Безопасность строительных материалов и изделий

По горючести все материалы делятся на горючие и негорючие. К негорючим, как правило, относятся так называемые минеральные материалы: природные камни, бетоны и растворы на минеральных связующих, керамические и стеклянные материалы, металлы. Горючие - материалы на основе органических, растительных компонентов. Это материалы из древесных волокон, большинство синтетических, пластмассовых материалов.

Горючие строительные материалы подразделяются:

- слабо горючие (Г1);

- умеренно горючие (Г2);

- нормально горючие (Г3);

- сильно горючие (Г4).

Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируется. Материалами типа Г1 и Г2 являются некоторые органоминеральные материалы, которые не поддерживают горение. При действии открытого огня они тлеют, не дают открытого огня или обугливаются. После устранения источника огня тление прекращается. К таким материалам относят фибролит, арболит, некоторые органические (органо-силикатные) композиции, а также древесина, поропласты, пропитанные антипиренами. Ряд органических материалов при действии огня не дают открытого пламени, но спекаются, оплавляются и могут выделять при этом дым с целым "букетом" вредных для здоровья человека газов. Если, например, древесина, пенополистирол при горении выделяют практически только два вида газов (СО - угарный газ, СО₂ - углекислый газ), то ряд пластмасс выделяет фенол, оксиды серы, фосфора и другие вредные вещества. Горючесть не следует отождествлять с огнестойкостью. Известно, что сооружения, выполненные из металлов, тонкостенного железобетона (армоцемента, фибробетона), не говоря о деревянных, пластмассовых конструкциях, не отличаются высокой огнестойкостью.

Под огнестойкостью следует понимать способность строительной конструкции или материала сопротивляться воздействию огня и воды при пожаре.

Предел огнестойкости - это время в минутах (часах) с момента начала пожара до выхода конструкции из строя (до потери несущей способности, обрушения, достижения необратимых деформаций или до образования сквозных трещин), или прогрева до повышения температуры на противоположной от огня поверхности порядка 220°С, выше которой возможно самовоспламенение органических материалов. Например, предел огнестойкости элементов деревянного дома - 15-20 мин, стального каркаса ~ 30 мин.

ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Огнезащита строительных конструкций осуществляется:

- пропиткой материалов антипиренами;

- покрытием поверхности огнезащитными красками (толщиной до 200 мкм);

- обмазкой огнезащитными пастами (огнестойкой мастикой и герметиками) толщиной до 2 см;

- покрытием поверхности огнезащитными штукатурными растворами (толщиной 2 см);

- покрытием огнестойкими стеклообоями;

- защитой конструкции жёсткими экранами - огнестойкими листами, плитами, панелями, цилиндры и т.п.

АНТИПИРЕНЫ Для повышения огнестойкости материалов используют специальные вещества - антипирены. При воздействии огня на материал применение антипиренов базируется на плавлении легкоплавких веществ, вводимых в состав материала (например, солей борной кислоты - буры, Na₂B₄O₇, солей фосфорной и кремниевой кислот: диаммоний фосфат, аммофос, сернокислый аммат), или на разложении при нагревании веществ, выделяющих газы, не поддерживающие горение (например, аммиак, сернистый газ). В первом случае часть тепла расходуется на плавление антипиренов, что повышает температуру воспламенения, во втором - негорючие газы, выделяющиеся при разложении солей, препятствуют распространению пламени. Требования, предъявляемые к антипиренам:

- препятствовать горению и тлению защищаемого материала;

- не вызывать коррозии металлических частей;

- долговременность действия;

- не повышать гигроскопичных свойств древесины;

- не быть ядовитыми для людей и животных;

- не влиять на лакокрасочные покрытия, нанесённые на пропитанную древесину;

- обеспечивать (самостоятельно или совместно с вводимыми в одном растворе антисептиками) биостойкость пропитываемого материала;

- не создавать затруднений при механической обработке материала;

- не влиять на свойства пропитываемого материала;

- не быть дефицитными.

Одним из лучших антипиренов является диаммоний фосфат (NH₄)₂HPO₄ (аммоний фосфорнокислый двузамещенный), который при нагревании выделяет окислы фосфора, покрывающие древесину защитной плёнкой, и негорючий газ - аммиак. Диаммоний фосфат обычно применяется в смеси с сульфатом аммония (NH₄)SO₄. Хорошим антипиреном является также смесь фосфорнокислого натрия с сульфатом аммония. В качестве антипирена может быть использована и смесь буры с борной кислотой (в соотношении 1:1).

Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения в антипирены должны добавляться антисептики (например, фтористый натрий), не снижающие огнезащитных свойств антипиренов. Виды антипиренов, их состав и расход сухих компонентов при пропитке 1 куб.м древесины представлены в таблице. Антипирены, представленные в таблице, неводостойкие, и для защиты от выщелачивания пропитанные ими деревянные конструкции во влажных условиях эксплуатации следует покрывать атмосферостойкими или влагостойкими огнезащитными красками.

Антипирены вводятся в древесину пропиткой в автоклавах или в горяче-холодных ваннах, а также при поверхностной обработке путем нанесения кистью или краскопультом. Сравнительные технические характеристики огнезащитных покрытий представлены в таблице.

ОГНЕЗАЩИТНАЯ КРАСКА Огнезащитная краска - смесь связующего, пигмента и наполнителя, которая способна к самопроизвольному затвердению, причем образующаяся пленка может служить как для огнезащиты, так и для декоративных целей. Огнезащитные краски чаще всего готовятся с использованием калиевого жидкого (силикатного) стекла K₂O_nSiO₂. Натриевый силикат (Na₂O_mSiO₂), находящийся во влажных условиях, даёт на поверхности больше высолов - белых налетов, чем калиевый. В состав огнестойких силикатных красок входят в соответствующих пропорциях огнестойкие наполнители, белила, цветной пигмент, калиевое жидкое стекло и специальные добавки. В качестве наполнителя чаще всего используется молотый вспученный (невспученный) вермикулит, перлит, тальк, волокна каолиновой ваты, распушенного асбеста. Технические характеристики огнезащитных красок на жидком стекле представлены в таблице. Огнезащитные краски заводского производства выпускаются в двухтарной упаковке. Сухую смесь смешивают с температуростойким связующим (жидкое стекло со средней плотностью - 1,3 - 1,4 г/куб.см с кремнийорганической краской типа ВН-30) на месте производства работ. При этом краска, готовая к употреблению, сохраняет свою пригодность (жизнестойкость) в течение 6-12 часов.

