CC BY
22УДК 622:546.7
И.Б. КУРДЕНКОВА, канд. техн. наук, Ю.В. ТРОФИМЕНКО, д-р. техн. наук, П.В. ЧЕРНОБРОВКИН, инженер,
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
Проблемы радиационно-гигиенической оценки каменных материалов
Производство щебня и сопутствующих каменных материалов — одно из важных направлений производственной деятельности, обеспечивающих динамичное развитие многих отраслей народного хозяйства нашей страны. Дорожное строительство является одним из важнейших потребителей каменных материалов (рис. 1). Ежегодно в РФ добываются и перерабатываются миллионы кубических метров каменных материалов. На период до 2020 гг. прогнозируется общая потребность щебня кубовидной формы ежегодно около 37 млн м3 [1]. Хотя страна располагает значительными запасами соответствующих горных пород, но эти природные ресурсы истощаются.
Позитивная тенденция рынка каменных материалов поддерживается целевыми государственными программами жилищного и дорожного строительства, и крупными международными проектами. Этим объясняется наблюдаемый интенсивный рост потребления каменных материалов на Юге России, на Дальнем Востоке и в некоторых сибирских регионах.
Радиационно-гигиеническая оценка является важной характеристикой каменных материалов. Нормирование параметров радиационной безопасности в строительстве началось в 1990-х гг. в связи с принятием следующих нормативных правовых документов: Закон РФ № З-ФЗ от 9.01.1996 «О радиационной безопасности населения»; Закон РФ № 7-Ф3 от 10.01.2002 «Об охране окружающей среды»; Закон РФ № 52—ФЗ от 30.03.1999 «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»; СанПиН 2.6.1.2523—09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009).
Рис. 1. Структура потребления каменных материалов по отраслям.
В НРБ-99 в части строительной отрасли в разделе «Ограничение природного облучения» введено нормирование готовой продукции из строительного сырья, а также нормирование минерального сырья. Предписывается нормирование эффективной удельной активности (Аэфф) природных радионуклидов в строительных материалах (щебень, гравий, песок, бутовый и пиленый камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности, а также в отходах промышленного производства, используемых для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.).
Пределы нормирования Аэфф согласно требованиям НРБ-99 приведены в табл. 1. При Аэфф > 4 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.
На основании указанных федеральных нормативных документов разработано более тридцати подзаконных актов разного уровня, касающихся материалов, применяемых в дорожном строительстве, в которых установлены параметры нормирования радиационно-гигиенических свойств. Это все виды щебня природного и техногенного происхождения, песчано-гравийные смеси, смеси органо-минеральные, пески, цементы, минеральный порошок для асфальтобетона, асфальто-бетоннные и цементобетонные смеси, цементобетоны, золы уноса, камень брусчатый, кирпич и т. д. (табл. 2)
В настоящее время сложилась ситуация, при которой с одной стороны, приняты и действуют нормативы радиационно-гигиенических свойств практически, всех материалов, применяемых в дорожном строительстве, а с другой — отсутствует какое-либо отраслевое нормативно-методическое обеспечение деятельности по контролю выполнения соответствующих нормативов, как и сама эта деятельность. Эта ситуация ставит дорожные организации в зависимое положение в части выполнения требований радиационного контроля, способствуя неконтролируемым финансовым издержкам и не снижает вероятности попадания радиационно-опасных материалов на строительные объекты. И это связано с рядом факторов [2].
Фактор 1. Наличие естественных радионуклидов (ЕРН) в ряде природных материалов, используемых в качестве сырья для производства дорожно-строительных материалов. Прежде всего, это касается щебня из метаморфических и изверженных горных пород.
Фактор 2. Наличие ЕРН в техногенных материалах, образующихся в ходе технологических операций, связанных с процессом обжига сырья либо сжигания различных видов топлива. В результате происходит обогащение материала ЕРН до опасной концентрации вследствие сокращения массы.
Фактор 3. Использование грунтов с повышенным уровнем ЕРН от источников излучения из несанкционированных захоронений. Вероятность наличия та-
48
научно-технический и производственный журнал
январь 2012
Таблица 1
Класс материала Значение Аэфф Область применения материала
I класс Аэфф до 370 Бк/кг; Для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях
II класс Аэфф до 740 Бк/кг; Для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений
III класс Аэфф 1,5 кБк/кг. Для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов
IV класс 1,5 кБк/кг < Аэфф < 4 кБк/кг Вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральным органом
Таблица 2
Номер нормативного документа
Наименование материала
Ограничения к применению
ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ
8267-93,
3344-83,
3344-83,
5578-94,
8736-93
23735-79,
23668-79
«Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ», «Щебень и песок, шлаковые для дорожного строительства», «Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов», «Песок для строительных работ», «Смеси песчано-гравийные для строительных работ», «Камень брусчатый для дорожных покрытий»
В зависимости от значений суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов применяют:
- при Аэфф до 370 Бк/кг - во вновь строящихся жилых и общественных зданиях;
- при Аэфф св. 370 до 740 Бк/кг - для дорожного строительства в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных зданий и сооружений;
- при Аэфф св. 740 до 1500 Бк/кг - в дорожном строительстве вне населенных пунктов.
ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ ГОСТ
9757-90,
10832-91,
22263-76,
22856-89,
26644-85,
30515-97,
25818-91,
25592-91
«Гравий, щебень и песок, искусственные пористые», «Песок и щебень, перлитовые вспученные», «Щебень и песок из пористых горных пород», «Щебень и песок, декоративные из природного камня», «Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона», «Цементы», «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов», «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов»
В зависимости от величины суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов применяют:
- во вновь строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях при Аэфф до 370 Бк/кг;
- при возведении производственных зданий и сооружений, а также для строительства дорог и аэродромов и пределах территории населенных пунктов и зон перспективного строительства при Аэфф свыше 370 Бк/кг до 740 Бк/кг.
ГОСТ 25607-94, ГОСТ 30491-97, ГОСТ 3344-83, ГОСТ Р 52129-2003, ГОСТ 31015-2002, ГОСТ 9128-97, ГОСТ 23558-94, ГОСТ 30491-97
«Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов», «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства», «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства», «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные», «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон», «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства», «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства»
В зависимости от значения суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов в применяемых минеральных материалах используют при:
- Аэфф до 740 Бк/кг - для строительства дорог и аэродромов без ограничений;
- Аэфф св. 740 до 1500 Бк/кг - для строительства дорог вне населенных пунктов и зон перспективной застройки
ГОСТ 1581-96, ГОСТ 22266-94
«Портландцементы тампонажные», сульфатостойкие»,
«Цементы
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в цементе не должна быть более 740 Бк/кг.
ГОСТ 6139-2003, ГОСТ 530-95
«Песок для испытаний цемента» керамические»
«Кирпич и камни
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в песке не должна быть более 370 Бк/кг.
ГОСТ 25820-2000, ГОСТ 7473-94, ГОСТ 26633-91, ГОСТ 20910-90, ГОСТ 379-95
«Бетоны легкие», «Смеси бетонные», «Бетоны тяжелые и мелкозернистые», «Бетоны жаростойкие, «Кирпич и камни силикатные»
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов сырьевых материалов, применяемых для приготовления, не должна превышать предельных значений в зависимости от области применения по приложению А ГОСТ 30108
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® январь 2012 49
ких захоронений велика вследствие широкого распространения в медицине и технике диагностических приборов с использованием радиоактивных веществ. Поэтому, в частности, в Москве выполняется обязательный контроль ЕРН в каждой партии перемещаемого грунта.
Фактор 4. Использование материалов и грунтов с территорий, подвергнутых радиоактивному заражению в результате техногенных катастроф. До настоящего времени этот фактор был связан с территориями ряда областей РФ, попавших в т. н. «чернобыльский след».
Фактор 5. Современный опыт строительства протяженных автотранспортных тоннелей, других подземных объектов транспортной инфраструктуры поставил новую задачу ограничения облучения от радона при строительстве и эксплуатации таких сооружений.
Риск от негативного воздействия ионизирующего излучения на объектах транспортного строительства носит вероятностный характер, также как и проявление неблагоприятных последствий такого воздействия. Учет этого фактора характерен для всей деятельности защиты от облучения населения. Поэтому особое значение имеет задача обеспечения полноты радиационного контроля. Гарантию полноценного и достоверного отражения радиационно-гигиенических свойств материалов может обеспечить только постоянный входной контроль сырья на предприятиях по производству дорожно-строительных материалов, что и предписывается действующими документами.
Главными причинами, препятствующими широкому внедрению методов радиационного контроля, является следующие.
1. Рекомендуемый действующими нормативными документами гамма-спектрометрический метод контроля активности ЕРН предполагает использование относительно дорогих и сложных приборов — гамма-спектрометров.
2. Проведение измерений требует определенного уровня подготовки в области основ ядерной физики и знания методов контроля радиационных свойств, что бывает затруднительно для персонала.
3. Малые текущие значения активности ЕРН в рутинных измерениях при достаточно редких случаях измерения сверхнормативных значений.
