建筑主体材料是指用于建造建筑物主体工程所使用的建筑材料。建筑材料产品都或多或少含有天然的放射性核素, 是室内辐射和空气中氡的主要来源之一, 对人们的健康产生影响。自20世纪70年代以来, 关于建筑材料放射性的危害引起了国内外学者的高度重视, R.Hewamanna等^[1]对建筑施工用的粘土砖的天然放射性及γ剂量进行了检测与分析, M.Nisnevich等^[2]对利用煤灰生产轻质混凝土的辐射安全方面进行了探讨, 路建超等^[3]对我国建材放射性水平的动态进行了研究, 认为我国建材中放射性物质含量是相对偏高的。

目前, 广西建筑主体材料生产和应用技术水平相对比较落后, 且产品结构不尽合理。近年来广西各地市的建筑主体材料发展很快、品种繁多, 由于各类工业废渣普遍使用, 导致部分建筑材料中放射性水平增加, 而大多数建筑材料缺乏对放射性的检测。刘晓军等^[4]曾对南宁市建筑材料放射性进行了检测, 发现煤渣砖的放射性核素水平较高。笔者对广西各地市生产和使用的各类建筑主体材料产品的放射性水平进行了全面地检测与评价, 并对²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K所致居民剂量进行了估算, 实验结果将为广西建筑主体材料的合理生产与应用提供参考依据, 同时有利于加强广西建筑主体材料的市场管理, 以及确保建筑主体材料行业的可持续发展。

1 材料与方法 1.1 样品的采集与制备

样品取自广西南宁、桂林、柳州、梧州、河池、百色等城市的建筑主体材料生产企业和建材市场。样品经磨细至粒径不大于0.16mm, 在(105 ±5)℃烘干至恒重, 放入聚乙烯盒中, 称重, 密封四周, 待测。

1.2 测量

当检测样品中天然放射性衰变链基本达到平衡后, 在于标准样品测量条件相同情况下, 采用低本底多道γ能谱仪对其进行²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K活度浓度测量。

1.3 评价依据

《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2001)标准^[5]

2 结果与分析 2.1 广西建筑主体材料放射性核素含量

将制备好的样品用低本底多道γ能谱仪进行检测, 测得²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K放射性核素含量如表 1所示。

由表 1可见, 各类建筑材料放射性活度浓度有很大的差异, 煤渣砖的²²⁶Ra放射性活度浓度高达378.00Bq·kg^-1, 其次为页岩砖和粘土砖, ²²⁶Ra放射性活度浓度分别为100.99Bq·kg^-1和93.61 Bq·kg^-1; 而砌块、陶粒砖、水泥砂石砖和混凝土等材料的²²⁶Ra放射性活度浓度较低。²³²Th放射性活度浓度最高为粘土砖83.84Bq·kg^-1, 其次为页岩砖60.14Bq·kg^-1。⁴⁰K放射性活度浓度最高为页岩砖614.85Bq·kg^-1, 其次为粘土砖552.14Bq·kg^-1。世界建材典型值²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K分别为50、50、500Bq·kg^-1, 与之相比, 广西建筑主体材料中放射性含量相对偏高。

2.2 广西建筑主体材料的内、外照射指数水平

根据表 1中测量的放射性核素含量, 计算建筑主体材料的内、外照射指数, 结果见表 2。

表 2数据显示, 在调查的广西建筑主体材料样品中, 以煤渣砖的超标率最高, 达到33.33%。其他样品的检测结果均在《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2001)标准限量范围内。超标的煤渣砖是因²²⁶Ra含量过高(378Bq.kg^-1)造成的, 这多是由于掺入的煤渣中含有较高放射性活度浓度的²²⁶Ra所致。

2.3 广西建筑主体材料内、外照射指数的对比

将在广西范围内生产和使用的各种不同类型的建筑主体材料内、外照射指数进行对比, 如图 1所示。

由图 1可见, 各种建筑主体材料内照射指数I_Ra从高到低依次为煤渣砖＞页岩砖＞粘土砖＞水泥＞陶粒砖＞粉煤灰砖＞砌块＞混凝土＞水泥砂石砖, 外照射指数I_γ从高到低依次为煤渣砖＞粘土砖＞页岩砖＞水泥砂石砖＞水泥＞陶粒砖＞粉煤灰砖＞砌块＞混凝土。在本次检测范围内, 煤渣砖的内、外照射指数最高, 部分页岩砖、粘土砖及掺工业废渣较多的复合水泥的放射性水平含量也相对较高。

2.4 广西建筑主体材料中²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K所致居民剂量估算

根据文献推荐的方法^[6], 公众室内接受γ外照射的年有效剂量当量H_E外:

公众在室内接受内照射的年有效剂量当量H_E内:

式中:C_Ra、C_Th、C_K分别为样品中²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K的放射性活度浓度, η为建材氡析出率, 取4 %。广西建筑主体材料所致居民内、外照射剂量见表 3。

从表 3中可以看出, 煤渣砖所致居民剂量最高, 为2.68 mSv·a^-1, 其次为页岩砖和粘土砖, 所致居民剂量分别为1.08和1.12 mSv·a^-1, 建筑物内由建材给出的γ射线的外照射和氡子体的内照射, 属于公众长期持续受到的照射。根据《电离辐射与辐射源安全》(GB18871-2002)规定正常照射所致公众个人总年效剂量不得超过1mSv。广西的部分煤渣砖、页岩砖和粘土砖所致居民年有效剂量当量超出了国家标准规定的限值(1 mSv·a^-1)。在南宁、桂林、柳州、河池和百色等区域的调查发现, 页岩砖和粘土砖主要是在生产过程中加入了含²²⁶Ra较高的煤或煤渣作为内掺燃料, 在高温烧结过程中大部分易挥发物质已挥发掉, 煤灰残留物中²²⁶Ra的残留量相对增加, 使产品的放射性核素含量增加, 从而导致产品的致居民年有效剂量当量偏高。

3 讨论

广西大部分建筑主体材料放射性水平在国家标准《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2001)的限值范围之内, 可较广泛的应用于各种建筑工程中; 在检测范围内, 南宁地区煤渣砖的有害辐射较高, 超标率达33.33%, 河池市、百色市的部分页岩砖及桂林市、柳州市的部分粘土砖辐射水平相对偏高, 应引起足够的重视。工业废渣能使建材成品放射性水平增加, 必须加强建材用工业废渣的放射性水平检测, 使其对建材成品放射性的增加降低到合理水平。建材主管部门应加强监督管理, 生产厂家注意选择合理的原料和配方, 把建材产品的放射性含量控制在国家标准规定的限量以内, 限制超标的建材用于住房和公共设施建设, 以保障公众的健康与安全。