E K S H A L A C J A R A D O N U Z GIPSOBETONÓW LEKKICH DROBNOKRUSZYWOWYCH

Transkrypt

1 Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Nr 75 Politechniki Wrocławskiej Nr 75 Konferencje Nr Kruszywa lekkie, gipsobetony, promieniotwórczość naturalna, radon. Jan Antoni RUBIN * Tadeusz ZAKRZEWSKI ** E K S H A L A C J A R A D O N U Z GIPSOBETONÓW LEKKICH DROBNOKRUSZYWOWYCH W niniejszym referacie zostały zaprezento wane wyniki oznaczeń promieniotwórczości naturalnej oraz wielkości ekshalacji radonu z wybranych gipsobetonów lekkich drobnokruszywo wych. Badania obejmowały gipsobetony kształtowane na bazie gipsu naturalnego, a także sztucznych kruszyw mineralnych. 1. WPROWADZENIE [1] Promieniotwórczość naturalna ( radiacja), to przede wszystkim promieniowanie jonizujące, które oddziaływuje z materią, a w tym i z ciałem ludzkim indukując szkodliwe efekty w postaci bądź to promieniowania wtórnego, bądź zmian biologicznych. Źródłem radiacji są radionuklidy. Największy wpływ na natężenie promieniowania pochodzącego od naturalnych radionuklidów mają w budownictwie następujące szeregi promieniotwórcze: potasowy (reprezentowany przez potas K-40); uranowy (reprezentowany przez rad Ra-226; pierwiastek ten stanowi źródło emanacji do powietrza gazu radioaktywnego radonu Rn-222); torowy (reprezentowany przez tor Th-232). Ponadto wybuchy jądrowe i awarie energetyki jądrowej wprowadzają do środowiska cez (Cs-134 i Cs-137). Radionuklidy te, mogą występować w dość sporych ilościach w materiałach i surowcach budowlanych pochodzenia organicznego. Przemianom jądrowym towarzyszą 3-y rodzaje promieniowania: cząstki α jądra helu o energii rzędu 4 9MeV; jest to promieniowanie o małej przenikliwości i niewielkim zasięgu; promieniowanie β strumień elektronów; cząstki te mają niewielką energię, rzędu 1 3 MeV oraz stosunkowo małą przenikliwość; promieniowanie γ o charakterze fali elektromagnetycznej; jest to promieniowanie o dużym zasięgu i bardzo dużej przenikliwości. Najpoważniejsze zagrożenie dla zdrowia stanowi promieniowanie γ ze względu na duży zasięg i przenikliwość oraz promieniowanie α ze względu na dużą energię. * mgr inż. Katedra Procesów Budowlanych, Politechnika Śląska w Gliwicach. ** dr hab. Prof. Pol. Śl. Katedra Procesów Budowlanych, Politechnika Śląska w Gliwicach.

