【摘要】本文从防辐射混凝土的构造设计、施工过程中原材料的选择、施工配合比的优化、模板支撑体系的设计、混凝土浇筑工艺、混凝土温差控制、混凝土养护七方面进行了实例分析, 有效控制了混凝土的裂缝, 提高了混凝土屏蔽功能。
【关键词】构造设计水化热温差模板支撑养护
沧州市医院放疗机房设计主要从屏蔽电磁波角度出发, 要求该放疗机房底板、墙体、顶板设计均具有良好的屏蔽功能, 而且混凝土设计要求质量密度不小于3400kg/m3, 底板厚度设计为1500mm, 墙板、顶板设计厚度均为1800mm, 并且在薄弱部位增加了构造措施, 要求在混凝土施工过程中不允许出现冷缝和降低防辐射功能的裂缝。针对该工程技术特点, 需要从以下两方面进行有效控制。
1. 防辐射混凝土设计
1.1 在一般情况下抗辐射混凝土设计厚度为1200~1800mm, 考虑到r射线是高能量、高频率的特点, 所以混凝土的设计应具有一定的密度和厚度。根据本工程的实际情况, 设计墙板、顶板厚度均为1800mm, 从而在混凝土防辐射厚度方面满足设计规范要求, 并最大限度满足使用功能的要求。
1.2 在放疗机房混凝土墙板上部设计了暗梁,高×宽= 1800×1800mm, 并且该暗梁的配筋率能够满足混凝土设计规范要求, 提高了该构件边缘部位的抗裂性要求。
1.3 在暗梁的上部增设构造钢筋Φ14@200 ( 见图2) , 这样大大提高了混凝土极限抗伸力, 能够有效防止暗梁与顶板交接处裂缝的产生, 从而提高了混凝土的屏蔽功能。
1.4 根据混凝土结构设计规范抗裂缝要求, 在整个放疗机房顶板和底板配置Φ22、Φ20钢筋, 中间设置Φ16、Φ14钢筋, 混凝土墙板配置Φ18@200双向钢筋( 见图3) , 从而在结构设计方面满足混凝土抗裂性要求。
1.5 在设计允许范围内钢筋保护层厚度取大值, 并合理设置钢筋直径, 使混凝土对钢筋的握裹力得到充分利用, 有利于预防混凝土裂缝的产生。
1.6 按照通常设计做法要求混凝土强度为C30, 考虑到本工程实际情况, 放疗机房采用C40重混凝土, 同时钢筋采用HRB335型。经查有关资料,粘结强度与混凝土强度大致成正比例关系, 所以在设计方面采用大标号混凝土和带肋钢筋共同工作,对抑制混凝土裂缝有一定积极作用。
1.7 在混凝土墙体转角处设置Φ16@200双向抗裂钢筋, 在混凝土结构设计方面有效防止了混凝土开裂现象( 见图4) 。
2. 施工方面
2.1 优选混凝土原材料
2.1.1 大体积混凝土裂缝的主要原因在于水泥水化过程中释放了大量的水化热, 因此在混凝土施
工中尽量使用低热或中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥, 并尽量降低混凝土中的水泥用量以降低混凝土的温度升高幅度。同时, 对水泥的含碱量要进行控制, 避免碱- 骨料发生凝集反应, 从而保证混凝土体积稳定性。
2.1.2 选择粗细骨料时含泥量尽量控制在1%以下, 粗骨料优先选用5~40mm级配良好、质地坚硬、质量优良的石子, 既可以减少用水量, 又可以减少水泥的用量, 降低水化热, 还可以减少混凝土收缩和泌水现象。细骨料要求细度模数在2.5~3.2的中粗砂, 从而对降低混凝土收缩、减少水化热对混凝土裂缝控制有重要作用。
2.1.3 不宜掺加粉煤灰等磨细粉来减少水泥用量。混凝土外加剂要求添加高效减水剂、微膨化剂和缓凝剂, 并添加铁粉来增加混凝土容重, 使之满足防辐射重混凝土要求。本工程添加铁粉为62kg/m3。
2.2 混凝土施工配合比控制
2.2.1 一般情况下防辐射混凝土水泥用量都要求大于350kg/m3, 考虑本工程墙、板厚度大的特点,混凝土施工配合比要求尽量减少水泥用量, 以降低水化热和混凝土收缩率。所以水泥用量多少存在一定矛盾, 要求优化混凝土配合比。
2.2.2 在混凝土配合比设计时, 在保证混凝土良好的和易性的同时应尽量降低混凝土单位用水量。采用“三低”( 低砂率、低坍落度、低水胶比) 和“三加”( 加高效缓凝剂、加微膨化剂、加铁屑) 的防辐射重混凝土的施工要求。
