防輻射建筑材料在醫(yī)院建設(shè)中的應(yīng)用研究

王姣

摘 要：現(xiàn)代醫(yī)院中具有大量的電磁機(jī)械設(shè)備，這會(huì)導(dǎo)致院內(nèi)輻射量過大，為保證工作人員以及院內(nèi)患者的身體健康，需要在醫(yī)院的建設(shè)時(shí)使用防輻射建筑材料。在制備醫(yī)院用防輻射混凝土的過程中，設(shè)計(jì)混凝土配置與施工的具體流程，測試該防輻射建筑材料的工作性能、抗壓抗折強(qiáng)度、熱重?fù)p失率以及孔隙性能，同時(shí)獲取該混凝土的輻射屏蔽效果，在機(jī)房門口、操作空間內(nèi)部、機(jī)房東墻、機(jī)房西墻、機(jī)房南墻、機(jī)房北墻、機(jī)房頂部7個(gè)位置的輻射量分別為0.001、0.012、0.015、0.007、0.014、0.018、0.015 μSv/h，均小于2.5 μSv/h，可見該防輻射建筑材料在醫(yī)院基建中確實(shí)能夠起到應(yīng)有的防輻射效果。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院建設(shè)；防輻射性能；防輻射建筑材料；輻射量；混凝土建筑材料；

中圖分類號(hào)：TU528.35

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）11-0069-04

Research on the application of radiation-proof building materials in hospital construction

WANG Jiao

（

Department of Infrastructure Construction，the Fourth Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050011，China

）

Abstract：There are a large number of electromagnetic mechanical equipments in the modernhospital，which directly leads to a large amount of radiation in the hospital.In order to ensure the health of staff and patients in the hospital，it is necessary to use radiation-proof building materials in the hospital construction.In the process of preparing radiation-proof concrete for hospitals，the concrete configuration and construction process were designed，the working performance，compressive bending strength，thermal weight loss rate and pore performance of the anti-radiation building material were tested，and the radiation shielding effect of the concrete was obtained.The radiation amount at the door of the machine room，the inside of the operating space，the east wall of the machine room，the west wall of the machine room，the south wall of the machine room，the north wall of the machine room and the top of the machine room was 0.001、0.012、0.015、0.007、0.014、0.018 and 0.015 μSv/hrespectively，allless than 2.5 μSv/h，indicating that the radiation-proof building material couldreally play its radiation protective effect in the hospital construction.

Key words：hospital construction，radiation protection performance;radiation-proof building material;radiation amount;concrete building materials

電磁輻射是一種十分常見的污染，長期暴露在電磁輻射的環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致人體免疫力下降，細(xì)胞被破壞，甚至造成器官的惡性病變。大量高強(qiáng)度的電磁波磁場會(huì)提高癌細(xì)胞的增殖速度，誘發(fā)癌變，未成型的胎兒也會(huì)在電磁波磁場中提高遺傳病的發(fā)病率。電磁輻射最嚴(yán)重的區(qū)域就是醫(yī)院，作為承擔(dān)著急救、醫(yī)療、療養(yǎng)、科研等項(xiàng)目的綜合型設(shè)施，醫(yī)院內(nèi)必然有著很多會(huì)發(fā)射電磁輻射的大型檢查設(shè)備［1-3］。因此，需要提高醫(yī)院內(nèi)部機(jī)械設(shè)備周邊建筑的防輻射性能，為了提高對(duì)輻射的屏蔽性能，可以在建筑施工中使用防輻射建筑材料，使用表觀密度較大或者穩(wěn)定性能較好的粗骨料，切斷輻射路徑。

1 醫(yī)院用防輻射混凝土的制備

1.1 原材料選取

相比于普通的混凝土建筑材料，防輻射材料的原材料在選取過程中存在一定的差異。除普通水泥外，還需要一些水化后結(jié)合水含量較多的粗骨料和細(xì)骨料，除此以外，還需要存在外加劑等減水劑成分［4-5］。在醫(yī)院的基礎(chǔ)建設(shè)中，水泥的化學(xué)成分含量如表1所示。

由表1可知，組成成分的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度可以達(dá)到27%，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間分別為220 min和330 min，抗壓強(qiáng)度在第7 d和第28 d分別為26.4、56.3 MPa，抗折強(qiáng)度在上述2個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)則分別為4.4、7.6 MPa［6-8］。在向水泥中添加礦物摻合料時(shí)，硅灰、粉煤灰和石灰石粉是必不可少的2個(gè)重要組成成分。骨料可以分為粗骨料和細(xì)骨料，其自身需要滿足一定的密度要求，并符合輻射自身的規(guī)定［9］。在實(shí)際的工程中，還需要嚴(yán)格控制骨料的級(jí)配需求，由于骨料本身質(zhì)脆的特性，在破碎后的級(jí)配差較差，因此很難達(dá)到理想的級(jí)配要求。此時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)骨料進(jìn)行選擇性破碎處理，并按照比例篩選出一定粒徑范圍內(nèi)的骨料，使其體積包括在70%～80%［10-11］。天然骨料的表觀密度約為2 000～2 500 kg/m3，其變化范圍較大，硫酸鋇的含量也會(huì)隨之發(fā)生變化。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

