刍议防射线辐射混凝土的施工特点

摘 要：防射线混凝土，常用于医院放射科室的机房及核发电设备的反应堆，以屏蔽射线带来的辐射。本文以湛江某医院工程为例，介绍了防射线混凝土的概念、施工特点与方法。

关键词：防射线混凝土；施工；温度控制

中图分类号：TU75 文献标识码：A

一、防射线混凝土的概念

防射线混凝土又称为屏蔽混凝土或重混凝土，主要用于医用直线加速器机房。医用直线加速器机房建筑除了需要满足一般建筑物的质量要求之久，还需要具备可以防护同位素、加速器或设备产生的原子辐射，如X、α、β、γ以及中子射线等射线要求，所以，混凝土要能达到防射线的要求，除了容量高，还要具有良好的匀质性，并有较大的密度（密度达3000~4000kg/m3），混凝土在使用期间不允许出现裂缝和空洞，因为一旦X射线和其他放射线电子束从裂缝泄露出去，将严重伤害周围人的身体健康，因此，防辐射混凝土与一般工业、民用建筑混凝土相比，不允许带裂缝工作是其最大的特性。

过去不少医院在直线加速器室机房的建设中采用了传统的铅板或钢板等重金属材料，虽然可以达到防射线的目的，但其价格昂贵，构造复杂，建设成本较大，为了降低成本，简化设计，选择具有较强防辐射性能的重晶石混凝土材料作为机房的防射线材料，无论从经济上还是从效果上都是一个比较好的选择。

二、防射线混凝土的特点

防辐射混凝土具有大体积、高质量、高施工强度等特点。

（1）大体积。据有关技术部门根据加速器运行时产生的辐射剂量大小所计算出的混凝土墙防护厚度，一个面积约200m2的机房，其混凝土墙壁和顶盖均为现浇C20及以上的混凝土级别，则防射线的墙体厚度要达到2000mm左右，防射线墙体要求厚度在1600mm以上，防射线墙体厚度在1000mm以上才能满足要求。而且结构构件的混凝土密度不能小于2350kg/m3。

（2）高质量。防射线大体积混凝土工程具有较高的质量要求，这是因为若混凝土工程质量不高，浇筑孔隙较多甚至出现诸如空洞、裂缝等质量缺陷时，可能造成射线泄漏，一旦发生射线泄漏，就会损害机房周围人员的身体健康。

（3）混凝土施工要求连续，施工强度高。由于是大体积混凝土工程，为了保证浇筑质量，整个浇筑过程必须连续进行。因此，与一般混凝土施工相比。施工强度较大。为了保证防射线混凝土的施工质量，真正具备防射线功能，必须加强机房建筑施工的全过程管理，具体地包括施工前的设计管理、施工中的过程管理和施工后的后期管理。

三、防辐射混凝土施工要点

（1）防辐射混凝土的配置其配合比的准确计量尤为重要，施工中要严格控制配合比的计量环节，混凝土坍落度一般控制在30~50mm。

（2）由于防射线混凝土骨料密度大，因此，在进行混凝土搅拌时要注意投料量比普通混凝土的投料量要减少，否则可能会超载引起搅拌设备的损坏。

（3）由于防辐射混凝土的骨料密度大，硬度小，所以搅拌的时间不宜过长，尤其是从搅拌到浇筑的时间不能过长，一般控制在1h之内，否则因为搅拌进间过长，会出现粉状的特质增加，导致坍落度不宜控制的情况发生。

（4）由于防辐射混凝土的骨料比较重，混凝土熟料在运输和下料过程中容易产生骨料离析现象，所以混凝土要分层下料，每层的厚度控制在200~250mm，使用插入式混凝土振动棒时，混凝土每层厚度为150mm，振捣时间控制在15s左右，混凝土自搅拌到浇筑完成的时间不得超过2h。

（5）混凝土需要连续浇筑，不得留施工缝，必须留设时，应该按规定做成凹凸缝，垂直施工与普通混凝土应采用锯齿形相连。

（6）顶板的面层处理。防辐射混凝土顶板浇筑混凝土后，需要经过特殊的抹面压光处理，即一压二抹。顶板用插入来回压实，再用木蟹磨毛表面，等到混凝土受水时还要在表面再抹一次，以防止混凝土表面产生裂缝。

（7）混凝土的温度控制

1）防辐射混凝土墙体较厚，为了防止混凝土的水化热过高而产生温度裂缝，需要在混凝土板和较厚的混凝土墙体内设置温差控制测温点。

2）对混凝土板和墙体内外温差的监测.

为掌握混凝土内外温差情况,根据墙体厚度不同，分别预设若干测温感应线。混凝土浇筑后，有专门的温度测试仪测量记录。升温阶段每隔2h测一次，降温阶段每4h测一次，并根据所测量温差变化，及时调整内部温度，使温差始终控制在25℃以内。

3）需要注意的是测量温度预埋的测温管必须与射线照射路径成一定夹角，以防止射线的泄漏。在混凝土浇筑完成拆模板后，为防止射线的泄漏，测温时留设的孔道可采用融铅灌注法进行密封。

（8）混凝土的养护与验收。由于防辐射混凝土板较厚，如果在混凝土养护的环节上处理不当，极易产生裂缝而影响混凝土的防辐射效果。养护时要采取保湿、保温措施。为防止混凝土表面干燥而开裂必要时需要适当延长拆模时间。