2.2.3 考虑工程所在地原材料的供求情况, 本工程施工配合比为水泥∶水∶砂∶碎石∶微膨胀剂∶高效减水剂∶铁粉=1∶0.4∶3.62∶5.65∶0.09∶0.035∶0.18, 要求初凝时间大于3h。水泥340kg/m3、砂1230kg/m3、碎石1920kg/m3、微膨胀剂32kg/m3、高效缓凝剂12kg/m3、铁屑62kg/m3, 测算施工配合比指标为: 初凝7.5h、砂率为0.39、水灰比0.40、坍落度13~15cm。
3. 模板支撑体系的设计
3.1 本工程采用竹胶板和钢木支撑体系。按照《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-2002) 要求, 充分考虑支模体系、混凝土自重、模板上部堆积荷载、施工荷载和振动荷载等组合荷载的影响, 制定详细的模板专项设计方案。
3.2 模板支撑系统必须按照施工规范要求布置好水平拉杆和剪刀撑, 经验收合格后才能进行模板上部安装。
3.3 放疗机房属大体积混凝土, 需根据同条件试块强度确定拆模时间。本部位混凝土强度达到100%时方可拆模。
4. 浇筑混凝土
4.1 控制好混凝土和易性, 不要使浇筑混凝土后产生分层, 出现裂缝现象。
4.2 确定每层混凝土浇筑高度、浇筑时间, 避免混凝土在浇筑过程中形成冷缝。
4.3 根据工程特点, 每层浇筑高度控制在400~500mm, 在每层振捣过程中采用两次振捣, 不过振、不漏振, 掌握好振捣时间, 确保混凝土强度、密实度, 从而保证混凝土与钢筋的握裹力, 提高了混凝土抗裂性要求。
4.4 底板、顶板混凝土振捣后, 表面容易形成较厚的水泥浆, 为提高混凝土表面抗裂性能增设10#铅丝网沉入混凝土面层下15~20mm。
4.5 混凝土收水后, 搓平混凝土表面以消除闭水裂缝。
5. 混凝土内外温差控制
5.1 大体积混凝土一般要求整体浇筑, 因此内部会形成大量水化热。混凝土搅拌时适当将碎石冷却, 并不断加入冰块, 确保混凝土出机温度控制在25℃以内。入模温度不超过20℃。
5.2 混凝土内部按设计要求布置好水流导管,进行循环水降温, 从而减小混凝土内外温差。严格控制混凝土内外温差小于20℃。
5.3 运用电子测温仪进行数据统计, 绘制降温曲线图, 制定科学的温度监控方案, 使混凝土降温过程处于受控状态。混凝土降温速度严格控制在1.5℃/h以下。
5.4 高温季节浇筑混凝土时要适当减少浇筑厚度, 利于混凝土浇筑层散热。
5.5 冬季浇筑混凝土采取保温措施, 在结构表面覆盖保温材料, 确保混凝土内外温差符合施工规范要求。
6. 混凝土的养护
6.1 混凝土表面振捣抹平后及时覆盖草帘、麻袋, 并进行浇水养护, 保持混凝土表面处于湿润状态。带模养护时间不应少于5d, 拆模后养护时间不应少于9d。
6.2 采用塑料薄膜养护对, 表面应覆盖严密, 并保持薄膜内有凝结水。
6.3 可采用涂抹养护膜和麻袋相结合的方法,既能保持混凝土表面温度又能养护混凝土。
6.4 在夏季, 混凝土构件尽量进行隔温养护。实践证明, 混凝土养护时湿度越高, 养护时间越长, 混凝土收缩就越小, 因此能够有效地控制混凝土裂缝的产生。
6.5 针对此种混凝土抗裂性高的特点, 设专人定时进行养护。
本工程采用科学设计和精湛的施工技术, 有效防止了混凝土裂缝的产生。设备安装调试后, 经省卫生厅等单位组成专家组进行防辐射专项验收, 该混凝土抗辐射性能达到了国家标准。
( 本文收稿: 2007- 12- 21)
参考文献:
[ 1]《混凝土结构设计规范》GB50010- 2002.
[ 2] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M] .中国建筑工业出版社.1997.
[ 3] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制.中国电力出版社.1999.
[ 4] 建筑施工手册.北京.中国建筑工业出版社.2003.第四版
