防辐射大体积重晶石混凝土施工技术

肖方平　郄嘉琳　张海静

摘要： 医院中直线、回旋加速器等设备在运行过程中会产生穿透能力极强的γ射线和中子流，需要采取有效的屏蔽措施，以免对人体产生危害。重晶石混凝土相比于其它防辐射材料，具有施工难度低、成本低、防辐射质量好等优点，在医院工程中得到了广泛的使用。本文介绍了复旦大学附属中山医院厦门医院工程重晶石混凝土的施工要点，结果表明本施工方法具有较好的可靠性，亦可为其他相关工程借鉴使用。

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.

关键词： 重晶石混凝土；核医学；防辐射；施工技术

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

中图分类号：TU745 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0152-03

0 引言

随着我国医疗水平的不断提高，多数医院中均设置有直线、回旋加速器等特殊功能房间，此设备在运行过程中会产生对人体有害的α射线、β射线、γ射线和中子流，为避免射线对人体的危害，在结构设计时墙体及楼板通常会采用具有防辐射性能的重晶石混凝土。

重晶石混凝土对材料及配合比要求极高，为确保混凝土质量满足设计要求，通常在进行配合比设计时需进行多次试配，最终确定最优配合比。由于重晶石密度较大，在浇筑过程中很容易产生混凝土离析，所以浇筑时需控制泵管、料斗浇筑高度，同时严格分层浇筑，每层浇筑厚度控制在300mm左右。

1 工程背景

复旦大学附属中山医院厦门医院工程地下室一层设置有直线加速器功能房间，建筑面积约为620m2，层高为4.3m，该房间楼板厚度为1700mm厚普通混凝土。四周竖向墙体由1700mm、1800mm厚普通混凝土墙体及1700mm、3000mm厚重晶石混凝土组成。房间顶板由1800mm厚普通混凝土及1100mm厚重晶石混凝土组成。本次浇筑的重晶石混凝土容重为3350kg/m3，混凝土强度等级均为C35。具体墙体厚度分布如直线加速器平面图所示（图1）。

2 重晶石混凝土的施工难点分析

2.1 重晶石混凝土原材要求

重晶石混凝土采用密度大，含结合水多的重晶石碎石、重晶石砂等粗细骨料（主要成分为BaSO4·2H2O），以普通水泥作为胶凝材料，同时加入水、外加剂按一定配合比拌合形成防辐射混凝土。为满结构防辐射性能要求，通常设计要求的重晶石混凝土比重达3000kg/m3以上，为满足比重要求，则重晶石头、重晶石砂密度需达4000kg/m3以上，因此在原材料选购方面需满足密度要求，同时重晶石头、重晶石砂中的含泥量也应控制在0.5%左右。

为提高重晶石混凝土浇筑效率，确保混凝土成型质量，因此重晶石混凝土通常采用泵送的方式进行浇筑。泵送过程中混凝土的速率较快，泵管中产生的压力较大，为防止浇筑过程中出现堵管、爆管等问题，则重晶石头粒径控制在5～25mm为宜。

2.2 重晶石混凝土配合比设计

①混凝土配合比的原则是在保证强度、和易性、耐久性的前提下，尽可能地选用水泥用量小、掺和料掺量大的配合比，以达到降低混凝土水化热，推迟温升峰值时间，保证混凝土质量的目的。为满足强度及容重的要求，所以在进行混凝土配合比设计时需多次进行试配。

②混凝土需要适量的浆体填充骨料空隙，浆量少了影响混凝土的施工性能、浆量多了达不到要求的密度。尽量采取三级配的骨料搭配，减小骨料的空隙率，尽量降低胶结料和掺合料的用量，提高混凝土的密度。

③因重晶石脆且易粉化，骨料加工难度大，且加工出来级配不佳、粒形不好，坍落度对重晶石混凝土的影响比普通混凝土敏感，坍落度大了离析明显；坍落度减小（即是减少了水和外加剂的用量）又会使混凝土的流动性明显下降、泵送困难。混凝土入模坍落度控制在160～180mm为宜。

④因重晶石材料易粉化，石粉含量会较多，混凝土损失较快，配合比设计时，应充分考虑运输过程中坍落度损失情况。

2.3 模板支撑体系设计

为满足防辐射性能，通常重晶石墙体及楼板截面尺寸较大。以本工程为例，直线加速器重晶石混凝土墙体厚度最厚达3m，且墙体高度达7.5m，浇筑方量达680m3，浇筑方式采用泵送。由于重晶石头、砂密度较大，则浇筑时模板侧压力较大，模板及支撑系统必须保证有足够的强度、刚度和稳定性，施工前需进行受力计算。考虑的荷载有：钢筋混凝土自重、施工活荷载、振动荷载、模板体系自重。

