过程中具有较强辐射，防水设计一旦失效出现漏水情况，会使得进入重离子辐射区的水发生活化，出现污染事故[1]。故选用的混凝土不仅需要满足C35 强度要求，还需要具备良好的耐久性和抗渗性。

需要浇筑的混凝土底板、墙体构件体积较大，整体所需的混凝土浇筑量大，对应水泥水化时产生的水化放热量大，引起混凝土构件内部温升以一个较大值上升[2]。同时由于构件内外降温速率不一致，混凝土构件呈现外低内高的温度变化趋势。构件内部受热膨胀变形量大于表面，整体表现为混凝土构件中心受压而表面受拉。随着混凝土构件持续降温，当构件表面承受的因降温引起的温度拉应力大于混凝土本身的抗拉强度时，混凝土构件很大概率会发生开裂[3]。因此为避免大体积混凝土构件因内部温度梯度分布不合理产生贯通性裂缝，必须对混凝土水化放热量，温降速率进行合理的控制。

收缩裂缝的产生，会影响结构本身的安全性以及耐久性，加剧混凝土开裂的风险。混凝土强度等级比较高。为达到既定的强度，采用的水泥具有细度高，比表面积大的特点，对应会使得水泥水化的反应速度快，水化放热速率大，引起构件内部温升高，加大混凝土产生温度裂缝的概率。同时由于大体积混凝土要求的水胶比较小，混凝土的自收缩和干缩较大[4]，也会加大混凝土产生温度裂缝的概率。

3 大体积构件结构设计优化

重离子设备区存在3900、4300mm 墙体，墙体高度为25000mm。若全部采用现浇，会存在因为一次性浇筑量大，整体水化放热量高，内外温差不可控，增大出现温度裂缝的可能性。因此为降低墙体整体水化放热量热，减少大体积混凝土温度裂缝出现的概率，对3900、4300mm 厚墙构件进行结构性优化。将全部现浇更改成四周现浇，预留出空腔填充混凝土预制块做法。即沿墙体厚度方向分成三个区域，左右两侧1m 为现浇混凝土，中间为空腔，两侧混凝土养护周期达到后，填充混凝土预制块。在墙纵向、横向各设置预制块腔体分区，各腔体中间用现浇板带分隔开，预制块填充缝与两侧施工缝错开，增加一定整体性。墙体立面分层吊装预制块，上层预制块吊装需待板带浇筑完毕且至少养护14 天后进行。填充区域预制块与混凝土墙之间缝隙，用C25 细石混凝土浇筑填实。

沿高度方向分区分阶段施工，为了不留通缝，将不同段浇筑位置的接口处设置成台阶型。预制块两边空腔墙体要预留一定的高低差（大于100mm），且保持与空腔内的预制块不同缝。

4 混凝土配合比设计

在混凝土中掺入矿物掺合料，在保持一定胶凝材料总量的基础上，减少水泥的使用量，是目前较为有效的降低大体积混凝土早期开裂的风险的手段之一。掺入一定量的矿物掺合料，主要通过以下两方面来实现提高大体积混凝土抗裂性能，一是通过降低水泥的使用量，降低混凝土内部的温升，削弱其升温峰值[5]。二是通过掺入粉煤灰和矿粉等，调整混凝土强度变化趋势，粉煤灰的掺入延缓水化放热峰值的出现的时间，矿渣粉的掺入提高了其早期抗拉强度[6]，使混凝土整体抗裂性能提高。

基于相关理论，结合相应规范，本项目的大体积混凝土配比选配将采取以下4 个措施，配制出抗裂性能强，符合力学性能要求，工作性能指标，兼顾经济性的混凝土。

1、大掺量复掺粉煤灰和矿渣粉，在保证强度的基础上降低胶凝材料体系的水化放热量；

2、掺入SY-K 型膨胀纤维抗裂防水剂，提高其抗裂性，抗渗防水性；

3、选用减水、增塑、缓凝型聚羧酸减水剂，调节其工作性能及凝结时间；

4、选用2.36mm～31.5mm 级配，低膨胀系数，低吸水率的粗骨料。

经搅拌站试配，实验室内水化热试验，以及现场实际的足尺模型试验，根据混凝土抗压强度，工作性能，水化热变化趋势及足尺模型构件的内部温度、应变应力变化规律，结合实际应用效果，得到以下配合比：