2 ZAKRES PRACY Celem niniejszego tematu badawczego było określenie wielkości ekshalacji radonu z gipsobetonów drobnokruszywowych, jak również wyznaczenie ich promieniotwórczości naturalnej. Zakres pracy obejmował: Kształtowanie mediów próbnych na bazie kruszywa żużlowo łupkowego oraz budowlanego gipsu naturalnego. Jako opóźniacz wiązania zastosowano wapno hydratyzowane w ilości 5 % masy gipsu. Wartości gęstości nasypowych, a także wartości współczynników kwalifikacyjnych f 1max i f 2max surowców wyjściowych zaprezentowano w tablicy 1. Ekspozycję detektorów Pico Rad w komorze pomiarowej zestawu HP Alpha (zbiornik metalowy, uszczelniony i szczelnie zamykany, o pojemności 25 dm 3 ). Ekspozycji dokonano w Pracowni Dozymetrii Budowlanej Katedry Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, (rys.1). W komorze pomiarowej eksponowano każdorazowo jedną próbkę gipsobetonową w obecności trzech detektorów j.w. Pojedyncze ekspozycje były wykonywane w czasie 48 godzin. Dostarczenie w/w detektorów do Samodzielnej Pracowni Badań Promieniowania Jonizującego Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie po ich naeksponowaniu, gdzie zostały wykonanie pomiary za pomocą licznika scyntylacyjnego z ciekłym scyntylatorem (LSC) w systemie analizatora TRI CARB 1900 TR zgodnie z [2] tablica 3. Pomiary promieniotwórczości naturalnej omawianych mediów próbnych spektrometrem półprzewodnikowym HPGe w Zakładzie Geofizyki Jądrowej Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie oraz w Zakładzie Zastosowań Radioizotopów Politechniki Śląskiej w Gliwicach; zgodnie z [3]. Dostarczenie próbek do badań porowatości na porozymetrze rtęciowym Carlo Erba 2000; badania te zostały przeprowadzone w Katedrze Energetyki Procesowej Politechniki Śląskiej w Katowicach tablica 3. Tablica 1 [4]. Lp. Surowiec wyjściowy: f 1max [ ] f 2max [Bq/kg] ρ n [kg/dm 3 ] 1. kruszywo żużlowo łupkowe 1, ,000 0, gips budowlany 0,039 5,340 0, wapno hydratyzowane 0,063 31,100 0, WYNIKI BADAŃ LABORATORYJNYCH Z surowców omówionych w punkcie 2 wykonano cztery walce z wnęką, dostosowane do kształtu i wymiarów naczynia pomiarowego stosowanego w pomiarach promieniotwórczości naturalnej materiałów budowlanych naczynie typu Marinelli (DOP-80). Proporcje składników (obj.) gips : kruszywo 1 : 0 (seria 0 ); 1 : 1 (seria 1 ); 1 : 2 (seria 2 ); 1 : 3 (seria 3 ). Oprócz pomiarów radonowych dla gipsobetonów, wykonano także pomiary tła radonowego eksponując detektory Pico Rad w pustej komorze pomiarowej.

3 157 Rys.1. Zestaw pomiarowy do badań radonowych HP Alpha. W tablicy 2 zaprezentowano wartości gęstości objętościowych, stężeń radionuklidów naturalnych oraz współczynników kwalifikacyjnych omawianych gipsobetonów [5]. Tablica 2. Seria Gęstość ρ o Stężenie radionuklidów, [Bq/kg]: Współczynniki kwalifikacyjne: [kg/dm 3 ] K-40 Ra-226 Th-232 f 1max f 2max [Bq/kg] 0 1,269 60,42 11,12 3,41 0,063 11,31 ± 1,49 ± 0,19 ± 0,15 1 1, ,31 147,95 36,85 0, ,66 ± 13,40 ± 1,71 ± 1,07 2 1, ,03 159,03 53,83 0, ,68 ± 4,19 ± 0,65 ± 0,45 3 1, ,45 ± 4,60 204,93 ± 0,76 67,61 ± 0,52 0, ,69 W tablicy 3 zebrano wyniki badań porozymetrycznych, a także wyniki pomiarów radonowych dla gipsobetonów j.w. [5]. Tablica 3. Seria Objętość całkowita porów [mm 3 /g] Powierzchnia właściwa porów [m 2 /g] Średni promień Porów o [ A ] Porowatość całkowita [%] Stężenie radonu Rn-222 [Bq/m 3 ] Tło 13, ,03 0, ,72 11,98 ± 1, ,08 0, ,55 77,64 ± 7, ,20 0, ,20 165,94 ± 13, ,06 0, ,38 173,90 ± 12,52

