氡是放射性元素铀经过一系列衰变产生的一种放射性气体, 无色无味。铀广泛分布在整个地壳, 所以氡在自然界无处不在。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)2000年报告书中, 天然辐射对公众的年有效剂量为2.4mSv, 氡(²²²Rn)及其子体的贡献就占52%^[1]。早在1988年, 国际癌症研究机构(IARC)就已将氡及其子体划归为Ⅰ类致癌因素^[2]。

近年来随着经济的迅速发展, 地下空间开发利用已成为我国都市发展趋势。据不完全统计, 国内仅地下商场面积就已在1 000多万m²以上, 氡浓度超标率可达22%左右^[3]。越来越多的从业人员和流动人员进入地下建筑工作、居住、购物和娱乐, 他们承受着比其他公众更高的辐射危害。因此掌握地下建筑氡的来源, 从根本控制民用地下建筑内氡及其子体浓度是十分必要的。

1 地下建筑中氡的主要来源

由于地下建筑的特殊性, 其室内氡的主要来源途径与地面建筑有所不同。①岩石和土壤。气态放射性元素氡主要由岩石、土壤中的铀、镭不断衰变生成。地下建筑所有六个界面均有岩石和土壤被覆, 四周皆可释放氡气^[4], 并通过墙面、管线周围的裂隙进入室内, 成为地下建筑内氡的最主要来源。②地下水。地球表生环境中, 铀的化学性质活泼, 可与氡一起溶于水, 随地下水迁移^[5]。地下水位在地下建筑使用期间可随补给、降雨和排水条件的变化而上升, 若地下建筑所处地段岩体裂隙比较发育, 形成地下水循环通道和储水构造, 将成为工程内高氡浓度的外部潜在因素。③建筑材料。随着工业技术的发展, 一些掺工业废渣, 如粉煤灰、煤矸石、钢渣、尾矿石等的新型建筑材料, 因其天然放射性核素含量较高, 成为了影响地下建筑氡浓度的又一重要来源。④室外空气。室外空气中的氡随通风而进入地下建筑内, 进入率与室内外空气中氡浓度及地下建筑空气交换率成正比。

2 地下公用建筑防氡对策

地下建筑内氡及其子体国家控制标准中明确规定:地下建筑分为已用和待建两种情况, 根据氡及其子体的可控制程度, 已用地下建筑行动水平为400Bq·m³(平衡当量氡浓度), 待建地下建筑设计水平为200Bq·m³(平衡当量氡浓度)^[6]。根据地下建筑室内氡的来源以及国家标准, 针对地下建筑的具体情况分阶段制定防氡措施。

2.1 建筑阶段 2.1.1 建筑选址

各地区环境中氡浓度值与当地的地质结构、岩石类型、所处地域等因素密切相关。其中花岗岩放射性铀含量最高, 处于不同山体岩性的地下建筑, 其内氡浓度也以花岗岩最高^[7]。而在断裂与构造发育区, 即使岩石、土壤中铀含量不高, 由于氡的气体性质, 容易随断层带中破碎岩体裂隙运移、汇集, 导致这些地带的地下建筑室内空气中氡浓度相对偏高^[8]。因此在项目工程开始之前, 详细查阅区域地质构造特征, 具体掌握与该地区氡浓度密切相关的断裂带、破碎带及岩石类型等地质特征分布的背景情况^[9]。全面进行有关氡污染的论证和评价, 采取治本措施, 避开断裂带、破碎带和富铀区建造地下工程, 将来自土壤和岩土中氡进入室内这一途径减至最少。

2.1.2 防水措施

地下工程是在含水的岩土环境中修建的建筑物, 随时可受到地下水的浸透和侵蚀。地下水中的氡浓度, 根据其赋存岩石性质不同有很大变化^[10], 美国Maine花岗岩地区地下水的平均氡浓度为8 200 × 10³ Bq/m^{3[11, 12]}, 我国南方花岗岩地区地下水的氡浓度可高于1 000 × 10³Bq/m^3[13]。因此必须遵循《地下工程防水技术规范》进行地下建筑防水的设计和施工。地下建筑的钢筋混凝土结构应采用防水混凝土, 各种变形缝、施工缝、墙基和管线周围的裂隙要加强防水措施, 避免含氡地下水的渗入。

