Эколого-радиационная оценка строительных материалов города Тюмени

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Современные темпы строительства приводят к использованию больших объемов строительного сырья, которое должно соответствовать нормативным показателям, в том числе и радиационным. Высокие показатели активности естественных радионуклидов как в строительных, так и в отделочных материалах влияют на изменения показателей гамма-излучения в помещениях, что негативно может отразиться на здоровье людей, проживающих в таких объектах. Эколого-радиационная оценка строительных материалов на содержание естественных радионуклидов показала повышенную природную активность калия-40. Максимальные значения активности были отмечены в пробах кирпича и керамзита, где составили 799,0 и 622,0 Бк/кг соответственно. Наименьшая удельная активность природного калия была отмечена в пробе щебня (21,3 Бк/кг). Удельная активность тория-232 в строительных материалах находилась в диапазоне от 2,1 до 53,3 Бк/кг. Активность радия-226 во всех исследуемых образцах составила от 4,4 Бк/кг (щебень) до 55,6 Бк/кг (цемент). Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в исследуемых строительных материалах не превышает нормативных значений (370 Бк/кг), следовательно, они могут быть использованы во всех видах строительства и реконструкции.

Полный текст

Интенсивные темпы строительства в настоящее время приводят к использованию большого объема строительного сырья, которое должно соответствовать нормативным параметрам, в том числе радиационным. Во всех строительных материалах, используемых как для строительства жилых объектов, так и производственных зданий и сооружений, определяется удельная активность естественных радионуклидов, к которым относят калий-40, радий-226, торий-232 [1, с. 245; 2; 3].

В зависимости от природной особенности естественных строительных материалов активность радионуклидов может изменяться в большую и в меньшую сторону. Так, наибольшие значения отмечены в породах магматического и метаморфического генезиса, таких как: гранит, диорит, мрамор и других, в отличие от осадочных природных материалов: песка, известняка, мела, каолина и других [4–6].

Согласно ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные, определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» во всех строительных материалах должна быть определена удельная эффективная активность естественных радионуклидов. Данный показатель рассчитывается и зависит от удельной активности природных радионуклидов в исследуемых образцах. От удельной эффективной активности зависит класс исследуемых строительных материалов и, следовательно, область их применения [7].

При изготовлении строительных материалов важно, чтобы использовалось экологически чистое сырье, соответствующее основным радиационным параметрам. Высокая активность естественных радионуклидов как в строительных, так и в отделочных материалах влияет на изменения показателей гамма-излучения в помещениях, что негативно может отразиться на здоровье людей, проживающих в таких объектах [8; 9; 10, с 55]. При удельной эффективной активности природных радионуклидов до 370 Бк/кг строительные материалы безопасны и могут быть использованы в строительстве без ограничений [7; 11–13].

Материалы и методы исследования

Для определения удельной активности естественных радионуклидов в строительных материалах и оценки их эколого-радиационного состояния в качестве объектов исследования был произведен отбор проб разных видов строительной продукции, используемой как для строительства и отделки помещений, так и широко применяемых при благоустройстве территорий.

Спектрометрические исследования образцов строительных материалов (сухие строительные смеси, цемент, кирпич, щебень, песок и другие материалы) проводились согласно общепринятым методикам [14]. Была определена удельная активность естественных радионуклидов (калий-40, торий-232, радий-226) в соответствии с основными нормативными документами для определения радиационной безопасности строительных материалов: СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)» и ГОСТ 30108-94 [3; 7; 15].

Согласно ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные, определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» была определена удельная эффективная активность природных радионуклидов в строительных материалах. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов – это суммарная удельная активность естественных радионуклидов в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека. Данный показатель рассчитывается и зависит от удельной активности естественных радионуклидов в образцах.

По значению удельной эффективной активности естественных радионуклидов присваивается класс по радиационной безопасности материала с определением области применения. При удельной эффективной активности природных радионуклидов до 370 Бк/кг строительные материалы относятся к первому классу, считаются радиационно-безопасными и могут быть использованы в строительстве без ограничений [7].

Результаты исследования

Результаты определения удельной активности природных радионуклидов в образцах представлены в виде диаграммы на каждый вид строительных материалов в отдельности (рис. 1). Результаты расчета удельной эффективной активности естественных радионуклидов отражены в виде диаграммы (рис. 2). Анализ полученных значений удельной эффективной активности естественных радионуклидов проведен по видам строительных материалов.