想要保證混凝土材料的防輻射性能以及抗壓抗折強(qiáng)度，需要令其具備較高的致密堆積結(jié)構(gòu)，計(jì)算粒徑結(jié)構(gòu)可以使用公式：

Kd=Dp－Dp，minDp，max－Dp，min（1）

式中：Kd表示混凝土顆粒粒徑組成部分的整體堆積密度；Dp表示顆粒粒徑；Dp，max和Dp，min分別表示最大和最小粒徑［12-13］。在不同的混凝土配合比中，需要保證砂漿混合料與目標(biāo)曲線之間的擬合數(shù)據(jù)達(dá)到最小差值：

Hrss=∑ni=1HminKi+1-HmaxKi+12Nm（2）

式中：Hrss砂漿混合料與目標(biāo)曲線擬合數(shù)據(jù)的最小差值；Hmin和Hmax分別表示目標(biāo)顆粒的粒徑與數(shù)量偏差的最小值與最大值；Ki+1表示顆粒粒徑［14］。在獲取了完整的分布擬合曲線之后，還需要獲取目標(biāo)擬合系數(shù)：

Rm2=1-∑ni=1HminKi+1-HmaxKi+12∑ni=1HminKi+1-H-min2（3）

式中：Rm表示粒徑曲線的相關(guān)參數(shù)。以10%的差額為一個(gè)級(jí)別，設(shè)置替換率為0%～40%。配置強(qiáng)度的計(jì)算公式：

Pf=WiCi+1.254σk（4）

式中：Pf表示配置強(qiáng)度；Wi和Ci分別表示第i中配置材料的表觀密度；σk表示水泥塌落度。通過上述公式，可以獲取水泥、粗骨料、細(xì)骨料、礦物拌合料等混凝土基本材料的配合比［15］。

1.3 混凝土制備

為保證混凝土的防輻射性能更好，在選擇材料的過程中，需要適當(dāng)添加一定量的膨脹劑，并降低水泥水化熱量。整體的施工流程如圖1所示。

提前掌握室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律，保證在澆筑時(shí)不會(huì)因溫度溫差過大而造成開裂現(xiàn)象［16］。尤其是在炎熱的夏季施工時(shí)，需要在澆筑間進(jìn)行降溫處理。在制備混凝土過程中，振搗是必不可少的。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 工程實(shí)例

選擇某醫(yī)院的加速器機(jī)房作為研究對(duì)象，為減少機(jī)房對(duì)外界的輻射量，使用防輻射建筑材料進(jìn)行施工，機(jī)房的平面設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

在圖2所示的機(jī)房中，主屏蔽墻厚度為2.8 m，副屏蔽墻厚度為1.8 m，出入過道的厚度為1.0 m。在門框處安裝框架式防護(hù)門，門上附帶3 mm不銹鋼板，門縫銜接厚度為20 cm。依據(jù)該機(jī)房框架，對(duì)防輻射建筑材料的性能進(jìn)行分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將防輻射建筑材料編號(hào)為H-0，將其與H-1、H-2、H-3此3種建筑材料進(jìn)行對(duì)比，綜合判斷4種混凝土材料的性能。

2.2.1 工作性能

使用流動(dòng)性作為防輻射混凝土工作性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)大型粒徑、中型粒徑、小型粒徑、微型粒徑四種型號(hào)的混凝土材料流動(dòng)性進(jìn)行測試，從而判斷其工作性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

在圖3中，設(shè)置0～0.5 mm為微型粒徑，0.5～1.0 mm、1.0～1.5 mm、1.5～2.0 mm分別為小型粒徑、中型粒徑、大型粒徑。在4種混凝土材料下，本文H-0材料在上述4種粒徑中的流動(dòng)性分別為257、276、242、235 mm，可見當(dāng)混凝土材料的大小為小型粒徑（0.5～1.0 mm）時(shí)，流動(dòng)性較強(qiáng)，其他3種混凝土材料的對(duì)比結(jié)果同樣可以證明該結(jié)果。對(duì)比4種不同的混凝土防輻射建筑材料，本文的混凝土材料流動(dòng)性明顯大于其他3種材料。由此可知，H-0材料的工作性能更好。

