Аналіз радіоактивності будівельних матеріалів для житлового та громадського будівництва

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Після Чорнобильської катастрофи у населення нашої країни радіоактивність асоціюється з викидами. Проте, як показують дослідження різних вчених, найбільшу дозу опромінювання, людина одержує від природних джерел радіації або природного постійного радіаційного фону (рис. 1). Він складається з космічної радіації і природних радіоактивних елементів земної кори (урану, радію, торію, калію тощо). До 94 % сумарної дози радіації людина отримує від природних джерел зовнішнього опромінювання, яка формується природними гамма-опромінюючими радіонуклідами, що містяться в будівельних матеріалах [1]. Формування доз опромінювання населення залежить від матеріалів з яких виготовлені конструкції будівлі, в якій людина знаходиться майже 80 % часу. Будівля - це екран для зовнішнього поглинання радіації (космічної, техногенної), а з іншого боку, - будинок сам формує дозу радіації за рахунок вмісту радіоактивних матеріалів в конструкціях.

ізотоп радіоактивність будівельний

Рис. 1. Основні джерела іонізуючого випромінювання і обумовлені ними ефективні дози, (%)

Аналізуючи тривалість життя людей на різних територіях та в різних країнах, а також враховуючи світову глобалізацію варто звернути увагу на те, що всі люди знаходячись під однаковим природнім впливом радіації мають досить велику різницю в тривалості життя (рис. 2). Середня тривалість життя в Україні складає 66,68 р. (чоловіки - 61,35 р., жінки - 72,37 р.). За цим показником Україна посідає 149 місце серед 226 країн світу.

Рис. 2. Середня тривалість життя на планеті

На нашу думку, що є робочою гіпотезою досліджень, фактором, який чинить найбільший вплив на здоров'я та тривалість життя людини є радіоактивність середовища, а саме будівлі, в якій вона проживає, працює, відпочиває і т.п. Радіаційний фон приміщень залежить від виду будівельних матеріалів і конструкцій будівель, вентиляції приміщень, їх призначення, поверховості, а також місцевості, де розміщена будівля і т.п.

З метою здешевлення вартості житла, виробники будівельних матеріалів завжди прагнуть використовувати природні місцеві будівельні матеріали та відходи різних виробництв (бокситові шлами, відходи переробки фосфорних руд, фосфогіпс, металургійні шлаки і золи, золи і шлаки ТЕС). Якщо відходи промисловості, які застосовуються у будівництві, часто мають високу радіоактивність [3], а тому підлягають обов'язковому ретельному контролю, то матеріали з природної мінеральної сировини, що складають 60-80% ринку будівельних матеріалів, розцінюють у більшості випадків, як цілком безпечні і чисті. Однак багато гірських порід із самого початку свого утворення в земній корі володіють радіоактивністю, яка залежить від місця розміщення гірських порід, глибини їх залягання та виду. Так, радіоактивність гірських порід вулканічного походження (граніт, пемза, туф) більш висока, ніж, наприклад, для карбонатних порід (вапняки, мармур, гіпсовий камінь і т.п.), які відносяться до осадових та метаморфічних. Питома активність природних радіонуклідів, які містяться в природних піску, гравії і щебені, як правило, близька до середніх показників ґрунту та земної кори [4, 5]. Також на підвищений вміст радіонуклідів у гірських породах впливає місцезнаходження в межах Українського кристалічного щита та поблизу уранових руд чи радонових джерел, а викиди після аварії на ЧАЕС забруднили такі будівельні матеріали, як глини, суглинки, піски тапіщано-гравійні суміші, і навіть будівельну деревину[5, 6].Як наслідок, підвищений вміст радіонуклідів мають і матеріали, отримані на основі цієї сировини, наприклад, керамзит та керамічна цегла - основний стіновий будівельний матеріал. У меншій мірі радіонукліди містяться у в'яжучих (цементі, вапні, гіпсі), які виготовляються із карбонатної сировини і гіпсового каменю, які мають порівняно зменшений вміст радіонуклідів. Отже, надзвичайно важливо для будівельних матеріалів враховувати вміст радіонуклідів у початковій сировині.

