近年来, 国内外对环境氡气浓度及其来源进行了广泛深入的调查研究。这些调查表明, 在某些工业矿山、巷道、地下建筑物内, 以及工业尾渣做建材的住房内, 氡及其子体浓度较高, 所产生的辐射危害已不容忽视, 相应治理与防护措施的研究日益引起人们的关注。目前, 国内外对室内氡气防护的技术重点是通风, 但它易受能源、经济条件和环境因素的制约。与通风法相比, 采用建筑的内表面涂敷的方法, 阻止或降低建材和地面氡气的析出, 具有更加经济实用和便于推广应用的优点。因此, 国内外均进行了一些探索性研究。本实验研究是寻找适当的材料, 配制成内墙涂料。该涂料既具有优良的阻氡性能, 又符合现有内墙涂料的各项指标。具有应用性强、价格低、便于推广等特点。

1 材料与工艺

涂料由基料和多种填加剂组成。经过反复筛选, 最后选定一种经过改性处理的高分子聚合物乳液做基料。填加剂包括增稠剂、消泡剂、湿润剂、悬浮剂、成膜助剂、填料及颜料等。填加剂在赋予涂料性能方面占有重要地位。氡气是一种扩散性很强的气体, 优良的气密性是防氡涂料区别于其他常规涂料的关键。消泡剂和成膜助剂的正确使用, 在这方面起着重要作用。经过实验自制了一种兼具抑泡一消泡功能的复合型消泡剂, 在涂料的分散和涂装过程中取得了满意效果。我们选用的成膜助剂能促进乳液微粒之间的聚结, 使防氡涂料形成一种类似溶剂型涂料所形成的涂膜, 提高了涂膜的连续性和均一性, 从而有助于提高涂料的防渗透功能。防氡涂料常规性能测试按照G B9756-88标准^[1]进行, 并增加了耐污染性一项指标。结果表明, 被测指标均符合国家标准^[1]。尤其在耐水性、耐碱性、耐污染性、耐洗刷性以及整体外观等方面优于国家标准。说明该涂料除具防氡能力外, 其他方面也达到了常规内墙涂料的要求, 能满足在各种环境条件下使用的需要。

2 实验方法

对建材表面进行涂敷阻氡的机理是通过覆盖, 降低建材表面的氡析出率, 从而达到降低室内氡气的目的。为了准确评估涂料的防氡性能, 我们分别用密封法^[2]和局部静态法^[3]对不同建材进行了测定, 并同有关文献进行了比较。

2.1 密封法

选择放射活性高的煤渣, 过筛后与水泥按3:1的比例混合, 制成与砖等原的砌块, 表面抹平。此砌块的表面积为0.096m²/块, 含镭比活度为6.9 × 10^-2Bq/g (γ能谱测定)。取砌块封存于一容积为0.014m³的玻璃容器中, 封好后立即充氮气, 驱走本底氡气, 记录积累起始时间, 按一定时间间隔, 使用Z nS闪烁瓶抽取容器中的空气, 放置三小时后, 用测氡仪测量氡气浓度, 测得积累氡浓度随时间的增长曲线。同一砌块, 用防氡涂料涂刷三遍后, 充分凉干, 重新封存于容器中重复前述实验过程。

2.2 局部静态法

局部静态法测定建材表面氡析出率的基本原理, 是在建材表面安置一个由不透气材料制成的积累箱。积累箱开口一侧紫贴建材表面, 周围用密封材料封严, 构成积累空间, 经一定时间后, 采集积累箱内空气, 进行氡活度分析。实验用积累箱由有机玻璃制成, 尺寸为0.735 ×0.530 ×0.058m。积累的射气面积为0.39m²。实验选择在某地下室, 深3m, 墙壁结构深部为土壤, 主体为砖, 表层为石灰砂浆加白粉, 长年不通风, 氡气本底相对稳定。安置好积累箱后, 立即抽取第一个样品, 做为Co, 以后每隔一定时间取样一次, 测得积累箱内氡浓度随时间的增长曲线。取下积累箱, 墙壁用防氡涂料涂刷三遍, 凉干后, 重新安置好积累箱, 重复前述实验过程。

3 数据处理与结果讨论

采用密封法和局部静态法测得的氡浓度随时间的增长曲线分别见图 1、图 2。该曲线应服从下式^[3]:

(1)

式中:Co-积累空间外的氡浓度(Bq/m³)

C-积累空间内的氡浓度(Bq/m³)

V-积累空间的体积(m³)

S-积累空包括的睥射气面积(m³)

t-积累时间

E-射气介质表面的氡析出率(Bq/m²·h)

显然, 对密封法, 由于预先充氮, Co=0。

式(1)中有两个未知数, E及λ^*。仅当已知λ^*, 才能计算出氡析出率E。此处λ^*=λ+λ′, 已知λ为氡的衰变常数(S^-1), 而λ′与建材孔隙度及氡在建材中的扩散系数有关, 它的预先确定是非常困难的。对于λ^*来说式(1)得到是超越方程, 利用延长测量时间可以解决问题, 但受干扰因素多。为此, 我们采取间隔取样的测量方法。为了缩小实验误差, 采用非线性最小2乘法处理测量数据, 编制程序, 由微机计算求得λ^*及氡析出率E (计算程序略)。如果用E₀及E表示涂前及涂后建材表面的氡析出率, 则涂料的阻氡效率为:

(2)

计算结果表明, 采用密封法测得防氡涂料对水泥砌块的阻氡效率为80.2%, 采用局部静态法测得防氡涂料对地下室墙壁的阻氡效率为90.3%。

自70年代开始, 国外陆续开展了涂敷防氡的探索性研究^[4~7], 已被实验过的各种材料中, 阻氡性能好的主要是环氧树脂类高分子材料。这类材料普遍成本高, 使治理成本与治理效益难以被接受, 所以在实际应用方面进展不大, 附表就本文防氡涂料与国外文献^[8]进行了比较, 可以看出就阻氡效率而言, 已达到或超过国外环氧树脂类高分子材料所达到的指标。由于为水性涂料, 又具备常规内墙涂料的物理化学性能, 使得该涂料具有施工方便, 无污染环境, 成本低, 易推广等特点。实验证明, 采用内墙涂敷的方法, 是降低室内氡气浓度的有效途径之一, 应继续加强应用研究, 扩大实验规模。