Экологические свойства строительных материалов

   Использование на протяжении долгих лет традиционно считавшихся безопасными строительных материалов, в свете их радиационного воздействия на людей, заставило по-новому оценить эти материалы с экологической точки зрения (см. рис. 1).
   В соответствии с ГОСТ 30108-94, эффективная удельная активность естественных (ЕРН) (Аэфф) – суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека по формуле:
  
   Аэфф = АRa + 1,31.ATh + 0,085.AK , (1)
   где АRa и АTh – удельные активности 226Ra и 232Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, АK – удельная активность К-40, Бк/кг.
   По НРБ-99 эффективная удельная активность (Аэфф) природных радионуклидов в строительных материалах (щебень, гравий, песок, бутовый камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности (отходы промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов – золы, шлаки и пр.), не должна превышать:
   - для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях (I класс):

Аэфф= АRa +1,3АTh+0,09АK ≤ 370 Бк/кг; (2)

- для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений (II класс):

Аэфф Ј 740 Бк/кг;

- для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов (III класс):

Аэфф=1,5кБк/кг.

При 1,5 кБк/кг <Аэфф Ј 4,0 кБк/кг (IV класс) вопрос об использовании материалов решается в каждом конкретном случае отдельно, по согласованию с федеральным органом госсанэпиднадзора. При Аэфф>4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.
   Так как большинство строительных материалов являются многокомпонентными, выявление закономерностей содержания естественных радионуклидов в таких материалах в зависимости от эффективной удельной активности исходных компонентов является актуальным для обеспечения радиационной безопасности. Для измерения активности материалов используются дозиметрические средства (см., например, рис. 2).
   В целях поиска эффективных путей снижения содержания естественных радионуклидов в строительных материалах, необходимо выявить основные закономерности получения строительных материалов с минимальным их содержанием. Учитывая, что на долю заполнителей в составе бетонов и растворов приходится большая часть объема материала, а многие заполнители имеют высокие значения эффективной удельной активности (гранитный щебень, керамзитовый гравий, шлаки, золы и др.), одной из важных задач является установление влияния различных видов заполнителей на содержание естественных радионуклидов.
   Прогнозирование содержания ЕРН в строительных материалах позволит на стадии проектирования при известных значениях эффективной удельной активности исходного сырья установить их безопасность для населения и определить рациональные пути их использования. Особенно это важно в производстве, например, керамических изделий. В результате спекания глин происходит возрастание содержания ЕРН за счет их концентрирования в составе материалов [1].
   Особенностью строительных материалов некоторых регионов является то, что кроме естественных, в их составе присутствуют техногенные радионуклиды. Это обстоятельство требует дополнительных мер по обеспечению контроля за содержанием не только естественных, но и техногенных радионуклидов в сырьевых материалах и готовых изделиях.
   Но эффективная удельная активность ЕРН не всегда в полной мере может характеризовать опасность радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по содержанию ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эманирующей способности. Выявление особой роли радона в облучении людей в бытовых условиях и на производствах, далеких от радиационно-опасных технологий, является одной из причин повышенного внимания в последние годы к проблеме радона, условиям его образования и накопления в помещениях.
   Различные материалы, содержащие радиоактивные элементы, выделяют в окружающую среду образующиеся в них радиоактивные эманации [2]. Количество выделяемой эманации зависит от природы, физического состояния, температуры эманирующего тела и др. Степень эманирования характеризуется коэффициентом эманирования [3].
   Коэффициент эманирования представляет собой отношение количества радона, свободно выделяемого веществом единичной массы Q1, к количеству образующегося в веществе ра-
   дона Q2 :

кэм = Q1/Q2. (3)

Другой величиной, характеризующей эманирование, является эманирующая способность. Эманирующая способность – это количество свободного радона, выделяемого единицей массы вещества при условии радиоактивного равновесия. Эта величина связана с удельной активностью радия АRa в материале следующим соотношением [1]:

R = АRa кэм , (4)

