Забезпечення радіаційної безпеки населення на основі використання будівельних матеріалів з заданими параметрами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 699. 887. 3; 666. 972

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Забезпечення радіаційної безпеки населення на основі використання будівельних матеріалів з заданими параметрами

Спеціальність 05. 26. 01 - охорона праці

КІПТИК ВАЛЕРІЙ АНТОНОВИЧ

Дніпропетровськ - 2000

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

природний радіонуклід родовище будівельна сировина

Актуальність теми. Природні радіонукліди (ПРН), які містяться в будівельних метаріалах огороджувальних конструкцій будівель, роблять найбільший внесок у сумарну річну дозу опромінення людини великої кількості впливових джерел іонізуючих випромінювань (ДІВ).

Проблему забезпечення радіаційної безпеки будівельних матеріалів і об'єктів будівництва слід розглядати з двох взаємопов'язаних точок зору: радіаційно-гігієнічної і технологічної. Перша встановлює (нормує) допустимі рівні радіаційних параметрів на будівельні матеріали і об'єкти будівництва і забезпечує систему їх контролю. Технологічний підхід повинен забезпечувати прийняття таких технологічних рішень на окремих етапах будівельного виробництва, при яких будуть дотримані не лише вимоги радіаціно-гігієнічних норм, але і дози опромінення людей в приміщеннях при цьому найменші, наскільки це можливо з урахуванням прийнятих техніко-економічних показників. Діючі в Україні з 1 січня 1992 року Республіканські будівельні норми РБН-356-91 “Положення про радіаційний контроль на об'єктах будівництва і підприємствах будіндустрії і будматеріалів України” відображають, в основному, радіаційно-гігієнічні нормативи на будівельні матеріали і об'єкти будівництва. Проведення радіаційного контролю в готових до експлуатації приміщеннях будівель на основі РБН-356-91 забезпечують лише реєстрацію рівня радіаційної безпеки, що склалася, тому що її підвищення на завершальному етапі будівництва вимагає, як правило, економічно невигідних затрат. В РБН-356-91 немає рекомендацій і правил із зниження рівня радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів за умов, коли їх нормативні значення виконуються.

Отже, прийнята система радіаційного контролю будівельних матеріалів і об'єктів будівництва, забезпечення їх радіаційної безпеки відповідає необхідним умовам (нормування параметрів контролю), але для реалізації принципу оптимізації норм радіаційної безпеки України (НРБУ-97) із зниження дози опромінення в приміщеннях будівель до мінімально прийнятого рівня вимагає технологічного управління радіаційними параметрами будівельних матеріалів і виробів.

В Україні з середини 80-х років зусиллями спеціалістів корпорації “Київміськбуд”, науково-виробничої фірми “Роса”, Наукового центру радіаційної медицини (НЦРМ) Академії медичних наук, Київського державного технічного університету будівництва та архітектури, Придніпровської державної академії будівництва та архітектури та ін. ведуться роботи з реалізації принципу оптимізації радіаційної безпеки об'єктів будівництва - зниження дози опромінення населення до найбільш низького рівня - за рахунок контролю ПРН у видах будівельних матеріалів, що використовуються. Основні результати цих досліджень дозволяють дотримуватись санітарно-гігієнічних нормативів радіаційної безпеки населення, а також реалізовувати низку технологічних способів із зменшення радіаційних параметрів будівельних матеріалів та об'єктів будівництва. Спираючись на результати цих досліджень, дана робота забезпечує подальший розвиток технологічних основ будівельного виробництва і розробку технології виготовлення бетонів з необхідними комплексними параметрами, які враховують радіаційні і експлутаційно -технологічні показники.

Ведення радіаційного контролю будівельних матеріалів і об'єктів будівництва на технологічній основі дозволить уже на стадії проектування не лише оцінити радіаційний гамма-фон в приміщеннях будівель, але й шляхом обгрунтованого вибору конкретних технологічних рішень забезпечити зниження рівнів контрольованих радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів нижче нормативних рівнів з урахуванням прийнятих економічних затрат.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з державною програмою “Радон” згідно з НДР ПДАБтаА “Розробка нових ефективних будівельних матеріалів та виробів, використання відходів різних галузей народного господарства, інтенсифікація технологічних процесів”.

Мета і задачі дослідження полягають в розробці технологічного управління радіаційними властивостями будівельних матеріалів (бетонів) і об'єктів будівництва, що забезпечить зниження дози опромінення населення і дозволить реалізувати принцип оптимізації НРБУ-97.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

визначити середнє значення ефективної питомої активності природних радіонуклідів в родовищах будівельної сировини регіону і радіаційний гамма-фон в приміщеннях будинків житлового фонду м. Дніпропетровська;

розробити методологію призначення складу бетону із заданим рівнем радіаційних параметрів, а також об'єктів крупнопанельного будівництва;

виконати аналіз сучасних методів призначення складу бутону з метою вибору методу, що дозволяє керувати рівнем радіаційних параметрів матеріалів і виробів на його основі;

розробити метод проектування трикритеріальної моделі бетону з урахуванням властивостей використовуваних компонентів сировини;

розробити аналітичні моделі визначення радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів і розрахувати можливі межі варіювання їх ефективної питомої активності для підприємств будматеріалів і будіндустрії м. Дніпропетровська;

визначити соціально-економічний показник досягнутого рівня радіаційної безпеки об'єкту будівництва, виходячи із принципів доцільності і оптимізації НРБУ-97;

розробити методику управління рівнем радіаційної безпеки об'єктів будівництва на технологічній основі, що охоплює всі етапи будівельного виробництва.

