Радиоэкология строительных материалов

Важность экологической  оценки строительных материалов по показателю ослабления ими гамма-излучения связана с проблемами радиационного загрязнения отдельных территорий в городе и, следовательно, возможным повышением радиационного фона на площадках нового строительства и реконструируемых зданий.

Для различных территорий города и области появляются риски отклонения радиационного фона от естественного уровня земной коры. В этом случае речь пойдет о рациональном выборе конструкционных материалов специального назначения (гидроизоляционных, герметизирующих и др.) с учетом их важного свойства - создания защитного барьера от внешнего воздействия радиоактивных и других видов загрязнителей.

 

Таблица 12

Слой половинного  ослабления гамма-излучения различными материалами и веществами (В.П. Князева, 2005) 

Материал и вещество	Слой половинного ослабления, см
свинец	1,5-1,8
чугун, железо	2-3
алюминий	6-7
песок	10-14
гравий	9-12
бетон	11
глина	12
кирпич	14
земля и шлак	25
дерево	20-40
вода	30
снег	50
воздух	15 000

 

К особо значимому  природному радиоактивному загрязнению  последнее время отнесено загрязнение  помещений радоном. Из всех природных источников ионизирующего излучения радон и продукты его распада вносит наибольший вклад в дозу облучения. Радон сам по себе не опасен. Это инертный газ, который в восемь раз тяжелее воздуха. Но продукты распада радона - твердые радиоактивные частички с электростатическим зарядом. Они-то и проникают в легкие и вызывают заболевание [29].

Рост требований к  экологически безопасному строительству  связан не просто с созданием комфортной среды проживания в доме, но и с обеспечением полной безопасности жилища для здоровья человека. Установление класса материала по радиационной безопасности в настоящее время сводится только к определению эффективной удельной активности естественных радионуклидов (ЕРН). Однако ЕРН не в полной мере характеризует, например, опасность радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эманирующей способности.

При проектировании новых  зданий жилищного и социально-бытового назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность радона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м³. В построенных зданиях она не должна превышать 200 Бк/м³.

В тех случаях, когда  проведенные защитные мероприятия  не привели к снижению содержания радона в воздухе помещений до значения менее 400 Бк/м₃ , решается вопрос о переселении жильцов (с их согласия) [30].

Количество радона, выделяющегося  в поры материала, характеризуют коэффициентом эманирования материала:

 

                                                      η =                                                              (2)

 

где А₁ - активность газообразного радона в состоянии радиоактивного равновесия;

А₂ - равновесная активность радона в материале в отсутствие эманирования (активность ²²⁶Ra).

Произведение коэффициента эманирования радона на удельную активность радия-226 равно удельной активности свободного радона в материале. Эта величина получила название эффективной удельной активности радия-226. Значения коэффициента эманирования радона из строительных материалов и почвы представлены в таблице 13.

Скорость эксхаляции радона из строительных конструкций (стен и перекрытий) зависит от эффективной удельной активности Ra-226, а так же от длины диффузии Rn-222 в строительных конструкциях. Строительный гипс имеет почти в 10 раз меньшую эффективную удельную активность Ra-226 по сравнению с бетоном (таблица 13). Это означает, что гипсолитовые межкомнатные переборки должны вносить небольшой вклад в суммарное поступление радона в воздух помещений.

Наибольшим коэффициентом  эманирования отличаются почвы, из строительных материалов – глины, бетоны, пески, гравий, штукатурка. С учетом удельной эффективной активности радия-226 в строительных материалов. наибольшую активность радия обуславливают глины, бетон, щебень, гравий.

При проектировании и  при проведении строительных работ  на строительных участках большое внимание необходимо уделить выбору строительных материалов для защиты помещений от проникновения радона. При проектировании следует учитывать, что здания с подвалом обладают большей защищенностью от проникновения радона, чем здания без подвала, так как значительная часть радона в этих случаях скапливается в подвале, а не в приземных помещениях. Это особенно важно учитывать при реконструкции и реставрации, так как в процессе эксплуатации защитные свойства материалов утрачиваются за счет их деструкции [31].

 

Таблица 13

Коэффициент эманирования η и эффективная удельная активность * η в отечественных строительных материалах и почве (средние значения и диапазон вариаций) (В.П. Князева, 2005) 

Материалы	, Бк/кг	Коэффициент эманирования, η	* η, Бк/кг
Глина	48 (10-255)	0,21	7,0 (1-25)
Почва	21 (15-28)	0,21	4,1 (1,6-6,7)
Строительный раствор	15 (11-20)	0,24	3,3 (2,3-4,4)
Тяжелый бетон	27 (11-48)	0,11	3,1 (1,0-4,1)
Песок	9,6 (3,7-20)	0,2	1,9 (0,41-5,2)
Легкий бетон	23 (13-44)	0,095	1,5 (0,56-3,5)
Силикатный кирпич	14 (6,3-30)	0,10	1.3 (0,81-2,1)
Штукатурка	9,6 (6,7-14)	0,12	1,0 (0,59-1,4)
Известь, мел	26 (8,1-70)	0,035	0,92 (0,04-2,4)
Кирпич красный	36 (13-56)	0,015	0,55 (0,18-1,7)
Зола	107 (52-155)	0,008	0,55 (0,07-1,6)
Керамзитовый бетон	28 (23-74)	0,01	0,41 (0,15-0,59)
Строительный гипс	8,9 (7.0-10)	0,044	0,37 (0,15-0,59)
Известняк	3,7 (3,7-4,1)	0,046	0,18 (0,04-0,52)
Гравий	16	0,11	1,7
Щебень	35	0,091	3,5
Цемент	41	0,013	0,48

