Перспективность того или иного материала определяется его влиянием на систему “человек - материал - окружающая среда”, т.к. единство геохимической среды и жизни неразрывно и  является важнейшим условием существования природы и человека.

    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). Уровень концентрации этих радионуклидов на земной поверхности резко возрос в связи с извлечением ряда полезных ископаемых при их добыче из недр и последующей переработке. Немалую долю в увеличение техногенного радиационного фона вносят различные строительные, в том числе и облицовочные материалы и изделия. Так, по данным (ВОЗ), годовая доза облучения в зданиях сопоставима с дозой, получаемой в процессе рентгенодиагностики.

     Для обеспечения радиационной безопасности населения (далее РБ) при воздействии радионуклидов законом “О радиационной безопасности населения”, (принятым 5.12.95 г.), предписывается проведение производственного контроля строительных материалов и приемки зданий и сооружений с учетом гамма-излучения природных радионуклидов. Закон запрещает использование строительных материалов и изделий, не отвечающих требованиям по обеспечению РБ (1).

     Основными радиоактивными нуклидами природного происхождения, содержащимися в строительных материалах, являются: радий (²²⁶Ra), торий (²³²Th), калий (⁴⁰К).

     Дополнительными факторами радиационного воздействия на человека являются радон  ²²²Rn и торон ²²ºTn - инертные радиоактивные газы естественного происхождения. Они образуются в результате радиоактивного распада естественных радионуклидов (ЕРН) U и Th. Радон встречается во многих материалах, в том числе и строительных, откуда диффундирует в окружающую среду (атмосферный воздух, воду). Скапливаясь в подземных резервуарах и растворяясь в воде, радон через артезианскую воду может попадать в пищу. За счет эманации из почвы и, поступая через вдыхаемый воздух в организм, приводит к внутреннему облучению человека.

     Основная доза от дочерних продуктов изотопов радона реализуется в легочной ткани людей. Наибольшему облучению подвергается пульмональная и трахеобронхиальная части легочной ткани. Эквивалентные дозы в этих тканях составляют 4.0 и 26,8 мЗв/год. Основное последствие облучения легочной ткани – индуцирование рака легких. Накопление дочерних продуктов радона в воздухе жилых помещений обуславливает около 10% случаев рака легких.

     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.

Процесс выделения радона (эксхаляция) в воздух помещений состоит из двух этапов. Вначале происходит эманирование радона, т.е. выделение его из кристаллической решетки материала в поры строительной конструкции. Эманирование обусловлено 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  ,

где А1  - активность газообразного радона в состоянии радиоактивного равновесия;

      А2  - равновесная активность радона в материале в отсутствие эманирования (активность радия – 226).

   Произведение коэффициента эманирования радона на удельную активность радия-226 равно удельной активности свободного радона в материале. Эта величина получила название эффективной удельной активности радия-226.

 

Таблица 1.  Коэффициент эманирования η и эффективная удельная

                    активность АRa  х η в отечественных строительных

                    материалах и почве (средние значения и диапазон

                    вариаций)

  

Скорость эксхаляции радона из строительных конструкций (стен и перекрытий) зависит от эффективной удельной активности Ra-226, а так же от длины диффузии Rn-222 в строительных конструкциях. Из всех природных источников ионизирующего излучения наибольший вклад в дозу облучения вносит радон и продукты его распада.

Строительный гипс имеет почти в 10 раз меньшую эффективную удельную активность Ra-226 по сравнению с бетоном (табл.1). Это означает, что гипсолитовые межкомнатные переборки должны вносить небольшой вклад в суммарное поступление радона в воздух помещений (2).

     Уровень облучения определяется конструкцией здания, строительными материалами и условиями вентиляции, т.е. зависит от людей.

     Любое ограничение облучения населения может распространяться только на те источники радиации, для которых возможно влияние человека  на  создаваемую ими дозу облучения (принцип контролируемости облучения).

     Под контролируемостью подразумевается не просто принципиальная возможность оказания влияния на создаваемую дозу, (такая возможность имеется для любого источника), но оказание влияния с учетом разумной стоимости защитных мероприятий. Необходимость учета стоимости защитных мероприятий при обосновании их целесообразности – основополагающий принцип радиационной защиты. Она прямо вытекает из признания без порогового характера действия ионизирующего излучения. Полная защита от ионизирующего излучения может быть достигнута только в том случае, если доза от всех источников будет равна нулю, а это невозможно при  любых разумных и даже неразумных затратах. Во многих видах человеческой деятельности расходы на защитные  мероприятия ограничиваются разумными пределами.

     Доза гамма  -  излучения в помещении определяется в основном удельной эффективной активностью естественных радионуклидов в строительных материалах (А_эфф). 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 А_эфф. Поэтому изменить ее можно только влиянием на номенклатуру используемых строительных материалов, например, путем отказа от применения в жилищном строительстве материалов с наиболее высоким содержанием ЕРН. Этого можно достичь нормированием А_эфф в материалах, добываемых на отдельных месторождениях (2).   