Об'єкт дослідження - радіаційна якість будівельних матеріалів і конструкцій, що визначають дозу опромінювання в приміщеннях будинків.

Предмет дослідження - встановлення технологічного взаємозв'язку між експлуатаційним і радіаційним показником бетонів з метою можливого зменшення складу природних радіонуклідів в них, та не на збиток іншим параметрам.

Методи дослідження направлені на установку кількісного зв'язку між радіаційними і експлутаційно-технологічними параметрами бетонів на основі комплексної обробки експериментальних даних вимірів з використанням методів кореляційного, аналізу, теорії планування експерименту з метою отримання моделі “комплексної марки” бетонів, що дозволяють реалізовувати можливості технічного прийому НРБУ-97 по зменшенню складу ЕРН в будівельних матеріалах.

Наукова новизна одержаних результатів:

встановлено закономірності розподілу середніх значень ефективної питомої активності ПРН матеріалів в родовищах будівельної сировини і матеріалах Дніпропетровського регіону;

встановлено механізм формування радіаційної активності багатокомпонентних будівельних матеріалів, а саме, бетонів;

розроблено метод проектування радіаційно-безпечних бетонів на основі комплексного аналізу їх складу і властивостей усіх компонентів;

запропоновано інтегральний показник властивостей радіаційно-безпечних бетонів - “комплексна марка” на основі трикритеріальної моделі;

розроблена технологічна модель визначення ефективної питомої активності будівельних матеріалів і виробів на етапі їх розробки, яка дозволяє прогнозувати діапазон її варіювання з урахуванням властивостей родовищ даного регіону;

встановлено механізм регулювання радіаційних властивостей будівельних матеріалів, виробів і об'єктів будівництва на окремих етапах будівельного виробництва.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці технологічного управління радіаційними властивостями будівельних матеріалів і виробів із бетону на етапі їх розробки і виготовлення без втрати їх експлутаційно -технологічних показників, що є основою для забезпечення радіаційної безпеки об'єктів будівництва.

Результати роботи використовувались на підприємствах будіндустрії і будматеріалів м. Дніпропетровська: домобудівельні комбінати № 1, № 2; відкрите акціонерне товариство “Аргос-Днепр”; відкрите акціонерне товариство “Силікатний завод”, будівельна компанія “Ольвія-будівельні системи”, а також в навчальному процесі Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.

Особистий внесок здобувача полягає в:

розробці методу проектування радіаційно - безпечних матеріалів на основі призначення комплексної марки бетонів;

визначенні ефективної питомої активності природних радіонуклідів в родовищах будівельної сировини і матеріалах Дніпропетровського регіону та експозиційної потужності дози в приміщеннях будинків експлуатаційного житлового фонду м. Дніпропетровська;

розробці математичних моделей прогнозування радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів і радіаційного гамма-фону в приміщеннях будівель на етапі їх проектування.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на щорічних конференціях ПДАБтаА (1996-99 рр.), на 1-й і 2-й регіональних конференціях “Екологія і безпека життєдіяльності” (м. Дніпропетровськ, 1996р.), на наукових семінарах кафедри технології будівельного виробництва ПДАБтаА (1996-99 рр.).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень опубліковані в п'яти статтях у збірниках наукових праць ПДАБтаА. В сумісних роботах (4, 5) автором розроблена аналітична модель визначення радіаційних параметрів будівельних виробів і аналіз прийнятої системи радіаційного контролю будівельного виробництва в Україні. Результати дослідження використанні при розробці прийнятих до виконання методичних рекомендацій “Прийоми зменшення дози опромінення в приміщеннях будівель на основі дотримання принципів НРБУ-97”

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, додатків. Загальний обсяг складає 146 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 136 сторінках, дисертація містить 16 рисунків, 42 таблиці, список літературних джерел із 128 найменувань на 8 сторінках та додаток на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, показана важливість виконаних досліджень з розробки технології виготовлення будівельних матеріалів і виробів з заданими радіаційними параметрами, але без погіршення їх експлутаційно - технологічних показників, а також сформульована мета проведених досліджень та розкриті їх наукова новизна і практичне значення.

В першому розділі, показано, що для вирішення завдання з захисту людини від вражаючого впливу будь-якого джерела іонізуючого опромінення (ДІО) необхідно встановити фізичну природу його параметрів. Розглянуто властивості домінуючих природних радіонуклідів в будівельних матеріалах, що є необхідним для управління радіаційними параметрами штучних будівельних матеріалів і перш за все, всього бетону.