表1 混凝土配合比

该配比胶凝材料在3 天的水化热约为130kJ/kg，7 天的水化热约为140kJ/kg。混凝土温升为35℃，28d 强度为51.2Mpa，塌落度为180mm，拓展度为500mm，初凝时间大于10h。

5 施工过程把控

混凝土出现裂缝的原因通常并不是由于某一单独因素造成，生产，运输，施工等环节的不合理都有可能引起混凝土出现早期裂缝，后期出现贯通性裂缝的可能性增大的情况出现，因此为增强混凝土结构耐久性，必须对各个环节进行严格控制。

5.1 混凝土生产与运输

生产过程中，必须严格控制混凝土入模温度，夏季大体积混凝土施工入模温度需控制在30℃以下，冬季混凝土的入模温度宜控制在25℃以下[7]。为进一步调节好入模温度，搅拌站在生产时需要将砂石料置放于阴凉处，避免太阳直射，控制砂石料温度在20℃左右同时提前准备所需的胶凝材料，确保胶凝材料在使用前经过充分散热。生产中根据入模温度的变化，调整拌合水温度，夏季时需在拌合水中提前加入冰块降温，确保拌合水水温在20℃左右。

运输过程中在泵车表面加装保温隔热的有机硅材料外衣，避免因外界环境热传导下引起入模温度的增大。

5.2 混凝土浇筑

除底板一次性浇筑外，本项目墙体以及3.5m 厚顶板将分阶段多次浇筑，每个阶段的浇筑间隔控制在7-10 天。混凝土浇筑采用斜向推进、分层浇筑的办法，控制每一分层的厚度不超过500mm，每一分层浇筑完成时间不超过初凝时间。

浇筑过程中应避免天泵的下料管仅停留在一个地方持续浇筑某片区域，造成区域内浆料不均匀，应综合考虑区域配筋情况，浇筑角柱等钢筋密集区时应至少选择3-5 个下料口，循环下料。同时应设置串管配合浇筑，避免应混凝土浇筑高差太大引起混凝土离析的情况发生。

采用插入式振捣器配合天泵进行振捣，振捣棒的使用要求快插慢拔，除了要保证振捣时振捣棒的下插深度，特别是要深入每一分层的交界面外，还需要控制振捣时间，不能少振，也不能过振。振捣点的间距按照振捣棒作用半径的1.5 倍一般以400～500mm 进行控制。

5.3 混凝土测温

混凝土测温采用JDC -Ⅱ型便携式建筑电子测温仪，配合测温导线、测温探头使用。主要检测点为构件中心，底面，表面，环境温度。测温时间间隔在混凝土浇筑后10 小时开始，第一、二天间隔两小时、第三天间隔三小时，第四、五天间隔四小时，第五、六、七天间隔五小时，若温度变化稳定，可随后停止测温(混凝土浇筑体表面以内40-100mm 位置的温度与环境温度的差值小于20℃时，可停止测温)。

5.4 混凝土养护

混凝土终凝前压光后人工扫毛，立即在表面覆盖塑料薄膜进行保湿养护，并根据构件不同尺寸厚度加盖不同厚度的草帘保温，以及土工布防风。通过外保温的形式调节构件内外温度下降速率，除保证内外温差小于25℃，外表面与环境温差小于20℃外，还需控制外表面温降速率小于2℃/d。保温保湿养护时间不少于14 天。墙体采用带模养护，在检测到内外温差小于25℃后方可组织拆模，拆模后并立即进行保温保湿养护，养护时间不少于14 天。

6 结束语

通过对大尺寸混凝土构件结构进行优化，大掺量复掺粉煤灰和矿渣试配出低水化热体系的配合比，加入抗裂剂和减水剂调节增强混凝土的抗裂性能以及在生产，运输，浇筑，养护等环节进行严格的把控。有效的保证了本项目大体积混凝土构件质量，避免贯通性裂缝的产生，整体预防裂缝的产生效果明显，达到了重离子医疗区防辐射混凝土质量要求。