ПРИМЕНЕНИЕ Огнестойкие краски на жидком стекле применяют для внутренних отделочных работ (огнезащитной покраски стен, потолков, огнезащитных занавесов в театрах, кинотеатрах и других зрелищных помещениях); для повышения огнестойкости деревянных конструкций из ДВП и ДСП. Органосиликатные композиции можно использовать для покраски элементов экстерьера, металлических конструкций.

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ПАСТЫ И ШТУКАТУРКИ

Огнезащита строительных конструкций может осуществляться обмазкой, или механическим нанесением, например, набрызгом или напылением огнезащитными пастами и огнезащитными штукатурками. Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 0,5 - 1 см, штукатурок - 2-4 см.

Основное отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных цементно-песчаных шпатлевок и растворных штукатурных смесей - это отсутствие в качестве связующего портландцемента и заполнителя в виде кварцевого песка. Как известно, портландцемент при твердении наряду с гидросиликатами, гидроалюминатами и гидроферритами выделяет гидроксид кальция (Са(ОН)₂), который при действии температур свыше 550°С разлагается по реакции: Са(ОН)₂ - СаО + Н₂О. При тушении пожара водой (или просто в контакте с влажным воздухом) идет обратная реакция, при этом продукт гидратации увеличивается в объеме в 2 раза. Гашеная известь "рвет" поверхностный слой, образуются "дутики", трещины, которые способствуют проникновению огня внутрь конструкции. Составы с использованием кварцевого песка также не огнестойки: кристаллический кремнезем - основная составляющая природного песка, переходит при t = 573°С из "бетта" - модификации в "альфа", с увеличением в объеме. В результате слой штукатурки покрывается трещинами. Огнезащитные пасты и штукатурные растворы готовят на основе жидкого стекла, строительного гипса, глиноземистого цемента, пуццолановых цементов. В качестве заполнителя используется вспученный (или невспученный) вермикулит, перлит, диатомит, трепел, вулканическая пемза, вулканический туф, трасс, мелкофракционный керамзит, шунгизит, некоторые молотые металлургические шлаки, золы ТЭЦ. Применяют также волокнистые наполнители: каолиновую вату и другие минеральные волокна, распушенный асбест.

Простейшие огнезащитные пасты делаются с использованием местных "тощих" глин в смеси с водным раствором сульфитно-дрожжевого щелока (СДЩ); гипсового теста с волокнистым минеральным наполнителем и СДЩ. Их рекомендуется применять в сухих помещениях (при относительной влажности воздуха менее 65 %). Значительно более эффективны огнезащитные составы с использованием вермикулита, перлита, каолиновой ваты и соответствующих связующих. Уникальными огнезащитными свойствами обладают вермикулитосодержащие изделия. В силу высокой отражательной способности частиц вермикулита, низкой теплопроводности, их упругости, огнезащита хорошо сохраняет целостность, отличается высокой трещиностойкостью при пожаре (во время тушения трещины не образуются).

НЕГОРЮЧИЕ ОБОИ

Ряд фирм выпускает стекловолокнистые обои, предназначенные для отделки интерьеров гражданских зданий. Стекловолокнистую нить изготавливают из природного сырья: кварцевого песка, соды, доломита и извести. Из нити, изготовленной из этих чистых материалов и ткут стекловолокнистые обои. Это негорючий материал, предназначенный для отделки всех типов зданий. Обои экологически чисты, удобны в работе, не абсорбируют пены, их можно мыть. Отлично воспринимают усилия деформации в стенах, например, от сухой штукатурки. Используя в швах самоклеющуюся ленту "Финтекс" при покраске, можно полностью исключить видимость швов. Обои выпускаются белые и цветные, отличаются плотностью, прочностью, фактурой и рисунком. Стеклообои применяются в современной отделке стен офисов, коридоров общественных здаий, помещений банков, магазинов и т.п.

Огнезащитная изоляция из сборных элементов (плиты, цилиндры, маты)

Наряду с традиционными методами, так называемыми, "мокрыми" методами огнезащиты стальных конструкций, в практике строительства получают все большее распространение прогрессивные способы огнезащиты, основанные на применении облегченных облицовочных элементов (на основе минераловатных, вермикулит-перлитосодержащих, асбестовых, гипсоволокнистых и других материалов). Гипсоволокнистые, асбесто-вермикулитовые, вермикулитовые, асбесто-цементные, перлитовые огнезащитные облицовки. Технические характеристики различных огнезащитных плит смотри в таблице. Уникальными огнезащитными свойствами обладают вермикулитосодержащие изделия. В силу высокой отражательной способности частиц вермикулита, их упругости, низкой теплопроводности, огнезащита хорошо сохраняет целостность, отличается высокой трещиностойкостью при пожаре (во время тушения трещины не образуются).

Минераловатные огнезащитные изделия. Благодаря отличной температуростойкости минераловатные волокна выгодно отличаются от стеклянных волокон более высокой температурой спекания и плавления. Об этом говорят и результаты огневых испытаний. Минераловатные волокна способны не плавясь выдерживать температуру выше 1000°С, в то время, как связующие при температурном воздействии свыше 250°С испаряются. Волокна остаются неповрежденными и, в силу хаотического сцепления, обеспечивают связанность и достаточную прочность, создавая защиту от огня.