До цього часу при нормуванні рівнів радіаційної безпеки використовуваних матеріалів і перш за все, бетонів були відсутні технологічні методи управління, спрямовані на зниження їх радіаційного рівня. Як відомо, величина річної дози опромінення населення у повсякденних умовах залежить від сумарного впливу основних груп джерел іонізуючих випромінювань, які визначені Нормами радіаційної безпеки України (НРБУ-97) і для яких установленні допустимі радіаційно-гігієнічні рівні. Найбільший внесок у рівень річної дози опромінення населення роблять джерела іонізуючих випромінювань, що відносяться до техногенно-підвищених джерел природного походження, вплив яких носить системний характер.

Встановлено, що концентрація ПРН в будівельних матеріалах, що використовуються для різних конструкцій будівель, в значній мірі визначається сумарною величиною зовнішньої і внутрішньої складових дози опромінення людини. Тому НРБУ-97 встановлюють допустимі рівні ефективної питомої активності ПРН в будівельній сировині, матеріалах, виробах (табл. 1), які контролюються як на етапах видобутку будівельної сировини (матеріалів), так і при виробництві будівельних матеріалів та виробів.

Величини зовнішньої і внутрішньої складової річної дози опромінення в приміщеннях будівель визначаються на основі знання експозиційної потужності дози (ЕПД) гамма - опромінень в приміщеннях, Рприм., мкР/год., і еквівалентної рівноваги об'єму активності ізотопів радону в повітрі приміщень будівель ЕРОАRn (Tn), Бк/м3, допустимі рівні яких установлені НРБУ-97 (табл. 1).

Допустимі рівні радіаційних параметрів будівельних матеріалів (виробів) і об'єктів будівництва (НРБУ-97)

А. Класифікація будівельних матеріалів (виробів) по величині ефективної питомої активності

Клас будівельного матеріалу Ефективна питома активність Аеф Зони можливого використання в будівництві

Бк/кг Ки/кг

І = 370 = 1·10-8 без обмежень у всіх видах будівництва

ІІ 370< Аеф = 740 1·10-8<Аеф =2·10-8 лише для промислового і дорожнього будівництва в межах населених пунктів

ІІІ 740<Аеф=1350 2·10-8<Аеф=3, 6·10-8 лише для дорожнього будівництва за межами населених пунктів; в населених пунктах для будівництва підземних комунікацій

Б. Контрольні параметри об'єктів будівництва

Контрольні параметри Допустимі рівні параметрів в приміщеннях будівель

житлових виробничих

Експозиційна потужність дози Р прим., мкР/год = 30 (50) = 50

Еквівалентна рівноважна об'єму активності радону ЕРОАRn, Бк/м3 = 50 (100) = 300

Еквівалентна рівноважна об'єму активності торону ЕРОАTn, Бк/м3 = 3 (6) = 20

Систематичний вплив техногенно-підвищеного радіаційного фону на населення, який визначається в значній мірі концентрацією ПРН у будівельних матеріалах, що використовуються, і підстилаючих грунтах під будівлями, проявляються у формі соматико-стохастичних і генетичних ефектів.

Для реалізації в цих умовах принципу оптимізації радіаційної безпеки (зниження дози опромінення до можливого низького рівня) вже недостатньо дотримуватись лише встановлених радіаційно-гігієнічних рівнів параметрів будівельного виробництва, які контролюються, необхідно ще використовувати наявні технологічні можливості із зниження величин параметрів нижче допустимих рівнів з урахуванням реальних можливостей. В нормативних документах і наукових розробках немає рекомендацій із встановлення рівнів контрольованих параметрів.

Отже, прийнята система радіаційного контролю будівельних матеріалів і об'єктів будівництва (РБН-365-91) відповідає необхідній умові забезпечення радіаційної безпеки (нормування контрольованих параметрів), але є недостатньою для реалізації НРБУ-97 із зниження дози опромінення населення до мінімально прийнятого рівня.

Проведений аналіз нормативної і фізико-хімічної основи забезпечення радіаційної безпеки об'єктів будівництва показав, що існуюча система радіаційного контролю не використовує технологічних можливостей для реалізації принципу оптимізації, і питанню розробки технологічних методик, зниження дози опромінювання на інженерному рівні з урахуванням реальних можливостей приділяється недостатня увага.

Дана робота спрямована на подальший розвиток технології важких бетонів, що забезпечують прийняття таких конструктивних рішень, при яких величини контрольованих радіаційних параметрів будуть не лише витримані, але й будуть меншими від допустимих рівнів, наскільки це досяжно, з урахуванням технолого-економічних показників.

В другому розділі розглянуто питання методології рішення поставлених задач досліджень. Вирішення завдання роботи - технологічні методи управління рівнем радіаційної безпеки будівельних матеріалів і об'єктів будівництва - можливе на основі системного підходу до оцінки технологічних резервів із зменшення радіаційних параметрів на окремих етапах будівельного виробництва.

Поставлене завдання вирішувалось на регіональному рівні з використанням одержаних в результаті вимірів величин фізико-механічних і радіаційних параметрів різновидів будівельної сировини, що видобувається, і матеріалів, що виробляються. Для забезпечення вирішення задачі на етапі проектування об'єкту необхідно розробити математичні моделі, що встановлюють зв'язок між параметрами на окремих етапах будівництва. Якість прогностичних і технологічних моделей оцінювалась шляхом порівняння розрахункових значень з результатами вимірів. Але рівень радіаційних параметрів матеріалів та виробів не можна розглядати окремо від їх експлутаційно-технологічних показників. Тому запропоновано в комплексі розглядати і вирішувати задачу забезпечення експлутаційно-технологічних і радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів.

