ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Научная статья
Едаменко А.С.
Кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедра безопасность жизнедеятельности, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Аннотация
Учитывая неравномерность распределения естественных радионуклидов в горных породах и минералах, использованных для производства строительных материалов, в работе исследованы на радиоактивность различные строительные материалы, изделия и конструкции.
Ключевые слова: строительные материалы и изделия, радиоактивные нуклиды (226Ra, 232Th 40К), радон.
Key words: building materials and products, radioactive nuclides (226Ra, 232Th 40K), radon.
В начале XXI века человечество все больше осознает, что современные масштабы и темпы развития различных производств требуют радикальной их реорганизации на основе гармоничной и сбалансированной экологической деятельности по отношению к окружающей природной среде.
Не является исключением строительство и одна из его главных отраслей - промышленность строительных материалов.
К числу основных требований, предъявляемых обществом к строительной продукции, относятся повышения качества строительной продукции рациональное природопользование и охрана окружающей среды; обеспечение безопасности строительных работ.
Как правило, большую часть времени мы проводим в помещении, будь то дом или работа, и от того, из каких строительных материалов оно построено или сделан в нем ремонт, напрямую зависит продолжительность нашей оставшейся жизни, да и не только нашей.
Одним из отрицательных экологических последствий интенсификации развития промышленности, происходившей во второй половине ХХ столетия, явилось увеличение техногенного радиационного фона в результате перемещения в процессе производственной деятельности огромного количества природных радионуклидов (уран, торий и продукты их распада). Немалую долю в увеличение техногенного радиационного фона вносят различные строительные, в том числе и облицовочные материалы и изделия. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), годовая доза облучения в зданиях сопоставима с дозой, получаемой в процессе рентгенодиагностики.
Основными радиоактивными нуклидами природного происхождения, содержащимися в строительных материалах, являются: радий (226Ra), торий (232Th), калий (40К).
Средняя удельная радиоактивность некоторых строительных материалов на примере Белгородской области приведена в табл.1.
Таблица 1. Средняя удельная радиоактивность строительных материалов
| Материал | Удельная активность, Бк/кг | |||
| 40K | 226Ra | 233Th | Cуммарная эффективность | |
| Цемент М-500 Белгородского цементного завода | 131 | 34 | 18 | 70 |
| Шифер асбестоцементный Белгородского КАЦИ | 195 | 12 | 23 | 59 |
| Кирпич керамический Алексеевского кирпичного завода | 554 | 43 | 56 | 163 |
| Гранитовый щебень | 103 | 105 | 119 | 349 |
| Тяжелый бетон ЖБК-1 | 722 | 82 | 83 | 252 |
| Песок кварцевый | 54 | 8 | 19 | 37 |
| Керамзитовый гравий | 454 | - | 66 | 125 |
| Древесина, сосна (опилки) | - | 1,5 | - | 1,5 |
В таблице 2 представлена удельная активность радионуклидов в строительных материалах зарубежных стран.
Таблица 2. Средняя удельная радиоактивность строительных материалов некоторых стран
| Материал | Страна | Удельная активность, Бк/кг | ||
| K40 | Ra226 | Th233 | ||
| Цемент | США | 111 | 18 | 11 |
| Великобритания | 155 | 22 | 18 | |
| Венгрия | 149 | 26 | 18 | |
| Кирпич | Великобритания | 703 | 52 | 44 |
| Венгрия | 629 | 48 | 52 | |
| Бетон | США | 296 | 26 | 18 |
| Великобритания | 370 | 59 | 26 | |
| Венгрия | 185 | 11 | 15 | |
Таким образом, в настоящее время радиационная безопасность строительных материалов в среднем везде одинаковая. Все зависит от честности поставщиков материалов, от соблюдения норм радиационной безопасности, правильного заполнения паспорта на строительные материалы. Россия слегка уступает Европе в плане достоверности документации на реализуемое сырье.
Наиболее существенным из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раз тяжелее воздуха) – радон.
В сущности, большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада (ДПР) радона, а не от него самого.