 

Во всех случаях выбор  материала нужно осуществлять с  учетом представленных в таблице 12 данных о толщине слоя для половинного ослабления гамма-излучения, и данных таблицы 14 - о коэффициенте ослабления гамма-излучений и средних значениях коэффициентов ослабления дозы радиации (К_осл) различными зданиями и сооружениям, укрытиями и транспортными средствами, а также данных таблицы 15 - средних значениях коэффициентов ослабления дозы радиации (К_осл) укрытиями и транспортными средствами.

 

Таблица 14

Коэффициент ослабления гамма-излучения различными зданиями и сооружениями (В.П. Князева, 2005) 

Типы зданий и сооружений	Коэффициент ослабления (количество раз)
Деревянный  дом:
одноэтажный  двухэтажный	2 4
производственные здания промышленных предприятий	7
Кирпичный дом:
одноэтажный двухэтажный трехэтажный многоэтажный	10 20 30 40
верхние этажи многоэтажного  дома	50
железобетонный сейсмостойкий дом	50
массивное каменное сооружение	50-100
легковой автомобиль или кузов грузового автомобиля	2

 

Таблица 15

Средние значения коэффициентов ослабления дозы радиации (К_осл) укрытиями и транспортными средствами (В.П. Князева, 2005) 

Наименование укрытий и транспортных средств	Коэффициент ослабления, Косл (количество раз)
1	2
открытые щели	3
перекрытые щели	40
автомобили и автобусы	2
крытые вагоны	2
пассажирские вагоны	3
производственные одноэтажные  здания (цехи)	7
производственные и административные трехэтажные здания	6
жилые каменные одноэтажные  дома	10
подвалы жилых каменных одноэтажных домов	40
Жилые каменные многоэтажные дома:
двухэтажные	15
первый этаж	15
1	2
второй этаж	14
подвал	100
пятиэтажные	27
первый этаж	18
второй этаж	27
третий этаж	33
четвертый этаж	34
пятый этаж	24
подвал	400-500
жилые деревянные одноэтажные  дома	2
подвалы жилых деревянных одноэтажных домов	7
жилые деревянные двухэтажные  дома	8
первый этаж	7
второй этаж	9
подвал	12

 

К_осл  - коэффициент ослабления радиации, показывающий, во сколько раз доза радиации гамма-излучения, полученная людьми в каком-либо сооружении, меньше дозы, которую они бы получили за то же время на открытой местности. Значения коэффициентов ослабления гамма-излучения (К_осл) жилыми домами приведены для населенных пунктов сельской местности. В городах значения коэффициентов ослабления для таких же здании будут на 20 % - 40 % выше за счет ослабления радиации рядом стоящими домами и другими наземными сооружениями.

Для урбанизированных территорий (антропогенноизмененных) при некорректном выборе конструкционных и отделочных строительных материалов может произойти значительное увеличение радиационного фона в помещениях за счет загрязнения материала при эксплуатации, что вредно для здоровья человека. Радиационная безопасность эксплуатируемых строительных материалов в этом случае обусловлена уже не только их происхождением, химическим составом, но и привнесенными из окружающей среды радиоактивными веществами-загрязнителями — радиоактивными частичками пыли, адсорбируемыми пористой, шероховатой поверхностью материала под действием следующих факторов:

1) природных — выделение радона, рельеф местности, проветриваемость территории;

2) техногенных — опасные объекты, места складирования слаборадиоактивных материалов и грунта, планировочные решения (плотность застройки и т.п.).

В этом случае сравнительную  оценку строительных материалов по радиационному загрязнению можно провести по их химическому составу с использованием данных по характеристикам некоторых важнейших радиоактивных изотопов для химических элементов, входящих в их состав.

Следует соблюдать осторожность при выборе новой строительной продукции, так как специальных требований к этим материалам еще нет. Например, сегодня не предъявлены требования к многочисленным вариантам сухих смесей для штукатурных и других подготовительных работ под окончательную отделку фасадных поверхностей и поверхностей внутри помещений, несмотря на то, что для их изготовления практически всегда применяют песок (в документации на продукт нет характеристик радиоактивности материала).

В такой ситуации при  выборе материалов, пока не будет регламентирована радиационная безопасность при их производстве, целесообразен оперативный контроль радиационных свойств практически всех материалов и, в первую очередь, материалов, полученных с использование отходов - шлаков, золы, фосфогипса и др.

Материалы, не содержащие в своем составе тяжелых элементов, при эксплуатации можно считать  неопасными для дальнейшей эксплуатации. В случае обнаружения при контроле отклонений от фонового значения в проектной документации следует предусматривать выбор материалов для их снижения.