经多次计算，模板采用20mm厚胶合板，次楞（贴模板）采用50×100木方，间距为150mm，主楞采用48.3×3.6双钢管，间距为@400mm，主楞间采用Φ16的加强型止水螺杆进行加固，间距为450×400。顶板厚度为1.8m，局部厚度为2.9m，顶板模板采用18mm厚九夹板，次楞采用50*100木方，间距为150mm，主楞采用10#工字钢，间距为@400mm。支撑架体采用普通钢管架，纵横向间距为0.4×0.4m，步距为1.2m，支撑架垫板采用14#槽钢。

搭设完毕后要注意检查模板的接缝是否严密，防止漏浆；对拉螺杆、孔洞部位的连接是否紧密，防止浇筑过程中发生爆模。

2.4 重晶石混凝土的浇筑及养护

①由于重晶石混凝土容重较大，在浇筑过程中可能会发送堵管、爆管等问题，所以大面积浇筑前应先进行试浇筑。

②根据浇筑方量的大小，合理选择浇筑方式，通常选择泵送的方式进行浇筑。

③浇筑前应提前规划好路线，合理布置场地。

④由于混凝土中重晶石头、砂密度较大，若浇筑高度过高，则重晶石头、砂沉入到墙体底部或板底，导致强度不均匀，从而影响房间的防辐射性能，所以混凝土浇筑高度须控制在2m。

⑤若墙体高度较高，则混凝土浇筑时应分段浇筑，且施工缝须设置在防辐射强度较低的位置，墙体不得设置水平施工缝，应留设成凹凸水平施工缝，且施工缝位置钢筋应加强。

⑥由于重晶石混凝土密度较大，振捣难度高，混凝土浇筑应分层进行，每层厚度不超过300mm，且上下层间不超过初凝时间，振捣时不能过振，防止重晶石头、砂下沉，从而影响结构的防辐射性能。

2.5 防裂缝控制措施

①重晶石混凝土浇筑前，应根据现场实际情况对内部温升进行计算。根据精确度要求，在混凝土内部最高温升值计算中只考虑单位胶凝材料用量和混凝土入模温度两个主要因素，而忽略其他次要因素。混凝土浇筑后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各降温阶段产生的混凝土温度收缩拉应力，其累计总拉应力值应不超过同龄期混凝土的抗拉强度，则表示所采取的各技术措施能有效地控制预防裂缝的出现，不致于引起墙体或楼板出现贯穿裂缝，如超过该阶段的混凝土抗拉强度，则应采取加强保温保湿，使混凝土缓慢降温和收缩，提高该龄期混凝土的抗拉强度、弹性模量和发挥徐变特性等，以控制裂缝的出现。

②在混凝土制配中采用双掺技术，即在混凝土内掺加一定量的Ⅰ级磨细粉煤灰和减水剂，进一步改善混凝土的坍落度和粘塑性，尽可能地降低水泥水化热量。

③掺加混凝土膨胀剂，利用自身的补偿减小大体积混凝土体积收缩的影响，以降低混凝土开裂的可能性，同时以满足大体积混凝土的抗渗要求。

④优化墙体及楼板配筋，在截面突变和转折处，底板、顶板与墙转折处，空洞周边，增加斜向构造配筋，增加混凝土抗裂性能。

⑤当截面尺寸≧1.2m时在墙体及楼板中埋设冷凝水管、设置水循环系统，并每隔2小时读取各结构中部、表面、大气温度值，计算内部温升，若内部温升超过规范值，则及时采取保湿、铺设麻袋等养护措施。

⑥采取长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

3 结论

①重晶石混凝土是医院、核电工程中应用最为广泛的防辐射材料，施工前应多次进行试配，注重重晶石混凝土的级配设计，在满足防辐射对混凝土密度要求的前提下，尽最大可能优化混凝土的配合比，降低水化热的同时提高可泵性，满足泵送要求，加快施工速度。

②通常重晶石混凝土结构尺寸较大，需合理选择模板及支撑体系，在满足安全、质量的前提下，考虑施工的可行性。

③为确保混凝土浇筑效率及质量，施工前应合理选择浇筑方式，浇筑过程中严格按照方案要求进行分层浇筑。

④经实际工程验证，本文所采用的方法具有较好的经济、可靠性，对其它重晶石混凝土的施工具有一定的借鉴意义。

参考文献：

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