磁铁矿厚大防辐射现浇混凝土结构施工技术

李文燕

(山西六建集团有限公司，山西太原 030024)

0 引言

近年来为了满足肿瘤患者的治疗需求，越来越多的医院配备了含放射源装置的治疗设备。为了防止放射线的泄漏，避免或减少放射线对工作人员的伤害，必须将含放射源装置的治疗设备安置于具有防辐射功能的厚重重骨料防辐射混凝土结构内，而如何防止这种大体积重骨料防辐射混凝土产生裂缝，保证混凝土密度的均匀性以满足防辐射要求成为重骨料防辐射混凝土施工的难题。

1 工程概况

吕梁市人民医院放疗室工程位于吕梁市人民医院院内，是一栋集办公、门诊、会议室为一体的医疗综合楼，其中地下一层为直线加速器、伽码刀治疗室、后装治疗室及钴疗室，层高6 m。该工程混凝土为防射线重混凝土，设计要求密度为3.4 t/m3，防射线重混凝土墙体最大厚度为2 400 mm，顶板最大厚度为2 100 mm。

2 工艺原理

磁铁矿混凝土通过优化配合比设计，精选密度大，级配良好的磁铁矿(密度一般为4.9～5.2)石和砂作为粗细骨料(主要成分Fe3O4)，以低水化热普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，同时加入水、外加剂拌合后获得表观密度大(3 200 kg/m3～3 800 kg/m3)、和易性好，具有屏蔽Χ射线和γ射线功能的磁铁矿混凝土。

3 技术特点

1)通过优选原材料和科学的配合比设计，确保混凝土在拌合和成型过程中保持均匀。

2)通过对模板支撑系统进行详细的专项设计和承载力验算，确保混凝土施工的安全和结构构件几何尺寸符合设计要求。

3)通过对混凝土浇筑厚度控制及采取合理的浇筑方法，保证了磁铁矿防射线混凝土施工质量。

4)采取有效保温、养护措施，控制大体积混凝土温度裂缝，满足了设计的防辐射效果。

4 施工工艺流程和操作要点

4.1 工艺流程

绑扎墙钢筋→墙、板模板支撑体系的设计及支设→绑扎顶板钢筋→磁铁矿混凝土制备及运输→磁铁矿混凝土的施工→磁铁矿混凝土的保温与养护→模板拆除→保湿养护。

4.2 操作要点

4.2.1 钢筋绑扎

认真审核设计图，尽量减少构件断面突变，避免形成应力集中而产生变截面上裂缝，当不可避免时，应使断面缓变，并加配温度钢筋。当墙体与顶板的配筋间距超过150 mm，应配置小直径小间距温度钢筋。

4.2.2 模板支撑体系设计及支设

由于墙、顶板混凝土很厚，墙体最大厚度为2.4 m，顶板最大厚度为2.1 m，且磁铁矿混凝土表观密度大(设计要求密度为3 400 kg/m3)。所以，模板及其支撑架必须具有足够的承载能力、刚度和稳定性，才能承受新建混凝土的自重、侧压力计施工荷载。通过对混凝土墙的侧压力计算、混凝土顶板竖向荷载计算，对模板及支撑体系进行设计，确保混凝土施工的安全和混凝土构件几何尺寸的满足。

4.2.3 磁铁矿混凝土制备及运输

1)磁铁矿防射线混凝土的原材料要求。a.水泥:因属于大体积混凝土，宜选用低水化热普通硅酸盐水泥，且强度等级不得低于42.5 MPa。b.骨料:粗、细骨料均采用磁铁矿。粗骨料密度要求为2 600 kg/m3～2 700 kg/m3，Fe2O3含量不低于75%，粒径为5 mm～40 mm。细骨料密度要求为2 300 kg/m3～2 400 kg/m3，Fe2O3含量不低于60%，粒径为0.15 mm～5 mm，且粗、细骨料中只允许含少量杂质。

