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(yīng)力產(chǎn)生有害結(jié)構(gòu)的裂縫,在原材料選用與配合比設(shè)計,混凝土供應(yīng)與澆筑工藝,混凝土內(nèi)表溫度檢控與表面養(yǎng)護(hù)等方面應(yīng)采取的有效措施。
關(guān)鍵詞 大體積混凝土 水化熱 澆筑 溫度應(yīng)力 裂縫 監(jiān)控
醫(yī)用直線加速器是一種把高能物理運(yùn)用到醫(yī)療技術(shù)上的高新科技產(chǎn)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(dāng)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(hù)不當(dāng),其高能電磁輻射也會給周邊人員傷害。
我院直線加速器機(jī)房為單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),建筑面積僅240平方米,但墻體最厚處達(dá)2. 63 米,屋頂最厚處也達(dá)2. 4米?？紤]到加速器機(jī)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(biāo)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(shí)度,防止產(chǎn)生裂縫,最主要的措施是降低大體積混凝土內(nèi)部最高溫度和控制混凝土內(nèi)外溫差在規(guī)定限值(25℃)以內(nèi),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(nèi)部溫度不易散發(fā);
(2 )混凝土強(qiáng)度等級高,一般需用硅425 以上標(biāo)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(nèi)表溫差大。
在這些因素綜合作用下,混凝土內(nèi)部必然形成較高的溫度,造成內(nèi)表溫差大,存在產(chǎn)生裂縫的危險。因此必須從降低混凝土溫度應(yīng)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(zhǔn)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(nèi)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(chǎn)生的大量水化熱對大體積混凝土結(jié)構(gòu)存在不利影響,經(jīng)我院與施工單位、質(zhì)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(jié)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(xì)骨料:采用新沂邵店中粗砂,因?yàn)槭褂弥猩氨扔眉?xì)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(xì)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(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度,對抗裂的危害性很大。因此骨料必須現(xiàn)場取樣實(shí)測,石子的含泥量控制在1%以內(nèi),中砂的含泥量控制在2%以內(nèi)。
1. 1. 5 JM - Ⅱ型混凝土高效增強(qiáng)劑: JM - Ⅱ型混凝土高效增強(qiáng)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(dá)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(nèi)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(shè)計及試配工作。設(shè)計要求的C30 混凝土級配必須≥2. 35克/ cm3 ,根據(jù)設(shè)計強(qiáng)度及泵送混凝土坍落度的要求,經(jīng)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(qiáng)劑=0. 51∶1∶1. 83∶2. 35∶0. 04,經(jīng)電子計量后確認(rèn)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(diào)整配合比。
1. 3 機(jī)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(jī)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(nèi)部水化熱溫升高,內(nèi)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(xì)安排,實(shí)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(shè)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(qiáng)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(diǎn)下料,一個坡度,薄層澆筑,循序漸進(jìn),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(yīng)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(shí)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(shí);第二道布置在混凝土坡腳處,以確保下部混凝土密實(shí)。隨著混凝土澆筑呈螺旋式向上推進(jìn),振動棒也相應(yīng)跟上,保證覆蓋整個坡面,不漏振,確保整個高度混凝土的質(zhì)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(nèi)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(shí),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(hù)。
2. 3 施工中應(yīng)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(yīng),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(shí),嚴(yán)格控制振搗時間,移動距離和插入深度,嚴(yán)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(qiáng)度不均的現(xiàn)象,應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)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(shè)防雨棚,并在四周設(shè)置集水井。
3 加強(qiáng)混凝土施工與養(yǎng)護(hù)中溫度監(jiān)控工作
3. 1 嚴(yán)格控制混凝土入模溫度,在混凝土攪拌前對碎石與黃砂進(jìn)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(fēng)良好,自來水預(yù)先放入冰塊降溫?；炷帘霉苌细采w草包,經(jīng)常噴水保持濕潤,以減少混凝土拌合物因運(yùn)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(chǎn)生大量的水化熱,尤以結(jié)構(gòu)體中心部位溫度最高,且不易散發(fā)。造成內(nèi)外溫差大,易使混凝土產(chǎn)生裂縫,經(jīng)與施工單位討論后決定,在結(jié)構(gòu)物中心部位埋設(shè)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(nèi)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?nèi)表溫度之差不得超過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(hù)措施,盡量控制底板表面溫度在50℃以內(nèi)即可。
3. 3. 3 第二階段施工時測溫點(diǎn)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(jié)構(gòu)中間部位布置2個測溫點(diǎn),共計12個測溫點(diǎn)。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(jié)構(gòu)中間部位布置2個測溫點(diǎn),共計6個測溫點(diǎn)。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(diǎn)。
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(diǎn)布置要求預(yù)埋DN25 熱鍍鋅鋼管至結(jié)構(gòu)中部,與結(jié)構(gòu)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(jié)束后,鋼管內(nèi)進(jìn)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(jié)果混凝土澆筑溫度為12～22℃,混凝土澆搗及養(yǎng)護(hù)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(dāng)混凝土內(nèi)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(dāng)混凝土內(nèi)部與環(huán)境溫度之差接近內(nèi)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(hù),蓄水深度19cm 以上,通入蒸汽管加熱,可有效地控制內(nèi)外溫差。墻板外側(cè)覆蓋一層薄膜和兩層保溫棉,內(nèi)側(cè)也覆蓋一層薄膜和一層保溫棉,并將加速機(jī)房的門窗洞封堵,以防散熱過快。這種內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施有效地降低了混凝土的溫升值,大大縮短養(yǎng)護(hù)周期,對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。
3. 5 養(yǎng)護(hù)期間,注意天氣報告,及時發(fā)出溫控警報,現(xiàn)場準(zhǔn)備足夠的保溫材料,并根據(jù)氣溫變化趨勢以及混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整保溫層厚度。隨時檢查混凝土表面的干濕情況及溫差(內(nèi)表溫差達(dá)23℃時就發(fā)警報) ,采取現(xiàn)場燒熱水間歇澆灑的養(yǎng)護(hù)措施保持混凝土濕潤,提高面層混凝土溫度,控制內(nèi)表溫差在25℃以內(nèi)。其間原先澆筑時搭設(shè)的防雨棚兼保溫棚效用。
4 結(jié)束語
設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后,經(jīng)江蘇省衛(wèi)生防疫站組織的專家組共同驗(yàn)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(yàn)收,為醫(yī)院贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明,在優(yōu)化配合比設(shè)計,改善施工工藝,提高施工質(zhì)量,做好溫度監(jiān)測工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)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(dá)到良好的防輻射效果。
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