防射线机房完工后在投入试运行阶段，为了在防射线功能上做到万无一失，还必须请有关部门对射线剂量进行检测，各技术指标符合国家规定后才能正式投入使用。

四、放射机房大体积混凝土施工实例

某医院机房建筑面积135m2平面图见图一。其偌侧墙及顶板混凝土厚达1.8～2.5 m，对本钢筋混凝土结构构件进行分析，其结构断面最小厚度在0.8m以上，经计算，混凝土浇筑后其水化热所引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25℃，而且本机房混凝土结构施工是处于夏季，白天气温高达38℃以上,设计要求机房混凝土墙板和顶板必须消除混凝土施工有害裂缝，一次通过防辐性专业验收，因此，在机房的混凝土施工中必须采取有效的措施，预防裂缝的发生。

（1）对机房混凝土施工防止出现裂缝的不利因素分析。

1）夏季，白天气温太高，根据现场实际测量，砂石等混凝土原材料的堆场的中午实测温度已经达到56.5℃左右，因此搅拌站生产出的混凝土熟料本身的温度就更高。

2）施工现场处于室外，阳光直射，工地周围被原有建筑所包围，通风、散热条件不好，混凝土泵车和墙板、顶板均处于温度较高的环境之中。

3）混凝土墙板厚度较大，由于是垂直构件，浇水养护的措施在实际养护工作中不能确保，由于室外气温高，容易出现混凝土失水的状况。

4）机房的墙板混凝土构件截面尺寸大，混凝土在硬化期间内部会释放出大量的水化热，混凝土内部温度不断升高，体积膨胀，在表面引起拉应力。由于此时混凝土强度较低，很容易形成裂缝，而在硬化后期由最高温度冷却到运转时期的稳定温度的降温过程中，体积收缩，由于受到基础本身或已固化混凝土的约束，又会在混凝土内部形成相当大的拉应力而形成裂缝，甚至会形成贯通裂缝。

（2）施工中所采用的有针对性防裂措施。

1）降低混凝土原材料的温度。通过与混凝土供应商共同协商，采用浇水将骨料冷却（经试验其温度可从56.5℃降至28.8℃左右），以降低混凝土熟料的温度。

2）改善工地现场的施工条件。对现场的混凝土泵采取防晒降温措施，即在混凝土泵机上搭建临时遮阳棚，防止阳光的直射；将混凝土输送管道外壁四周用麻袋包裹，在其上覆盖草包并反复淋水降温。

3）调整骨料级配。采取用低水化热混凝土、掺混合料、加引气剂等措施，以减少混凝土中的水泥用量，从而减少水化热，降低混凝土的温度以。

5）对混凝土内部采取通水降温措施。在混凝土中埋设水管，通地下室水池中的冷水对混凝土的主要部位进行降温。降温管道设置在机房的顶板和侧墙板内，分别预埋2层和4层DN50镀锌水管作为循环冷水管，其排距及层距均为1.5m。为防止在混凝土浇筑时发生堵塞，在上、下层间采用同一直径水管连接（见图二）。安装两对台水泵，通过水泵不断地将地下室消防水池中的冷水送入混凝土内部，进行循环水冷却。安排专人负责定期测量循环水温度，一旦水温升高，则采用投放冰块的方法来降低循环水的温度。

6）设置温度监控系统，及时掌握混凝土内的温度变化情况。在底板、顶板四角和板中心各埋设温检测点。检测点的布置如图三、图四所示。

①温度检测点的设置方法。测温探头预先埋入大体积混凝土内，在温度测点，在钢筋骨架上绑扎一根φ12mm的螺纹钢筋，且高出板面30cm。将测温线固定在φ12mm的螺纹钢筋上，利用胶带纸缠绕钢筋避免探头与钢筋直接接触，同时避免浇筑混凝土时损坏、折断探头导线。测温线的插头用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁。为便于测温，留在外面的导线长度不应小于20cm。测量时，按下主机电源开关，将各测温点探头依次插入主机插座中，主机屏幕上即可显示相应测温点的温度。

②温度检测内容包括：保温层内部温度检测、循环水温度检测、环境温度检测等项目。

③测温时间控制。在温凝土浇筑初凝后开始，派专人进行测温工作。数据采集为：在前4d2h，第5～13d8h。直至混凝土内部温度与环境平均温度相差不超过20℃为止。通过测温数据结果来确定保温覆盖的措施，确保内外温差小于25℃。混凝土顶板的测温数据见表一。

表一混凝土顶板测温数据

④测温数据分析。测温点1的最高温度为69℃；测温点2的最高温度为68.6℃；测量点3的最高温度为72.8℃；测温点4的最高温度度为68.3℃；测量点5的最高温度为69.1℃；最高温度均发生在浇筑后2～3d，内外最大温差在21.8℃。

从测温情况看，混凝土内部温升的高峰值约为72.8℃，在3.5d产生，3d内温度上升到或接近最高温升，内外温差值在25℃以内，本工程结构混凝土在整个养护过程中最在温差均控制在25℃以内，满足温控要求。

7）养护与测温的动态管理。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温度、温度条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温度、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干宿和干缩；另一方面使水泥的水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂性能。在混凝土养护过程中，发现个别测温点温差接近临界温差时，要及时降低循环水温度，并增大流速和流量，同时调整局部温差。温降的控制措施根缓慢而稳定，温度陡降不能起过10℃，当板机温度与混凝土内部的温差在10℃以下时，才可拆除板面上覆盖的塑料薄膜和草袋。

结语

施工完成后，一定要按照相关要求，经检测测算确认达到防辐射要求后，才能投入使用。

参考文献

[1]GB50010-02.混凝土结构设计规范[S].

[2]GB50204-02.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].