直线加速器机房大体积混凝土施工技术

严威，陈楠 （中国建筑第二工程局有限公司华东分公司，上海 200135）

1 引言

医用直线加速器是现代医疗发展的重要体现，其通过高能量电子束产生x射线来放射治疗疾病。高能量射线易造成辐射污染，因此，直线加速器机房设计时，都会根据设备类型明确相关防护标准。混凝土结构具有较好的防辐射性能且造价较低，一直是防辐射结构的首选[1～4]。

直线加速器机房防护要求高，采用混凝土结构进行防辐射，其厚度一般需在1m～3m范围内且结构不允许出现裂缝，这对施工质量提出了较高的要求[5～6]。大体积混凝土的施工质量很大程度上取决于混凝土浇筑和养护质量，其中包括浇筑工艺和温度控制技术。本文主要对直线加速器大体积混凝土浇筑和温度控制技术进行研究，详细介绍了混凝土浇筑方法、水冷循环系统、温度测位测点布置的施工技术。

2 工程概况

南京市栖霞区中医院地下共两层，直线加速器机房位于地下一层放疗科区域，包括两间直线加速器机房和一间后装机房，见下图（单位为mm）所示。两间直线加速器室长25.2m、宽14.9m，平面布置沿竖直方向对称布置，剪力墙厚度有 1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。后装机房长5.8m，宽7.8m，剪力墙厚度为0.8m。机房顶板厚为1.8m、2.9m，底板厚度1m，防护当量为20mmpb。

3 直线加速器大体积混凝土施工难点

大体积混凝土浇筑技术要求高。直线加速器机房顶板和剪力墙厚度最厚分别为2.9m和3.2m，混凝土的浇筑方法和振捣技术是保证混凝土质量的重要环节，处理不当混凝土易出现质量缺陷，以致降低直线加速器机房的防辐射效果。

大体积混凝土温度控制要求严。大体积混凝土在拌和过程中水泥发生水化反应，会产生较大的水化热。混凝土浇筑厚度越大，水化热控制难度越高。而水化热过高会使混凝土产生较大的温度应力，当超过混凝土的容许拉应力时就会产生裂缝。因此，大体积混凝土在浇筑和养护过程中的温度控制水平直接决定成型的混凝土质量。

4 直线加速器大体积混凝土施工技术

4.1 施工工序

测量放线—底板模板及脚手架搭设—钢筋绑扎—底板混凝土浇筑—底板与剪力墙水平施工缝留设—剪力墙钢筋绑扎—管道预留洞口—冷水系统和测温导线布置—剪力墙模板及脚手架搭设—剪力墙混凝土浇筑—剪力墙与顶板水平施工缝留设—顶板模板及脚手架搭设—钢筋绑扎—冷水系统和测温导线布置—顶板混凝土浇筑—混凝土温度检测—冷水系统运行—混凝土养护。

4.2 大体积混凝土浇筑

4.2.1 混凝土材料及配合比

直线加速器机房底板、剪力墙和顶板均采用水化热较低且干缩性小的普通硅酸盐水泥Po42.5。砂选用细度模数不小于2.3，含泥量小于3%的中砂。碎石选用连续级配且粒径在5mm～31.5mm范围内的非碱性碎石。混凝土拌和用水选用生活饮用水。此外还在混凝土中加入适量粉煤灰和硼酸砂，用以分别降低水化热和提高防辐射能力。

混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6。混凝土的配合比对强度和水化热都有较大影响，根据直线加速器机房大体积混凝土的特殊要求，结合混凝土的运输距离和施工环境温度，委托混凝土公司专门配置泵送混凝土配合比。混凝土水胶比为0.42，砂率40%，强度为45.3MPa，坍落度160mm，初凝时间为6h。

4.2.2 混凝土浇筑方案

直线加速器机房混凝土总用量约为2000m3，其 中 底 板 411.67m3、顶 板828.48m3、剪力墙 759.34m3。为确保混凝土连续浇筑，配备两台臂架56米汽车泵。每台混凝土泵安排一个施工班组负责，作业时间进行两班倒。综合考虑混凝土搅拌运输车运输量、车辆行驶速度、运输车往返距离以及混凝土输送泵平均输出量。混凝土搅拌站距工程地点车程为20min，为每台输送泵配备5台混凝土运输车。

机房大体积混凝土采用整体水平分层连续浇筑，每层浇筑厚度为30cm～50cm。并且需在混凝土初凝之前，完成上一层混凝土的浇筑。混凝土振捣采用二次振捣工艺，以改善混凝土的内部结构，减少混凝土的收缩和徐变，防止混凝土产生裂缝。机房大体积混凝土留设凹凸形水平施工缝，底板与剪力墙之间为凸形，剪力墙与顶板之间为凹形，长度和高度为剪力墙厚度的1/3。绑扎底板和剪力墙钢筋时需考虑施工缝处的钢筋搭接。

机房底板和顶板浇筑沿直线加速器底板向东西两侧进行浇筑，每层浇筑40cm。选用振捣棒将混凝土振捣均匀密实，上层振捣时振捣器需插入下层混凝土10cm。振捣时避免漏振，振捣棒移动方向和间距需根据场地特点进行预先排列，插入间隙控制在振捣棒作用范围1.5倍。机房剪力墙高度为3.95m，底层先浇筑一层10cm与泵送混凝土同配比的水泥砂浆，第二层浇筑厚度为40cm混凝土，其他层每层60cm。剪力墙钢筋网较密，振捣间距需根据墙厚和长度排列振捣棒移动路线。2台混凝土泵沿直线加速器机房对称浇筑，浇筑时底部模板的缝隙要进行填缝，避免漏浆。