ГОСТ 30108—94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» устанавливает методы определения и порядок проведения контроля удельной эффективной активности ЕРН для каменных материалов. Учет радиационной опасности ведется по активности 40К, 22^а и ^ по их собственному фотонному излучению; активность 22^а определяется по гамма-излучению его дочерних радионуклидов — 214РЬ, 214В^ а 232та — 228Ас и 208Т1 в предположении радиоактивного равновесия между ними. Из радионуклидов техногенного происхождения в строительных материалах может присутствовать 137Cs — практически «чистый» бета-излучатель с периодом полураспада 30,2 лет. В итоге анализируемый радионуклидный состав включает: 137Cs и К, активность которых измеряется по их собственному гамма-излучению; 232та, измеряемый по гамма-излучению 227Ас, 208Т1, и 22^а. То есть в рутинных пробах по гамма-излучению 137Cs, 40К, 214РЬ +21^ и 228Ас +208Т1, определяется активность нормируемых 137Cs, 40К, 22^а и 232та. Обработка спектрограмм проб выполняется по специальным алгоритмам, реализованным в пакете прикладных программ «Прогресс». Значения активности нормируемых радионуклидов находят путем решения системы соответствующих уравнений, а затем рассчитывается фактическое значение Аэфф по формуле:
Аэфф= Кпопр ■ qRa_226 + 1,31- <?гл-232 + 0,085 ■ <7к-4о. (1)
где qK-40, qRa-226, qTh-232 — активности радионуклидов; Кпопр — поправочный коэффициент равный 1/(1-КзМ); КзМ. — эманирующая способность образца. Для уменьшения влияния фона внешнего гамма-излучения детектор размещается в специальной защитной оболочке, для сборки которой используются стандартные свинцовые блоки и кольца. Полученное значение Аэфффакт сравнивается с регламентированной предельно допустимой величиной Аэфф.
Поскольку гамма-спектрометрические измерения занимают продолжительное время, требуют существенных затрат, ГОСТ 30108—94 допускает использование методов приближенного экспресс-контроля радиоактивности строительных материалов с помощью гамма-дозиметров при условии, что интерпретация полученных результатов будет учитывать связанные с этим дополнительные погрешности измерений.
Дозиметрический контроль существенно проще и дешевле. Для приближенной оценки величины удельной эффективной активности ЕРН каменных материалов могут быть использованы дозиметры гамма-излучения, прошедшие метрологическую аттестацию и имеющие «ход с жесткостью» не более 25% в диапазоне энергий от 0,05 до 3 МэВ. Показания таких дозиметров прямо пропорциональны величине Аэфф. Экспресс-контроль заключается в измерении мощности поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения, создаваемой массивом стройматериала в процессе его добычи, хранения, переработки и транспортировки.
Мощность дозы гамма-излучения от стройматериала (PY, мкГр/ч), в общем случае связана с активностью содержащихся в нем 226Ra, 232Th, 40K соотношением:
Ру = £ • Ктс • (Кэс • Айа + 0,085 • Ак) -10^+ Руф, (2)
где ф — «геометрия» (телесный угол) регистрации гамма-излучения стройматериала; КТС — поправка на толщину слоя, отн. ед.; КЭС — поправка на эманирующую способность стройматериала, отн. ед.; РуФ — фоновое значение мощности дозы собственного фона прибора, мкГр/ч.
Значения мощности дозы, соответствующие предельным значениям удельной эффективной активности ЕРН определяются расчетным путем [3].
Рассмотренная оценка радиационно-гигиенических свойств каменных материалов в дорожном строительстве показывает необходимость разработки методики оптимизации объемов радиационного контроля, стратегии измерений низкоактивных проб и составление рекомендаций по приборному оснащению служб лабораторного контроля предприятий для того, чтобы сделать входной радиационный контроль непрерывным, достоверным и относительно малозатратным.
Ключевые слова: радиационно-гигиеническая оценка, активность ЕРН, контроль радиационных свойств.
Список литературы
1. Юмашев В.М., Панфилов Ф.В. Производство щебня. Технология и оборудование для производства щебня узких фракций кубовидной формы // Строительная техника и технология. 2002. № 4.
2. Лукутцова Н.П. Естественные радионуклиды в строительных материалах. // Строительные материалы. 2002. № 1. C. 20-22.
3. Чернобровкин П.В., Курденкова И.Б. Методы измерения радиационно-опасных факторов на предприятиях по производству асфальтобетона. // Сборник научных трудов Ассоциации исследователей асфальтобетона. М.: 2007. С. 99-104.
50
научно-технический и производственный журнал
январь 2012
jVJ ®
