肖方平　郄嘉琳　張海靜

摘要： 醫(yī)院中直線、回旋加速器等設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生穿透能力極強(qiáng)的γ射線和中子流，需要采取有效的屏蔽措施，以免對(duì)人體產(chǎn)生危害。重晶石混凝土相比于其它防輻射材料，具有施工難度低、成本低、防輻射質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)院工程中得到了廣泛的使用。本文介紹了復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院工程重晶石混凝土的施工要點(diǎn)，結(jié)果表明本施工方法具有較好的可靠性，亦可為其他相關(guān)工程借鑒使用。

Abstract： In the hospital， the operation of linear， cyclotron and other equipment can bring the Gamma rays and neutron flow with strong penetration ability. Effective shielding measures should be taken to avoid harm to human body. Compared to other radiation proof materials， barite concrete has low construction difficulty， low cost， good quality of anti radiation and other advantages. And it has been widely used in the hospital project. This paper introduces the key points of construction engineering of barite concrete in Xiamen Hospital of Zhongshan Hospital Affiliated to Fudan University. The results show that the construction method has good reliability， and can be used for reference for other related projects.

關(guān)鍵詞： 重晶石混凝土；核醫(yī)學(xué)；防輻射；施工技術(shù)

Key words： barite concrete；nuclear medicine；radiation protection；construction technique

中圖分類號(hào)：TU745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）32-0152-03

0 引言

隨著我國醫(yī)療水平的不斷提高，多數(shù)醫(yī)院中均設(shè)置有直線、回旋加速器等特殊功能房間，此設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的α射線、β射線、γ射線和中子流，為避免射線對(duì)人體的危害，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)墻體及樓板通常會(huì)采用具有防輻射性能的重晶石混凝土。

重晶石混凝土對(duì)材料及配合比要求極高，為確?；炷临|(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，通常在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行多次試配，最終確定最優(yōu)配合比。由于重晶石密度較大，在澆筑過程中很容易產(chǎn)生混凝土離析，所以澆筑時(shí)需控制泵管、料斗澆筑高度，同時(shí)嚴(yán)格分層澆筑，每層澆筑厚度控制在300mm左右。

1 工程背景

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院工程地下室一層設(shè)置有直線加速器功能房間，建筑面積約為620m2，層高為4.3m，該房間樓板厚度為1700mm厚普通混凝土。四周豎向墻體由1700mm、1800mm厚普通混凝土墻體及1700mm、3000mm厚重晶石混凝土組成。房間頂板由1800mm厚普通混凝土及1100mm厚重晶石混凝土組成。本次澆筑的重晶石混凝土容重為3350kg/m3，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35。具體墻體厚度分布如直線加速器平面圖所示（圖1）。

2 重晶石混凝土的施工難點(diǎn)分析

2.1 重晶石混凝土原材要求

重晶石混凝土采用密度大，含結(jié)合水多的重晶石碎石、重晶石砂等粗細(xì)骨料（主要成分為BaSO4·2H2O），以普通水泥作為膠凝材料，同時(shí)加入水、外加劑按一定配合比拌合形成防輻射混凝土。為滿結(jié)構(gòu)防輻射性能要求，通常設(shè)計(jì)要求的重晶石混凝土比重達(dá)3000kg/m3以上，為滿足比重要求，則重晶石頭、重晶石砂密度需達(dá)4000kg/m3以上，因此在原材料選購方面需滿足密度要求，同時(shí)重晶石頭、重晶石砂中的含泥量也應(yīng)控制在0.5%左右。

為提高重晶石混凝土澆筑效率，確?；炷脸尚唾|(zhì)量，因此重晶石混凝土通常采用泵送的方式進(jìn)行澆筑。泵送過程中混凝土的速率較快，泵管中產(chǎn)生的壓力較大，為防止?jié)仓^程中出現(xiàn)堵管、爆管等問題，則重晶石頭粒徑控制在5～25mm為宜。

2.2 重晶石混凝土配合比設(shè)計(jì)

①混凝土配合比的原則是在保證強(qiáng)度、和易性、耐久性的前提下，盡可能地選用水泥用量小、摻和料摻量大的配合比，以達(dá)到降低混凝土水化熱，推遲溫升峰值時(shí)間，保證混凝土質(zhì)量的目的。為滿足強(qiáng)度及容重的要求，所以在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)需多次進(jìn)行試配。

②混凝土需要適量的漿體填充骨料空隙，漿量少了影響混凝土的施工性能、漿量多了達(dá)不到要求的密度。盡量采取三級(jí)配的骨料搭配，減小骨料的空隙率，盡量降低膠結(jié)料和摻合料的用量，提高混凝土的密度。

③因重晶石脆且易粉化，骨料加工難度大，且加工出來級(jí)配不佳、粒形不好，坍落度對(duì)重晶石混凝土的影響比普通混凝土敏感，坍落度大了離析明顯；坍落度減小（即是減少了水和外加劑的用量）又會(huì)使混凝土的流動(dòng)性明顯下降、泵送困難。混凝土入模坍落度控制在160～180mm為宜。

④因重晶石材料易粉化，石粉含量會(huì)較多，混凝土損失較快，配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮運(yùn)輸過程中坍落度損失情況。

2.3 模板支撐體系設(shè)計(jì)

為滿足防輻射性能，通常重晶石墻體及樓板截面尺寸較大。以本工程為例，直線加速器重晶石混凝土墻體厚度最厚達(dá)3m，且墻體高度達(dá)7.5m，澆筑方量達(dá)680m3，澆筑方式采用泵送。由于重晶石頭、砂密度較大，則澆筑時(shí)模板側(cè)壓力較大，模板及支撐系統(tǒng)必須保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，施工前需進(jìn)行受力計(jì)算?？紤]的荷載有：鋼筋混凝土自重、施工活荷載、振動(dòng)荷載、模板體系自重。