4.3 混凝土温度控制

直线加速器机房大体积混凝土温度控制是保证混凝土养护质量的关键环节。混凝土的温度控制从以下两点考虑：①混凝土材料和拌和工艺。选择水化热较低的水泥，加入适量外加剂以减少水泥用量，可适度降低水泥产生的水化热。混凝土原材料的温度较高时，可在拌和时加入适量冰水，降低混凝土的拌和温度。②在浇筑的大体积混凝土中安装水冷系统，通过流动的水与混凝土进行温度中和，进一步控制混凝土内部温度，此方法在实际工程中应用价值较大。

4.3.1 水冷循环系统

混凝土厚度对其内部温度影响较大，为降低浇筑后大体积混凝土的温度，需借助水冷循环系统来实现。水冷循环系统主要包括水箱、自吸循环水泵、水管、进水流量计、压力表、阀门开关、温度计。其中水管连接水箱部分选用DN35镀锌钢管，混凝土内部循环水管选用DN20镀锌钢管。

水冷循环系统分别布置在混凝土顶板厚度为2.9m处、剪力墙厚度3m和3.2m处。剪力墙和顶板钢筋绑扎完成后，将DN20镀锌钢管布置在距混凝土设计完成面边缘1.5m～2.0m处，并与钢筋网进行固定，防止混凝土浇筑和振捣时出现移位。待冷水循环系统安装完成后，进行通水循环工作，检验整个回路管线是否存在漏水，以及水流通畅情况。浇筑的混凝土初凝后并结合温度情况，可运行水冷系统。通过调节进入水管的流量和水箱水温，对混凝土温度进行精细化管控，确保混凝土在养护过程中温度在正常范围内。

4.3.2 温度测位测点布置

直线加速器机房大体积混凝土温度测量位置和测点的选择依据是能全面准确反映其温度变化。直线加速器机房底板和顶板长25.2m，宽14.9m。底板混凝土厚度均为1m，而顶板混凝土厚度存在1.8m和2.9m两种厚度。剪力墙混凝土厚度范围为1.2m～3.2m。结合直线加速器机房结构特点，对温度测量位置和测点进行布置。

机房底板混凝土厚度为1m且厚度无变化，测位选择在底板四边角部和边线中点横纵距边线1m处，此外还有底板中心一处。上述九处测位每处布置3个测点，分别距离混凝土表面、底面5cm处和混凝土中部。

顶板和底板的测位测点布置略有差异。除按照底板布置测点外，还增加顶板厚度为2.9m的三处测位，分别为左右距边线1m处和中部。测点分两种情况设置，厚度为1.8m处设置5个测点，分别距离混凝土表面、底面5cm处、混凝土中部以及中上部和中下部。而测位厚度为2.9m的布置7个测点，除距离混凝土表面、底面5cm处、混凝土中部外，还在中上部和中下部各增2个测点。

剪力墙高度为3.95m，厚度有1.2m、1.5m、1.7m、1.8m、3.0m、3.2m。温度测量位置选择在剪力墙中部，测点根据剪力墙厚度确定测点数。剪力墙厚度在1.2m～1.5m布置3个测点，1.7m～1.8m布置5个测点，3.0m～3.2m布置7个测点。3个测点布置位置为距离剪力墙混凝土左右表面5cm及中部，测点数为5和7的在剪力墙中部左右分别均匀增加2个和4个测点。

4.3.3 混凝土温度测量及养护

直线加速器大体积混凝土温度测量是为确保混凝土能在正常的温度中进行养护。温度测量主要包括混凝土入模温度、环境温度、混凝土里表温度、冷却水进出水温度。温度测量时间及频率需根据具体结构特点，制定相应的温度测量计划。此工程直线加速器机房混凝土浇筑后2d内，实行每1h记录温度，3d～7d 2h/次 ，8d～14d 4h/次 ，15d～28d 6h/次。根据测量的温度，可得到混凝土与环境温度之间温差、混凝土里表温差、混凝土降温速率等温度指标。混凝土表面与环境温度之间温差应小于20℃。混凝土里表温差根据混凝土厚度采取不同标准，厚度小于2.5m，其温差应小于25℃，超过2.5m时，温差应不大于28℃。混凝土的降温速率应保证每天不大于2℃，或者每4h不大于1℃。

混凝土浇筑完毕后，立即进行养护工作。在混凝土振捣结束经表面平整后，涂刷一层养护剂，并铺2层塑料薄膜。根据施工现场温度和湿度情况，选择土工布或麻袋覆盖在混凝土上，进行保温保湿养护，并且持续时间不少于14d。在机房混凝土养护过程中，结合水冷系统对混凝土温差与降温速率进行控制。避免大体积混凝土由于温差，使混凝土产生温度应力大于混凝土自身拉应力而产生裂缝。

5 结语

直线加速器机房大体积混凝土的施工质量，很大程度上由混凝土浇筑技术和温度控制及养护水平决定。按照本文介绍的混凝土浇筑技术和应用水冷循环系统及温度测位测点布置方法，对直线加速器机房进行施工，养护过程中严格控制混凝土的温差，成型后混凝土表面光滑平整，无裂纹，经检测满足辐射防护要求。