ЛЕКЦИЯ 7. Биостойкость строительных материалов

Способность строительных материалов противостоять действию продуктов жизнедеятельности живых организмов.

БИОСТОЙКОСТЬ органических строительных материалов -- стойкость древесины, камышита, пакли, толя, руберойда и пр. к действию дереворазрушающих микроорганизмов и насекомых. Степень биостойкости зависит от химического состава строительного материала, влажности и условий эксплуатации. Так, изделия из древесины и других органических материалов в воздушно-сухом состоянии при эксплуатация в холодном или умеренном климате насекомыми и микроорганизмами не разрушаются.

Недостаточная биостойкость органических материалов вызывается тем, что их составные части служат источниками питания микроорганизмов, обладающих способностью образовывать гидролитические ферменты (целлюлозу, ксиланазу), расщепляющие основные компоненты строительных материалов растительного происхождения (целлюлозу, лигвин, гемицеллюлозы).

Наиболее опасными разрушителями древесины в зданиях и сооружениях, находящихся в умеренном климатическом поясе, являются домовые грибы; домовые точильщики, черный и рыжий домовые усачи и некоторые виды термитов На строительных деталях из органических материалов могут развиваться также грибы синевы, плесени и биржевые грибы. Их появление сигнализирует о наличии дефектов в устройстве или в эксплуатации здания и о возможности поражения его в дальнейшем домовыми грибами, В странах с жарким климатом строительные материалы разрушаются главным образом термитами, а в морской воде древоточцами.

Разрушение строительной бумаги, пакли, гпдро-, термо-, звуко-, электроизоляционных целлюлозосодержащих материалов происходит в основном под действием плесневых грибов и целлюлозных бактерий.

Наиболее сильное разрушение древесины домовыми грибами происходит в сырых, плохо проветриваемых помещениях и конструкциях, где влажность воздуха близка к 100%, влажность древесивы -- к точке сорбционного насыщения (ок. 30%), а темп-ра воздуха -- обычная для жилых помещений. домовые точильщики и усачи поражают гл. обр. дрезесиму, влажность которой не превышает 20%; однако для полного цикла их развтия необходимо временное (сезонное) понижение температуры и соответственно повышение сорбционной влажности. Именно поэтому точильщики часто разрушают деревянные конструкции, подверженные действию зимних заморозков (чердачные перекрытия, концы балок, заделанные в наружные стены, и пр.). При благоприятных для них условиях домовые грибы, точильщики, усачи размножаются очень быстро и могут за несколько месяцев и даже недель частично или полностью нарушить мехамические и физикохимческие свойства недостаточно биостойких строительных материалов. Во избежание этого применяется специальная обработка материалов токсичными для микроорганизмов веществами -- антисептиками.

строительный материал экологический безопасность

Лекция 8. Естественные ионизирующие факторы окружающей среды

Ионизирующим излучением называют потоки частиц и электромагнитных квантов, прохождение которых через вещество, клетку, ткань, организм приводит к ионизации и возбуждению составляющих их атомов или молекул. Ионизирующее излучение, попадающее на землю из космоса (a,-b-частицы, c-излучение), возникает в результате радиоактивного распада атомных ядер. Искусственное ионизирующее излучение (электроны, позитроны, протоны др., а также электромагнитное излучение гамма, рентгеновского и оптического диапазонов) создается в различных ускорителях, аппаратах и пр.

Атомы одного химического элемента, ядра которого содержат разное количество нейтронов, называются изотопами. Некоторые изотопы радиоактивны, другие нет. Например, существует несколько изотопов кислорода, углерода. Радиоактивные изотопы нестабильны и при распаде превращаются в другие изотопы, испуская при этом излучение. Каждый радиоактивны изотоп характеризуется атомной массой и скоростью распада. Эту скорость принято оценивать периодом полураспада - величиной, постоянного для данного изотопа (внешние факторы не влияют на скорость разрушения). Период полураспада радиоактивных изотопов разных химических элементов варьируется от нескольких секунд до многих лет. Так, радий-266 (²⁶⁶Ra) имеет период полураспада 1620 лет (излучение a, g), калий-40 (⁴⁰К) - 1,3·10⁹лет (b, g), кальций-45 (⁴⁵Са) - 160 дней (b), фосфор-32 (³²Р) - 14,5 дней (b). Указанные выше изотопы больше всего встречаются в строительстве.

Для полного распада изотопа надо не менее 10 полураспадов времени. Проникающая сила излучения зависит от энергии. Большинство экологически значимых радиоактивных изотопов обладает энергиями от 0,16·10^-13 до 0,8·10^-12Дж. Чем выше энергия, тем больше, в предела их данного типа излучения, потенциальный ущерб для биологического материала (таблица 7).

Но, с другой стороны, изотопы с высокой энергией легче обнаруживаются в очень небольших количествах.

Поэтому они более удобны в качестве “меток”, или индикаторов.

Таблица 7 - Экологически значимые естественные изотопы, участвующие в создании фонового излучения

Изотоп	Период полураспада, лет	Излучение
Уран-235 (235U)	7·108	a***, g*
Уран-238 (238U)	5·109	a***
Радий-226 (226Ra)	1620	a***, g*
Торий-232 (232Th)	1,4·1010	a***
Калий-40 (40K)	1,3·109	b***, g***
Углерод-14 (14C)	5568	b*

Примечание: * - очень низкая энергия - 0,32·10^-13Дж; ** - сравнительно низкая энергия - 0,32·10^-13 - 0,6·10^-12Дж; *** - высокая энергия - 0,16·10^-12 - 0,48·10^-12Дж.

Естественный (природный) радиационный фон обусловлен:

космическим излучением;

земными источниками:

а. излучением радионуклидов, рассеянных в биосфере;

б. Излучением материалов и сооружений, созданных человеком.