Наиболее часто используемый материал в строительстве – кирпич. Для определения радиоактивности были взяты 4 вида: кирпич керамический; кирпич силикатный № 1; кирпич силикатный № 2; кирпич керамический утолщенный рядовой пустотелый. Полученные показатели удельной активности естественных радионуклидов наглядно представлены на рисунке 1.

Анализ полученных результатов показал, что наибольшие показатели активности были отмечены у ⁴⁰K. Удельная активность природного калия в пробе кирпича керамического утолщенного рядового пустотелого составила 799,0 Бк/кг, наименьшее значение было зафиксировано в пробе кирпича силикатного № 2 (236,0 Бк/кг). Активность ²³²Th и ²²⁶Ra во всех исследуемых пробах по отношению к ⁴⁰K имела меньшие значения, и показатели варьировали от 7,5 до 39,5 Бк/кг.

 

Рисунок 1 – Удельная активность естественных радионуклидов в строительных материалах

 

Анализ удельной эффективной активности естественных радионуклидов в исследуемых образцах показал, что более высокие значения были отмечены в пробе кирпича керамического утолщенного рядового пустотелого и в пробе кирпича керамического, где данные значения составили 125,7 и 167,7 Бк/кг. Столь высоким значениям могла способствовать высокая природная адсорбционная активность глинистого материала на основе каолинита и монтмориллонита. В пробах кирпича силикатного данные результаты составили 45,2 и 40,3 Бк/кг соответственно, что обусловлено наличием в его составе песка (рис. 2).

Для анализа удельной активности природных радионуклидов в строительном материале (щебень) были взяты пробы щебня с разными фракциями. Результаты исследований наглядно представлены на рис. 1.

По результатам проведенных исследований было выявлено, что удельная активность ²³²Th и ²²⁶Ra в щебне имеют незначительные показатели. Максимум удельной активности отмечен в пробе щебня с фракцией 40–70 мм, где составил 36,9 и 25,2 Бк/кг соответственно (среднее значение активности ²³²Th – 13,9 Бк/кг, ²²⁶Ra – 12,1 Бк/кг). Средняя удельная активность ⁴⁰K – 140,36 Бк/кг при наибольшем значении активности в пробе щебня с фракцией 40–70 см (372, 1 Бк/кг).

Анализ результатов показал прямую зависимость фракций щебня и удельной эффективной активности природных радионуклидов (Аэфф). Чем больше фракция строительного щебня, тем выше удельная эффективная активность природных радионуклидов в материале. Так, в образце щебня (40–70 мм) Аэфф составила 105,2 Бк/кг, в пробе щебня (до 20 мм) Аэфф – 12,1 Бк/кг (рис. 2).

При строительсте объектов широко используются отделочные строительные материалы. Для спектрометрического исследования были отобраны образцы наиболее часто применяемых в строительстве строительных смесей (штукатурная смесь и цементно-известковая смесь, гипс 63, клей, W6 стяжка) [16, с. 298–301]. Результаты определения удельной активности естественных радионуклидов в строительных смесях наглядно представлены на рисунке 1.

Во всех сухих строительных смесях наблюдается высокая активность ⁴⁰K. Наибольшие значения удельной активности ⁴⁰K были зафиксированы в пробе клея (381,7 Бк/кг). Минимальный показатель удельной активности радионуклида был отмечен в пробе цементно-известковой смеси (198,7 Бк/кг). Удельная активность ²³²Th и ²²⁶Ra в строительных материалах значительно меньшим, чем калия. Так, значения активности ²³²Th были практически на одном уровне, находились в пределах от 14,5 до 19,1 Бк/кг. Удельная активность ²²⁶Ra составляла от 18,4 до 51,3 Бк/кг.

Удельная активность естественных радионуклидов практически во всех строительных смесях имела не одинаковое значение. Так, максимальный показатель активности ²²⁶Ra зафиксирован в W6 стяжка – 16,9 Бк/кг. По результатам расчетов максимальная удельная эффективная активность естественных радионуклидов была отмечена у клея – 105,9 Бк/кг, что может быть обусловлено высоким содержанием глинистых минералов в составе полимеров клея, которые используются для его водостойкости. Удельная эффективная активность в пробе гипса составила 62,5 Бк/кг, в пробе W6 стяжка – 86,0 Бк/кг (рис. 2).