Основними радіактивними ізотопами, які зустрічаються у гірських породах і мають вплив на радіоактивність будівельних матеріалів, є калій-40, радіонуклідии урану U-238 і торію Th-232 і продукти їх радіоактивного розпаду: радон-222 і радон-220 (торон). Саме на радон, а особливо продукти розпаду Ra-226, і в тому числі вивільнений із будівельних матеріалів, припадає найбільша доза опромінення [5]. На питому активність радію має істотний вплив спосіб виробництва будівельних матеріалів [6]:

- для матеріалів, отриманих механічною обробкою природного каменю, вміст природних радіонуклідів буде таким же, як і гірській породі;

- для композиційних безвипалювальних матеріалів (бетон, розчини) вміст радіонуклідів залежить від складу і являється лінійною функцією вмісту окремих компонентів [7]. Причому вміст радію, наприклад, можна регулювати, заміняючи компоненти з підвищеним вмістом на компоненти з пониженим вмістом радіонуклідів;

- для будівельних матеріалах, які отримують випалюванням, спіканням (кераміка, цемент) чи плавленням (скло і мінеральні розплави) виникає концентрація радіонуклідів за рахунок вигорання різних домішок, розкладання мінералів і ущільнення структури. Тому такі матеріали мають підвищену радіоактивність, а їх застосування може призвести до додаткового опромінення населення. Проте, знаючи коефіцієнт концентрації, можна прогнозувати питому активність радіонуклідів у готовому матеріалі чи конструкції [7].

Висновки щодо радіоактивності будівельних матеріалів, видані різними лабораторіями говорять про те, що вона знаходиться в межах норми і є безпечною для людини (табл. 1, рис. 3). Проте лабораторія не розраховує загальну радіоактивність всіх матеріалів, які використані при будівництві об'єкта, і не враховує термін перебування в приміщенні людини. Такі дослідження повинна проводити лабораторія безпосередньо всередині будівлі перед здачею її в експлуатацію, разом з енергетичним паспортом та іншими документами.

Таблиця 1. Радіоактивність вітчизняних будівельних матеріалів

Рис. 3. Радіоактивність закордонних будівельних матеріалів

Основними джерелами надходження радону в приміщенні є:

- підґрунтовий простір під будівлями (проявляється зазвичай на територіях з підвищеною потенційною радононебезпекою);

- матеріали огороджувальних конструкцій будівель (спостерігається в усіх випадках, коли стіни і перекриття будівель виготовлені з природних будівельних матеріалів).

Останнім часом в Україні активно проводяться дослідження способів зменшення радіоактивності будівельних матеріалів. Їх, на нашу думку, можна розділити на такі види [1, 8, 9]:

- використання низько-радіоактивних складових, які при комплексному впливі не перевищать граничні дози при тривалому перебуванні людини;

- використання технологічних способів обробки матеріалів, при яких зменшується їх радіоактивність (спільний помел, тощо);

- використання матеріалів, які при застосуванні з іншими, знижують їх радіоактивність;

- застосування різних «радонозахистих мембран», бар'єрів: зведення монолітної залізобетонної плити під будівлею; застосування багатошарових газо- і гідроізоляційних матеріалів або тонких плівкових рулонних матеріалів, які володіють високою стійкість до дифузії радіоактивних газів; покриття із текучих матеріалів на несучій основі; просочення чи нанечення рідких тверднучих складів на шар сипучого пористого матеріалу; герметизація стиків і технічних прорізів і т.п.;

- влаштування декомпресуючого простору між ґрунтовою основою і підлогою, коли радон збирається в спеціальні камери, шари гравію, і виводиться по трубі назовні.

На стадії проектуванні будівель можна оцінити радіаційний фон приміщень, знаючи швидкість дифузії радону і його об'ємну активність, які залежать від складу і структури будівельних матеріалів. Так матеріали з щільною структурою стабільного складу (наприклад, окремі види тонких плівкових газонепроникних рулонних матеріалів, керамічні та керамогранітні вироби) мають низькі значення коефіцієнта дифузії радону, що дозволяє використовувати їх в якості покриття, що зберігає свої радонозахисні властивості практично на весь період життєвого циклу будівель [8, 10].