2.1.3 建筑材料

由于氡的析出率与建筑材料中²²⁶Ra的比活度成正比, 地下建筑建筑材料的选择至关重要, 必须使用符合GB 6566的建筑材料。然而即使是符合国家标准, 掺工业废渣的新型建筑材料放射性水平明显高于普通建材, 上海建材放射性核素监测分析, 用相对γ放射性平均镭当量来评价常用建材, 最低值为石灰25.8Bq/kg; 最高值为煤渣砖209.9Bq/kg^[14]。以煤渣砖建造的房屋, 氡进入室内的速率可以高达10Bq·m^-3·h^-1[15]。常用的工业废渣镭当量浓度从高到低依次为粉煤灰(279.13Bq/kg)、炉渣(235.34Bq/kg)、煤矸石(144.35Bq/kg)。即使粉煤灰来源于同一家电厂, 不同时间采集, 其放射性核素活度浓度都会有很大差异, 最大值可达到最小值的2倍以上^[16]。地下建筑置于地表之下, 室内空气流通慢, 建筑主体材料符合国家标准, 也要进行选择和监测。尽量选用²²⁶Ra含量低且氡不易析出的建材, 有效控制室内氡的建材来源。

2.1.4 装修材料

各类民用地下建筑为了美观, 选用了不同的装修材料铺设地面, 主要有花岗岩、大理石、釉面砖、水磨石等。它们也会不同程度地增加室内放射性氡浓度。对我国某省部分城市地下商场不同的地面材料进行统计分析。结果见表 1。由表中可以看出墙体相同, 地面装修材料不同, 其室内氡浓度以花岗岩构造地面最高, 大理石较低^[17], 是地下建筑装修的最理想材料。

2.2 使用阶段

对于已用地下建筑, 遵循辐射防护最优化原则, 科学的根据氡及其子体的物理性质、变化规律, 采取多种方法经济有效的将氡及其子体浓度控制在尽可能低的水平。

2.2.1 通风

氡子体²²²Rn半衰期较长(3.825d), 从墙体缝隙或装修材料表面析出后, 在相对密闭的地下建筑内累积, 5h左右就可达较高水平^[18]。经过内蒙古一地下工程内试验发现, 通风对降氡十分重要。该地下工程通风设备有排风机一台, 进风机一台。通风方式共有四种, 进风、排风、进排同时和进排轮流。研究发现, 进排风同时效果最好, 此种方法连续通风8h, 氡浓度可降低91.4%。若每天坚持通风2h, 即可保证8h工作期间氡浓度符合国家有关标准规定的水平。每天通风3h, 就可接近地面环境^[19]。同时由于氡在空气中的浓度随高度增加而减少, 以地面浓度为100%, 则地面向上10m高度处只有60%, 对于污染严重区域的地下建筑, 其通风进气口应高置。地下建筑建立完善的通风系统, 此为最经济有效的降氡方法。

2.2.2 其他

防氡涂料既可以对地下建筑被覆层的裂隙进行密闭性堵漏, 还可以有效屏蔽建材中的氡向室内环境扩散, 其防氡效率可达到93% ~ 99%, 并且有很好的耐老化性能^[20]。

地下工程局部, 可根据具体条件采用不同的空气净化技术, 例如高压静电过滤、静电织物净化、电离式负离子净化等, 试验证明, 这些方法既能净化地下工程建筑环境中的尘埃, 也能有效净化氡及子体。

综上所述, 民用地下建筑, 从开始的设计、施工到使用, 都可以采取适当的措施, 将其内的氡及其子体浓度控制在尽可能低的水平, 有效的保护工作人员的身体健康。