В роботі ця задача вирішується на прикладі найбільш широко використовуваного будівельного матеріалу - бетону, виробництво якого займає 60-70% всіх будівельних матеріалів, що виробляються, у крупнопанельному будівництві до 85%. В той же час бетони, що є штучним будівельним конгломератом, найбільш повно піддаються технологічному управлінню складами та вмістом природних радіонуклідів у них.

Запропонована технологія виробництва різних видів бетону дозволяє визначити регіональні резерви зменшення радіаційних параметрів на окремих етапах будівельного виробництва.

Третій розділ. За результатами дослідження МКРЗ ефективна питома активність ПРН в будівельних матеріалах країн світу вимірюється в широкому діапазоні (від 5 до 4730 Бк/кг), що пояснюється, в першу чергу, відмінністю геологічних структур використовуваних гірських порід. Значення ефективної питомої активності ПРН в будівельних матеріалах і сировині має виражений регіональний характер.

Дніпропетровська область розташована в південно-східній частині Українського кристалічного щита і частині Дніпровсько -Донецької низини, що визначає широкий діапазон зміни ефективної питомої активності ПРН в будівельній сировині і матеріалах регіону (7-1300 Бк/кг). Проведене дослідження радіаційних властивостей родовищ будівельної сировини і матеріалів регіону при наявності великої кількості (близько 300) дало можливість одержати частотний розподіл ефективної питомої активності ПРН в них (рис. 1)

Середнє значення ефективної питомої активності ПРН в будівельних матеріалах (сировині) родовищ регіону дорівнює 232 Бк/кг, що перевищує середнє значення в Україні (106 Бк/кг). при цьому 12% родовищ будівельних матеріалів регіону мають Аеф. > 370 Бк/кг, що виключає використання видобутої в них будівельної сировини для житлового будівництва, а 2, 9% родовищ відносяться до будівельних матеріалів ІІІ класу (Аеф. >740 Бк/кг,).

Аналіз розподілу Аеф будівельних матеріалів родовищ регіону вказує на можливість реалізації принципу оптимізації радіаційної безпеки за рахунок зниження дози опромінення. Для цього необхідно з урахуванням потреб підприємств будматеріалів і будіндустрії регіону виключити 9 родовищ будівельних матеріалів з найбільшим вмістом ПРН в них. Це дозволить зменшити середнє значення ефективної питомої активності родовищ регіону до 178 Бк/кг, а для найбільш широко вживаних матеріалів - щебеню і глини - від 20 до 45% (Aеф. щ = 226 ? В'еф. щ = 185, Веф. гл = 376? Веф. гл = 178).

В табл. 2 наведено для порівняння усереднені значення ефективної питомої активності ПРН для основних груп видів будівельних матеріалів України і Дніпропетровського регіону.

Усереднені значення ефективної питомої активності ПРН в будівельних матеріалах України і Дніпропетровського регіону.

Вид будівельного матеріалу Аеф Бк/кг

Україна Дніпропетровський регіон

Будівельний камінь 42-260 55-344

Заповнювачі бетону 71-223 92-297

В'яжучі речовини 15-165 19-182

Бетон 73-231 78-262

Цегла 46-203 75-239

Інші матеріали (будівельний розчин, штукатурка, глина) 87-204 92-267

Підвищена концентрація ПРН в будівельних матеріалах Дніпропетровського регіону свідчить, що значення експозиційної потужності дози гамма-випромінювання в приміщеннях будівель житлового фонду м. Дніпропетровська проявляється в широкому діапазоні і становить 5-56 мкР/год.

Широкий діапазон значень потужності дози гамма-випромінювань в приміщеннях і житлових будівлях м. Дніпропетровська показує необхідність прийняття заходів протирадіаційного захисту для зменшення вмісту ПРН у використовуваних будівельних матеріалах.

Четвертий розділ. Розроблена система управління технологічним процесом виготовлення бетонних і залізобетонних виробів базується на аналізі фізико-хімічних властивостей матеріалу. Доведено, що управління рівнем радіаційних параметрів бетону і виробів не може здійснюватися відокремлено, без розгляду всього комплексу технологічних операцій виробництва. Сюди перш за все, відноситься вибір раціонального методу призначення складу бетону. Метод, який застосовується для оцінки радіаційних параметрів бетону, повинен відповідати двом критеріям: експлутаційно -технологічному (забезпечення міцності бетону і легкоукладальності суміші) і санітарно-гігієнічному (забезпечення ефективної питомої активності). Цим вимогам в найбільшій мірі відповідає метод управління і оптимізації складу бетону, розроблений в ПДАБтаА на кафедрі технології бетонів та в'яжучих, схема проектування якого подана на рис. 2.

