Н.П. ЛУКУТЦОВА, канд. техн. наук (Брянская государственная инженерно-технологическая академия), О содержании естественных радионуклидов в бетоне
Эффективная удельная активность природных радионуклидов (АЭфф) в бетоне в соответствии с ГОСТ 30108-94 определяется как суммарная удельная активность естественных радионуклидов (ЕРН) по формуле [1]:
Оценка и анализ естественных радионуклидов в компонентах и бетонах предприятий Брянска показали, что ЕРН варьируют в них в существенных пределах: от 17 до 447 Бк/кг при среднем значении 75 Бк/кг [2,3].
Учитывая, что в настоящее время в строительстве применяются различные виды бетона, а процесс создания новых интенсивно продолжается, выявление основных технологических факторов, определяющих и регулирующих радионуклидный состав бетона, является важной задачей по снижению дозы облучения человека.
Установлено, что эффективная удельная активность бетонов подчиняется правилу аддитивности, и при известных значениях Аф отдельных компонентов и их содержании в бетоне может быть рассчитана по формуле [3,4]:
Сопоставление расчетных и экспериментальных значений удельных и эффективных удельных активностей ЕРН в тяжелом бетоне показало, что максимальное отклонение от расчетных значений имеет торий-232 - 0,85. Отношение расчетных и экспериментальных значений для радия-226 составляет 0,96, калия-40-1,03, эффективной удельной активности естественных радионуклидов - 0,99 (табл. 1).
У керамэитобетона получены большие отклонения при сопоставлении расчетных и экспериментальных значений удельной и эффективной удельной активности естественных радионуклидов по сравнению с тяжелым бетоном. Так. соотношение расчет / эксперимент керамзитобетона составляет для: радия-226 - 0,94, тория-232 -1,1, калия-40 - 0,88, эффективной удельной активности - 0,95.
Для установления влияния условий твердения бетона на содержание ЕРН проводились исследования их радионуклидного состава при естественном твердении и пропаривании.
Естественное твердение образцов керамзитозолобетона осуществлялось при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 95-100%. Определение радионуклидного состава проводилось через 1, 3, 7, 14, 21, и 28 сут на гамма- спектрометрическом комплексе с полупроводниковым детектором типа ДГДК-80 в стальной защите (табл. 2). Собственный фон детектора q диапазоне энергий 100 - 3000 кэВ составлял 5,8 с1. Энергетическое разрешение спектрометра - 2,5 кэВ при Еу = 1,332 МэВ (Со60). Программное обеспечение комплекса позволяет выделять гамма-линии в аппаратурном спектре, производить их идентификацию, расчет удельных активностей проб, определение погрешностей.
Отбор и подготовку проб проводили в соответствии с ГОСТ 3010894. Пробу получали путём измельчения изделий до размеров зёрен менее 5 мм. Объем проб в сосуде Маринелли составлял 1000 см3. Масса проб определялась взвешиванием на весах с точностью ± 5 г. Герметично укупоренные пробы выдерживались в течение 30 сут с целью достижения равновесия 226Ra с дочерними продуктами распада.
Полученные результаты показали, что содержание ЕРН в процессе твердения бетона не меняется. При этом среднее квадратическое отклонение содержания ЕРН для керамзитозолобетона в процессе твердения составило для 2,2, 226Ra -1,68, 232Th - 0,04 иЧ-8,5 %; коэффициент вариации - 2,12, 2,9,0,49, 2,18 % соответственно.
Влияние пропаривания на содержание естественных радионуклидов в бетонах изучалось на ОАО «Крупные панели» (г. Брянск) в цехе № 2, где тепловлажностную обработку осуществляют в щелевых камерах при температуре 85±5°С по режиму 3,5+8+2,5 ч. Мониторинг естественных радионуклидов производства бетона В 22,5 лестничных площадок показал, что содержание ЕРН в сырьевых материалах и готовых изделиях в пределах погрешности совпадают.
Соотношение тяжелый бетон до пропаривания/тяжелый бетон после пропаривания составило: 226Ra - 0,96, 232Th -1,01,40К-1,05, Адфф -1,01. Гранитный щебень в тяжелом бетоне приводит к увеличению вклада тория-232 в Адфф, на долю которого приходится 40%. Вклад радия- 226 в эффективную удельную активность ЕРН составляет 31 %, калия- 40-29%.
Мониторинг естественных радионуклидов по технологическим переделам производства керамзитобетона класса В5 для наружных стеновых панелей ПН-I домов серии III-90 подтвердил, что удельные активности радия-226, тория-232, калия-40 и Адфф в бетоне до пропаривания и после пропаривания, как и для тяжелого бетона, в пределах погрешности совпадают.
В керамзитобетоне радий-226, торий-232 и калий-40 вносят примерно одинаковй вклад в эффективную удельную активность - 33,6, 32,5 35,4% соответственно. Отклонения значений удельных активностей 226Ra, 232Th, 40К и эффективной удельной активности Адфф керамзи- тобетона после пропаривания и до пропаривания связаны с варьированием естественных радионуклидов в сырье.
Для контроля ЕРН при производстве керамзитобетонных наружных стеновых панелй ПН-1 домов серии III-90 ОАО «Крупные панели» г. Брянска была разработана радиационно -технологическия карта. Она включает входной, операционный и выходной радиационный контроль. Входной контроль предусматривает определение ЕРН заполнителей, портландцемента и сопутствующих материалов и добавок.
Учитывая неоднородность и значительное варьирование естественных радионуклидов в сырье, возможность содержания в нем отдельных компонентов с ЕРН более 370 Бк/кг, не зафиксированных на входном контроле, следует предусмотреть операционный контроль. Последний позволяет управлять радиационным качеством на основных этапах производства бетонных и железобетонных изделий, и в случае обнаружения высокой эффективной удельной активности ЕРН вовремя внести коррективы. Операционный радиационный контроль осуществляется после предварительной выдержки, выхода изделий из пропарочной камеры и отделочных работ. Приемочный радиационный контроль определяет эффективную удельную активность готовой продукции и подтверждает ее безопасность.
Полученные результаты показали, что эффективная удельная активность бетона не зависит от технологии производства и определяется радионуклидным составом и соотношением компонентов бетонной смеси. Это позволяет прогнозировать содержание ЕРН в бетоне, а в случае необходимости его регулировать.
Радиационно-технологические карты позволят проконтролировать не только получение экологически безопасных бетонов и других материалов, но и защитить рабочих на местах от природного облучения при производстве продукции строительного назначения.
Бетон и железобетон, 2004 №5