质子重离子辐射屏蔽防护混凝土的材料选用和施工管理.pdf

质子重离子辐射屏蔽防护混凝土的 材料选用和施工管理 M a t e r i a l s S e l e c t i o n a n d Co n s t r u c t i o n M a n a g e me n t f o r P r o t o n He a v y I o n Ra d i a t i o n S h i e l d i n g P r o t e c t i o n Co n c r e t e 王岚 上海申康医院发展中心 E 海2 0 0 0 4 1 摘 要： 以上海市质子重离子医院为例，针对工程项 目的特殊要求，介绍了质子重离子区域辐射屏蔽防护混凝土施工材 料选用和施工质量管理的： 【 作方法和经验，为类似项目提供借鉴。 关键词： 辐射屏蔽防护建筑 混凝土 材料配比 施工管理 中图分类号： T U 5 2 8 3 5 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 8 2 8 0 2 质子重离子设备是 目前国际最尖端的肿瘤治疗技术 ， 它集成 了高能物理 、 计算机 、 自动化控制等国际先进技术 ， 应用于生物影像成像、 设计、 实施和质量控制的临床实验研 究。由于质子重离子设备的特殊性 ，同步加速器的能量在 4 0 0 M e V以上 ， 因而对建筑防辐射的要求相 当高， 且该设备 在国内属于首次引进 ， 是一项全新的技术研究过程。 1 工程概况 上海市质子重离子医院项目位于上海国际医学园区， 总建筑面积 5 2 5 4 2 m 。其中， 质子重离子放疗区域面积 1 6 6 9 0 m z ， 包括地下 1 层 ( 面积为 9 1 0 0 m 2 ， 主要是质子重 离子设备机房、治疗室和操作室等 ) 、地上 2 层 ( 共 7 5 9 0 mz ，主要是辅助机房和办公用房等 ) 。质子重离子系统主要 由离子源、 直线加速器、 低能传输线、 同步加速器、 高能传输 线 、 治疗室及相关辅助系统组成。 为了保证质子重离子设备 运行过程中加速器的正常性能 ， 确保治疗的安全性、 可靠性 和精确性 ，设备供应商对质子重离子区域的建筑防辐射屏 蔽要求非常高。数万平方米的机房及治疗室防辐射体系建 筑结构均采用混凝土厚墙厚板结构。每间治疗室主辐射屏 蔽墙采用高 4 6 5 m 、 宽 2 m的钢板 竖向叠合 吊装 ， 屏蔽 区 域内混凝土浇捣总量约 3 0 8 0 0 m 0 。 2 混凝土材料的选用 2 1 模拟试验条件选择与准备 根据设备供应商提出的辐射防护屏蔽的要求， 我们会 作者简介： 王 岚( 1 9 7 0 一 ) ， 女， 本科， 工程师。 作者地址： 上海市康定路 2 号( 2 0 0 0 4 1 o 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 7 0 3 8 2 8 I 2 o 1 2 8 B lm 凼g 同中科院上海应用物理研究所的专家共同研究 ，对质子重 离子区域屏蔽用混凝土提出技术要求为 ：大体积混凝土裂 缝开展宽度 0 4 m m， 且不允许通缝存在 ： 混凝土中微量元 素钴、 银 、 铱、 铕、 钐 、 镝、 铥等元素必须保证 1 0 P P M ， 防止 派生出新的有害射线等 ( 防止上述微量元素受辐射后成为 新的放射源 ) 。 根据技术要求 ， 我们组织项 目施工总包、 相关 材料供应单位和监理单位 ，在项 目现场对混凝土进行模拟 试验。 