Космическое излучение. Протоны и более тяжелые ядерные частицы, обладающие огромной энергией сталкивается с ядрами атмосферного азота, кислорода, аргона и на высоте 20км возникает вторичное высокоэнергетическое излучение, состоящее из мезонов, нейтронов, протонов, электронов и образуются космогенные радионуклиды, выпадающие на поверхность Земли с осадками и циркулирующие в окружающей среде. К ним относятся - тритий, углерод-14, бериллий-7, натрий-22 и др. (всего 1 нуклидов). Характер процессов, происходящих при взаимодействии космического излучения с веществом атмосферы, обуславливает интенсивность первичного и вторичного космического излучения, которая у земной поверхности в определенной мере является функцией высоты, геомагнитной широты и солнечной активности (таблица 8).

Таблица 8 - Космическое излучение на различной высоте

Высота, км	Мощность эквивалентно дозы	Среднегодовая доза для средних широт
	мкЗв/час	мбэр/час	мкЗв	мбэр
0	0,03	0,0035	300	30
4	0,2	0,02	1750*	17
10	2,9	0,29
20	12,7	1,27

* - для условий высокогорья.

Строительство городов и поселков на высокогорье должны учитывать повышенное космическое излучение этих местах, а жилые дома должны быть достаточно защищены. Каждый житель нашей планеты из космоса получает дозу облучения в течении года примерно в 300мкЗв (30мбэр), а экипаж и пассажиры при полетах на высоте 8 - 10км в течении 2-х часов получают дозу равную дозе космического излучения на поверхности земли.

Природные лучевые нагрузки на человека, особенно те, которые обусловлены внешним -излучением, связаны с радиационным фоном строений, который определяется тремя составляющими:

вторичным космическим излучением;

-излучением строительных материалов;

радиоактивностью аэрозолей.

Доза вторичного космического излучения находится в прямой зависимости от географического положения данного населенного пункта и типа строения жилища.

В земных условиях радиационный фон создают более 60 естественных радионуклида, в том числе 32 радионуклида урано-радиевого и ториевого семейства, около 11 долгоживущих, не входящие в эти семейства (калий-40, рубидий-87 и др.), имеющие периоды полураспада от 10⁷ до 10¹⁵ лет, а также космогенные радионуклиды.

Основной вклад в дозу внешнего облучения вносят -излучающие нуклиды: свинец-214, висмут-214, тори1-228, актиний-228, а также калий-40, находящийся в основном в верхнем слое почвы.

Внутреннее облучение человека происходит радионуклидами, попадающими внутрь организма с воздухом, водой, пищей. Наибольший вклад вносят радон, калий, радий, полоний и др.

Годовая доза зависит от геологических, почвенных, атмосферных и других условий. В районах с нормальным фоном годовая ЭЭД (эффективная эквивалентная доза) внутреннего облучения почти вдвое больше дозы внешнего облучения и составляет соответственно около 1,35 мЗв (135 мбэр) и 0,65 мЗв (65 мбэр), из них 0,3 мЗв (30 бэр) на космическое излучение. ЭЭД здесь приводится, чтобы обеспечить сравнимость неравномерного облучения тела к такой же оценке его последствий, как при равномерном.

Следует отметить, что при естественном ионизирующем излучении годовая доза облучения детского организма в 1,5 раз выше, чем у взрослых. Это объясняется особенностью физиологии детского организма. Так, детский организм получает в среднем 3 мЗв (300 мбэр) продуктов распада радона с выдыхаемым воздухом.

В то же время период полувыведения цезия-137 у взрослых составляет 70…140 (в среднем 110) суток, а у детей, в зависимости от возраста от 50 до 20 сут (дети в зависимости от возраста имеют разные сроки метаболических (обменных) процессов). Чем моложе организм, тем быстрее, при прочих равных условиях, он очищается от инкорпорированных радионуклидов.

Нормирование радиоактивных излучений

В качестве юридической основы нормирования ионизирующих излучений в Украине с 1998 года принят нормативный документ “Нормы радиационной безопасности (НРБУ-97)”, которые являются обязательным для выполнения на территории Украины всеми юридическими и физическими лицами (резидентами и нерезидентами), проводящими практическую деятельность.

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

Категория А (персонал) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.

Категория Б (персонал) - лица, которые непосредственно незаняты работой с источниками ионизирующих излучений, но в связи с расположением рабочих мест в помещениях и на промышленных площадках объектов с радиационно-ядерными технологиями могут получать дополнительное облучение.

Категория В - все население.

Для лиц категорий А и Б пределы доз устанавливаются в терминах индивидуальной годовой эффективной дозы внешнего и внутреннего облучения и эквивалентных доз внешнего облучения (предел годовой эффективной дозы и пределы эквивалентной дозы внешнего облучения). Ограничение облучения лиц категории В (населения) осуществляется введением пределов годовых эффективной и эквивалентной доз в критической группе лиц категории В. Последнее означает, что значения годовой дозы облучения лиц, которые входят критическую группу, не должно превышать предела дозы установленного для категории В.

Радиоактивный расход происходит со строго определенной скоростью, характерная для каждого данного радионуклида. Время, за которое исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое, называется периодом полураспада (Т). Оно может изменяться в широких пределах. Так, например, период полураспада урана ²³⁸U составляет 4,5 млрд. лет, радия ²³⁶Ra - 1620 лет, радона ²²²Rn - 3,8 суток.

Скорость распада радионуклида называется активностью.

Количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы вещества, называется дозой. Эта величина используется для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества и живые организмы. Различают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную, эффективную эквивалентную, ожидаемую и коллективную дозы.

Экспозиционная доза - мера ионизации воздуха в результате действия на него фотонов, равного отношению суммарного электрического заряда dQ ионов одного знака, образованного ионизирующим излучением, поглощенной в некоторой массе воздуха, к массе dM. D_эксп=dQ/dM (кулон на килограмм (Кл/кг), рентген).

Экспозиционная доза характеризует радиационную обстановку независимо от свойств облучаемого объекта. Считается, что в точке, удаленной на расстояние 1м от источника радия 1г (т.е. активностью примерно 1Ки), за 1час накапливается экспозиционная доза в 1 рентген. Между системной и внесистемной единицами экспозиционной дозы существует соотношение: 1Кл/кг=3,38·10³Р.

