28 Июнь 2016

И.В. БЕССОНОВ, канд. техн. наук, О.В. ЯЛУНИНА, инженер, НИИСФ (Москва)

 

Перспективность того или иного материала определяется его влиянием на систему человек — материал — окружающая среда, так как единство геохимической среды и жизни неразрывно и является важнейшим условием существования природы и человека.

 

Одним из отрицательных экологических последствий интенсификации развития промышленности, происходившей во второй половине ХХ столетия, явилось увеличение техногенного радиационного фона в результате перемещения в процессе производственной деятельности огромного количества природных радионуклидов (уран, торий и продукты их распада). Уровень концентрации этих радионуклидов на земной поверхности резко возрос в связи с извлечением ряда полезных ископаемых при их добыче из недр и последующей переработке.

 

Немалую долю в увеличение техногенного радиационного фона вносят различные строительные, в том числе и облицовочные материалы и изделия. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), годовая доза облучения в зданиях сопоставима с дозой, получаемой в процессе рентгенодиагностики.

 

Для обеспечения радиационной безопасности населения (далее РБ) при воздействии радионуклидов законом «О радиационной безопасности населения», принятым 5.12.95 г., предписывается проведение производственного контроля строительных материалов и приемки зданий и сооружений с учетом у-излучения природных радионуклидов. Закон запрещает использование строительных материалов и изделий, не отвечающих требованиям по обеспечению РБ [1].

 

Основными радиоактивными нуклидами природного происхождения, содержащимися в строительных материалах, являются: радий (226Ra), торий (232Th), калий (40К).

 

Дополнительными факторами радиационного воздействия на человека являются радон 222Rn и торон 220Tn — инертные радиоактивные газы естественного происхождения. Они образуются в результате радиоактивного распада естественных радионуклидов (ЕРН) U и Th. Радон встречается во многих материалах, в том числе и строительных, откуда диффундирует в окружающую среду (атмосферный воздух, воду). Скапливаясь в подземных резервуарах и растворяясь в воде, радон через артезианскую воду может попадать в пищу, за счет эманации из почвы поступая через вдыхаемый воздух в организм, приводит к внутреннему облучению человека.

 

Основная доза от дочерних продуктов изотопов радона реализуется в легочной ткани людей. Наибольшему облучению подвергаются пульмональная и трахеобронхиальная части легочной ткани. Эквивалентные дозы в этих тканях составляют 4 и 26,8 м3 в год. Основное последствие облучения легочной ткани — индуцирование рака легких. Накопление дочерних продуктов радона в воздухе жилых помещений обусловливает около 10% случаев рака легких.

 

В закрытых плохо проветриваемых помещениях, особенно на нижних этажах или станциях метро, объемная активность 222Rn в воздухе помещений может более чем на порядок превышать его объемную активность в открытой атмосфере.

 

Процесс выделения радона (эксхаляция) в воздух помещений состоит из двух этапов.

 

Вначале происходит эманирование радона, то есть выделение его из кристаллической решетки материала в поры строительной конструкции. Эманирование обусловлено энергией отдачи, приобретаемой атомами в результате а-распада, а также процессами диффузии и адсорбции атомов радона.

 

На втором этапе радон распространяется за счет диффузии в порах и микротрещинах материала. За время диффузии часть радона распадается, поэтому в воздух помещения попадает только часть свободного радона, находящегося в порах. Количество радона, выделяющегося в поры материала, характеризуют коэффициентом эманирования материала:

П= А12,

где А1 — активность газообразного радона в состоянии радиоактивного равновесия; А2 — равновесная активность радона в материале в отсутствие эманирования (активность радия — 226).

 

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.

 

Скорость эксхаляции радона из строительных конструкций (стен и перекрытий) зависит от эффективной удельной активности Ra-226, а также от длины диффузии Rn-222 в строительных конструкциях. Из всех природных источников ионизирующего излучения наибольший вклад в дозу облучения вносят радон и продукты его распада.

 

Строительный гипс имеет почти в 10 раз меньшую эффективную удельную активность Ra-226 по сравнению с бетоном (табл. 1). Это означает, что гипсолитовые межкомнатные переборки должны вносить небольшой вклад в суммарное поступление радона в воздух помещений [2].

