摘要 醫(yī)用直線加速器的大體積混凝土澆筑,為避免溫度應力產生有害結構的裂縫,在原材料選用與配合比設計,混凝土供應與澆筑工藝,混凝土內表溫度檢控與表面養(yǎng)護等方面應采取的有效措施。
關鍵詞 大體積混凝土 水化熱 澆筑 溫度應力 裂縫 監(jiān)控
醫(yī)用直線加速器是一種把高能物理運用到醫(yī)療技術上的高新科技產品,是繼同位素放射療法后又一種治療腫瘤的新方法。我院的這臺德國西門子公司的醫(yī)用直線加速器能量相當于一顆小型原子彈,所以說醫(yī)用直線加速器對腫瘤疾病有良好的治療效果,但如果防護不當,其高能電磁輻射也會給周邊人員傷害。
我院直線加速器機房為單層鋼筋混凝土結構,建筑面積僅240平方米,但墻體最厚處達2. 63 米,屋頂最厚處也達2. 4米?？紤]到加速器機房的特殊性與高密性,以及650立方米的混凝土用量,我院在議標文件中規(guī)定采用商品混凝土泵送。
要確保施工中大體積混凝土的整體性和密實度,防止產生裂縫,最主要的措施是降低大體積混凝土內部最高溫度和控制混凝土內外溫差在規(guī)定限值(25℃)以內,但存在下面3個極為不利的因素:
(1)墻板與頂板超厚,但要一次性澆筑,混凝土內部溫度不易散發(fā);
(2 )混凝土強度等級高,一般需用硅425 以上標號的水泥,水化熱高;
(3)施工時正值秋末冬初,環(huán)境溫度低,混凝土內表溫差大。
在這些因素綜合作用下,混凝土內部必然形成較高的溫度,造成內表溫差大,存在產生裂縫的危險。因此必須從降低混凝土溫度應力和提高混凝土本身抗拉性能這兩方面綜合考慮,我們制定了較為完整的施工方案。
1 大體積混凝土施工前的準備工作
1. 1 原材料的選擇
為減少混凝土水化熱,降低溫升,緩和內表溫差,在選材上我們考慮:
1. 1. 1 水泥:考慮到混凝土在凝固過程中產生的大量水化熱對大體積混凝土結構存在不利影響,經我院與施工單位、質檢部門研究確定,水泥采用盱眙狼山牌低熱性水泥,其水化熱低,凝結時間長,耐熱性能好。
1. 1. 2 粗骨料:在確?？杀盟颓闆r下,采用江陰粒徑5 - 20mm連續(xù)級配石子,可減少混凝土收縮變形。
1. 1. 3 細骨料:采用新沂邵店中粗砂,因為使用中砂比用細砂可以減少水泥的用量。
1. 1. 4 含泥量:在大體積混凝土中,粗細骨料的含泥量是要害問題,若骨料中含泥量偏多,不僅增加了混凝土的收縮變形,又嚴重降低了混凝土的抗拉強度,對抗裂的危害性很大。因此骨料必須現(xiàn)場取樣實測,石子的含泥量控制在1%以內,中砂的含泥量控制在2%以內。
1. 1. 5 JM - Ⅱ型混凝土高效增強劑: JM - Ⅱ型混凝土高效增強劑具有高效減水、緩凝功能。摻入混凝土中后,可使水化熱峰值明顯降低,且峰值出現(xiàn)的時間向后推遲達24h,有效降低早期水化熱,并延緩初凝時間10h左右。
1. 1. 6 水:采用自來水,攪拌現(xiàn)場安裝一只臨時蓄水罐,并在水中加入冰塊。
1. 2 優(yōu)選混凝土施工配合比
該抗輻射混凝土采用泵送混凝土。降低大體積混凝土的最高溫度和控制內表溫差的最主要措施是降低混凝土的水化熱。因此,必須做好混凝土配合比設計及試配工作。設計要求的C30 混凝土級配必須≥2. 35克/ cm3 ,根據(jù)設計強度及泵送混凝土坍落度的要求,經試配優(yōu)選,確定混凝土配合比為:水∶水泥∶砂∶石∶JM - Ⅱ型混凝土高效增強劑=0. 51∶1∶1. 83∶2. 35∶0. 04,經電子計量后確認混凝土級配為2. 389克/ cm3 ,施工過程根據(jù)天氣情況,測定砂、石含水率,及時調整配合比。
1. 3 機械配備