где R – эманирующая способность материала, Бк/кг;
   АRa – эффективная удельная активность радия, Бк/кг;
   кэм – коэффициент эманирования.
   В настоящее время изучение эманирующей способности строительных материалов в нашей стране (да и за рубежом, за исключением нескольких видов строительных материалов) основано на единичных измерениях, которых явно недостаточно. Приводимые в литературе данные по коэффициенту эманирования строительных материалов малочисленны и противоречивы. Они не позволяют установить закономерности получения строительных материалов и изделий с низкой эманирующей способностью. Учитывая многообразие строительных материалов, технологии их изготовления и различные виды образующихся при этом структур, следует ожидать большое разнообразие факторов, влияющих на коэффициент эманирования.
   Использование в производстве строительных материалов промышленных отходов носит комплексный характер: экономический, экологический и социальный. Они являются ресурсосырьевой базой для производства строительных материалов.
   Однако промышленные отходы могут успешно быть утилизированы только в том случае, если учитываются не только технологические, но и экологические свойства как отходов, так и материалов на их основе. Поэтому строительные материалы, содержащие промышленные отходы, должны быть стабильными во времени при воздействии различных факторов, чтобы исключить вредное воздействие на человека и вторичное загрязнение окружающей среды.
   Исследования последних лет по определению содержания свинца и хрома в водопроводной воде, протекающей по цементным трубам, заставило по-иному взглянуть на проблему тяжелых металлов в строительных материалах [4]. Тяжелые металлы, содержащиеся в таких промышленных отходах, как пиритные огарки, ферроникелевые, феррованадиевые, гальванические и другие шламы, отработанные формовочные смеси, пыли-уноса цементных заводов, превышают предельно-допустимые концентрации в десятки и сотни раз. Попадая с сырьевыми материалами и корректирующими добавками в цемент, с заполнителями и отходами в растворы и бетоны, а из строительных материалов водопропускных сооружений в питьевую воду, могут наносить значительный вред здоровью людей. Другой путь миграции тяжелых металлов осуществляется по цепочке: строительные материалы, грунт, грунтовые воды, водопроводная вода, организм человека.
   Приводимые в литературных источниках сведения по миграции тяжелых металлов не дают представления о закономерностях и особенностях процессов связывания и миграции, а также факторах, определяющих эти процессы [6,7]. В настоящее время практически отсутствуют результаты теоретических исследований по данному вопросу.
   Моделирование процессов миграции тяжелых металлов из цементных композиций, в зависимости от различных факторов (плотности, открытой пористости, температуры, добавок и др.), позволило выявить ряд закономерностей получения экологически безопасных строительных материалов с использованием промышленных отходов. Необходимо учитывать и тот факт, что в результате коррозионного воздействия агрессивных сред возможно вымывание тяжелых металлов из состава материала.
   В настоящее время наиболее изучены экологические свойства асбеста, полимерных и материалов на основе органических вяжущих. Что касается строительных материалов на основе минеральных вяжущих, то изучение их экологических свойств находятся на начальной стадии. Отсутствуют и теоретические основы, позволяющие с научной точки зрения оценить экологические свойства строительных материалов в зависимости от их структурно-технологических характеристик. Учитывая негативное влияние промышленных отходов на окружающую среду и здоровье населения, создание и отработка новых эффективных технологий их переработки и обезвреживания в составе строительных материалов при обеспечении экологической безопасности, является важной экономической и социально-экологической задачей.

Библиографический список
   1. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М.: Энергоатомиздат, 1989. 120 с.
   2. Шашкин В.Л., Пруткина М.И. Эманирование радиоактивных руд и минералов. М.: Атомиздат, 1979. – 112 с.
   3. Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л.: Недра, 1989. – 407 с.
   4. Гао К. Повышение содержания свинца и хрома в питьевой воде вследствие использования трубопроводов, облицованных цементным раствором: первоначальное моделирование и оценка //Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Обз. инф. ВИНИТИ. № 3. 1999. С.13–45.