 

Таблица 1

Материалы АRa, Бк/кг П АRa×η, Бк/кг
Глина

48 (10-255)

0,21

7 (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)

0,1

1,3 (0,81-2,1)

Штукатурка

9,6 (6,7-14)

0,12

1 (0,59-1,4)

Известь, мел

26 (8,1-70)

0,035

0,92 (0,04-2,4)

Кирпич керамический

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 (7-10)

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

 

Уровень облучения определяется конструкцией здания, строительными материалами и условиями вентиляции, то есть зависит от людей. Любое ограничение облучения населения может распространяться только на те источники радиации, для которых возможно влияние человека на создаваемую ими дозу облучения (принцип контролируемости облучения).

 

Под контролируемостью подразумевается не просто принципиальная возможность оказания влияния на создаваемую дозу (такая возможность имеется для любого источника), но оказание влияния с учетом разумной стоимости защитных мероприятий. Необходимость учета стоимости защитных мероприятий при обосновании их целесообразности — основополагающий принцип радиационной защиты. Она прямо вытекает из признания без порогового характера действия ионизирующего излучения. Полная защита от ионизирующего излучения может быть достигнута только в том случае, если доза от всех источников будет равна нулю, а это невозможно при любых разумных и даже неразумных затратах. Во многих видах человеческой деятельности расходы на защитные мероприятия ограничиваются разумными пределами.

 

Доза у-излучения в помещении определяется в основном удельной эффективной активностью естественных радионуклидов в строительных материалах (Аэфф). Форма и размеры помещений, толщина стен и перекрытий мало влияют на мощность дозы в помещении. Значение средней дозы облучения населения (или коллективной дозы) зависит от средневзвешенной Аэфф. Поэтому изменить ее можно только влиянием на номенклатуру используемых строительных материалов, например путем отказа от применения в жилищном строительстве материалов с наиболее высоким содержанием ЕРН. Этого можно достичь нормированием Аэфф в материалах, добываемых на отдельных месторождениях [2].

 

Данные о величине удельной активности естественных радионуклидов некоторых строительных материалов представлены табл. 2.

Таблица 2

Строительный материал Удельная активность, Бк/кг

Мощность поглощенной дозы в воздухе, нГр/ч

40К

226

232Th

Природное происхождение
Гранит

1200

100

80

300

Вулканический туф

1500

130

120

400

Глинистые сланцы (заполнители в бетоне)

850

1500

70

1450

Промышленное происхождение
Фосфогипс из фосфоритов

110

600

<5

540

Кирпич

330

280

230

580

Шлак доменный

240

70

20

110

Примечание. Мощность поглощенной дозы рассчитана для 4π-геометрии и бесконечной толщины материала, полученные значения позволяют только провести сравнения между строительными материалами и не могут служить оценкой доз в жилых зданиях, построенных из них.

 

Коэффициент эманирования η и эффективная удельная активность АRa×η в отечественных строительных материалах и почве (средние значения и диапазон вариаций) приведены в табл. 1.

 

Удельные активности ЕРН существенно отличаются для различных стройматериалов, более того, они существенно зависят от места происхождения одного и того же стройматериала. Данные табл. 2 приведены для ограниченного числа измерений, выполненных различными группами исследователей, и могут служить только ориентиром для выбора того или иного материала [3].

 

Аэфф в строительных материалах имеет широкий диапазон значений (от 7 до 4700 Бк/кг). Наиболее высокие удельные активности ЕРН характерны для пород вулканического происхождения (гранит, туф, пемза), а наиболее низкие — для пород осадочного происхождения карбонатных (мрамор, известняк), сульфатных (гипс, ангидрит).

 

Результаты исследований радио -активности строительных материалов в зарубежных странах приведены в табл. 3. В нее включены только данные у-спектрометрических измерений, дающих полную характеристику радиоактивности строительных материалов. В колонке 7 табл. 3 приведены рассчитанные эффективные удельные активности естественных радионуклидов, характеризующие величину у-фона, создаваемого данным материалом в помещениях [4].