Поглощенная доза - отношение суммарной энергии ионизирующего излучения dE, поглощенное веществом, к массе этого вещества dM.

D_погл=dE/dM. (Грей (Гр).

Гр соответствует поглощению 1Дж энергии ионизирующего излучения веществом массой 1кг. Внесистемная единица - Рад. Между единицами существует соотношение: 1Гр=1Дж/кг=100Рад. 1Рад=0,01Гр.

Рад соответствует поглощению 100эрг энергии вещества.

Кроме того используется в качестве измерения поглощенной дозы Керма. Эта величина характеризует меру поглощенной дозы косвенно ионизирующих излучений Керма (К) представляет собой сумму первоначальных кинетических энергий dE_N всех заряженных частиц, появившихся в элементарном объеме вещества в результате воздействия на него косвенно ионизирующих излучений, отнесенную к массе вещества в этом объеме dM. K=dE_N/dM.

Единица измерения Кермы - грей. Часто используют понятие “керма для единичного флюенса” (Кр). Она соответствует керме для флюенса частиц, при котором в объеме облучаемого вещества с площадью поперечного сечения 1м² попадает одна частица. Единица измерения К (СИ) - Гр·м²/частица.

Для биологических тканей поглощенная доза рентгеновского и гамма излучения 0,96рад соответствует экспоненциальной дозе в 1Р.

Одна и та же поглощенная доза разных видов ионизирующих излучений приводит к различным эффектам в биологических объектах. При одинаково поглощенной дозе альфа излучения гораздо опаснее бета и гамма-излучений. Поэтому используется понятие эквивалентной дозы излучения D_экв. Эта величина равна произведению поглощенной дозы в биологической ткани на коэффициент качества излучения, учитывающий биологическую эффективность разных видов излучения D_экв=К·D_погл. Чем больше К, тем опаснее облучение при одинаковой поглощенной дозе. Для рентгеновского излучения, гамма-квантов, бета-частиц и ускоренных электронов К=1, для быстрых нейтронов и ускоренных электронов К=10 и для альфа-частиц и тяжелых ядер отдачи К=20.

Единицей эквивалентной дозы излучения в СИ является Зиверт (Зв). 1Зв соответствует поглощенной дозе 1Дж/кг для рентгеновского, бета- и гамма-излучений. Внесистемной единицей эквивалентной дозы излучения является бэр (биологический эквивалент рентгена). 1Зв=100бэр. Кроме этого используют кратные единицы - микрозиверты, мбэры и т. п. Следует учитывать, что ткани и органы живого существа обладают различной чувствительностью к действию излучения. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновения раковой опухоли в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических последствий. Поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав полученные значения по всем органам и тканям, получают эффективную эквивалентную дозу. Она оценивает суммарный эффект облучения для организма и измеряется в зивертах.

Сумма индивидуальных эффективных доз, полученных группой людей, называется эффективной коллективной дозой, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв). Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получают многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника, называют ожидаемой полной коллективной эффективной эквивалентной дозой.

Оперативный контроль за радиационной обстановкой ведут по мощности эквивалентной дозы (Р). Она определяется отношением величины приращения дозы dD, поглощенной за единичный интервал времени, к величине этого интервала dt. Р=dD/dt. Единица измерения СИ: поглощенной дозы - ГР/с, экспозиционной дозы - Р/с и эквивалентной дозы - Зв/с.

В таблице 1 приведены все основные единицы измерения радиоактивных и ионизирующих излучений.

Воздействие на живой организм излучение подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее облучение предполагает, что источник воздействия находится вне организма. Это облучение формируется тремя составляющими: 1. космическим излучением; 2. излучением радионуклидов, рассеянных в биосфере; 3. излучение материалов и сооружений, созданных человеком.

В случае, если радиоактивные вещества с пищей, водой или вдыхаемым воздухом попадает внутрь организма, появляется источник внутреннего облучения.

Радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. И наиболее опасен в этом плане радиоактивный газ радон.

Впервые открыл это вещество английский физик Э. Резерфорд в 1900 г., назвавший его эманацией (производное от латинского слова «истечение»). А современное имя «радон» дал ему английский физик Дорн в 1900 г, сопоставив его с первоначальным радием. Но радон образуется при распаде не только радия, но также урана, тория, актиния и других радиоактивных элементов.

1. Радон в природе.

Это благородный газ без цвета и запаха, ядовит, да еще и радиоактивен. Он легко растворяется в воде, а еще лучше в жировых тканях живых организмов. Так как радон довольно тяжел (в 7,5 раз тяжелее воздуха), он «обитает» в толщах земных пород, и, конечно, выделяется понемногу в атмосферу. Но не сам по себе, а в смеси с увлекающими его потоками других, более легких газов - водорода, углекислого газа, метана, азота и других. Все они порождаются глубинными процессами. Интересен тот факт, что радон, являясь инертным газом, не образует аэрозолей, т.е. не присоединяется к пылинкам, тяжёлым ионам и т.д. Из-за химической инертности и большого периода полураспада он может мигрировать по трещинам, порам почвы и пород на большие расстояния, причём довольно длительно (около 10 дней). Радон также содержится в некоторых минеральных водах, которые так и называются радоновыми.

2. Влияние на живые организмы.

Лишь недавно ученые выяснили, что наибольший вклад в радиоактивное облучение человека вносит именно радон. Он ответствен за 3/4 годовой дозы облучения, получаемой людьми от земных источников радиации и примерно за половину этой дозы от всех природных источников. Установлено, что основная часть облучения происходит от дочерних продуктов распада радона - изотопов свинца, висмута и полония.

