防辐射超厚大体积混凝土配合比设计

防辐射超厚大体积混凝土配合比设计

何宗毅 ,刘磊 ,张振兴,谢阳煌,邱永哲

中国建筑第八工程局有限公司西南公司 四川 成都 610040

[摘  要] 湖南三博脑科医院直线加速器机房采用超厚大体积混凝土结构。为防止辐射泄露，保护人员生命安全，直线加速器机房混凝土结构不允许有穿透性裂缝。本文主要阐述防辐射超厚大体积混凝土配合比设计，保证混凝土结构质量。

[关键词] 直线加速器、防辐射、大体积混凝土、裂缝、配合比设计

Mix proportion design of radiation proof extra thick mass concrete

He Zongyi, Liu Lei, Zhang Zhenxing，Xieyanghuang，Qiuyongzhe

China Construction Eighth Engineering pision Corp ,Ltd Southwest  Sichuan  Chengdu 

Chengdu，Sichuan 610040，China

[Abstract] the linear accelerator room of Hunan sanbo brain hospital adopts extra thick mass concrete structure. In order to prevent radiation leakage and protect personnel's life safety, penetrating cracks are not allowed in the concrete structure of linear accelerator room. This paper mainly expounds the mix proportion design of radiation proof extra thick mass concrete to ensure the quality of concrete structure.

[Key words] linear accelerator, radiation protection, extra mass concrete, crack, mix proportion design

引言：

直线加速器机房是肿瘤放射治疗的设备机房，直线加速器也是医院最昂贵的医疗设备之一，机房必须满足防辐射要求。超厚大体积混凝土结构能屏蔽机房的射线，但大体积混凝土施工难度大，容易发生开裂，必须制配适合本工程施工的混凝土。

1工程概况

湖南三博脑科医院医疗综合体一期、配套用房工程总用地面积32000m²，总建筑面积70437m²，共2个单体，分别为医疗综合楼（地下2层，地上12层）、1#配套用房（地下1层，地上1层）。

直线加速器机房超厚混凝土结构位于医疗综合楼主楼地下室负二层（如图1所示），基础底板厚度为1800mm，侧墙厚度为1700mm～3000mm,顶板厚度为2000mm、3000mm，混凝土强度等级为C35。

图1 直线加速器机房平面图

2工程特点、难点

直线加速器机房超厚混凝土结构混凝土总方量1350m³（基础底板500m³,侧墙400m³，顶板450m³），厚度均超过1m，侧墙和顶部局部厚达3m，属于大体积混凝土。由于该混凝土结构局部超厚，有防辐射特殊要求，要保证混凝土结构成型后不允许有穿透性裂缝，对混凝土质量有着更加严格的要求。

本工程大体积混凝土主要特点是结构截面尺寸不均匀，局部超厚，入模坍落度小，浇筑方量大，成型后内部水化反应放热多，内外温度分布不均与，容易因水化反应温度的变化和硬化后收缩变形产生有害裂缝。在施工前必须进行混凝土配合比设计，对混凝土的收缩变形、绝热温升、和易性、密度等进行试验，以保证直线加速器机房防辐射的特殊要求。

3配合比设计原则

混凝土配合比的设计参照JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB 50496-2018《大体积混凝土施工标准》的相关技术要求，结合本工程防辐射、不允许有裂缝等特点进行设计。

满足混凝土的密度要求，减少水化热，减少收缩变形，不产生穿透性裂缝，用较小的坍落度减少模板的侧压力，同时保证混凝土的施工质量。

4原材料的选择

材料选择遵循就地选材、节约资源、绿色施工、经济性，且满足预期的施工技术需要。混凝土的各种原材料都满足相关检验标准要求，材料生产厂家均通过建设单位、监理单位的认可，材料进场时在监理单位见证下取样，并送至第三方检测机构检测合格。

4.1水泥

水泥矿物组成成分中硅酸三钙、铝酸三钙水化反应速度快，水化放热多，降低水泥的水化热应控制硅酸三钙、铝酸三钙的含量。中热硅酸盐水泥、低热硅酸水泥在大坝等超厚混凝土结构中应用广泛，根据市场调查和项目所处的地理位置，周边地区没有中热硅酸盐水泥、低热硅酸水泥生产厂家，因此采用中材萍乡水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥。

抽取了中材萍乡2个生产批次的水泥样品进场

试验，部分相关试验参数如表1所示：

表1 水泥试验参数

4.2细骨料、粗骨料

粗、细骨料的含泥量偏高会降低混凝土的强度和耐久性，和易性变差，收缩变形大，抗折强度小，易产生裂缝。粗骨料粒径越大，水泥包裹的总面积越小，水泥用量越少。连续级配的粗骨料密实性好，孔隙率小，混凝土不易离析。考虑以上因素选择浏阳碎石场5～31.5mm连碎级配碎石和河砂，并严格控制粗细骨料的碱含量，避免因碱骨料反应产生裂缝，部分试验参数如表2所示：

表2 骨料试验参数

4.3掺合料

掺合料采用“双掺”方式，用粉煤灰、高炉粒化矿渣粉等量取代水泥，可以有效降低水泥水化热。掺合料水化速率慢，放热量少，需水量低，在不影响强度的前提下，以一定比例等量取代水泥，减少水化反应总热量的释放，还能提高混凝土耐久性、改善和易性。本工程采用大唐华银攸县火力发电厂有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰和湖南凡益湘钢新材料有限公司生产的S95高炉粒化矿渣粉，部分试验参数如表3所示：