В последние годы мнения ученых сходятся на том, что повышенное содержание радона в жилых домах опасно для здоровья их обитателей. Ранее в многочисленных исследованиях отмечалось увеличение риска заболевания раком среди рабочих урановых и других рудников в результате облучения короткоживущими α-излучающими ДПР радона-222. Около 10 % наблюдающихся случаев заболевания раком легких спровоцировано радоном. Имеющиеся прямые данные показывают, что люди, прожившие 20 лет в домах, где концентрация радона достигает 1000 Бк/м3, на 2…3 % чаще заболевают раком легких. Эти цифры нельзя считать незначительными.
Доза облучения легких от ДПР определяется величиной эквивалентной равновесной объемной активности радона:
СRn(экв) = 0,104nRaA + 0,514nRaB + 0,382nRaC, (1)
где nRaA, nRaB, nRaC – объемные активности радона и его дочерних продуктов (соответственно RaA, RaB, RaC) в Бк/м3;
До 1980 г. ни в одной стране не устанавливались нормативы на содержание радона и ДПР в помещениях. И только углубленные эпидемиологические исследования, проведенные в последние десятилетия, выявили относительно высокие значения доз, получаемых отдельными группами населения за счет ДПР, находящихся в воздухе жилых помещений. В связи с этим проблема радона, включая вопросы нормирования и снижения доз, приобрела существенное значение. Нормируется суммарное содержание радона в воздухе помещений: для новых зданий - не более 100 Бк/м3, для уже эксплуатируемых - не более 200 Бк/м3 [1, 2]. Нормативные значения эквивалентной равновесной концентрации радона в воздухе жилых зданий других стран представлены на рис.1.
Рис.1 Нормативы эквивалентной равновесной концентрации радона в воздухе жилых зданий (Бк/м3)
Важное значение имеет изучение источников поступления радона в воздух жилых помещений.
Самые распространенные строительные материалы – дерево, кирпич, бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качестве строительных материалов.
В закрытых плохо проветриваемых помещениях, особенно на нижних этажах или станциях метро, объемная активность ²²²Rn в воздухе помещений может более чем на порядок превышать его объемную активность в открытой атмосфере. Причем концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, ниже, чем на первом этаже.
Процесс выделения радона в воздух помещений состоит из двух этапов. Вначале происходит выделение радона его из кристаллической решетки материала в поры строительной конструкции. Этот процесс обусловлен энергией отдачи, приобретаемой атомами в результате альфа-распада, а так же процессами диффузии и адсорбции атомов радона. На втором этапе радон распространяется за счет диффузии в порах и микротрещинах материала. За время диффузии часть радона распадается, поэтому в воздух помещения попадает только часть свободного радона, находящегося в порах. Количество радона, выделяющегося в поры материала, характеризуют коэффициентом эманирования материала:
η = А1 / А2 , (2)
где А1 - активность газообразного радона в состоянии радиоактивного равновесия; А2 - равновесная активность радона в материале в отсутствие эманирования (активность радия – 226) [3, 4].
Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, комнаты, в которых проводились измерения, находились ближе к земле – основному источнику радон.
Излучения в помещении определяется в основном удельной эффективной активностью естественных радионуклидов в строительных материалах (Аэфф). Она определяется по формуле:
Аэфф = ARa + l,31ATh + 0,085АК, (3)
.где ARa, ATh, АК – удельные активности радия, тория, калия соответственно, Бк/кг.
Форма и размеры помещений, толщина стен и перекрытий мало влияют на мощность дозы в помещении. Значение средней дозы облучения населения (или коллективной дозы) зависит от средневзвешенной удельной эффективной активности естественных радионуклидов в строительных материалах. Поэтому изменить ее можно только влиянием на номенклатуру используемых строительных материалов, например, путем отказа от применения в жилищном строительстве материалов с наиболее высоким содержанием естественных радионуклидов. Этого можно достичь нормированием Аэфф в материалах, добываемых на отдельных месторождениях.
Список литературы / References
1. «Нормы радиационной безопасности» НРБ–99.
2. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» от 9.01.96 г. №3
3. Ахременко С.А. Управление радиационным качеством строительной продукции / С.А. Ахременко. М.: изд-во АСВ, 2000 С. 236.
4. Смирнов В.П. Радиационный фон естественных радионуклидов строительных материалов / В.П. Смирнов, С.М. Игнатов, Л.И. Уруцкоев, А.В.Чесноков. // Строительные материалы. – 1999 - № 4. - С.17-19.