Продукты распада радона попадают в легкие человека вместе с воздухом и задерживаются в них. Распадаясь, выделяют альфа-частицы, поражающие клетки эпителия. Распад ядер радона в легочной ткани вызывает микроожоги, а повышенная концентрация газа в воздухе может привести к раку. Также альфа-частицы вызывают повреждения в хромосомах клеток костного мозга человека, что увеличивает вероятность развития лейкозов.

К сожалению, наиболее уязвимы для радона самые важные клетки - половые, кроветворные и иммунные. Частицы ионизирующей радиации повреждают наследственный код и, притаившись, никак себя не проявляют, до тех пор, пока «больной» клетке не настанет время делиться или создавать новый организм - ребенка. Тогда речь может идти о мутации клеток, приводящей к сбоям в жизнедеятельности человека.

3. Радон в доме.

В дом радон может попасть разными путями: Из недр Земли; из стен и фундамента зданий, т.к. строительные материалы (цемент, щебень, кирпич, шлакоблоки) в разной степени, в зависимости от качества, содержат дозу радиоактивных элементов; вместе с водопроводной водой и природным газом. Так как этот газ тяжелее воздуха, он оседает и концентрируется в нижних этажах и подвалах.

Самый значимый путь накопления радона в помещениях связан с выделением радона из почвы, на которой стоит здание. Скорость выделения радона с поверхности земли называется ексхаляциею (мБк / м²с). Ексхаляция зависит от: типа почвы, подстилающих пород, времени суток (ночью больше поскольку нет движения воздуха), сезона (зимой меньше, поскольку грунтзволожений или замерзший, а летом больше), климатических условий и др. (табл. 1). Следует отказаться от жилищного строительства на территориях с мощностью экспозиционной дозы (МЭД) более 70 мкР / ч (по прибору типа ДРГ-01) и плотностью потока радона более 80 мБк / м²с.Большую опасность представляет поступление радона с водяными парами при пользовании душем, ванной, парной. Он содержится и в природном газе, и поэтому на кухне необходимо устанавливать вытяжку, чтобы предотвратить накапливание и распространение радона.

При проектировании здания среднегодовая активность изотопов радона в воздухе не должна превышать 100 Бк/м³ (беккерелей на метр кубический). В жилых квартирах не более 200 Бк/м³, иначе встает вопрос о проведении защитных мероприятий, а если значение достигает 400 Бк - здание должно быть снесено или перепрофилировано.

Если вы хотите самостоятельно обезопасить свое жилище от вредного газа, вам следует заделать щели в стенах и полах, поклеить обои, загерметизировать подвальные помещения и просто чаще проветривать комнаты в вашем доме, замечу, что концентрация радона в непроветриваемом помещении в 8 раз больше.

В Украине необходимость измерения радона регламентируется «Положением о радиационном контроле на объектах строительства и предприятиях строительной индустрии и стройматериалов Украины РСН-3 56-91» и НРБУ-97.

Проведенные в 18 областных городах Украины измерения активности радона-222 в различных помещениях показали, что на первых этажах многоквартирных домов она составляет в среднем 48 Бк / м³, для этажей выше первого - 22 Бк / м3, а в одноэтажных строениях 92 Бк / м³. В одном и том же городе концентрации радона могут отличаться на два порядка в зависимости от архитектурно-планировочных решений зданий.

Действующие в Украине нормативы допускают предельную среднегодовую концентрацию радона-222 в жилых помещениях домов 50 Бк / м3. Проектами детских дошкольных учреждений и школ должны обязательно предусматриваться протирадоновые мероприятия.

В уже заселенных домах норма содержания радона не более 200 Бк / м3, если же уровень радона в воздухе помещений не удается снизить ниже 400 Бк / м3, то нужно решать вопрос о переселении жителей.

В США нормы на содержание радона в помещениях такие:

- Предельная среднегодовая концентрация - ниже 40 Бк / м3;

- При концентрации 40... 190 Бк / м3 - настоятельно рекомендуется проведення защитных мероприятий;

- При концентрации более 190 Бк / м3 - обязательное проведение захисних мероприятий.

В Украине и за рубежом при отводе земельных участков для строительства жилых домов учитывается показатель гамма-фона. Нормативы на строительные материалы были рассмотрены ранее. Все они обовьязково должны иметь сертификат, где есть и показатель радиационной безопасности.

Рис. 3 - Пути проникновения радона в помещение: 1 - блочные стены; 2 - канализационная труба; 3 - трещины в полу; 4 - место стыка; 5 - сточный колодец

ЛЕКЦИЯ 9. НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ, ГИРНИЧНОРУДНОИ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ

Производственная и бытовая деятельность человека неминуемо связана с образованием твердых отходов. Если газообразные и жидкие отходы сравнительно легко поглощаются средой, ассимиляция твердых отходов продолжается десятки и сотни лет. Места складирования отходов занимают значительные территории. Каждый год в Украине складируется до 1,5 млрд т твердых отходов. Всего в стране накоплено около 30 млрд. Т. В связи с низким уровнем технологических процессов объем образования промышленных отходов в Украине в 6,5 раза выше чем в США, и в 3,2 раза выше, чем в страна ЕС.

Одной из важных составляющих устойчивого развития современного украинского общества является экологическая безопасность и охрана окружающей среды. Европейский выбор Украины, ее стремление быстрее войти в европейское сообщество предусматривает неукоснительное соблюдение мировых стандартов экологической безопасности.

Главными источниками загрязнения окружающей среды являются предприятия химической, металлургической, нефтегазодобывающей, угольной и других отраслей промышленности. Это загрязнение может происходить за счет выбросов в атмосферу промышленных газов и сброса в природные водоемы сточных вод, содержащих токсичные вещества, а также из-за накопления крупнотоннажных отходов, представляют собой значительную потенциальную опасность для природных экосистем.