施工現(xiàn)場有兩臺混凝土輸送泵(兩路混凝土輸送管道) , 16輛罐車,留1 臺350L 混凝土攪拌機備用,插入式振動器(加長型) 6臺,其中2臺備用。
2 大體積混凝土澆筑
因大體積混凝土內部水化熱溫升高,內表溫差和降溫速率不易控制,所以必須從混凝土的澆筑次序、流向、澆筑厚度以及前后澆筑的搭接時間作出詳細安排,實施了以下的澆筑主案。
2. 1 第一階段: 0. 8米厚底板(承臺)澆筑采取通用施工工藝,與墻板交接處設置鋸齒型通長水平施工縫(高差15cm) ,在混凝土終凝前用鋼絲刷拉毛處理施工縫表面,再沖洗干凈,這樣可以加強上下層混凝土的連接。
2. 2 第二階段:為確保施工中大體積混凝土的整體性,墻板與頂板一次性連續(xù)澆筑,采取“分段定點下料,一個坡度,薄層澆筑,循序漸進,一次到頂”的澆筑方案,這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法,能較好地適應泵送工藝,可以有效提高泵送效率,保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據(jù)混凝土泵送時自然形成坡度的實際情況,布置兩個澆筑帶,在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器,第一道布置在混凝土出料口,主要解決上部混凝土的振實;第二道布置在混凝土坡腳處,以確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑呈螺旋式向上推進,振動棒也相應跟上,保證覆蓋整個坡面,不漏振,確保整個高度混凝土的質量。由于頂板的大體積混凝土表面水泥漿較厚,澆筑后3—4h內初步用水長刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實,以閉合混凝土的收水裂縫,控制表面龜裂,并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護。
2. 3 施工中應注意的問題:
2. 3. 1 大體積混凝土采用泵送工藝,泵送過程中常會發(fā)生輸送管堵塞故障,故提高混凝土的可泵性十分重要。選擇合理地泵送壓力、泵管直徑、輸送管線才能保證混凝土供應,更要控制澆筑交接時間在初凝前,才能不出現(xiàn)冷縫。
2. 3. 2 保證振搗密實,嚴格控制振搗時間,移動距離和插入深度,嚴防漏振及過振。澆筑分層的時間間隔既要有利于散熱,防止新澆混凝土引起下層混凝土表面溫度驟降,又要考慮下層對上層的約束,以時間間隔不超過2h為宜。
2. 3. 3 澆筑厚墻板時,為避免到一定高度后,積聚的大量漿水可能造成混凝土強度不均的現(xiàn)象,應按實際情況調整水灰比。
2. 3. 4 由于大體積混凝土連續(xù)澆筑,故澆筑現(xiàn)場須設防雨棚,并在四周設置集水井。
3 加強混凝土施工與養(yǎng)護中溫度監(jiān)控工作
3. 1 嚴格控制混凝土入模溫度,在混凝土攪拌前對碎石與黃砂進行沖洗,既降低了材料的含泥量,又起到了灑水降溫的效果。保證水泥庫通風良好,自來水預先放入冰塊降溫?；炷帘霉苌细采w草包,經常噴水保持濕潤,以減少混凝土拌合物因運輸而造成的溫度升高。
3. 2 大體積混凝土在凝固過程中會產生大量的水化熱,尤以結構體中心部位溫度最高,且不易散發(fā)。造成內外溫差大,易使混凝土產生裂縫,經與施工單位討論后決定,在結構物中心部位埋設鍍鋅管,通過水泵抽取我院深井泵地下水循環(huán)帶走水化熱,緩和內外溫差。
3. 3 溫度監(jiān)控
3. 3. 1 大體積混凝土溫度控制參數(shù):混凝土的澆筑溫度不得超過28℃?；炷羶缺頊囟戎畈坏贸^25℃,混凝土溫度驟降不得超過10℃。
