ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЦЕМЕНТА НА СОДЕРЖАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ДОЗИМЕТРИИ

В связи с развитием строительной индустрии в мире, возникает необходимость в обеспечение радиационной безопасности человека и его окружающей среды. Радиационная безопасность в строительной индустрии – это необходимая мера, которая соблюдается для того, чтобы следить за радиационным качеством строительного материала [1-4].

Целью данной работы является исследование и оценка радиационного качества портландцемента общестроительного назначения различных типов, который имеет различную сырьевую базу, а значит и различные минералогические компоненты.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) Исследования рентгенофазового анализа и определение минералогического состава образцов портландцемента;

2) Определение содержания естественных радионуклидов и удельной эффективной активности исследуемых образцов;

3) Определение плотности потока радона с поверхности образцов портландцемента.

Для проведения исследований были взяты пять образцов портландцемента общестроительного назначения различных типов, химический состав которых в основном представлен: оксидами кальция, оксидами четырех валентного кремния, оксидами алюминия, оксидами трех валентного железа, оксидами магния и оксидами шестивалентной серы. Материалы для исследования, а именно их состав образцов портландцемента представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав образцов портландцемента

На начальном этапе были проведены исследования по определению содержания естественных радионуклидов в образцах портландцемента. среднее значения радиоизотопов радия находится в пределах от 14 до 55 Бк/кг; тория от 13 до 25 Бк/кг; калия от 110 до 165 Бк/кг. Из полученных данных средних значений содержания радиоизотопов была определена удельная эффективная активность естественных радионуклидов в исследуемых образах. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты расчета удельной эффективной активности ЕРН и абсолютной погрешности в образцах портландцемента

Определение эффективной удельной радиоактивности естественных радионуклидов происходит по государственному стандарту [5] при помощи гамма-спектрометра сцинтилляционного «Прогресс-гамма», который представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Гамма спектрометр «Прогресс-гамма»

Для определения эффективной удельной активности естественных радионуклидов действительно применяют два основных метода: экспрессный и лабораторный.

Экспрессный метод: Этот метод обычно предполагает использование портативных детекторов радиации, которые позволяют быстро оценить уровень радиационной активности в определённой среде (например, в почве, воде, строительных материалах и т.д.). Экспрессные методы удобны для полевых исследований, так как они требуют минимальной подготовки и позволяют быстро получить результаты. Однако, как правило, они менее точны и могут иметь более высокий уровень погрешности по сравнению с лабораторными методами.

Лабораторный метод: Этот метод более сложный и требует специального оборудования и условий для анализа образцов. Обычно он включает в себя сбор проб, их подготовку и последующий анализ с использованием таких технологий, как спектрометрия или радиометрия. Лабораторные методы обеспечивают более точные и надежные результаты, позволяя выявлять низкие уровни активности радионуклидов и проводить более детальное исследование их состава.

В работе с пятью видами различного цемента был использован лабораторный метод. Из полученным результатам можно сделать вывод о том, что удельная эффективная активность естественных радионуклидов в образцах портландцемента не превышают 110 Бк/кг и соответствуют нормативным значениям ГОСТ «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» [6].

Далее были проведены исследования по определению плотности потока радона. По результатам исследования все образцы соответствуют основным санитарным правилам радиационной безопасности (Санитарные правила и нормативы СП 2.6.1.2612-10 (НРБ 99/2009) [5]. Результаты измерений представлены в таблицах 3 - 4.

Таблица 3

Результаты измерений ППР образцов № 1, № 2, № 3

Таблица 4

Результаты измерений ППР образцов № 4, № 5

Но несмотря на то, что все образцы соответствуют нормам, мы увидели, что в показаниях плотности потока радона, в 2,3 и 4 образцах, практически в 2 раза больше, чем в образце № 1 и в образце № 5. Нам стало интересно чем это обусловлено.

Для этого были проведены исследования рентгенофазового анализа. Рентгенофазовый анализ представляет облучении образца рентгеновскими лучами при котором происходит дифракция, которая зависит от интерференции рентгеновских лучей, отражённых от плоскостей атомов в кристалле. Угол дифракции и интенсивность отражённых лучей позволяют определить структуру кристаллической решётки.

На представленных дифрактограммах видно, что все образцы портландцемента имеют одинаковый минералогический состав, который обусловлен содержанием Трехкальциевого силиката (C3S); Двухкальциевого силиката (C2S); Трехкальциевого алюминита (C3A); Четырехкальциевого алюморферрита (C4AF); Карбоната кальция CaCO3. Результаты исследований представлены в виде пяти дифрактограмм на рисунках 2 – 6.

Рисунок 2. Дифрактограмма образца №1

Рисунок 3. Дифрактограмма образца № 2

Рисунок 4. Дифрактограмма образца № 3

Рисунок 5. Дифрактограмма образца № 4

Рисунок 6. Дифрактограмма образца № 5

Далее, после рентгенофазового анализа, были определены минералогические составы образцов портландцемента с помощью программы Siroquant. Из результатов исследований можно сделать вывод о том, что во всех пяти образцах портландцемента не были выявлены радоноопасные минералы, которые способствовали бы повышенному содержанию радона в 2,3 и 4; а связано это с повышенным содержанием радия, которого нет в таких значениях в 1 и 5 образцах. Результаты измерений представлены в Таблице 5.

Таблица 5

Минералогический состав образцов портландцемента