Утилизация этих отходов является серьезной экономической и экологической проблемой. Одним из перспективных путей такого решения является использование промышленных отходов для создания новых эффективных материалов. Подсчитано, что из большого количества пригодных к повторному использованию промышленных отходов в настоящее время используется только около 30%. Остальные 70% не используются и, как следствие, являются источником загрязнения окружающей среды и повышенной опасности для населения промышленных регионов. Это наносит существенный вред здоровью населения и окружающей среде, выводит из хозяйственного использования земли, в первую очередь сельскохозяйственные угодья, приводя к истощению природных ресурсов, и в конечном итоге препятствует устойчивому развитию регионов и страны в целом.

1. Проблема утилизации промышленных отходов

Украина относится к числу индустриально-аграрных стран. Недавно доля тяжелой промышленности составляла порядка 60% валового внутреннего продукта страны, что значительно выше, чем в западноевропейских странах, где этот показатель достигает 35%. Наличие и концентрация предприятий черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, химии и нефтехимии, горнодобывающей промышленности и цементных заводов, на которых износ оборудования и коммуникаций достигает 50-70%, влияют на экологическую ситуацию многих городов.

По статистике, до 90% газообразных, жидких и твердых отходов образуется в городах и около 10% - в сельской местности. В связи с чем сегодня остро стоит вопрос захоронения производственных и бытовых отходов. Причем установлено, что сложность проблемы пропорциональна численности населения и промышленному потенциалу города. В металлургии и теплоэнергетике для складирования отходов используется до 40% территории предприятия. Площади, занимаемые карьерами, разрезами, местами складирования промышленных и бытовых отходов в виде отвалов, хвостохранилищ, шлаконакопителей, терриконов, свалок до конца XX века составила около 8% от общей территории Украины.

За счет использования отходов в качестве вторичных материальных ресурсов можно решить ряд таких важных задач как экономия сырья, предотвращение загрязнения водоемов, почвы и воздушного бассейна, увеличение объемов производства деталей и изделий, освоения выпуска новых для предприятий товаров.

На сегодня в мире глобальным направлением в области использования отходов является переход от захоронения и сжигания к промышленной переработке для дальнейшего использования.

Вопрос утилизации отходов производства и потребления в последние годы приобретают решающее значение для снижения антропогенного воздействия на среду обитания человека, а также в связи с ростом цен на сырье, что сопровождает неизбежно истощение природных ресурсов.

Эффективное решение экологических проблем, связанных с ликвидацией или ограничением негативного воздействия твердых отходов на окружающую среду и здоровье людей возможно только на основе последовательной реализации Законов Украины. «Об охране окружающей природной среды», «Об отходах», «Об обеспечении санитарного и эпидемиологического благополучия населения», Постановления Кабинета Министров Украины «Об утверждении порядка разработки, утверждения и пересмотра лимитов на образование и размещение отходов» и других нормативно-правовых актов, государственных стандартов Украины по охране окружающей природной среды, санитарных норм и правил и других документов.

Это привело к экологической паспортизации предприятий, учреждений, организаций, регистрации и паспортизации источников загрязнения окружающей среды и опосредованного влияния их на здоровье людей, введение единого государственного классификатора твердых отходов. А главное, к формированию государственных принципов решения проблемы твердых отходов на современном этапе являются:

* приоритетное защиту окружающей природной среды и здоровья людей от негативного воздействия твердых отходов;

* обеспечение экономного использования материально-сырьевых ресурсов;

* экономия энергоресурсов;

* научно обоснованное согласование экологических, экономических и социальных интересов общества относительно образования твердых отходов и обращения с ними;

* постепенная минимизация производства твердых отходов, особенно высокотоксичных;

* осуществление государственного учета твердых отходов по их образование и размещение;

* осуществление общегосударственного контроля и мониторинга за местами и объектами образования и размещения твердых отходов для предотвращения их вредного воздействия на окружающую среду и здоровье людей.

2. Основные определения и понятия.

Отходы - отдельные компоненты сырья или вещества и энергия, образующаяся при выполнении технологических процессов, которые не используются для производства данной продукции и не поддающихся утилизации в данном производстве.

Твердые бытовые отходы (ТБО) - непригодные для дальнейшего использования потребительские продукты и предметы быта, выбрасываемых человеком.

Утилизация отходов - от латинского utilis - полезный - означает привлечение их в новые технологические процессы с целью получения полезного продукта. То есть использование отходов как вторичного сырья, топлива, удобрения, строительных материалов или других целей.

Следует различать понятия «утилизация» отходов, «реутилизации» или «рециркуляция».

Рециркуляция отходов - это их многократное использование после переработки (металлический лом, макулатура, стеклобой, смазки и т.д.).

Реутилизации (рецикл) - получение из использованной готовой продукции путем ее переработки новой продукции того же или близкого к ней типа (например, бумаги из макулатуры; металла с металлолома и др.)

Иногда встречается термин «обезвреживание отходов» технологический процесс или их совокупность, в результате которого токсичные вещества (или группа веществ) превращаются в токсические соединения, не разлагаются.

Вторичные материальные ресурсы - совокупность всех видов отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве основной ты другорчящо на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве.

Вторичные материальные ресурсы делятся на используемые и неиспользуемые.

К неиспользуемых вторичным материальным ресурсам относят отходы, не находят применения из-за отсутствия капиталовложений для их переработки, отсутствия потребителя продукции или за не разработанности технологии переработки.

Одним из резервов повышения эффективности общественного производства с использование побочных или попутных продуктов, которые (в отличие от отходов).

Классификация отходов:

По химической стойкости отходы различаются:

- взрывоопасные,

- самовоспламеняющиеся,

- разлагающиеся с выделением ядовитых газов,

- температуростойкие.

По происхождению: органические, неорганические, смешанные отходы.

По агрегатному состоянию отходов - твердые, пастообразные, жидкие, пылевидные и газообразные;

Твердые отходы: тара, пришедшая в негодность, из металлов, дерева, картона, пластмасс, обтирочные материалы, отработанные фильтроматериалы, обрезки полимерных труб, кабельной продукции.

Пастообразные: шламы, смолы, осадки с фильтров и отстойников от очистки емкостей теплообменников.

