摘要 医用直线加速器的大体积混凝土浇筑,为避免温度应力产生有害结构的裂缝,在原材料选用与配合比设计,混凝土供应与浇筑工艺,混凝土内表温度检控与表面养护等方面应采取的有效措施。
关键词 大体积混凝土 水化热 浇筑 温度应力 裂缝 监控
医用直线加速器是一种把高能物理运用到医疗技术上的高新科技产品,是继同位素放射疗法后又一种治疗肿瘤的新方法。我院的这台德国西门子公司的医用直线加速器能量相当于一颗小型原子弹,所以说医用直线加速器对肿瘤疾病有良好的治疗效果,但如果防护不当,其高能电磁辐射也会给周边人员伤害。
我院直线加速器机房为单层钢筋混凝土结构,建筑面积仅240平方米,但墙体最厚处达2. 63 米,屋顶最厚处也达2. 4米。考虑到加速器机房的特殊性与高密性,以及650立方米的混凝土用量,我院在议标文件中规定采用商品混凝土泵送。
要确保施工中大体积混凝土的整体性和密实度,防止产生裂缝,最主要的措施是降低大体积混凝土内部最高温度和控制混凝土内外温差在规定限值(25℃)以内,但存在下面3个极为不利的因素:
(1)墙板与顶板超厚,但要一次性浇筑,混凝土内部温度不易散发;
(2 )混凝土强度等级高,一般需用硅425 以上标号的水泥,水化热高;
(3)施工时正值秋末冬初,环境温度低,混凝土内表温差大。
在这些因素综合作用下,混凝土内部必然形成较高的温度,造成内表温差大,存在产生裂缝的危险。因此必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两方面综合考虑,我们制定了较为完整的施工方案。
1 大体积混凝土施工前的准备工作
1. 1 原材料的选择
为减少混凝土水化热,降低温升,缓和内表温差,在选材上我们考虑:
1. 1. 1 水泥:考虑到混凝土在凝固过程中产生的大量水化热对大体积混凝土结构存在不利影响,经我院与施工单位、质检部门研究确定,水泥采用盱眙狼山牌低热性水泥,其水化热低,凝结时间长,耐热性能好。
1. 1. 2 粗骨料:在确保可泵送情况下,采用江阴粒径5 - 20mm连续级配石子,可减少混凝土收缩变形。
1. 1. 3 细骨料:采用新沂邵店中粗砂,因为使用中砂比用细砂可以减少水泥的用量。
1. 1. 4 含泥量:在大体积混凝土中,粗细骨料的含泥量是要害问题,若骨料中含泥量偏多,不仅增加了混凝土的收缩变形,又严重降低了混凝土的抗拉强度,对抗裂的危害性很大。因此骨料必须现场取样实测,石子的含泥量控制在1%以内,中砂的含泥量控制在2%以内。
1. 1. 5 JM - Ⅱ型混凝土高效增强剂: JM - Ⅱ型混凝土高效增强剂具有高效减水、缓凝功能。掺入混凝土中后,可使水化热峰值明显降低,且峰值出现的时间向后推迟达24h,有效降低早期水化热,并延缓初凝时间10h左右。
1. 1. 6 水:采用自来水,搅拌现场安装一只临时蓄水罐,并在水中加入冰块。
1. 2 优选混凝土施工配合比
该抗辐射混凝土采用泵送混凝土。降低大体积混凝土的最高温度和控制内表温差的最主要措施是降低混凝土的水化热。因此,必须做好混凝土配合比设计及试配工作。设计要求的C30 混凝土级配必须≥2. 35克/ cm3 ,根据设计强度及泵送混凝土坍落度的要求,经试配优选,确定混凝土配合比为:水∶水泥∶砂∶石∶JM - Ⅱ型混凝土高效增强剂=0. 51∶1∶1. 83∶2. 35∶0. 04,经电子计量后确认混凝土级配为2. 389克/ cm3 ,施工过程根据天气情况,测定砂、石含水率,及时调整配合比。
1. 3 机械配备
施工现场有两台混凝土输送泵(两路混凝土输送管道) , 16辆罐车,留1 台350L 混凝土搅拌机备用,插入式振动器(加长型) 6台,其中2台备用。
2 大体积混凝土浇筑
因大体积混凝土内部水化热温升高,内表温差和降温速率不易控制,所以必须从混凝土的浇筑次序、流向、浇筑厚度以及前后浇筑的搭接时间作出详细安排,实施了以下的浇筑主案。
2. 1 第一阶段: 0. 8米厚底板(承台)浇筑采取通用施工工艺,与墙板交接处设置锯齿型通长水平施工缝(高差15cm) ,在混凝土终凝前用钢丝刷拉毛处理施工缝表面,再冲洗干净,这样可以加强上下层混凝土的连接。
2. 2 第二阶段:为确保施工中大体积混凝土的整体性,墙板与顶板一次性连续浇筑,采取“分段定点下料,一个坡度,薄层浇筑,循序渐进,一次到顶”的浇筑方案,这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法,能较好地适应泵送工艺,可以有效提高泵送效率,保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。根据混凝土泵送时自然形成坡度的实际情况,布置两个浇筑带,在每个浇筑带的前后布置两道振动器,第一道布置在混凝土出料口,主要解决上部混凝土的振实;第二道布置在混凝土坡脚处,以确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑呈螺旋式向上推进,振动棒也相应跟上,保证覆盖整个坡面,不漏振,确保整个高度混凝土的质量。由于顶板的大体积混凝土表面水泥浆较厚,浇筑后3—4h内初步用水长刮尺刮平,初凝前用铁滚筒碾压2遍,再用木抹子搓平压实,以闭合混凝土的收水裂缝,控制表面龟裂,并按规定覆盖养护。