Для реалізації трикритеріального підходу до визначення складу бетону (відповідно легкоукладальності ОК/Ж, заданої міцності Rб і допустимої ефективної питомої активності ПРН Аеф. б) необхідно взяти сукупність залежностей, що дозволяють провести відбір єдиного складу величини Аеф. б із безлічі еквівалентних на сукупність і міцність складів бетону. Оскільки бетон складається із чотирьох складових (в'яжуча речовина, пісок, щебінь, вода), то для вирішення задачі призначення його складу з урахуванням експлуатаційно - технологічних і радіаційних показників розроблена система канонічних рівнянь.

Перше рівняння визначає залежність міцності бетону від активності вихідної в'яжучої речовини Rц і цементно -водного відношення Ц/В:

Rц = A5 Rц 5 (Б-Z) (1)

Другим рівнянням є рівняння балансу маси, що визначає об'єм бетону

(2)

де Ц, З, П, Щ - маса відповідно в'яжучої речовини піску і щебеню;

- щільність відповідно затворювача, піску і щебеню;

- щільність частково гідратованого цементу.

Третє рівняння визначає залежність консистенції бетонної суміші від її вмісту і якості складових матеріалів:

G= aX + b Y-cZ, (3)

де X - насиченість бетону піском;

Y - насиченість бетону щебенем;

Z - розрідження цементного тіста водою.

Четверте рівняння визначає залежність значень оптимального насичення дрібним Хо і крупним Yо заповнювачами від заданого В/Ц, консистенції бетонної суміші G і властивостей складових бетону:

ѓ0 = сщ? гщ (1-Y //ѓ) (1+Ymщ / ѓ) -a/b (+Ч), (4)

де - об'єм мінімальної порожнистості крупного заповнювача в бетоні:

=

П'яте рівняння визначає ефективну питому активність ПРН в одиниці маси бетону:

(5)

де - щільність бетонної суміші

Розв'язання системи п'яти канонічних рівнянь складу визначає умови одержання комплексної марки бетону. Результатом розв'язання заданої системи канонічних рівнянь є одержання складів бетону, еквівалентних по легкоукладальності і міцності і з можливим діапазоном величини ефективної питомої активності ПРН в них.

Наявність еквівалентних складів бетонів по міцності і легкоукладальності дозволяє зменшити значення їх ефективної питомої активності до 20%.

Вибір величини Аеф будівельного виробу із можливого діапазону створює обмеження техніко-економічних умов будівництва.

В заводській лабораторії “Дніпробудіндустрії” проводилось визначення комплексної марки бетону для різних виробів цивільного і промислового будівництва. Для аналізу радіаційних параметрів на основі побудованої комплексної марки бетону прийняті плити багатопорожнистого настилу і перегородки (табл. 3)

Показники комплексної марки бетону

Назва виробу Маса, т Необхідні матеріали, кг Показники комплексної марки

об'єм, куб. м. цемент вода пісок ще-бінь метал Rб, МПа ОК, см Ж, с Аеф Бк/кг

Перегородки 2, 2/0, 85 335 178 580 1020 14 20 8/- 112

Багатопорож-ниста плита 2, 8/1, 12 302 156 875 1400 45 30 -/115 115

Використання трикритеріальної моделі призначення складу бетону дозволило виявити технологічний резерв (діапазон величини Аеф. для даної безлічі еквівалентних по Rб і ОК/Ж складів бетону) для управління рівнем радіаційної безпеки будівельних виробів. Розроблена методологія, прийнята на підприємствах будіндустрії і будматеріалів, забезпечила виготовлення виробів (матеріалів) потрібної комплексної марки. Методика розробки трикритеріальної комплексної марки бетону можна застосувати для розробки комплексних моделей та інших видів будівельних матеріалів.

П'ятий розділ. Для переведення існуючої системи радіаційного контролю будівельного виробництва на технологічну основу необхідно було встановити кількісні залежності між радіаційними параметрами окремих етапів виробництва і розробити технологію виготовлення будівельних матеріалів і виробів із заданими радіаційними параметрами.

Рівень апріорної інформації про радіаційні параметри різних видів будівельної сировини регіону дозволяє побудувати прогностичну і технологічну моделі оцінки радіаційних параметрів будівельних виробів і матеріалів. прогностична модель, побудована на основі теорії планування експерименту, дозволяє оцінити радіаційні параметри будівельних виробів і матеріалів з урахуванням можливостей родовищ Кількість розроблених прогностичних моделей оцінюється шляхом порівняння розрахункових значень з результатами виміру параметрів випущених виробів (похибка не перевищує 21%).

Знання радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів, які використовуються для виготовлення захисних конструкцій будівлі, дозволяє визначити створюваний ними радіаційний гамма-фон в приміщеннях будівель Рприм, мкР/год:

Рприм. = Кпер. , (6)

де Кпер = 0, 079

Величина річної дози опромінення, Н, мЗв/рік, оцінюється співвідношенням:

Н=5, 5 10-2 (0, 8Рприм. + 0, 2 Рпов.) (7)

де Рпов. - величина ЕПД на відкритому повітрі, мкР/год.

Знання діапазону варіювання Аеф. Бк/кг для основних видів будівельних матеріалів і виробів Дніпропетровського регіону дозволяє оцінити технологічні можливості управління рівнем їх радіаційних параметрів.