經(jīng)多次計(jì)算，模板采用20mm厚膠合板，次楞（貼模板）采用50×100木方，間距為150mm，主楞采用48.3×3.6雙鋼管，間距為@400mm，主楞間采用Φ16的加強(qiáng)型止水螺桿進(jìn)行加固，間距為450×400。頂板厚度為1.8m，局部厚度為2.9m，頂板模板采用18mm厚九夾板，次楞采用50*100木方，間距為150mm，主楞采用10#工字鋼，間距為@400mm。支撐架體采用普通鋼管架，縱橫向間距為0.4×0.4m，步距為1.2m，支撐架墊板采用14#槽鋼。

搭設(shè)完畢后要注意檢查模板的接縫是否嚴(yán)密，防止漏漿；對(duì)拉螺桿、孔洞部位的連接是否緊密，防止?jié)仓^程中發(fā)生爆模。

2.4 重晶石混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)

①由于重晶石混凝土容重較大，在澆筑過程中可能會(huì)發(fā)送堵管、爆管等問題，所以大面積澆筑前應(yīng)先進(jìn)行試澆筑。

②根據(jù)澆筑方量的大小，合理選擇澆筑方式，通常選擇泵送的方式進(jìn)行澆筑。

③澆筑前應(yīng)提前規(guī)劃好路線，合理布置場地。

④由于混凝土中重晶石頭、砂密度較大，若澆筑高度過高，則重晶石頭、砂沉入到墻體底部或板底，導(dǎo)致強(qiáng)度不均勻，從而影響房間的防輻射性能，所以混凝土澆筑高度須控制在2m。

⑤若墻體高度較高，則混凝土澆筑時(shí)應(yīng)分段澆筑，且施工縫須設(shè)置在防輻射強(qiáng)度較低的位置，墻體不得設(shè)置水平施工縫，應(yīng)留設(shè)成凹凸水平施工縫，且施工縫位置鋼筋應(yīng)加強(qiáng)。

⑥由于重晶石混凝土密度較大，振搗難度高，混凝土澆筑應(yīng)分層進(jìn)行，每層厚度不超過300mm，且上下層間不超過初凝時(shí)間，振搗時(shí)不能過振，防止重晶石頭、砂下沉，從而影響結(jié)構(gòu)的防輻射性能。

2.5 防裂縫控制措施

①重晶石混凝土澆筑前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)內(nèi)部溫升進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)精確度要求，在混凝土內(nèi)部最高溫升值計(jì)算中只考慮單位膠凝材料用量和混凝土入模溫度兩個(gè)主要因素，而忽略其他次要因素?；炷翝仓?，根據(jù)實(shí)測溫度值和繪制的溫度升降曲線，分別計(jì)算各降溫階段產(chǎn)生的混凝土溫度收縮拉應(yīng)力，其累計(jì)總拉應(yīng)力值應(yīng)不超過同齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度，則表示所采取的各技術(shù)措施能有效地控制預(yù)防裂縫的出現(xiàn)，不致于引起墻體或樓板出現(xiàn)貫穿裂縫，如超過該階段的混凝土抗拉強(qiáng)度，則應(yīng)采取加強(qiáng)保溫保濕，使混凝土緩慢降溫和收縮，提高該齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和發(fā)揮徐變特性等，以控制裂縫的出現(xiàn)。

②在混凝土制配中采用雙摻技術(shù)，即在混凝土內(nèi)摻加一定量的Ⅰ級(jí)磨細(xì)粉煤灰和減水劑，進(jìn)一步改善混凝土的坍落度和粘塑性，盡可能地降低水泥水化熱量。

③摻加混凝土膨脹劑，利用自身的補(bǔ)償減小大體積混凝土體積收縮的影響，以降低混凝土開裂的可能性，同時(shí)以滿足大體積混凝土的抗?jié)B要求。

④優(yōu)化墻體及樓板配筋，在截面突變和轉(zhuǎn)折處，底板、頂板與墻轉(zhuǎn)折處，空洞周邊，增加斜向構(gòu)造配筋，增加混凝土抗裂性能。

⑤當(dāng)截面尺寸≧1.2m時(shí)在墻體及樓板中埋設(shè)冷凝水管、設(shè)置水循環(huán)系統(tǒng)，并每隔2小時(shí)讀取各結(jié)構(gòu)中部、表面、大氣溫度值，計(jì)算內(nèi)部溫升，若內(nèi)部溫升超過規(guī)范值，則及時(shí)采取保濕、鋪設(shè)麻袋等養(yǎng)護(hù)措施。

⑥采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，延緩降溫時(shí)間和速度，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

3 結(jié)論

①重晶石混凝土是醫(yī)院、核電工程中應(yīng)用最為廣泛的防輻射材料，施工前應(yīng)多次進(jìn)行試配，注重重晶石混凝土的級(jí)配設(shè)計(jì)，在滿足防輻射對(duì)混凝土密度要求的前提下，盡最大可能優(yōu)化混凝土的配合比，降低水化熱的同時(shí)提高可泵性，滿足泵送要求，加快施工速度。

②通常重晶石混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大，需合理選擇模板及支撐體系，在滿足安全、質(zhì)量的前提下，考慮施工的可行性。

③為確?；炷翝仓始百|(zhì)量，施工前應(yīng)合理選擇澆筑方式，澆筑過程中嚴(yán)格按照方案要求進(jìn)行分層澆筑。

④經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，本文所采用的方法具有較好的經(jīng)濟(jì)、可靠性，對(duì)其它重晶石混凝土的施工具有一定的借鑒意義。

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