3. 3. 2 第一階段施工完畢后,無需覆蓋保溫材料,澆筑后4—5h采取現(xiàn)場燒熱水間歇澆灑的養(yǎng)護措施,盡量控制底板表面溫度在50℃以內即可。
3. 3. 3 第二階段施工時測溫點布置:四面墻板:墻板超厚部分2處,在其中部沿高度方向取3 處,分別在距混凝土表面10cm及結構中間部位布置2個測溫點,共計12個測溫點。頂板:頂板加厚部分1處,在其中部沿高度方向取3處,分別在距混凝土表面以下10cm及結構中間部位布置2個測溫點,共計6個測溫點。外環(huán)境:在墻板與頂板加厚部分中心部位,離混凝土表面以外10cm處各布置一處環(huán)境溫度測點。
3. 3. 4 測溫工具的選用:采用表盤式干式溫度計與水銀溫度計。
3. 3. 5 測溫線布置:澆筑混凝土前,按照測溫點布置要求預埋DN25 熱鍍鋅鋼管至結構中部,與結構鋼筋焊接固定以防混凝土振搗時移位或脫落,管底固定一塊5cm ×5cm 的2mm 厚鉛板,防止射線透過,測溫時將傳感器帶測溫線穿入管中監(jiān)控。待溫度監(jiān)控工作結束后,鋼管內進行壓力灌漿。
3. 3. 6 測溫制度:在混凝土升溫保持階段, 2—3h測溫一次,在溫度下降階段, 4—8小時測溫一次。
3. 3. 7 混凝土的監(jiān)測結果混凝土澆筑溫度為12～22℃,混凝土澆搗及養(yǎng)護期間環(huán)境溫度日平均為6～13℃。墻板超厚區(qū)域中心混凝土最高溫度為71. 1℃,面層混凝土最高溫度為53. 2℃,頂板超厚區(qū)域中心混凝土最高溫度為68. 5℃,面層混凝土最高溫度為52℃,大體積混凝土超厚部分(墻板為2. 63m,頂板為2. 4m)中心熱峰出現(xiàn)齡期為3～3. 5天,之后溫度逐漸降低。當混凝土內部與表面溫度之差不超過20℃,且混凝土表面與環(huán)境溫度之差也不超過10℃時,逐層拆除保溫層,當混凝土內部與環(huán)境溫度之差接近內部與表面溫差控制值時,則全部撤掉保溫層。
3. 4 大體積混凝土澆筑完畢,待其收水后,屋面蓄水保溫養(yǎng)護,蓄水深度19cm 以上,通入蒸汽管加熱,可有效地控制內外溫差。墻板外側覆蓋一層薄膜和兩層保溫棉,內側也覆蓋一層薄膜和一層保溫棉,并將加速機房的門窗洞封堵,以防散熱過快。這種內散外蓄綜合養(yǎng)護措施有效地降低了混凝土的溫升值,大大縮短養(yǎng)護周期,對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。
3. 5 養(yǎng)護期間,注意天氣報告,及時發(fā)出溫控警報,現(xiàn)場準備足夠的保溫材料,并根據(jù)氣溫變化趨勢以及混凝土內部溫度監(jiān)測結果及時調整保溫層厚度。隨時檢查混凝土表面的干濕情況及溫差(內表溫差達23℃時就發(fā)警報) ,采取現(xiàn)場燒熱水間歇澆灑的養(yǎng)護措施保持混凝土濕潤,提高面層混凝土溫度,控制內表溫差在25℃以內。其間原先澆筑時搭設的防雨棚兼保溫棚效用。
4 結束語
設備安裝調試結束后,經江蘇省衛(wèi)生防疫站組織的專家組共同驗收,該混凝土的抗輻射性能符合規(guī)范要求,一次性通過了專家組的驗收,為醫(yī)院贏得了良好的經濟效益。實踐證明,在優(yōu)化配合比設計,改善施工工藝,提高施工質量,做好溫度監(jiān)測工作及加強養(yǎng)護等方面采取有效技術措施,完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生,達到良好的防輻射效果。
參考文獻:
[ 1] ?！?費正明. 大型地下室混凝土施工技術,云南建筑網
[ 2] 陳鈞頤,張新龍. 高層建筑承臺大體積混凝土施工,建筑2000網