4 ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Spośród parametrów charakteryzujących porowatość gipsobetonów (tablica 3) wartość liczbowa powierzchni właściwej porów wykazuje największą korelację do zawartości składników, a co za tym idzie do stężenia radu Ra-226 oraz emisji radonu Rn-222 z poszczególnych próbek. Relację między powierzchnią właściwą porów, a stężeniem radu oraz radonu zilustrowano na rys.2 i 3. 0,18 Pow. właściwa porów, [m2/g]. 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 y = -0,0007x + 0,1771 R 2 = 0, Stężenie radu Ra-226, [Bq/kg]. Rys.2. Zależność pomiędzy powierzchnią właściwą porów, a stężeniem radu. W pierwszym przypadku uzyskano zależność liniową o wartości współczynnika korelacji równej 0,995, zaś w drugim przypadku jest to zależność potęgowa o wartości współczynnika korelacji równej odpowiednio 0,961. Wartości tych współczynników są więc bardzo wysokie. Analizując uzyskane wyniki oraz bazując na informacjach zaczerpniętych z literatury przedmiotu, można dostrzec także łączną współzależność pomiędzy gęstością objętościową, stężeniem radu, jak również strukturą wewnętrzną badanych mediów próbnych w kontekście wydzielania się z nich radonu. W tym ostatnim przypadku wynika to z porowatej struktury materiału oraz z zawartej w nim odpowiedniej ilości i o określonym wymiarze porów efektywnych, odpowiedzialnych za transport radonu; co w funkcji czasu wiąże się także ze stałą rozpadu tego promieniotwórczego gazu.

5 159 Pow. właściwa porów, [m2/g]. 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 y = 0,5619x -0,4691 R 2 = 0, Stężenie radonu Rn-222, [Bq/m3]. Rys.3. Zależność pomiędzy powierzchnią właściwą porów, a stężeniem radonu. 5. PODSUMOWANIE Na podstawie przeprowadzonych badań oraz analizy ich wyników została potwierdzona pozytywna ocena zastosowania metody i systemu Pico Rad do badania emisji radonu Rn-222 z próbek materiałów budowlanych zawierających rad Ra-226. Dotyczy to przede wszystkim materiałów i surowców pochodzenia mineralnego. Uzyskane dotychczas wyniki w przypadku gipsobetonów lekkich drobnokruszywowych kształtowanych na bazie kruszywa o podwyższonej zawartości pierwiastków promieniotwórczych, dają cenne wskazówki co do przygotowywania mediów próbnych do badań w komorze emanacyjnej. Bardzo istotne są tutaj dokładne informacje na temat składu surowcowego i struktury wewnętrznej, a także pewność wyników pomiarów stężenia radu tak w składnikach, jak i w gotowym gipsobetonie. W tym przypadku ciągle otwarta pozostaje kwestia interpretacji wyników pomiarów emisji radonu w powiązaniu z innymi cechami przebadanych gipsobetonów. Mimo, iż rysuje się pewna zależność (rys.2 i 3), to niepewność interpretacyjna wynika przede wszystkim z małej populacji omawianej serii pomiarowej. Mając na uwadze minimalizację błędów pomiarów stężenia radonu za pomocą detektorów z węgla aktywnego i systemu Pico Rad, w badaniach ekshalacji radonu z betonów lekkich kruszywowych powinny być wykorzystane składniki tych betonów o możliwie dużym technologicznie uzasadnionym stężeniu radu.

6 160 LITERATURA 1] L. Czarnecki, T. Broniewski, O. Henning: Chemia w budownictwie. Arkady. Warszawa, 1994r. 2] Instrukcja ITB Nr 352/98: Metody i warunki wykonywania pomiaru stężenia radonu w powietrzu w pomieszczeniach budynków przeznaczonych na stały pobyt ludzi. Warszawa, 1998r. 3] Instrukcja ITB Nr 234/95: Wytyczne badania promieniotwórczości naturalnej surowców i materiałów budowlanych. Warszawa, 1995r. 4] J. A. Rubin, M. Wawrzyńczyk: Radioaktywność naturalna wybranych gipsobetonów lekkich drobnokruszywowych. Katedra Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej. BW-427/RB-4/95. Gliwice, 1995r. 5] T. Zakrzewski, J. A. Rubin: Wpływ cieczy oraz emulsji gruntujących na wielkość ekshalacji radonu z gipsobetonów lekkich drobnokruszywowych. Katedra Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej. BK-219/RB-4/97. Gliwice, 1997r. RADON EMANATION FROM LIGHTWEIGHT FINE AGGREGATE GYPSUM CONCRETES In the paper the results of tests of material radioactivity and radon emanation intensity from selected lightweight fine aggregate gypsum concrete s are presented. The research work was focused on gypsum concrete s mode of natural gypsum, and man made mineral aggregates.