Данные о величине  удельной активности естественных радионуклидов  некоторых строительных материалов  представлены  табл.2. 

 

Таблица 2.  Величина  удельной  активности  естественных

                      радионуклидов некоторых строительных материалов

 

  Удельные активности ЕРН существенно отличаются для различных стройматериалов, более того, они существенно зависят от места происхождения одного и того же стройматериала. Данные табл.2 приведены для ограниченного числа измерений, выполненных различными группами исследователей, и могут служить только ориентиром  для выбора того или иного материала (3).

       А_эфф  в строительных материалах имеет широкий диапазон значений (от 7 до 4700 БК/кг). Наиболее высокие удельные активности ЕРН характерны для пород вулканического происхождения (гранит, туф, пемза), а наиболее низкие – для пород осадочного происхождения карбонатных (мрамор, известняк), сульфатных (гипс, ангидрит). 

Результаты исследований радиоактивности строительных материалов в зарубежных странах приведены в таблице 3. В нее включены только данные гамма - спектрометрических измерений, дающих полную характеристику радиоактивности строительных материалов. В колонке 7 табл.3  приведены рассчитанные эффективные удельные активности естественных радионуклидов, характеризующие величину γ-фона, создаваемого данным материалом в помещениях (4).

                                  радионуклидов  различных вяжущих

 

     В этом аспекте гипсовые вяжущие вещества и изделия на их основе  находятся в более  предпочтительном положении по   сравнению с цементными и силикатными бетонами, а так же прочими широко применяемыми строительными материалами.

Таблица 5.   Результаты  радиологического контроля различных

                     видов гипсосодержащих строительных материалов

 

Из таблицы видно, что гипсовый камень, вяжущие, сухие смеси и другие гипсосодержащие материалы  имеют низкую удельную эффективную активность ЕРН, что является существенным дополнением к целому ряду других, экологически положительных и защитных качеств:

-         уникальное химическое превращение двугидрата сульфата кальция позволяет получать из него изделия с той же химической формулой, которая была заложена в природном минерале, таким образом гипсовое вяжущее является максимально экологически чистым веществом, позволяющим получать  изделия на его основе, не внося помех в естественный круговорот веществ (5 );

-         отсутствие токсичности (гипс не выделяет при его переработке в окружающую природную среду СО₂, в отличие от цемента и извести);

-         вяжущие, получаемые из гипса, не являются аллергенами и не вызывают  заболевание силикозом (6);

-         имеют малую тепло- и звукопроводность, что находит применение в  производстве теплоизоляционных и акустических материалов ;

-         строительные материалы, производимые на основе гипса, имеют высокую огне- и пожаростойкость. Эти свойства определяются способностью двугидрата отщеплять при нагревании полторы молекулы воды, затрудняя тем самым, возгорание материалов. (Предел огнестойкости 45 минут, что связано с начальным поглощением тепла на дегидратацию двуводного сульфата кальция);

-         материал может “дышать”, т.е. изделия из гипса способны  впитывать избыточную влагу и отдавать ее, когда в помещении «сухо», поддерживая тем самым равновесную влажность воздуха, что положительно влияет на микроклимат всего помещения и создает  комфортные условия для человека;

 

Поскольку экология окружающей среды, в том числе и радиоэкология строительных объектов промышленного и гражданского назначения существенно влияет на физическое и морально-психологическое состояние людей, предлагаемый подход заставляет по  иному смотреть на наиболее широко применяемые строительные материалы и, в частности, вяжущие вещества.

     Исходя из вышеизложенного, можно сделать заключение об актуальности и востребованности дальнейшего развития гипсовой промышленности; получения гипсовых вяжущих,  на их базе - изделий и конструкций, а так же, создания материалов нового поколения, которые максимально будут соответствовать требованиям экологии и возложенным на них функциональным задачам.

 

1.      Крампит И.А., Мильчаков В.И. Законодательно-правовое, нормативное и организационное обеспечение радиационного контроля стройматериалов.-// Строительные материалы , № 8, 2002,  с. 12-13.

2.       Ахременко С.А. Управление радиационным качеством строительной продукции М.: изд-во АСВ, 2000 с.236

3.      Смирнов В.П.,  Игнатов С.М., Уруцкоев Л.И., Чесноков А.В. Радиационный фон естественных радионуклидов строительных материалов. - // Строительные материалы, № 4, 1999,  с.17-19.

4.      Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений М.: Энергоатомиздат, 1989, с.120

5.      Сучков В.П., Веселов А.В. Экологические аспекты получения и применения высокопрочных гипсовых вяжущих. - // Сб. Мат-в семинара, посвященного 10-летию создания РААСН.– М., 2002, c.214-218.

6.      Ферронская А.В. Перспективы производства и применения гипсовых материалов в ХХ1 веке. - // Сб. Мат-в семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. - М., 2002, с.22 – 29