Жидкие: сточные воды, содержащие органические и неорганические, не подлежат приему на биоочистку за высокой токсичности.

Пылевидные (газообразные): сдувания от дыхательных трубок емкостного оборудования, выбросы из участков обезжиривания, окраски продукции.

По источникам загрязнения:

- Физические (шум, ультразвук, вибрацию, излучения, электрохимические поля и т.д.);

- Химические - химические вещества и их соединения, образующиеся в процессах производственной и других видов деятельности, которые подлежат утилизации и дальнейшей переработке.

- Биологические - антибиотики, вредные микроорганизмы, вирусы, грибы, споры растений и тому подобное.

По происхождению:

- Бытовые (коммунальные) - твердые и жидкие отходы, не утилизируются в быту, и образующиеся в результате жизнедеятельности человека и амортизации предметов быта;

- Промышленные - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или при выполнении работ, которые полностью или частично утратили исходные потребительские свойства.

- Сельскохозяйственные - отходы, образовавшиеся в ходе сельскохозяйственных работ.

- Строительные - отходы, образовавшиеся в процессе строительства зданий, сооружений (в том числе, дорог, коммуникаций) и при производстве строительных материалов.

- Потребление - изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

- Радиоактивные - прямые или косвенно радиоактивные вещества и материалы, которые не используются и образуются при работе ядерных реакторов при производстве и применении радиоактивных изотопов.

Производственные отходы могут быть токсичными и не токсичными.

Токсичные - отходы способны вызвать отравление или иное поражение живых существ.

Отходы могут быть растворимые и нерастворимые в воде.

Классифицировать твердые промышленные отходы можно по следующим признакам:

* по отраслям промышленности (отходы топливной, металлургической, химической и других отраслей);

* по конкретным производствами (отходы сиркокислотного, содового, фосфорокислотного и других производств);

* по агрегатному состоянию (твердые, жидкие, газообразные);

* за горением (горючие и негорючие);

* по методам переработки;

* по возможностям переработки (вторичные материальные ресурсы (ВМР), перерабатываемых или планируются в дальнейшем перерабатываться, и отходы, на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно);

* по степени опасности (промышленные отходы делятся на четыре класса опасности).

Классы опасности отходов (согласно ДСТУ-2195-93):

* Первый - чрезвычайно опасные

* Второй - высокоопасные

* Третий - умеренноопасные

* Четвертый - мало опасные

К I классу токсичности относятся чрезвычайно опасные твердые промышленные отходы:

* малорадиактивни;

* ртуть и ее соединения;

* мышьяк и его соединения;

* цианиды;

* и другие чрезвычайно ядовиты речрвины.

Ко II группе токсичности относят высоко опасные твердые промышленные отходы:

* тяжелые металлы и их соли;

* хром и его соли;

* кадмий и его соли;

* свинец и его соли;

* отходы гальванических производств;

* осадок сточных вод промышленных предприятий;

* шлам пыли из систем мокрой очистки газов.

К III группе токсичности относят умеренно-опасных твердые промышленные отходы (образующиеся на предприятиях химической промышленности и не относятся к первым двум группам токсичности)

* сода и дистилярна жидкость;

* растворы солей;

* пластмассы и другие.

К IV группе токсичности относят мало опасные твердые промышленные отходы:

* древесина;

* зола;

* шламы;

* продукты обогащения минерального сырья.

Класс опасности отходов устанавливается в зависимости от содержания в них высокотоксичных веществ расчетным методом или согласно перечню отходов, приведенных в Государственном классификаторе отходов. На все виды отходов разрабатывается технический паспорт согласно Межгосударственным стандартом ДСТУ-2195-93, действие которого распространяется на 10 стран СНГ.

3. Методы подготовки и переработки твердых отходов.

Освобождение от отходов ведется в трех направлениях:

- Складирование или даже захоронения таким образом, чтобы они не влияли негативно на окружающую среду;

- Уничтожение отходов путем их сжигания;

- Очистка от вредных веществ, составляет наиболее сложный процесс, который осуществляется следующим образом:

а) механическая очистка методом отстоя в специальных отстойниках жидких стоков, фильтруваня;

б) химическая очистка, при которой вредные компоненты отходов превращаются в осадок или распадаются;

в) физико-химическая очистка, главным образом, методом электролиза или ионообменных смол;

г) биологическая очистка с помощью бактерий или других живых организмов, способных разлагать вредные вещества в процессе жизнедеятельности.

В большинстве городов мира преобладает вывоз отходов на свалки. На свалках хранится много отходов. Складирование отходов является экологически наиболее несовершенным способом избавления от них. Сточные воды свалок токсичных и загрязняющих грунтовые воды и реки.

Другим способ уничтожения городских твердых отходов является сжигание. Чаще мусор сжигают на свалках открытым способом. Дефект сжигания заключается в накоплении большого количества пепла, который вмещает немало токсичных веществ. И газообразные выбросы при сжигании мусора опасные, часто выделяется диоксин, опасное открытое сжигание пластмасс.

При всех способах переработки отходов важную роль играет их сортировки.

Измельчение. Измельчение до нужного размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распылением, стиранием и различной комбинацией этих способов.

Дробление используют при переработке отходов выкрашивания, металлургических шлаков, резинотехнических отходов, отходов пластмасс и др. Для дробления используют щековые, конусные, валковые, роторные и др. Размер кусков от 250 до 1 мм.

Помол материалов крупностью 1... 5 мм осуществляется мокрым или сухим способами с помощью различных мельниц. После измельчения крупность частиц составляет 0,1... 0,001 мм. Помол используют при переработке топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, промышленных шламов, отходов пластмасс, пиритных огарков и др..

Укрупнение размеров частиц используют при подготовке к переплавки дисперсных отходов черных и цветных металлов, при утилизации пластмасс, саж, пыли, пиритных огарков, при переработке в строительные материалы отходов обогащения и др.