表3 掺和料试验参

4.4外加剂

掺入减水剂能明显改善拌合物的和易性，减少用水量，提高混凝土强度和耐久性。本工程采用湖南恒仁建材有限公司生产的聚羧酸高性能缓凝型减水剂，还能减缓混凝土的凝结速度，方便现场施工，错开水化热的峰值，部分试验参数如表4所示：

表4 外加剂试验参数

4.5纤维膨胀剂

考虑到本工程结构不允许出现裂缝，在混凝土中掺加纤维膨胀剂，可以抑制混凝土收缩变形，保持体积稳定性，封闭内部微小气孔，提高混凝土抗裂能力。本工程采用武汉三源特种建材有限责任公司生产的SY-T型复合膨胀纤维抗裂防水剂，通过市场调查了解此种材料在水下大体积桥墩结构中应用广泛，对混凝土早期和后期产生的收缩能有效补偿，使混凝土的密实性提高，抗渗和抗裂能力也比普通膨胀剂好，部分试验参数如表5所示：

表5 膨胀剂试验参数

5配合比设计

遵循大体积混凝土配合比的设计原则，同时考虑本工程的特殊性。

5.1配合比试配

根据设计图纸要求：胶凝材料总用量不少于320kg,水胶比不大于0.5，掺加胶凝材料总量6～8%纤维膨胀剂，入泵混凝土坍落度160～180mm,混凝土密度不小于2350kg/m³，参考大体积配合比设计参数，试验室用3个不同配合比试配，按照相关标准规范进行力学、拌合物性能进行试验，具体试验参数如表6所示：

表6 试配试验参数

以上3个配合比试验结果中PB-01不满足大于等于设计强度的1.15倍要求；PB-02强度满足要求，但室内试验坍落度偏小，不满足现场施工运输的需要；PB-03强度、室内试验坍落度都满足现场施工需要，但保水性不好，混凝土容易离析，且水泥用量偏高，会使混凝土绝热温升偏高。

5.2配合比优化

大体积混凝土施工的关键是控制硬化后混凝土内部的最高温度。结合工程实践经验，对PB-03进行优化设计，保持水胶比不变，保持细骨料、粗骨料不变，调整水泥用量和单位用水量，具体试验参数如表7所示：

表7 优化配比试验参数

经过进一步优化设计，PB-Y3强度满足设计要求，实测密度2380kg/m³，水泥用量最少，拌合物的坍落度也满足施工运输需要，粘聚性、保水性较好，最终选用PB-Y3为生产配合比，在生产过程中考虑骨料含水率，调整各材料实际用量，若细骨料、粗骨料质量发生较大变化，此配合比不适用，应重新设计。

5.3混凝土热工计算

根据目前进度情况，直线加速器机房混凝土施工正处于夏季，必须对混凝土进行热工计算，控制拌合物入模温度。

搅拌机棚安装空调，降低机械和环境温度，骨料料仓顶部和侧面封闭，遮阳挡雨，安装工业电扇通风，喷雾降温，水泥罐、掺合料罐外表面毛毡覆盖、并洒水始终保持毛毡湿润，拌合水用温度较低的地下水或在蓄水池中加入冰块。对各料仓的原材料温度进行实测，考虑骨料的含水率（砂3.2%，石1.8%）换算成施工配合比用量，根据JGJ/T 104-2011《建筑工程冬期施工规程》进行热工计算，结果如表8所示：

表8 拌合物热工计算表

夏季高温施工，采取对混凝土原材料降温的措施，能有效控制拌合物的出机温度。混凝土罐车出厂时，对罐体表面晒水降温，控制混凝土运输至浇筑地点入模温度在30℃以内。

6结语

本工程浇筑混凝土采用天泵和地泵输送，进场后对每车混凝土和易性、温度等进行测试，严格控制混凝土质量，浇筑过程中未出现离析、分层、堵管等现象，保证了混凝土浇筑顺利进行。

浇筑成型后内部绝热温升在可控范围内，拆模后对结构表面进行淋水检查，未发现穿透性裂缝，保证了混凝土质量，浇筑过程中随机取样制作标准养护试块19组，标准养护28天后试压，强度平均值40.8MPa,强度最小值37.2MPa，另制作与结构实体同条件养护试块3组，用蜡封法测得混凝土密度平均值2372kg/m³，满足设计要求。直线加速器机房超厚混凝土结构为类似工程总结了经验，为后续上部结构施工奠定基础，在总施工进度计划上赢得了宝贵时间，得到了建设单位、监理单位认可。

参考文献

[1] 中冶建筑研究总院有限公司 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司.大体积混凝土施工规范:GB 80496-2018.北京.中国建筑工业出版社.2018.

[2] 中国建筑科学研究院.普通混凝土配合比设计规程:JG J55-2011.北京.中国建筑工业出版社.2011.

[3] 中国建筑科学研究院 北京中关村开发建设股份有限公司.混凝土质量控制标准:GB 50164-2011.北京.中国建筑工业出版社.2011.

[4] 黑龙江省寒地建筑科学研究院 天元建设集团有限公司.建筑工程冬期施工规程:JGJ/T 104-2011.北京.中国建筑工业出版社.2011.

作者简介：何宗毅（1996-）， 男 ，本科，助理工程师。

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