2)磁铁矿混凝土的配合比设计。a.水泥用量宜为270 kg/m3～370 kg/m3。b.考虑混凝土搅拌、运输、现场浇筑等因素，混凝土坍落度宜选用120 mm±20 mm。c.混凝土的粗细骨料，均采用磁铁矿，以减少不正常离析。d.加入适量的泵送剂，以改善混凝土的和易性，减少拌合用水，降低水灰比，提高可泵性和混凝土密实度。e.混凝土设计后，必须进行试配，以确认混凝土的各项指标能到达预期要求。

3)磁铁矿混凝土的运输。a.采用搅拌车定车专车运输供应。b.因磁铁矿骨料的重力密度为一般骨料重力密度的1.5倍以上，应根据搅拌机的搅拌能力确定每罐混凝土组成材料的加入量。c.供应速度应满足混凝土连续施工要求，并考虑备用的运输路线和停水、停电及设备故障等应急措施。

4.2.4 磁铁矿防辐射混凝土的施工

1)控制混凝土的入模温度。砂石应覆盖，避免阳光直射。将混凝土的入模温度控制在28℃以下。

2)考虑到防辐射混凝土墙、顶板厚度过大，施工时采取分段(先墙体、再顶板)进行浇捣。由于磁铁矿混凝土的粗细骨料密度大，很容易产生下沉，引起离析和混凝土不均匀，所以墙体浇筑时必须分层均匀进行，分层厚度不得超过500 mm，且上层混凝土浇筑必须在下层混凝土初凝之前进行。由于浇筑墙体时混凝土由料斗卸出的自由倾落高度大于3.0 m，为防止混凝土离析，墙体混凝土浇筑要采用串筒。

3)因顶板厚度不同，混凝土顶板浇筑时应先深后浅，从中间向外围推进，使支架受力均匀。墙体与顶板交接处，在墙体混凝土初凝前必须浇筑顶板混凝土，不得出现冷缝。顶板混凝土振捣时，振捣棒要插入墙体混凝土中50 mm～100 mm。如墙体与顶板交接处混凝土浇筑完后距混凝土初凝时间较长时，应在混凝土初凝前再次对该处混凝土进行振捣，避免在顶板与墙体交接处出现水平裂缝。

4)顶板厚度不大于1 000 mm时，采用斜面分层的浇捣方法进行施工，顶板厚度大于1 000 mm时，考虑到磁铁矿混凝土中重骨料在浇捣过程中产生不均匀下沉，导致混凝土骨料分布不均而影响混凝土质量，不能单独考虑斜面分层的方法，应在满足结构设计及防护设计要求的前提下，综合采用整体平面分层和斜面分层的方法。每次混凝土浇捣采用斜面分层的方式，完成后表面应作糙毛处理。二次混凝土结合面还应采取加插筋和增加温度筋网片的措施，并在混凝土浇筑前在结合面进行刷浆处理，以利于大体积混凝土的散热和防止重骨料不均匀下沉引起表面浮浆过厚，能有效控制大体积混凝土裂纹，同时可大幅度减轻顶板支模系统的荷载，缓解一次混凝土浇捣时间过长对搅拌站混凝土供应造成的压力。

5)混凝土振捣选有经验的振捣手，振捣棒插点采用行列式移动，每隔500 mm插入1点，做到快插慢拔，在振捣上一层混凝土时，振捣棒插入下层混凝土中50 mm～100 mm，并不得插入再下层混凝土中，振捣时间控制在15 s～20 s(较通常要求的20 s～30 s短，但必须按规定的振捣棒插入间距振捣)，以表面出浆为宜，不准漏振，防止欠振，确保混凝土振捣密实，又不致产生骨料下沉。

6)为保证混凝土连续浇筑不留施工缝，要求商品混凝土厂必须有备用发电机，当外供电线路停电时，紧急发电，保证混凝土的连续供应。

4.2.5 磁铁矿大体积混凝土的保温与养护

1)为防止混凝土内外温差过大而出现裂缝。每个浇筑区都要做好洞口的严密封闭保温。外墙模板的覆盖保温、顶板的覆盖保温，要求不少于一层塑料薄膜、两层麻袋或草袋，并根据测温结果，必要时增加层数。外墙顶部与坑壁顶可搭架封闭，防止热量散发。