У результаті досліджень і перевірок було встановлено, що вміст радону у приміщенні залежить не лише від виду матеріалу, але і його розміщення в конструкціях, наявності оздоблювального шару тощо. Так, наприклад, у багатошаровій конструкції стіни з теплоізоляційним шаром із пінополіуретану та двома оздоблювальними шарами знижується щільність потоку радону в 1,5 рази. Таким чином, моделюючи конструкцію стін, можна на стадії проектування регулювати гамма-фон приміщень [11].

Такі заходи є надзвичайно актуальними, адже дозволяють знизити рівень еквівалентної рівноважної об'ємної активності (ЕРОА) ізотопів радону в повітрі приміщень верхніх поверхів багатоповерхових будівель, де після закінчення будівництва і при подальшій експлуатації фактично єдиним заходом зниження ЕРОА радону залишається збільшення кратності повітрообміну[8]. Однак цей захід може порушувати тепловий баланс будівель і створювати певний дискомфорт для людей.

Одночасно при веденні реконструкції і капітального ремонту панельних і бетонних будівель житлового фонду України необхідним є зниження радіаційного г-фону в їх помешканнях, який значно перевищує потужність дози г-випромінювання в приміщеннях дерев'яних та цегляних будинків (табл. 2). Величина потужності поглиненої дози в приміщеннях будівлі, що характеризує зовнішню складову ефективної дози опромінення, залежить також від змісту г-випромінюючих радіонуклідів у видах будівельних матеріалів, які використовуються для огороджувальних та несучих конструкцій приміщення [5].

Таблиця 2. Потужність поглинутої дози г-випромінювання в житлових будівлях України та світу на базі місцевих будівельних матеріалів*

* допустиме значення не більше 0,26 мкГр/год.

Одним із перспективних сучасних будівельних матеріалів є сухі будівельні суміші, що дозволяють, крім ряду технологічних та економічних переваг, у порівнянні із традиційними розчинами, отримувати нові якісні склади з заданими спеціальними властивостями. Так, сьогодні можна отримати сухі будівельні суміші для різних видів робіт, а також поризовані склади для заповнення теплозвукоізоляційного прошарку підлог цивільних будівель, використовуючи відходи подрібнення вапняку, дрібні піски, високо пластичні глини як комплексний наповнювач [12-13]. Ці природні матеріали мають низьку радіоактивність та не використовуються для виробництва традиційних бетонів, розчинів та керамічних виробів відповідно. Сухі будівельні суміші можуть бути використані для створення багатошарових конструкцій стін, підлог, перекриття, дозволить регулювати та знизити гамма-фон приміщень. Також, перспективним є напрямок використання відходів промислового виробництва, що у комплексі з мінеральними заповнювачами, дають ефективні екологічні сухі будівельні суміші [14-15].

Висновки:

- Радіаційний фон житлової та громадської забудови, в приміщеннях якої людина перебуває до 80% часу, впливає на здоров'я та тривалість її життя.

- Для покращення якості забудови потрібно контролювати не тільки радіоактивність матеріалів, з яких вона побудована, а й радіоактивний фон помешкання в цілому перед заселенням.

- Необхідно розробляти заходи, щодо зниження радіоактивності існуючої забудови.

Література

1. Очеретний В.П. Шляхи зниження радіоактивності будівельних матеріалів та виробів/ В.П. Очеретний, О.М. Друкований// Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - 2011. - № 1. - С. 40 - 46.

2. http://cementishe.com.ua\Neobhodimost'_kontrolya.html.

3. Радиация, дозы, эффекты, риск: пер. с анг. Ю.А. Банникова. - М.: Мир, 1988. - 78 с.

4. Назиров Р.А. Естественная радиоактивность строительных материалов / Р.А. Назиров // Известия вузов. Строительство. - 1998. - №11-12. - С. 56-63.

