一、引言
电子加速器是以电子束形式产生超高压线来治疗某种肿瘤疾病的设备，有直线加速器与感应加速器两种，单位为百万电子伏特，简写为MV。直线型有4-10MV，国外高达20MV。感应型有18~25MV，国外达到45MV。由于它产生的射线能量强，可以治疗X线深线治疗机及钴60治疗机所难以治疗的深部肿瘤，同时它在使用时较钴60安全。它的射线能量由电子加速器在运行中产生，而钴60治疗机不论其设备运行与否，射线由于不停地漫射，因此现在各国多用加速器代替钴60和X线深线治疗机。
二、直线加速器机房严禁泄漏射线的防辐射特殊的设计要求
为使放射治疗的直线加速器在运作时其强大射线造成的辐射不外泄，仪器所在房间的顶板、底板、四壁均采用钢筋混凝土现浇，且构件厚度往往在800mm以上，最厚处有2500mm以上。由于这些构件绝不允许出现裂缝，混凝土浇筑时因水泥水化热产生的问题尤为突出。
三、直线加速器机房防止混凝土产生裂缝的关键时期
混凝土的温度变化产生温差，从混凝土结构产生作用，该作用可分为时间温差作用和截面温差作用两种，而直线加速器机房大体积混凝土温度变化开裂，主要有截面内外温差作用引起。由于混凝土体量大，浇筑后水泥水化热在内部不易散发，引起混凝土内部温度显著升高，使凝胶体积膨胀。
另外，温度上升降低了毛细水的表面张力，使作用在混凝土内部的一部分收缩力释放，混凝土产生膨胀。浇筑过程，混凝土表面散热较快，易形成内外温差。在构件内产生压应力，而在构件表面产生拉应力。通常在混凝土构件截面上产生中间高、边缘低或相反的不均匀温度分布，此时，若这种内外温差引起的变形超过混凝土极限抗拉强度，便产生裂缝。当混凝土内部逐渐散热冷却而收缩时，由于受基底或已浇筑的混凝土的约束，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，便产生裂缝，严重者会贯穿整个混凝土块体。
水泥水化反应是一个水化过程，每千克普通硅酸盐水泥和矿渣酸盐水泥水化后的时候放热量见表1。
表1 普通与矿渣水泥的水化热比较 Kj
| 品种标号 | 325 | 425 | 525 |
| 普通水泥 | 289 | 377 | 461 |
| 矿渣水泥 | 247 | 335 | ------- |
混凝土传热性较差，散热慢，在浇筑过程中其内部的温度会很快升高。对于厚度超过800mm的大体积混凝土内部绝对温升可达35~50℃，甚至更高。笔者曾对2m厚浇筑混凝土板的实测得最高温度达到81.3℃。水泥水化放热是一个早期快后期的过程，其混凝土内部的温升一般在2~3d可达最高温度，持续一段时间以后才开始缓慢降温，约21d后降温至大气温度。混凝土早期快速升温阶段总体上处于热膨胀状态，此时，混凝土刚才塑态逐渐凝结硬化变为固态，其塑性变形能量相对较大，因此，产生超强拉应力的可能性较小，一般不会引起混凝土裂缝。但在降温阶段，混凝土从热膨胀的最大变形开始降温收缩，此时，混凝土的弹性模量也已增大，故降温收缩产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的变形能力时，就会产生收缩裂缝。因此，直线加速器机房防止混凝土产生裂缝的关键时期是在降温阶段。从实践经验来看，混凝土浇捣后7d左右的降温时最容易产生裂缝，此时是施工保养中容易被忽视、也是防止产生裂缝的关键时候，这一点施工中应该更为重视。
四、施工时温度控制
为防止水化热引起的温度裂缝，施工时温度控制是关键。施工温度控制包括以下两个方面：
（一）构件内外温差控制
即内部与外表以及外表与大气环境的温差控制。由温差引起的变形和应力值可按式(1)和（2）计算：
△L=L(t2-t1)α （1）
σt =Ec△L/L=Ec(t2-t1) α (2)
式中：△L—钢筋混凝土构件的变形值；
L—构件的长度；
t2-t1—温差，即温度变化值；
α—温度膨胀系数；
σt—混凝土温度应力
σt—混凝土温度应力
Ec—混凝土弹性模量
