Czy beton komórkowy jest promieniotwórczy?

Promieniowanie jonizujące to nieodzowny składnik ekologiczny biosfery ziemskiej, warunkujący prawidłowy rozwój istot żywych. Z drugiej strony, promieniowanie wywołuje pewne zmiany chemiczne i biologiczne w komórkach i tkankach istot żywych. Dopóki nie są przekroczone określone poziomy promieniowania jonizującego, nie ma powodów do obaw, gdyż organizmy wykazują zdolność do samonaprawiania zniszczeń.

Z kolei uważa się, że zbyt zaniżone poziomy promieniowania również nie są pożądane, gdyż mogą przyczyniać się do żywiołowego rozwoju chorobotwórczych drobnoustrojów. Istotne znaczenie dla istot żywych mają dwie składowe promieniowania jonizującego: promieniowanie gamma, działające na całe ciało, oraz promieniowanie alfa, działające na układ oddechowy.

Źródłami promieniowania gamma wewnątrz budynku są naturalne pierwiastki promieniotwórcze znajdujące się w wyrobach budowlanych produkowanych z surowców i odpadów pochodzenia mineralnego oraz zawarte w podłożu gruntowym, a także część promieniowania kosmicznego przenikającego przez ściany, dach i stropy.

Pierwiastki promieniotwórcze w materiałach budowlanych

Wszystkie materiały budowlane pochodzenia mineralnego zawierają naturalne pierwiastki promieniotwórcze, z których istotne znaczenie ze względu na poziom promieniowania naturalnego tła jonizującego w środowisku mieszkalnym mają: potas K-40, pierwiastki szeregu uranowo-radowego oraz szeregu torowego.

Niebezpieczne dla zdrowia człowieka są produkty rozpadu radu. Z rozpadu radu Ra-226 powstaje gaz radon Rn-222, który w dalszej kolejności rozpada się samoistnie. Groźne są pochodne jego rozpadu – izotopy metali, ołowiu, bizmutu.

Radon i pochodne jego rozpadu, będące źródłem promieniowania alfa, pochodzą głównie z gruntu oraz – w znacznie mniejszym stopniu – z materiałów budowlanych. Zilustrowano to w tabeli 1. Dane te są bardzo zbliżone do podawanych przez światowe i krajowe ośrodki badawcze zajmujące się problematyką promieniotwórczości.

By zapewnić odpowiednie warunki higieniczno-zdrowotne w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi lub zwierząt, trzeba eliminować stosowanie wyrobów budowlanych zawierających nadmierne ilości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych: potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-228. W przypadku występowania dużego stężenia radonu Rn-222 w powietrzu w pomieszczeniach należy zastosować rozwiązania techniczno-budowlane zmniejszające infiltrację radonu z podłoża do budynku.

Ocena wyrobów budowlanych pod kątem promieniotwórczości

Zapewnienie odpowiednich warunków higieniczno- zdrowotnych w pomieszczeniach budowlanych wiąże się z koniecznością spełnienia wymagań ujętych w ustawach: Prawo budowlane [1] i Prawo atomowe [2] oraz w aktach wykonawczych. Zgodnie z zapisami tych aktów prawnych budynki przeznaczone na pobyt ludzi lub inwentarza żywego powinny spełniać następujące warunki:

• dawka graniczna promieniowania jonizującego spowodowana stosowaniem wyrobów powszechnego użytku emitujących takie promieniowanie nie może przekroczyć wartości 1 milisiwerta na rok (mSv/y),
• budynek nie może być wykonany z wyrobów budowlanych, w których przekroczone są graniczne wartości obecności naturalnych pierwiastków promieniotwórczych,
• średnie roczne stężenie radonu w powietrzu w pomieszczeniach nie może przekraczać: 200 [Bq/m3] w budynkach oddanych do użytku po 1997 r. oraz 400 [Bq/m3] w pozostałych budynkach.

Mając na uwadze dwa wymienione rodzaje narażenia istot żywych na promieniowanie, przyjęto za podstawę oceny wyrobów budowlanych oznaczane laboratoryjnie dwa współczynniki kwalifikacyjne: f1 i f2. Metody badań i kryteria oceny ujęte są w instrukcjach Instytutu Techniki Budowlanej [3, 4].

Współczynnik f1 informuje o narażeniu całego ciała promieniowaniem gamma przez radionuklidy pochodzenia geologicznego, potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-228, występujące w materiale. Współczynnik f1 ma formę złożoną, uwzględniającą różną wagę poszczególnych radioizotopów:

f₁ = 0,00027 S_K + 0,0027 S_ra + 0,0043 S_th (1),

gdzie:

S_K, S_ra, S_th – stężenia odpowiednio: potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-228 [Bq/kg].

Warunek bezpieczeństwa jest spełniony, gdy f1 ≤ 1,2.

Współczynnik f₂ informuje o stopniu narażenia nabłonka płuc na skutki promieniowania alfa radonu Rn-222 i jego pochodnych.