Шостий розділ. Проведено аналіз рівня радіаційної безпеки об'єктів будівництва для оцінки кількісних показників, які характеризують соціально-економічний ефект для суспільства в цілому. Кількісним показником соціально-технологічної небезпеки для людини і суспільства, впливу будь-якого джерела іонізуючого опромінення є величина ризику R, що визначається за формулою:

R = r, (8)

де r - коефіцієнт ризику, рівний 7, 3·10-2Зв-1 (НРБУ-97) ;

H - доза опромінення, Зв.

Величина радіаційного ризику ураження людини від впливу ПРН в будівельних матеріалах будівель житлового фонду м. Дніпропетровська вимірюється в інтервалі від 2, 7·10-5 до 1, 9·10-4. При цьому величина ризику перевищує межу прийнятого рівня (5·10-5) для частини будинків із бетону і шлакобетону.

Економічний ефект від технологічного підходу до забезпечення радіаційної безпеки об'єктів будівництва при цьому оцінюється із співвідношення “користь-шкода”, яке у розгорнутому вигляді таке:

Хі - Хо = 0, 0095 (Аеф. о - Аеф. і), (9)

де Хі, Хо - вартість одиниці маси альтернативного і вихідного будматеріалу;

Аеф. о, Аеф. і - ефективна питома активність вихідного і альтернативного матеріалу, Бк/кг.

Заміна вихідного на альтернативний будівельний матеріал економічно виправдана лише в тому випадку, коли вартість одиниці маси альтернативного матеріалу перевищує вартість того, що використовували, у відповідності з відношенням (9).

Розроблена згідно з результатами дослідження методика управління рівнем радіаційної безпеки об'єкта будівництва на технологічній основі дозволяє за рахунок поєднання контролю і управління рівнем радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів на окремих етапах будівельного виробництва зменшити величину Rос до мінімально прийнятого рівня.

Виявлені можливості технологічного управління рівнем радіаційних параметрів будівельного виробництва дозволяють зменшити вміст ПРН у будівельних матеріалах, що використовуються для виготовлення захисних конструкцій будинків, і знизити діапазон ризику для об'єктів будівництва до величини з 1, 9·10-4 до 6, 3·10-5.

Методика управління рівнем радіаційної безпеки об'єктів будівництва на технологічній основі пройшла апробацію і впроваджена на ряді підприємств будіндустрії і будматеріалів м. Дніпропетровська, а також використовується у навчальному процесі ПДАБтаА.

ВИСНОВКИ

1. Вирішено актуальне завдання - управління технологічними властивостями бетону, що дозволяє зменшити дозу гамма - опромінення в приміщеннях будівлі від впливу природних радіонуклідів при використанні будівельних матеріалів для захисних конструкцій (на прикладі Дніпропетровського регіону) на 21-38%.

2. Розроблена технологія виготовлення будівельних матеріалів і виробів на основі “комплексної марки” бетону, яка реалізується шляхом оптимізації складу бетону з заданою легкоукладальністю бетонної суміші, що відповідає (марочній) міцності матеріалу з мінімально можливими радіаційними параметрами суміші і дозволяє зменшити ефективну питому активність бетонів до 20%.

3. Досліджені розподіл і установка середнього значення ефективних питомих активностей родовищ будівельних матеріалів Дніпропетровського регіону (діапазон 7-1300 Бк/кг при Aеф. = 232 Бк/кг) і можливостей по встановленню рівня регулювання для будівельної сировини родовищ регіону на рівні A. = 178 Бк/кг.

4. Визначено радіаційний гамма - фон в приміщеннях будинків житлового фонду м. Дніпропетровська, що змінюється в широкому діапазоні 5-56 мкР/год, і розраховані річні дози гамма -опромінень населення (від 0, 6 до 2, 5 мЗв/рік).

5. Встановлено механізм формування радіаційного фону штучних будівельних матеріалів в залежності від їх складу, технології виготовлення і наступної експлуатації будівель.

6. Розроблені прогностичні і технологічні моделі визначення радіаційних параметрів будівельних матеріалів, виробів і об'єктів будівництва з достатньою точністю (похибки 21% і 10% відповідно), що дозволяє ставити і вирішувати задачу забезпечення радіаційної безпеки будівельних виробів і об'єктів будівництва, починаючи з етапу їх проектування.

7. Сформульовані технологічні принципи призначення “комплексної марки” бетону, яка визначається за трикритеріальною моделлю будови матеріалу, а саме за міцністними властивостями легкоукладністю суміші і рівнем ефективної питомої активності.

8. Розроблені методика і алгоритм управління рівнем радіаційної безпеки об'єктів будівництва на технологічній основі, які дозволяють за рахунок корекції радіаційних параметрів будівельних матеріалів і виробів впровадити принцип оптимізації НРБУ-97 (величина радіаційного ризику зниження з 1, 9·10-4 до 6, 3·10-5 для панельних будинків з найбільшою Аеф.).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Киптык В. А. Проектирование состава бетонов с заданными эксплутационно-технологическими и радиационными характеристиками // Сборник научных трудов ПГАСиА - Выпуск 2, часть 3 - Днепропетровск: ПГАСиА. - 1997. - С. 208 - 219.