混凝土降温时，热量从内向外传递扩散，表面散热快，温度低，从而形成内外温差，由上面理论公式计算出允许混凝土内外温差应是5~10℃。但由于结构构件不可能受到绝对约束，混凝土也不可能完全没有徐变和塑型变形，多数工程混凝土的内外温差在10~25℃尚未开裂。因此，我国有关施工规范对这类大体积混凝土浇筑时规定内外温差宜控制在25℃内。另外，环境温度越低，产生内外温差也越大，引起混凝土开裂的机率增加，这种情况下可采取表面覆盖等措施进行温差控制以防止混凝土表面散热过快。
（二）控制混凝土内部温度
水泥水化热引起升温后，在绝热状态下混凝土内部的稳定可用下式计算：
T=T1+T2=T1+WQ(1-e-mγ)/CΡ
式中：在绝热状态下不同龄期的混凝土内部温度，℃；
T1--混凝土的浇筑温度，℃；
T2--在γ龄期时混凝土的绝热温度，℃；
W--每立方混凝土中水泥用量，kg/m2；
Q--每千克水泥水化热量，kJ；
C--混凝土的比热容，计算式可取0.97KJ(Kg·K)
ρ--混凝土的表面密度，一般取2500kg/m3；为防射线，混凝土中掺入重金属（如钡粉）时取2800-3000kg/m3；
m--系数，随水泥品种、比表面及浇筑温度而异；
γ--龄期，d。
实际上，由于混凝土浇捣时总是暴露在大气中，与大气存在热量交换，处于散热而非绝热状态中，混凝土由水泥水化热引起的温升远比绝热条件下最终水化热的温升要小。另外，混凝土内部最高温升还与浇筑块的厚度有关，块体越薄散热越快，最高升温越低；反之块体越厚散热越慢，则最高升温越高。因此，工程实践中引入一个与浇筑厚度有关的系数ξ，混凝土内部最高温度改用下式计算：
T=T1+T2ξ。
五、控制内部最高温度的措施
综上所述，混凝土内部最高温度是由浇筑温度和水泥水化热温升两部分组成，为控制内部最高温度，针对这两方面可采取以下措施：
（一）避开炎热天气
尽可能选择温度低的季节浇筑，尤其应避开炎热天气。当必须在炎热天气浇筑时，可采用冰水或深井水拌制混凝土，对骨料进行冰水冷却，设置遮阳装置以降低混凝土搅拌和浇筑温度。
（二）合理选择水泥品种和控制水泥用量以降低水化热温升
宜用掺混合材料的硅酸盐水泥，如矿渣水泥、火山灰水泥，这些水泥水化热较少。若不得不用普通水泥时，可掺粉煤灰、有缓凝作用的外加剂，并减少水泥用量、选择合适的砂石级配、采用强度高的骨料，降低或延缓水化放热。
（三）掺缓凝型减水剂
为防止出现施工冷缝，浇筑过程中需要适当延长凝结时间，同时缓凝型减水剂在延缓水泥水化的同时使水化放热速度减慢，有效降低混凝土内部温升峰值，并能改善混凝土其他方面的性能。
（四）施工过程合理化
可采用全面分层、分段分层、斜面分层三种混凝土分层浇捣方式。每层厚度不大于300mm，以加快热量散发，并使温度分布均匀。
（五）预埋蛇型石英管
在混凝土体内预埋蛇型石英管，浇筑后采用通冰水、冷却的方法控制内部温度。最后在用稠度较大的水泥浆将管道填充封堵密实。
（六）动态监控
对混凝土温度变化进行动态监控，定期测量浇筑后混凝土表面和内部温度，控制内部温差不大于25℃。
（七）保温
覆盖塑料薄膜再加草袋进行保温。覆盖厚度由热工计算结合经验选定。
（八）减轻对地基对浇筑体约束
在岩石地基或较厚的混凝土垫层上浇筑时，事先摊铺10mm厚的沥青或二层沥青油毡以消除或减少约束作用，缓和地基对基础膨胀时的侧向压力。
（十）配置暗梁
直线加速器机房四周墙体除顶部和底部配有暗梁外，在墙体中部也宜配置暗梁。
六、结束语
总之，直线加速器机房严禁泄漏射线的防辐射特殊的设计要求，且墙体厚度大，混凝土体积大，一次性浇筑，不留施工缝。在混凝土成型过程中，产生的水化热较大，容易造成温度裂缝，所以对施工要求非常严格，使用缓凝剂，缓凝减水剂，分层浇捣、预埋蛇型石英管，实行将机房墙体，楼盖底板混凝土一次连续浇捣的施工方案，有效地控制混凝土内外温差，避免因温差收缩等产生的破坏性裂缝，达到防辐射混凝土的防护性能。
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赵 枫 浙江省现代建筑设计研究院 杭州 310009
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