2)前期尽量少洒水，避免混凝土表面温度降低过快，导致混凝土内外温差过大;等3 d～4 d后，混凝土核心温度高峰一过，再进行正常洒水养护至14 d。开始进行洒水养护后，要注意洒水均匀，不得出现积水现象。

5 材料与设备要求

5.1 材料

1)磁铁矿混凝土采用预拌混凝土，坍落度控制在(120±20)mm，混凝土要具有良好的和易性、可泵性能。

2)水泥:采用P42.5普通硅酸盐水泥，其质量应符合GB 175-2007的相关要求。

3)骨料:粗、细骨料均采用磁铁矿。粗骨料密度要求为2 600 kg/m3～2 700 kg/m3，粒径为5 mm～40 mm。细骨料密度要求为2 300 kg/m3～2 400 kg/m3，粒径为 0.15 mm ～5 mm。

4)拌合用水:混凝土拌合用水应符合JGJ 63-2006混凝土拌合用水标准的相关要求。

5)外加剂:泵送剂和膨胀剂质量应符合GB 50119-2003混凝土外加剂应用技术规程的相关要求。

5.2 设备

磁铁矿防辐射混凝土制备采用搅拌站集中生产，其主要生产设备及机具为混凝土搅拌站、混凝土搅拌运输车、混凝土输送泵、密度测量设备、振捣器、混凝土试模、坍落度筒、计量器具及测温仪器、水准仪、经纬仪等。

6 质量控制措施

6.1 执行的规范标准

防辐射混凝土施工应严格执行GB 50164混凝土质量控制标准、GB/T 14902预拌混凝土及GB 50204混凝土结构工程施工质量验收规范的要求。

6.2 质量保证措施

1)混凝土所用的水泥、水、骨料、外加剂等必须符合设计要求和国家现行有关标准的规定。

2)混凝土的配合比、原材料计量及混凝土搅拌、运输、养护，必须满足GB 50204混凝土结构工程施工质量验收规范的规定。

3)结构混凝土的强度和抗渗性必须符合设计要求。

4)现浇结构的外观质量不应有严重缺陷。现浇结构不应有影响结构性能和使用功能的尺寸偏差，混凝土设备基础不应有影响结构性能和设备安装的尺寸偏差。

5)浇筑混凝土过程中应随时复核钢筋和预埋件位置，并采取措施以保证位置正确。

6)加强保湿、保温养护大体积混凝土，以防出现裂缝。

7)已浇筑的混凝土强度达到1.2 MPa以上时进行下道工序施工。

8)混凝土的保温覆盖层拆除应符合设计要求和GB 50204混凝土结构工程施工质量验收规范的规定。

9)雨期施工应及时对已浇筑混凝土的部位进行遮盖，下大雨时应停止露天作业。

7 安全措施

1)施工工程中严格执行JGJ 33建筑机械使用安全技术规程、JGJ 46施工现场临时用电安全技术规范、JGJ 80建筑施工高处作业安全技术规范、《建筑施工安全检查评分标准》和省、市、公司制定的施工现场及专业工种安全技术操作规程。

2)各工种专业人员必须持证上岗、严格执行岗位责任制和“三级安全教育”制度。

3)确保搅拌站机械正常运转和生产作业安全;确保搅拌车运输过程中行车安全;确保现场设备运转正常和施工作业安全。

4)机械所使用电闸、开关，应有专用开关箱，并装有漏电保护器，停机时应拉断电闸，下班时电闸箱应上锁。

5)作业人员应穿胶靴、戴绝缘手套;振捣器不应挂在钢筋上，湿手不得接触电源开关。

6)夜间施工应有足够的照明设施。

8 结语

采用磁铁矿厚大防辐射现浇混凝土结构施工技术，确保了混凝土施工安全，降低了成本费用且有效的控制了大体积混凝土温度裂缝，保证了磁铁矿防射线混凝土施工质量，取得了良好的经济效益和社会效益。

［1］张 帆.防辐射厚大重晶石现浇混凝土结构施工工法［J］.中国科技纵横，2009(12):5-6.

［2］彭以德.防辐射混凝土的施工技术［J］.广东科技，2011(14):206-207.