2.2.2 抗壓抗折性能

抗壓抗折性能是評(píng)價(jià)混凝土材料的基本力學(xué)性能，對(duì)混凝土進(jìn)行單向施壓，材料在單位面積上受到的荷載力被稱為抗壓強(qiáng)度，材料所能受到的極限承載折斷應(yīng)力即被成為抗折強(qiáng)度。如圖4所示，分別在抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度中設(shè)置4個(gè)時(shí)間段：7、14、21和28 d。H-0材料在第7 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為77、17 MPa，第14 d時(shí)的分別為86、17 MPa，第21 d時(shí)的分別為94、16 MPa，第28 d時(shí)的分別為108、17 MPa。

由此可見，隨著時(shí)間的增加，抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定程度的提高，且H-1、H-2、H-3此3種建筑材料的抗壓強(qiáng)度在同一時(shí)間段內(nèi)均小于本文的H-0材料。在抗折強(qiáng)度的對(duì)比中，施壓時(shí)間的增加不會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，4個(gè)變量下的抗折強(qiáng)度接近，且本文的H-0混凝土材料抗折強(qiáng)度明顯大于其他3種建筑材料。

2.2.3 熱重分析測試

很多材料在固化后，重量就不會(huì)發(fā)生過大的改變，但是一旦受到高溫的影響，質(zhì)量會(huì)逐步減小。分別測試在不同溫度影響下，4種建筑防輻射材料的樣品質(zhì)量損失值，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著溫度的升高，樣品質(zhì)量的損失量在不斷增加。H-0樣品在溫度135 ℃時(shí)開始出現(xiàn)質(zhì)量損失，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃時(shí)，其質(zhì)量損失達(dá)到了3.2%。H-1樣品在溫度80 ℃時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量損失，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃時(shí)，其質(zhì)量損失達(dá)到了6.7%。H-2樣品在溫度63 ℃時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量損失，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃時(shí)，其質(zhì)量損失達(dá)到了7.9%。H-3樣品在溫度71 ℃時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量損失，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃時(shí)，其質(zhì)量損失達(dá)到了8.4%。由此可見，本文設(shè)計(jì)的H-0型防輻射建筑材料耐溫性更強(qiáng)，出現(xiàn)質(zhì)量損失的溫度在100 ℃以上，且溫度持續(xù)增加時(shí)，質(zhì)量的損失率也相對(duì)較小。

2.2.4 孔隙測試

當(dāng)替換率相同時(shí)，孔隙體積也是衡量某類建筑材料性能的重要指標(biāo)。使用全自動(dòng)壓泵儀作為測試工具，接觸角為130°，獲取不同孔隙大小下的累計(jì)侵入量，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著孔隙大小由10 nm增至1 000 nm，建筑材料在孔隙測試時(shí)的累計(jì)侵入量也在不斷減小。在H-0材料中，當(dāng)孔隙大小為10 nm時(shí)，累計(jì)侵入量為0.037 mL/g；當(dāng)孔隙大小增至10 000 nm時(shí)，累計(jì)侵入量已經(jīng)減小至0.002 mL/g。其余3種對(duì)比材料的累計(jì)侵入量變化趨勢與H-0相同，但在相同孔隙大小條件下，均大于H-0材料。

2.3 輻射屏蔽效果

使用γ射線光譜儀作為輻射屏蔽的射線發(fā)射裝置，并在圖3所示的機(jī)房內(nèi)部發(fā)射輻射。此時(shí)各位置的輻射監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

由表2可知，機(jī)房門口的輻射量明顯小于其他幾個(gè)位置，且在各位置的輻射量均小于2.5 μSv/h。由此可見，上述4種防輻射建筑材料在醫(yī)院中確實(shí)能夠起到應(yīng)有的防輻射效果。橫向?qū)Ρ?種防輻射混凝土建筑材料，本文設(shè)計(jì)的H-0材料在各位置所監(jiān)測到的輻射量均小于同位置的其他3種建筑材料。

3 結(jié)語

研制了一種應(yīng)用于醫(yī)院基建工程的防輻射建筑材料，該建筑材料在包括工作性能、抗壓抗折強(qiáng)度、高溫?zé)嶂負(fù)p失量、孔隙侵入量等的幾個(gè)基礎(chǔ)力學(xué)性能中均具備較好的性能。且通過對(duì)輻射屏蔽效果的測試可知，該混凝土建筑材料的性能良好，具備較好的防輻射效果。

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收稿日期：2023-06-15；修回日期：2023-09-22

作者簡介：王 姣（1989-），女，工程師，主要從事醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量及建筑材料等研究；E-mail：wjtdgg2008@126.com。

基金項(xiàng)目：2022年度河北省衛(wèi)生健康委醫(yī)學(xué)科學(xué)研究課題計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20230850）。

引文格式：王 姣.防輻射建筑材料在醫(yī)院建設(shè)中的應(yīng)用研究［J］.粘接，2023，50（11）：69-72.