2. 3 施工中应注意的问题:
2. 3. 1 大体积混凝土采用泵送工艺,泵送过程中常会发生输送管堵塞故障,故提高混凝土的可泵性十分重要。选择合理地泵送压力、泵管直径、输送管线才能保证混凝土供应,更要控制浇筑交接时间在初凝前,才能不出现冷缝。
2. 3. 2 保证振捣密实,严格控制振捣时间,移动距离和插入深度,严防漏振及过振。浇筑分层的时间间隔既要有利于散热,防止新浇混凝土引起下层混凝土表面温度骤降,又要考虑下层对上层的约束,以时间间隔不超过2h为宜。
2. 3. 3 浇筑厚墙板时,为避免到一定高度后,积聚的大量浆水可能造成混凝土强度不均的现象,应按实际情况调整水灰比。
2. 3. 4 由于大体积混凝土连续浇筑,故浇筑现场须设防雨棚,并在四周设置集水井。
3 加强混凝土施工与养护中温度监控工作
3. 1 严格控制混凝土入模温度,在混凝土搅拌前对碎石与黄砂进行冲洗,既降低了材料的含泥量,又起到了洒水降温的效果。保证水泥库通风良好,自来水预先放入冰块降温。混凝土泵管上覆盖草包,经常喷水保持湿润,以减少混凝土拌合物因运输而造成的温度升高。
3. 2 大体积混凝土在凝固过程中会产生大量的水化热,尤以结构体中心部位温度最高,且不易散发。造成内外温差大,易使混凝土产生裂缝,经与施工单位讨论后决定,在结构物中心部位埋设镀锌管,通过水泵抽取我院深井泵地下水循环带走水化热,缓和内外温差。
3. 3 温度监控
3. 3. 1 大体积混凝土温度控制参数:混凝土的浇筑温度不得超过28℃。混凝土内表温度之差不得超过25℃,混凝土温度骤降不得超过10℃。
3. 3. 2 第一阶段施工完毕后,无需覆盖保温材料,浇筑后4—5h采取现场烧热水间歇浇洒的养护措施,尽量控制底板表面温度在50℃以内即可。
3. 3. 3 第二阶段施工时测温点布置:四面墙板:墙板超厚部分2处,在其中部沿高度方向取3 处,分别在距混凝土表面10cm及结构中间部位布置2个测温点,共计12个测温点。顶板:顶板加厚部分1处,在其中部沿高度方向取3处,分别在距混凝土表面以下10cm及结构中间部位布置2个测温点,共计6个测温点。外环境:在墙板与顶板加厚部分中心部位,离混凝土表面以外10cm处各布置一处环境温度测点。
3. 3. 4 测温工具的选用:采用表盘式干式温度计与水银温度计。
3. 3. 5 测温线布置:浇筑混凝土前,按照测温点布置要求预埋DN25 热镀锌钢管至结构中部,与结构钢筋焊接固定以防混凝土振捣时移位或脱落,管底固定一块5cm ×5cm 的2mm 厚铅板,防止射线透过,测温时将传感器带测温线穿入管中监控。待温度监控工作结束后,钢管内进行压力灌浆。
3. 3. 6 测温制度:在混凝土升温保持阶段, 2—3h测温一次,在温度下降阶段, 4—8小时测温一次。
3. 3. 7 混凝土的监测结果混凝土浇筑温度为12～22℃,混凝土浇捣及养护期间环境温度日平均为6～13℃。墙板超厚区域中心混凝土最高温度为71. 1℃,面层混凝土最高温度为53. 2℃,顶板超厚区域中心混凝土最高温度为68. 5℃,面层混凝土最高温度为52℃,大体积混凝土超厚部分(墙板为2. 63m,顶板为2. 4m)中心热峰出现龄期为3～3. 5天,之后温度逐渐降低。当混凝土内部与表面温度之差不超过20℃,且混凝土表面与环境温度之差也不超过10℃时,逐层拆除保温层,当混凝土内部与环境温度之差接近内部与表面温差控制值时,则全部撤掉保温层。
3. 4 大体积混凝土浇筑完毕,待其收水后,屋面蓄水保温养护,蓄水深度19cm 以上,通入蒸汽管加热,可有效地控制内外温差。墙板外侧覆盖一层薄膜和两层保温棉,内侧也覆盖一层薄膜和一层保温棉,并将加速机房的门窗洞封堵,以防散热过快。这种内散外蓄综合养护措施有效地降低了混凝土的温升值,大大缩短养护周期,对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。
3. 5 养护期间,注意天气报告,及时发出温控警报,现场准备足够的保温材料,并根据气温变化趋势以及混凝土内部温度监测结果及时调整保温层厚度。随时检查混凝土表面的干湿情况及温差(内表温差达23℃时就发警报) ,采取现场烧热水间歇浇洒的养护措施保持混凝土湿润,提高面层混凝土温度,控制内表温差在25℃以内。其间原先浇筑时搭设的防雨棚兼保温棚效用。
4 结束语
设备安装调试结束后,经江苏省卫生防疫站组织的专家组共同验收,该混凝土的抗辐射性能符合规范要求,一次性通过了专家组的验收,为医院赢得了良好的经济效益。实践证明,在优化配合比设计,改善施工工艺,提高施工质量,做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施,完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生,达到良好的防辐射效果。
参考文献:
[ 1] 祝 强,费正明. 大型地下室混凝土施工技术,云南建筑网
[ 2] 陈钧颐,张新龙. 高层建筑承台大体积混凝土施工,建筑2000网