В рамках проведенных исследований для определения удельной активности естественных радионуклидов в строительных материалах нами были отобраны различные образцы керамзита, камня бетонного стенового и блока ячеистобетонного (рисунок 1).

Из полученных результатов определения удельной активности естественных радионуклидов в исследуемых образцах прослеживается высокая активность природного ⁴⁰K во всех трех строительных материалах. Наибольшая активность наблюдается у керамзита, где данное значение составляет 622,0 Бк/кг, наименьшая у блока ячеистобетонного 363,4 Бк/кг. Максимальные значения активности тория были выявлены у камня бетонного стенового – 25,7 Бк/кг, минимальные у блока ячеистобетонного – 14,3 Бк/кг. Активность радия в исследуемой пробе имеет аналогичные закономерности. Наибольшей активностью здесь обладает камень бетонный стеновой – 25,7 Бк/кг.

 

Рисунок 2 – Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в строительных материалах

 

Из полученных результатов удельной эффективной активности установлено, что наименьшей удельной активной эффективностью обладает блок ячеистобетонный, где данные значения составили 83,7 Бк/кг (рис. 2).

Блок ячеистобетонный по своей структуре является очень пористым (пористость может доходить до 90%), поэтому циркуляция воздуха в строительном материале высокая, за счет воздушной фазы активность естественных радинуклидов здесь снижается. Наибольшая удельная эффективная активность отмечена у каменя бетонного стенового (118,8 Бк/кг) и керамзита (138,1 Бк/кг). Высокая удельная эффективная активность керамзита обусловлена высоким содержанием глинистого материала. Поскольку керамзит имеет закрытую пористость ID-20%, то при высоких концентрациях долгоживущих естественных радионуклидов из пор и трещин керамзитового гравия происходит активное излучение радиоактивности [17, с. 157].

В рамках исследования была определена удельная активность естественных радионуклидов в образцах цемента и песка, которые как сырьевые материалы в большем количестве используются при строительстве и изготовлении строительных материалов [18]. Результаты представлены на рисунке 1.

Результаты спектрометрического исследования образцов показали, что природная радоктивность строительных материалов в большей степени связана с ⁴⁰K. Максимальное значение удельной активности природного калия было зафиксированно в пробе песка г. Тюмень, где 322,3 Бк/кг, в пробе цемента в 2 раза меньше – 161,7 Бк/кг.

Самая высокая активность природного радия была отмечена в пробах цемента и составила 55,6 Бк/кг. Удельная активность ²³²Th во всех исследуемых пробах находилась практически на одном уровне (в пробах песка и цемента составили 9,3 и 9,7 Бк/кг соответственно).

Анализ результатов определения удельной эффективной активности естественных радионуклидов показал, что наибольшей Аэфф обладает цемент (82,1 Бк/кг). В пробах песка данные значения имели меньшую активность по сравнению с цементом, здесь этот показатель составил 46,5 Бк/кг. Существенное повышение удельной эфективной активности в пробе цемента, по отношению к песку, обусловлено составом исходного сырья.

Заключение

Отмечено, что основной вклад в формирование удельной эффективной активности строительной продукции вносит повышенная природная активность ⁴⁰K. Разные технологические этапы изготовления строительных материалов и состав сырья могут существенно снизить активность радионуклидов и тем самым улучшить эколого-радиационные параметры выпускаемой продукции.

Анализ эколого-радиационного состояния исследуемых строительных материалов показал, что удельная эффективная активность природных радионуклидов в исследуемых образцах не превышают 370 Бк/кг, следовательно, они относятся к первому классу строительных материалов и подходят для всех видов строительства и реконструкции без ограничения.

Учитывая широкие темпы строительства объектов различного назначения, для контроля за эколого-радиационной обстановкой требуется проведение постоянного радиационного контроля как исходного природного строительного сырья, так и готовой строительной продукции, это позволит избежать негативного воздействия на здоровье человека от дополнительного воздействия природных источников радиационного излучения.