 

Таблица 3

Страна

Вяжущие

Число

образцов

Удельная активность, Бк/кг

226Ra

228Th

40K

Аэфф

США Цемент

4

18

11

111

41

Цемент

6

22

18

155

59

Гипс

75

22

7

141

43

Норвегия Клинкер

6

96

59

814

242

Цемент

4

30

18

241

74

Гипс

2

11

3

11

16

Венгрия Цемент

12

26

18

149

63

ФРГ Портландцемент

14

<26

<18

241

<70

Известь

8

<30

22

185

<75

Гипс

23

<18

<10

96

<38

Финляндия Цемент

7

44

26

241

137

Гипс

1

7

2

26

12

Швеция Цемент

55

47

241

137

Гипс

4

1

22

7

ГДР Цемент

10

55

23

326

113

Известь

2

44

85

81

162

Гипс

7

<9

<7

<74

<24

 

В 1999—2003 гг. был проведен радиологический контроль различных гипсосодержащих строительных материалов, результаты которого приведены в табл. 4. Из табл. 4 видно, что гипсовый камень, вяжущие, сухие смеси и другие гипсосодержащие материалы имеют низкую удельную эффективную активность ЕРН, что является существенным дополнением к целому ряду других экологически положительных и защитных качеств.

Таблица 4

Продукт

Производитель

Аэфф,

Бк/кг

Сухие гипсовые смеси

Республика Молдова

21,1

Фугенфюллер (шпаклевка на гипсовой основе)

АО «СМС-Кнауф» СП

21,1

Камень гипсовый и гипсоангидритовый

Карьер Палазна,

6,7

ОАО «Гипсополимер»

29,4

Вяжущие гипсовые

ОАО «Гипсополимер»

9

11,5

Сухие гипсовые смеси:
Гольдгипс

ОАО «Гипсополимер»

21,2

17

Ротгипс

То же

13,48

12

Перлгипс

–”–

15,9

11

Наливной пол

–”–

3

8,1

Шпаклевка

–”–

12,76

6,9

Листы гипсокартонные (ГКЛ)

–”–

11,7

7,8

Листы гипсокартонные влагостойкие (ГКЛВ)

-”-

3

Плиты гипсовые для перегородок

–”–

6

6,4

 

Уникальное химическое превращение двугидрата сульфата кальция позволяет получать из него изделия с той же химической формулой, которая была заложена в природном минерале, таким образом, гипсовое вяжущее является максимально экологически чистым веществом, позволяющим получать изделия на его основе, не внося помех в естественный круговорот веществ [5].

 

Гипс не выделяет при переработке в окружающую природную среду СО2 в отличие от цемента и извести, поэтому вяжущие, получаемые из гипса, не являются аллергенами и не вызывают заболевание силикозом [6].

 

Гипсосодержащие материалы имеют малую тепло- и звукопроводность, поэтому находят применение в производстве теплоизоляционных и акустических материалов.

 

Строительные материалы, производимые на основе гипса, имеют высокую огне- и пожаростойкость. Эти свойства определяются способностью двугидрата отщеплять при нагревании полторы молекулы воды, затрудняя тем самым возгорание материалов.

 

Материал может дышать, то есть изделия из гипса способны впитывать избыточную влагу и отдавать ее, когда в помещении сухо, поддерживая тем самым равновесную влажность воздуха, что положительно влияет на микроклимат всего помещения и создает комфортные условия для человека.

 

Поскольку экология окружающей среды, в том числе и радиоэкология строительных объектов промышленного и гражданского назначения, существенно влияет на физическое и морально-психологическое состояние людей, предлагаемый подход заставляет по-иному смотреть на наиболее широко применяемые гипсовые строительные материалы.

 

Список литературы

  1. Крампит И.А., Мильчаков В.И. Законодательно-правовое, нормативное и организационное обеспечение радиационного контроля стройматериалов // Строит. материалы. 2002. № 8. С. 12-13.
  2. Ахременко С.А. Управление радиационным качеством строительной продукции М.: АСВ. 2000. С. 236.
  3. Смирнов В.П., Игнатов С.М., Уруцкоев Л.И., Чесноков А.В. Радиационный фон естественных радионуклидов строительных материалов // Строит. материалы. 1999. № 4. С. 17-19.
  4. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М.: Энергоатомиз-дат. 1989. С. 120.
  5. Сучков В.П., Веселов А.В. Экологические аспекты получения и применения высокопрочных гипсовых вяжущих // Сб. материалов семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. НИИСФ. М., 2002. С. 214-218.
  6. Ферронская А.В. Перспективы производства и применения гипсовых материалов в XXI веке // Сб. материалов семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. НИИСФ. М., 2002. С. 22-29.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»