5. Беликов А.С. Радиационная безопасность зданий и сооружений с учётом инновационных направлений в строительстве: [учебник] / А.С. Беликов, Г.С. Калда, И.А. Соколов, А.В. Пилипенко, С.Ю. Рагимов; ред.: А.С. Беликов; ГВУЗ "Приднепров. гос. акад. стр-ва и архит.". - Д.: Середняк Т.К., 2013. - 365 c. - Библиогр.: с. 351-365 - рус.

6. Гулимова Е.В. Экологическая безопасность строительных материалов и изделий: учеб. Пособие / Е.В. Гулимова, Т.А. Младова, Н.В Муллер. - 2-е изд., доп. - Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014. - 108 с. - ISBN 978-5-7765-1039-7/

7. Лукутцова Н.П. Естественные радионуклиды в строительных материалах. / Н.П. Лукутцова // Строительные материалы. - 2002. - №1. - С. 20-22.

8. Световидов А.В., Стамат И.П., Венков В.А. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДОНОЗАЩИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЛИЦОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И МАТЕРИАЛОВ. - Радиационная гигиена. - 2014;7(3). - С. 19-25. - DOI:10.21514/1998-426X-2014-7-3-19-25.

9. Гацко, Т.А. Радиационная безопасность строительных площадок зданий и сооружений / Т.А. Гацко; науч. рук. С.Н. Банников // Актуальные проблемы геотехники, экологии и защиты населения в чрезвычайных ситуациях: материалы 69-й студенческой научно-технической конференции, 25 апреля 2013 года. В 2 ч. Ч. 1. Среда обитания человека и ее изучение / ред. кол. С.В. Игнатов, Т.М. Архангельская, Ю.В. Анисимов; под общ. ред М.И. Никитенко. - Минск: БНТУ, 2013. - С. 19 - 21.

10. Yahong, M. Physical Models and Limits of Radionuclides for decorative building Materials / M. Yahong, L. Yigang, F. Yuchuan // Health Phys. - 2006. - V. 90. -Р. 471-475.

11. Лукутцова Н.П. Получение экологически безопасных строительных материалов из природного и техногенного сырья: автореф. … д-ра техн. наук / Лукутцова Наталья Петровна. - Белгород, 2005. - 42 с.

12. Бондарь А.В. Использование карбонатных пород как микронаполнителей в сухих строительных смесях пористой структуры / А.В. Бондарь, В.П. Ковальский, В.П. Очеретный // АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АРХИТЕКТУРЫ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИИ - 2016. Сборник материалов международной научно-практической конференции: в трех томах. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет». - 2016, Издательство: Тюменский индустриальный университет (Тюмень). - С. 2017-213.

13. Використання глиняного порошку як мінерального мікронаповнювача у сухих будівельних сумішах [Текст] / В.П. Ковальський, В.П. Очеретний, А.В. Бондарь, А.С. Кузьмич // Збірник наукових праць Sworld «Сучасні проблеми та шляхи їх вирішення в науці, транспорті, виробництві та освіті». Мистецтвознавство, архітектура і будівництво - Сучасні будівельні технології та матеріали, 7-14 липня 2016 р. - 2016. - С.

14. Очеретний В.П. Використання відходів вапняку та промислових відходів у виробництві сухих будівельних сумішей [Текст] / В.П. Очеретний, В.П. Ковальський, А.В. Бондар // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - 2009. - № 1. - С. 36-40.

15. Ковальський В.П. Обґрунтування доцільності використання золошламового в'яжучого для приготування сухих будівельних сумішей / В.П. Ковальський, М.С. Лемешев, В.П. Очеретний, А.В. Бондар //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі і споруди. Низькоенергоємні в'яжучі, бетони і розчини: Матеріали VIII науково-практичного семінару (30-31 жовтня 2013 р., м. Рівне, НУВГП) «Структура, властивості та склад бетону»: збірник наукових праць. - Випуск 26, 2013. - Рівне: Видавництво Національного університету водного господарства та природокористування. - С. 186-193.

Размещено на Allbest.ru