2. Киптык В. А. Назначение состава бетона с заданными радиационными свойствами // Сборник научных трудов ПГАСиА- Выпуск 2, часть 4 - Днепропетровск: ПГАСиА, 1997. - С. 68-78.

3. Киптык В. А., Соколов И. А. Методы исследований радиационной безопасности бетонов // Вісник ПДАБтаА - Дніпропетровськ: ПДАБтаА - 1997. - № 10. - С. 36-43.

4. Киптык В. А., Соколов И. А Прогностическая модель определения радиационных параметров строительных материалов (изделий) и гамма-фона помищений здания //Сборник научных трудов ПГАСиА - Выпуск 2, часть 3 - Днепропетровск: ПГАСиА. - 1997. - С. 142 - 146.

5. Киптык В. А., Соколов И. А Радиационный контроль строительных материалов изделий и обьектов строительства //Сборник научных трудов ПГАСиА - Выпуск 2, часть 4 - Днепропетровск: ПГАСиА. - 1997. - С. 37 - 60.

6. Запрудин В. Ф., Киптык В. А., Соколов И. А., Штангрет Б. С. Приемы уменьшения дозы облучения в помещениях зданий на основе соблюдения принципов НРБУ-97 - Днепропетровск: Днепропетровский городской совет. Управление жилищного хозяйства. - 2000. - 38с.

АНОТАЦІЇ

Кіптик В. А. Забезпечення радіаційної безпеки населення на основі використання будівельних матеріалів з заданими параметрами. - Рукопис.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 26. 01. - охорона праці. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2000.

Забезпечення радіаційної безпеки людини в умовах зростання кількості впливових джерел іонізуючих випромінень можливо тільки шляхом регулювання інтенсивності випромінення тих, на які людина може впливати. Рівень природних радіонуклідів, які містяться в будівельних матеріалах огороджувальних конструкцій будівлі, залежить в значній мірі від діяльності людини. Прийнята система радіаційного контролю будівельних матеріалів і об'єктів будівництва забезпечує нормування контрольованих параметрів будівельного виробництва, але не містить рекомендацій і пропозицій із зниження дози опромінень, які утворюються даним іонізуючим джерелом. Представлена робота, яка спирається на результати досліджень провідних організацій України, спрямована на розробку технології виготовлення багатокомпонентних будівельних матеріалів (бетонів) з мінімально можливими радіаційними властивостями, але без погіршення їх експлутаційно -технологічних показників. Поставлена задача вирішувалась на прикладі Дніпропетровського регіону з використанням одержаних в результаті вимірювань величин фізико - механічних і радіаційних параметрів основних видів сировини і матеріалів.

В роботі досліджені рівні вмісту природних радіонуклідів в основних рызновидах будівельної сировини родовищ Дніпропетровського регіону і в основних видах будівельних виробів, які випускаються підприємствами будіндустрії м. Дніпропетровська, і радіаційний гамма-фон в приміщеннях будівель житлового фонду міста, що експлуатується, необхідний для технологічного управління радіаційними властивостями будівельної продукції, що випускається.

На основі аналізу існуючих технологічних методів виготовлення бетонів для рішення поставленої задачі в найбільшій мірі підходить метод, розроблений у ПДАБтаА. Розроблена трикритеріальна модель призначення складу бетону, яка забезпечує управління його радіаційними властивостями, і алгоритм розрахунку складу бетону комплексної марки з мінімально можливим рівнем радіоактивності на основі наявності еквівалентних складів бетону по міцності і легкоукладальності, що пройшли експериментальну перевірку в заводській лабораторії.

Для управління радіаційними властивостями на окремих етапах будівельного виробництва розроблені аналітичні моделі визначення радіаційних параметрів будівельних виробів і об'єктів будівництва з урахуванням радіаційних властивостей використовуваних видів будівельної сировини, що дозволяє ще на стадії розробки будівельних виробів і проектування об'єктів визначити і вибирати раціональний варіант забезпечення їх радіаційної безпеки.

Розроблена методика технологічного управління радіаційними властивостями будівельних матеріалів і об'єктів будівництва пройшла апробацію і впроваджена на ряді підприємств будматеріалів і будіндустрії м. Дніпропетровська.

Ключові слова: бетон, склад бетону, комплексна марка бетону, природні радіонукліди, ефективна питома активність, радіаційна безпека.

Киптык В. А. Обеспечение радиационной безопасности населения на основе использования строительных материалов с заданными параметрами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 26. 01. - охрана труда. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2000.

