Экология строительных материалов

- 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 .

   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 . Количество выделяемой эманации зависит от природы, физического состояния, температуры эманирующего тела и др. Степень эманирования характеризуется коэффициентом эманирования.

   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 . 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 . 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 

4. Экологическая оценка строительных материалов.

 

4.1Экологическая оценка строительных материалов по показателям их гигиенической безопасности при обосновании выбора отделочных материалов для интерьеров.

 

В настоящее время качество сырья  для производства строительных материалов и самих строительных материалов, определяемое СНиПами, ГОСТами и  ТУ, в основном оценивается по технологическим  и техническим характеристикам и лишь небольшая доля отдельных гигиенических требований, касающихся охраны труда и транспортировки, включена в виде показателей, практически не позволяющих оценить степень их опасности для здоровья населения.

 

Например, пункт 7 (Изменение № 1 ГОСТ 7251-77 «Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове. Технические условия») содержит «Требования безопасности и охраны окружающей среды» в виде конкретных требований на получение на этот материал гигиенического сертификата; отмечено, что по классификации ГОСТ 19433-88 он не является опасным грузом; указано, что основными видами возможного опасного воздействия на окружающую среду является загрязнение атмосферного воздуха населенных мест, почв в результате неорганизованного сжигания и захоронения отходов линолеума на территории предприятия или вне его, а также произвольной их свалки в непредназначенных для этого местах. Что касается отходов, которые образуются при изготовлении линолеума, строительстве и ремонте зданий и сооружений, они подлежат утилизации на предприятии-изготовителе или вне его, вывозу на специальные полигоны промышленных отходов или организованному обезвреживанию в местах, специально отведенных для этой цели. По представленным данным практически невозможно судить об опасности, которую несет этот материал человеку при эксплуатации в помещениях, жилых комнатах, детских и лечебных учреждениях, где этот материал принято использовать для отделки пола.

 

Приведенный пример перечисленных  требований настораживает и показывает, что материал несет потенциальную  угрозу здоровью человека при контакте с ним, говорит о необходимости  распознавания и учета этой угрозы.

 

Для комплексной экологической  оценки этого и других материалов необходимо знать весь комплекс отрицательных  свойств и их влияние на здоровье человека, то есть его гигиеническую  безопасность на всех стадиях жизненного цикла материала, а в данном случае, прежде всего, на стадии его эксплуатации, так как от выбора материала для интерьера зависит не только безопасность жилья, но и его комфорт.

 

4.2 Экологическая оценка строительных материалов по показателям их радиационной безопасности.

 

Радиационная безопасность является одним из важнейших гигиенических  критериев экологической безопасности материала и представлена в медицине в разделе радиационной гигиены  человека.

 

Так как человек большую часть  своей жизни проводит в здании, то помимо природного радиоактивного излучения он испытывает и нагрузки от техногенно измененной среды обитания и, в первую очередь, от строительных материалов, которые использованы при строительстве зданий. Наглядно о нагрузках на человека строительных материалов, из которых сделаны стены здания, можно судить по нижеприведенным данным. Например, при проживании в течение года в различных домах человек получает следующие дозы излучения от стен:

 

• в кирпичном доме — от 50 до 100 мбэр;

 

• в бетонном доме — от 70 до 100 мбэр;

 

• в деревянном доме — от 30 до 50 мбэр.

 

Для сравнения человек за год  получает также дозу природного излучения:

 

• от космических лучей — 45 мбэр;

 

• от почвы — 15 мбэр;

 

• от воды, пищи, воздуха — 25 мбэр;

 

• от рентгеновской диагностики (флюорография) — 370 мбэр;

 

• при перелете самолетом на расстояние 2 400 км — 1 мбэр;

 

• ежедневный в течение года 3-часовой  просмотр ТВ — 0,5 мбэр(1.

 

При рассмотрении приведенных выше данных и учитывая, что согласно нормам радиационной безопасности (НРБ-76/87) для работающих в контакте с радиоактивными излучениями установлена предельно  допустимая доза за год 5 бэр, видно, что  перечисленные в примере нагрузки находятся в пределах естественного радиационного фона. Среди зданий по этому показателю благоприятно выделяется деревянный дом.

 

Превышение фона можно выявить, если просуммировать радиационные нагрузки от использованных в здании материалов с другими перечисленными выше нагрузками. Особую осторожность надо проявлять  при выборе строительных материалов минерального состава, избегая использования  строительного материала с повышенной радиационной активностью.

 

Радиоактивность материала может  быть связана с его месторождением или получена дополнительно с  использованием сырья из каменоломен, карьеров и т.п., расположенных вблизи зон техногенного радиационного  загрязнения литосферы. Таким образом, радиационное загрязнение строительных материалов может быть обусловлено  не только его происхождением, но и  привнесением в него из окружающей среды радиоактивных веществ-загрязнителей. В каждом случае это отрицательное  свойство можно диагностировать  по химическому составу материала. Например, следует избегать применения строительных материалов, содержащих тяжелые металлы и др. Поэтому  уже при проектировании нужно  знать характеристики радиационной опасности материала и при  выборе строительных материалов стараться  избегать использование СМ с высокими показателями радиационной активности, в первую очередь для жилых и общественных зданий.

 

Рост требований к экологически безопасному строительству связан не просто с созданием комфортной среды проживания в доме, но и  с обеспечением полной безопасности жилища для здоровья человека. Установление класса материала по радиационной безопасности в настоящее время сводится только к определению эффективной удельной активности естественных радионуклидов (ЕРН). Однако ЕРН не в полной мере характеризует, например, опасность  радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эманирующей способности.

 

Для полной экологической оценки строительных материалов по показателю их радиационной безопасности следует знать и  понимать физическую сущность явления  радиоактивности.

 

Радиация — поток корпускулярной (альфа-, бета-, гамма-лучей, поток нейтронов) и/или электромагнитной энергии, исходящей от материала, совершенно безопасной для человека, если она находится в пределах естественного природного радиационного фона.

 

На человеческий организм могут  воздействовать одновременно несколько  источников облучения:

 

• естественный радиационный фон  — космические лучи и естественные радионуклиды (ЕРН), содержащиеся в  горных породах и почве. Их принято  считать источниками внешнего облучения.  Вещества,  содержащие    40К   14С

 

220Rn, 222Rn, 210Po, 226Ra, 228Ra, 230Th,232Th, которые  постулают в организм с пищей, водой и воздухом, являются источниками внутреннего облучения;

 

• техногенно измененный радиационный фон от ЕРН обусловлен, в основном, строительными материалами и минеральными удобрениями, содержащими повышенное количество ЕРН;

 

•     глобальные выпадения  радиоактивных веществ при испытании ядерного оружия, авариях на АЭС и т.п.;