×

Об авторах

Елена Викторовна Захарова

Тюменский индустриальный университет

Email: zaharovaev@tyuiu.ru

кандидат биологических наук, доцент кафедры техносферной безопасности

Россия, Тюмень

Елена Викторовна Гаевая

Тюменский индустриальный университет

Email: gaevajaev@tyuiu.ru

кандидат биологических наук, профессор кафедры техносферной безопасности

Россия, Тюмень

Леонид Николаевич Скипин

Тюменский индустриальный университет

Email: skipinln@tyuiu.ru

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры техносферной безопасности

Россия, Тюмень

Светлана Сергеевна Тарасова

Тюменский индустриальный университет

Email: tarasovass@tyuiu.ru

ассистент кафедры техносферной безопасности

Россия, Тюмень

Василя Зиннуровна Бурлаенко

Тюменский индустриальный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: burlaenkovz@tyuiu.ru

кандидат биологических наук, доцент кафедры техносферной безопасности

Россия, Тюмень

Список литературы

  1. Захарова Е.В., Шевелева Т.Г., Абушева М.Э. Техногенное загрязнение селитебных территорий города Тюмени // Водные ресурсы – основа устойчивого развития поселений Сибири и Арктики в XXI веке: сб. докл. XXI междунар. науч.-практ. конф. Т. III. Тюмень: ТИУ, 2019. С. 244–251.
  2. Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. М.: Изд-во «Бином. Лаборатория знаний», 2006. 286 с.
  3. Нормы радиационной безопасности НБР-99/2009: СанПиН 2.6.1.2523-09. М.: ЭНАС, 2001. 158 с.
  4. Новоселов В.Н., Толстиков В.С. Атомный след на Урале. Челябинск: Рифей, 1997. 240 с.
  5. Старков В.Д., Мигунов В.И. Радиационная экология. Тюмень: Тюменский дом печати, 2007. 400 с.
  6. Булатов В.И. Россия радиоактивная. Новосибирск: Изд-во «Серия», 1996. 272 с.
  7. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные, определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. М.: Стандартинформ, 2007. 9 с.
  8. Рябов И.Н., Белова Н.В., Крышев И.И., Рябцев И.А. Радиоэкологическая безопасность. Тула: Изд-во «Графико», 2001. 216 с.
  9. Смирнов С.Н. Радиационная экология: учеб. пособие. М.: МНЭПУ, 2000. 134 с.
  10. Романов Г.Н., Спирин Д.А., Алексахин Р.М. Поведение радиоактивных веществ в окружающей среде // Природа. 1990. № 5. С. 53–58.
  11. Белозерский Г.Н. Радиационная экология. М.: Академия, 2008. 382 с.
  12. Кузин А.М. Роль природного радиоактивного фона и вторичного биогенного излучения в явлении жизни. М.: Наука, 2002. 79 с.
  13. Потапов А.Д. Экология. М.: Высшая школа, 2000. 446 с.
  14. Методика измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сентилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения «Прогресс». 05.09.2016. М.: ЦНПВРЛ, 2016. 22 с.
  15. Пивоваров Ю.П., Михалев В.П. Радиационная экология. М.: Академия, 2004. 437 с.
  16. Судакова И.К., Котова Т.В., Захарова Е.В., Гаевая Е.В. Экологическая безопасность сухих строительных смесей по содержанию токсичных элементов и естественных радионуклидов // Водные ресурсы и ландшафтно-усадебная урбанизация территорий России в XXI веке: сб. докл. XVII междунар. науч.-практ. конф.: в 2-х т. Т. 1. Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2015. С. 298–301.
  17. Назиров Р.А., Пересыпкин Е.В., Тарасов И.В., Романова А.А. Формирование удельной эффективной активности естественных радионуклидов в строительных материалах и изделиях // Радиоэкология XXI века: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 14–16 мая 2012 года. Красноярск: СФУ, 2012. С. 156–158.
  18. Бакулин В.В., Козин В.В. География Тюменской области. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд., 1996. 240 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1 – Удельная активность естественных радионуклидов в строительных материалах

Скачать (58KB)
3. Рисунок 2 – Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в строительных материалах

Скачать (40KB)

© Захарова Е.В., Гаевая Е.В., Скипин Л.Н., Тарасова С.С., Бурлаенко В.З., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.