ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Для Брянского региона, пострадавшего в результате аварии на ЧАЭС, обеспечение радиационной безопасности строительных материалов является особенно актуальным. При получении композиционных материалов (бетонов, растворов и др.) используются местные строительные материалы и отходы; промышленные предприятия применяют огнеупорные материалы и изделия, радиационный контроль которых практически не ведется.

С целью расширения базы данных по содержанию естественных радио­нуклидов в материалах стройиндустрии были проведены исследования сырь­евых, огнеупорных и местных строительных материалов, промышленных от­ходов и материалов на их основе.

Отбор и подготовку проб проводили в соответствии с ГОСТ 30108-94. Для сыпучих материалов пробу получали путем перемешивания и квартования. Материалы измельчали, просеивали через контрольное сито с круглыми отверстиями диаметром 5 мм и высушивали до постоянной массы.

Объем проб в геометрии сосуда Маринелли составлял 1000 см ³. Масса проб определялась взвешиванием на электронных весах с точностью ± 5 г.

Герметично укупоренные пробы выдерживались в течение 30 суток с целью достижения равновесияra²²⁶с дочерними продуктами распада.

Измерения проведены на гамма-спектрометрическом комплексе с полупроводниковым детектором типа ДГДК-80 в стальной защите. Собственный фон детектора в диапазоне энергий 100 - 3000 кэВ составляет 5.8 с ^-1 . Энергетическое разрешение спектрометра - 2.5 кэВ при Еg= 1.332 МэВ (Со ⁶⁰). Программное обеспечение комплекса позволяет выделять гамма-линии в аппаратурном спектре, производить их идентификацию, расчет удельных активностей проб, определение погрешностей.

Градуировка спектрометра по энергии выполнена с помощью стандартного набора образцовых гамма-источников (ОСГИ), а эффективность регистрации гамма-квантов с энергиями 186 кэВ (ra ²²⁶), 583 кэВ (Тi²⁰⁸), 609 кэВ (bi²¹⁴) и 1460 кэВ (К ⁴⁰) определена с помощью образцовых источников специального назначения (ОИСН) различной плотности в геометрии сосуда Маринелли, содержащихra²²⁶,th²³²(с дочерними продуктами распада) и К ⁴⁰. Это позволило корректно учесть зависимость эффективности регистрации спектрометра от плотности вещества пробы. Погрешность аттестации ОИСН составляет 5% по радиевому и ториевому рядам и 7% по калию-40.

Основные результаты исследования радиационного качества материалов по данным обсчета проб приведены в таблице. Значения А _эфф расчитывались по формуле:

А _эфф = А_ra+ 1,31ЧА_th+ 0,085ЧАк ,

где А_ra, А_th- удельные активности ra ²²⁶ и th ²³², находящиеся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого семейства, Ак - удельная актив­ность К ⁴⁰.

В соответствии с ГОСТ 30108-94 все строительные материалы и изделия в строительстве подразделяются на 4 класса по величине эффективной удельной активности ЕРН. Для материалов 1 класса для жилых и общественных вновь строящихся зданий содержание ЕРН не должно превышать 370 Бк/кг.

Известно, что наибольшей радиоактивностью характеризуются магматические кислые породы - граниты, представляющие собой продукт остаточной кристаллизации магмы. С уменьшением содержанияsio₂, т.е. с увеличением основности, содержание ЕРН значительно сокращается. Поэтому у базальта, относящегося к основным магматическим горным породам, содержание естественных радионуклидов ниже, чем у гранитного щебня.

Низкое содержание ЕРН характерно для большинства сырьевых и строительных материалов, относящихся к осадочным горным породам. Так, мел, известняк и незаглинизированные кварцевые пески характеризуются низкими значениями А _эфф 14±12, 9,7±13 и 22±20 Бк/кг соответственно. Динасовые изделия, изготовленные на кварцевом песке, также отличаются невысокой радиоактивностью А _эфф = 57±45 Бк/кг. Исключение составляют глины.

Таблица

Содержание естественных радионуклидов в глинистых материалах связано, в первую очередь, с их повышенной адсорбционной способностью по отношению к катионам урана, тория и калия.

Преимущественной осаждаемости урана в глинистых осадках способствует также близость рН образования нерастворимого желтого гидроксида уранаuО ₂(ОН) ₂ (рН = 4,2) к рН образования гидроксида алюминия Аl(ОН)з (рН=4,1). Кроме того, существенную роль играет длительность пребывания глинистых частиц в форме гидрозолей, способствующая адсорбции ионов радиоактивных элементов.

В процессе обжига при получении керамических изделий происходит спекание глин, т.е. их уплотнение и упрочнение.

Поэтому концентрация радиоактивных веществ готовых керамических изделий по сравнению с исходным сырьем возрастает (керамический и шамот­ный кирпичи, облицовочная глазурованная плитка, керамзитовый гравий).

В золах и шлаках, образующихся при сжигании каменного и бурого уг­лей, также наблюдается повышенное содержание ЕРН за счет их концентрирования.

Глауконитовые пески Брянского фосфоритного завода содержат в своем составе 90% кварца, полевые шпаты, глауконит, частицы фторапатита и другие минералы. Более высокое содержание ЕРН обусловлено в первую очередь присутствием глауконита и фторапатита. Глауконит относится к минералам группы железистых гидрослюд переменного состава и занимает промежуточное положение между слюдами и каолинитом (или монтмориллонитом). Образование коллоидов, таких как глаукониты и фосфориты, происходит за счет процессов подводного разложения минеральных частиц. В этих процессах существенную роль играют органические соединения, в том числе и живые организмы. С коагуляцией всех этих видов коллоидных частиц, адсорбирующих растворенные в воде ионы, и связано главным образом осаждение урана, тория и калия.

Большинство строительных материалов относится к композиционным. Строительные растворы и ячеистые бетоны характеризуются сравнительно низким содержанием ЕРН (А _эфф=52±25 Бк/кг и А _эфф=69±26 Бк/кг). Для керамзитобетона и тяжелого бетона, большую часть которых составляет крупный заполнитель, удельная эффективная активность будет определяться содержанием и активностью керамзитового гравия и щебня.

Использование в мелкозернистом асфальтобетоне гранитных отсевов приводит к возрастанию удельной эффективной активности естественных радионуклидов с 64±9 Бк/кг до 160 ±20 Бк/кг.

Таким образом, из всех исследуемых строительных материалов более высокое содержание естественных радионуклидов наблюдается в керамических материалах и золе, получаемых путем спекания и увеличения концентрации исходных компонентов, низкое - в кварцевом песке и материалах на его основе (динасовом кирпиче, отработанных формовочных смесях, цементно-песчаном растворе, ячеистом бетоне).

По содержанию естественных радионуклидов все исследуемые материалы относятся к 1 классу и могут использоваться без ограничений.

Рекомендации могут быть использованы в других регионах страны.