Обеспечение радиационной безопасности человека в условиях роста числа воздействующих источников ионизирующих излучений возможно только путем регулирования интенсивности излучения тех из них, на которые человек может воздействовать. Уровень естественных радионуклидов, содержащихся в строительных материалах ограждающих конструкций здания, зависит в значительной мере от деятельности человека. Проблему обеспечения радиационной безопасности строительных материалов и объектов следует рассматривать с двух взаимосвязанных точек зрения: радионуклидно -гигиенической и технологической. Если первая устанавливает допустимые уровни радиационные параметры строительных материалов и объекты строительства, и обеспечивает систему их контроля, то технологический подход должен обеспечить принятие таких технологических решений, при которых будут выполнятся не только требования строительно-гигиенических норм, но и уровни радиационных параметров строительных материалов будут наименьшими, насколько это достижимо, и не в ущерб эксплутационно - технологическим показателям. Принятая система радиационного контроля строительных материалов и объектов строительства обеспечивает нормирование контролируемых параметров строительного производства, но не содержит рекомендаций и предложений по снижению дозы излучений, создаваемой данным ионизирующим источником. Представленная работа, опираясь на результаты исследований ведущих организаций Украины, направлена на разработку технологии изготовления многокомпонентных строительных материалов (бетонов) с минимально возможными радиационными свойствами, но не в ущерб их эксплутационно- технологическим показателям. Поставленная задача решалась на примере Днепропетровского региона с использованием полученных в результате исследований величин физико-механических и радиационных параметров основных видов строительного сырья и материалов.

В работе разработана система управления технологическим процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий на основе рассмотрения всего комплекса операций их производства, которая удовлетворяет эксплутационно -технологическим (прочность и удобоукладываемость) и радиационному (эффективная удельная активность) показателям.

На основе анализа существующих технологических методов изготовления бетонов для решения поставленной задачи в наибольшей мере подходит метод, разработанный в ПГАСиА. На его основе разработана трехкритериальная модель назначения состава бетона, обеспечивающая управление его радиационными свойствами, и алгоритм расчета состава бетона комплексной марки с минимально возможным уровнем радиоактивности на основе наличия эквивалентных составов бетона по прочности и удобоукладываемости, которые прошли экспериментальную проверку в заводской лаборатории.

Для управления радиационными свойствами на отдельных этапах строительного производства разработаны аналитические модели определения радиационных параметров строительных изделий и объектов строительства с учетом радиационных свойств используемых видов строительного сырья, что позволяет еще на стадии разработки строительных изделий и проектирования объектов определять и выбирать рациональный вариант обеспечения их радиационной безопасности.

В работе определены социально-экономические показатели достигаемого уровня радиационной безопасности объектов строительства за счет технологического управления радиационными свойствами используемых видов строительных материалов.

Разработанная методика технологического управления радиационными свойствами строительных материалов и объектов строительства прошла апробацию и внедрена на ряде предприятий стройматериалов и стройиндустрии г. Днепропетровска.

Ключевые слова: бетон, состав бетона, комплексная марка бетона, естественные радионуклиды, эффективная удельная активность, радиационная безопасность.

Kiptyk V. A. Provision of radiation safety of population, basing on the use of construction materials with specified parameter. - Manuscript.

The thesis applying for scientific degree of Candidate of Sciences in the specialty 05. 26. 01 - labour protection. - Pridneprovsky State Academy of Engineering and Architecture, Dnepropetrovsk, 2000.

The provision of radiation safety of man in terms of growing number of impacting sources of ionizing radiance is possible only through regulation of radiation intensity of those sources which a man can influence, and the level of natural radionuclides contained in building materials of construction walling of building greatly depends on the man's activity and makes the biggest contribution in total year's dose of a man's radiation and that is why should be controlled.

The accepted system of radiation control of building materials and construction projects provides the regulation of controlled characteristics but does not contain recommendations and propositions to decrease the dose of radiation produced by this source. This work, based on the results of the investigations made by leading organizations of Ukraine, is directed at developing the technology of production of multielement building materials (concrete's) with minimal possible radiation qualities which however will not effect negatively their operational and technical characteristics. The set task was solved on the level of Dnepropetrovsk region using received though measurements data of physic-mechanical and radioactive characteristics of recovered and manufactured types of building raw materials.

The content of natural radionuclides in main types of building raw materials of Dnipropetrovsk region's fields and in main types of building products manufactured by factories of building industry of Dnipropetrovsk were investigated in this work as well as the radioactive gamma-background in the premises of operating city housing, which is necessary for technological management of radioactive qualities of manufactured building products.

On the basis of existing technological methods of concrete production the method developed at PSAEA is the most suitable for solving the set task. On its foundation the triplecriterion model was developed and tested in the factory laboratory for concrete formula designation which has to provide the control of its radioactive qualities and the algorithm for concrete formula calculation of complex trademark with the minimal possible level of radioactivity considering the existing equivalent concrete formulas with the same criteria of endurance and workability. The analytical models for defining radioactive characteristics of building products and construction projects with allowance for radioactive qualities of used types of building raw materials were developed to control radioactive qualities at the definite stages of construction. This allows to define and select the efficient variant for providing radioactive safety of building products and construction projects at the stage of designing and developing.

Social and economic criteria of acquired level of radioactive safety of construction projects at the cost of technological control for used types of building materials were defined in this work.

The designed system for technological control of radioactive qualities of building materials and construction projects which covers all the stages of construction manufacturing was tested and implemented in some factories of building materials and industry in Dnepropetrovsk.

Key words: concrete, concrete mix, concrete complex grade, natural radionuclides, effective spective specific activity, radiation safety.

Размещено на Allbest.ru