为了使测试构件能真实反映工程结构体的技术指标 ， 测试的构件体选择 4 m 4 mx 4 m的立方体( 本工程最厚 屏蔽体板墙的厚度为 3 7 5 m ) ， 高度与实际墙体相当 ， 测试 构件模拟真实的断面及配筋要求。混凝土强度等级为 C 3 0 ， 一 次性连续浇捣 ， 全部采用商品泵送混凝土。 2 2模拟试验过程 根据项 目特殊性 ， 混凝土需测试的性能参数包括： 混凝 土拌合物性能 ， 密度、 坍落度、 新拌混凝土的凝结时间： 混凝 土力学性能 ， 抗压强度、 抗折强度、 弹性模量、 轴心抗压 ； 混 凝土耐久性指标 ， 如收缩性能 ； 混凝土绝热温升 ； 混凝土原 材料微量元素测试 ； 混凝土密度、 钻芯强度和均匀性 ； 混凝 土试件长期水分含量测试 ； 混凝土试件养护的测温。同时 ， 在模拟试验过程中， 我们要求施工单位选 用的水泥 、 矿粉 、 粉煤灰、 减水剂、 黄沙和石子等原材料也必须符合有关设备 厂商的合同技术条件和设计规定等要求。 我们会 同中科院上海应用物理研究所和施工单位 ， 初 步拟定 了 C 3 0辐射屏蔽用混凝 土配 比方案( 表 1 ) ， 并对混 凝土原材料中水泥 、矿粉和粉煤灰等所含微量元素进行测 试 ， 测试结果表明， 三种原材料单项都符合技术要求 ， 且混 凝土微量元素的总含量也都符合要求。 针对配 比方案 ， 我们又进行了混凝土拌合物和 易性和 混凝土 力学性能模拟试验。将现场的模拟试件经过 自然养 表 1 上海市质子重离子工程用 G3 0辐射屏 蔽用混凝土配合 比 强度 水灰 才 ( 水泥 矿粉 粉煤灰 黄砂 石子 外加剂 应用 等级 比 自来水 P 0 4 2 5 S 9 5 I I 级 中砂 5 - 2 5 R P 3 2 5 部位 C 3 0 0 -4 l 1 5 5 2 2 0 1 2 5 3 5 8 2 0 1 0 2 5 3 2 墙板 护 3 0 d 后 ， 进行混凝土的钻芯试件 的强度、 密度和长期含 水率的检测。由于质子重离子区域大体积屏蔽体部分混凝 土 由基础底板、 墙板、 顶板结构混凝土组成 ， 根 据屏蔽体混 凝土材料特殊性 ，我们在现场测试件混凝土浇捣前布设 了 竖向和水平方向的温度传感器，对混凝土强度形成过程 中 的内外温度差进行实样检测 ，以实际检测数据来反映大体 积屏蔽体部分混凝土内外温差变化情况 ，从而确定温差控 制指标和措施 。 试验证明： 通过加强混凝土养护初期的覆盖 包裹措施 ，可 以基本将混凝土的中心温度与表面温度差控 制在 2 5 c C 之内，有效地降低 了温度应 力对混凝土裂缝产 生 的影 响。 2 3 屏蔽辐射用混凝土性能的调整优化 根据模拟试验结果 ， 并经过相关专家评议 ， 我们在原来 配合 比的基础上进行了适 当合理 的调整( 表 2 ) 。调整后的 混凝土配合比，除限制的 5 种微量元素含量不超过技术要 求外 ， 混凝土水化热相对减小一些 ， 混凝土拌合物的和 易性 更好 不但混凝土在性能上满足工程需要， 而且在混凝土设 计强度要求上较适应 C 3 0 混凝土的设计要求。 表 2 各种原材料在混凝土中的质量优化百分比汇总 墙板混凝土 水泥 矿粉 粉煤灰 胶凝材料总量 占混凝土比例 9 2 3 4 3 4 1 5 9 2 4严格原材料的检查 为了确保原材料的质量 ， 我们组织施工单位和监理单 位 ， 多次对混凝土原材料提供厂家进行考察 ， 要求在整个屏 蔽辐射混凝土施工期间必须使用经确认的相同产地 的原材 料 ， 对原材料来源进行 了控制， 同时对搅拌站 的水泥、 外掺 剂包括沙钢矿粉和 电桥粉煤灰进行 2 次随机抽样 ，并立即 送入中国科学院上海硅酸盐研究所进行检测。对屏蔽用混 凝土原材料的钴 ( C o ) 、 银( A g ) 和铱 ( I r ) 、 铕( E u ) 、 钐( S m) 、 钆 ( G d ) 、 镝( D y ) 、 铥( T m ) 等的微量元素含量进行 了检测 ， 检测 结果满足设备厂商的要求。 3 做好各项施工管理措施 能否保证质子重离子区域结构施工及以后设备运行期 间保持稳定 的材料特性和均匀性 ，对该区域辐射防护屏蔽 功能的实现至关重要。因此 ， 在该 区域建设实施过程中， 我 们对混凝土抗裂措施 、混凝土浇捣方式和养护措施等方面 加强管理 ， 严格把关。 3 1 混凝土抗裂施工管理 由于本项目大体积混凝土裂缝开展宽度限在 0 4 m m 内， 要求非常高 ， 因此， 防止大体积混凝 土开裂也成为项 目 施工管理的重点。一般混凝土防裂措施包括减少混凝土发 热量、 降低浇筑温度、 加强浇筑块散热和表面保护等。 因此 ， 在满足设计要求的情况下 ， 我们要求施工单位 尽量减少水泥水化热 ，选择气温较低 的季节或时段进行浇 筑混凝土 ， 以避开恶劣气候 ， 降低混凝土入模温度。 同时， 合 理进行分块分层浇筑 ， 采用低块浇筑利用表面 自然散热 ， 重 视保护， 对基础混凝土及其他重要部位新浇筑的混凝土， 则 进行顶面、 侧面的表面保护 ， 同时结合温度测试孔 ， 信息化 地指导施工全过程 ，确保大体积混凝土内部不产生明显的 温度裂缝 。 3 2 混凝土浇捣过程管理 为确保质子重离子 区域 混凝土浇捣工作顺利进行 ， 我 们与施工单位和监理单位共同成立混凝土浇捣施工领导小 组 ， 施工前 ， 组织全体施工管理、 操作和监理人员进行现场 技术交底和安全生产教育 ， 严格执行每道工序 ， 明确浇捣期 间不问断值班巡查制度 ， 安排好交通组织路线， 落实现场搅 拌车回车路线及场外停车位置 ，落实专人负责车辆保洁清 洗 ； 确保各类机械装置完善、 安全 、 可靠， 现场还配备双路供 电或 自备 电源 ， 确保供水、 供 电， 施工管理和监理人员现场 跟踪监督和旁站监理 ，确保 了混凝土连续浇捣的规范性和 满足设计要求。 3 3养护措施 本项 目的混凝土养护应重点把握 3 个环节 ， 即 ： 保证湿 度 、 调控温差、 控制养护期限。 首先采用厚 2 0 m m 、 具有较高 强度和平整度的优质涂塑模板，规定 了竖 向模板至少保留 1 0 d才能拆除 ，水平模板在混凝土达 到设计强度才能拆 除 ；其次使用了双层薄膜覆盖保温保湿养护 ，薄膜具备抗 裂 、 抗拉强度和柔韧性 ， 以减少混凝土表面热量散发。为 了 保证第一时间提供即时温度值 ， 以确保其可靠性 、 及 时性和 准确性 ，我们从混凝土浇捣开始就进行 多点温度微机测量 系统的实时测试。在测试过程 中， 密切注意天气变化 ， 使混 凝土表面和 内部温度温差严格控制在 2 5 c c 之内 ，并在养 护期间落实专人负责 ， 定期巡视检查 ， 及 时发现 问题、 解决 问题。 4 结语 根据本项 目工程的特殊性 ，通过对辐射防护屏蔽用混 凝 土的模拟试验 ， 获得了相应施工控制参数和实测数据 ， 对 混凝土配合比进行 了验证和优化。 同时， 进一步加强了对质 子重离子放疗区屏蔽辐射混凝土施工管理和原材料供应把 关 ，使本工程质子重离子区域屏蔽辐射混凝土浇捣工作顺 利完成 ， 屏蔽辐射混凝土质量满足设备供应商要求。 建 缱 施 工第3 4 卷第8 期 J 8 2 9