S_ra – stężenie radu Ra-226 [Bq/ /kg].

Badania promieniotwórczości betonu komórkowego

Prowadzone w latach 1980–2008 przez Instytut Techniki Budowlanej, Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Przemysłu Betonów „CEBET” i Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej „CLOR” badania powszechnie stosowanych materiałów budowlanych wykazały, że: współczynnik f₁ wynosi:

• od 0,11 do 0,24 dla betonów komórkowych piaskowych (przeważa wartość 0,20),
• od 0,29 do 0,94 dla betonów komórkowych popiołowych (w większości wypadków 0,70–0,80),

współczynnik f₂ wynosi:

• od 8,83 do 27,48 [Bq/kg] dla betonów komórkowych piaskowych,
• od 27,0 do 170,0 [Bq/kg] dla betonów komórkowych popiołowych (w większości wypadków 60–85 [Bq/kg]).

Współczynnik f1 betonu komórkowego popiołowego jest wprawdzie wyższy, ale nie przekracza wartości 1 i pod względem promieniotwórczości praktycznie nie różni się od cegły i wyrobów ceramicznych (f₁ = 0,54–0,85), powszechnie uznawanych za materiał najzdrowszy. Do podobnych wniosków prowadzi analiza określonych wartości współczynnika f₂, które nie powinny przekraczać poziomu 240 [Bq/kg].

W tabeli 2 zestawiono średnie wartości współczynników f₁ i f₂ najczęściej spotykanych materiałów ściennych. Na tej podstawie oraz przy uwzględnieniu masy materiałów wyliczono i zestawiono również orientacyjne wartości promieniowania 1 m² ścian. Zestawienia dokonano w celu porównania poszczególnych materiałów i rozwiązań stosowanych w praktyce. Jak wynika z danych przedstawionych w tabeli 2, wartość promieniowania ścian zależy również od masy materiałów (rys.).

Ocena poziomu promieniowania w budynkach z betonu komórkowego

Z dotychczas prowadzonych pomiarów kontrolnych wynika, że średni roczny równoważnik dawki promieniowania gamma na mieszkańca w budynku z betonu komórkowego wynosi 0,8 m_Sv, nie przekracza więc granicznej wartości 1 m_Sv/y i jest o ok. 10% niższy niż w budynkach murowanych z cegły ceramicznej. Jest to spowodowane mniejszą masą 1 m² ściany z betonu komórkowego oraz większym stężeniem radu Ra-226 w wyrobach ceramicznych.

Podobnie pozytywne dla rozwiązań z zastosowaniem betonu komórkowego okazały się wyniki pomiarów radonu. W celu uzyskania danych o stężeniu radonu w budynkach z betonu komórkowego oraz dla porównania w budynkach z innych materiałów budowlanych COBRPB „CEBET” włączył się do prowadzonego przez „CLOR” programu badań radonu w budynkach i wytypował do badań budynki o określonych rozwiązaniach materiałowych (po 10 w każdej grupie).

Były to budynki wykonane z: elementów prefabrykowanych z betonu kruszywowego (wielka płyta), drewna, betonu komórkowego piaskowego, betonu komórkowego popiołowego, cegły ceramicznej, betonu komórkowego i cegły ceramicznej. Podczas pomiarów zastosowano kubki dyfuzyjne (zawierające detektor śladowy) dopuszczone do badań według Instrukcji ITB nr 352/98 [4]. Zostały one umieszczone na pół roku w zamieszkanych budynkach położonych w jednym rejonie Polski (w promieniu 30–40 km).

Po tym okresie detektory przekazane zostały do laboratorium, gdzie określono średnie stężenie radonu. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 3. Pomiary wykazały, że najwyższy średni poziom radonu (mierzony w Bq/m3) występuje w budownictwie drewnianym.

Ponieważ drewno nie jest źródłem radonu, potwierdzają się wyniki badań uzyskane w innych krajach, że nie materiał jest czynnikiem decydującym o podwyższonym stężeniu radonu, lecz grunt, na którym stoi budynek, oraz łatwość infiltracji radonu z gruntu do wnętrza budynku.

Podumowanie

1. Wprowadzone w Polsce wymagania i zasady kontroli promieniotwórczości naturalnej surowców i wyrobów budowlanych zapewniają spełnienie wymagań higieniczno- zdrowotnych, zarówno krajowych, jak i stosowanych w krajach Unii Europejskiej.

Należy podkreślić, na podstawie kontroli prowadzonych systematycznie w kraju od 1980 r., że betony komórkowe, zarówno piaskowe, jak i popiołowe, spełniają wymagania w zakresie dopuszczalnych stężeń naturalnych pierwiastków promieniotwórczych.

2. Udział materiałów budowlanych we wpływie na promieniotwórczość w budynkach jest niewielki i wynosi ok. 12%. Głównym źródłem promieniowania (ok. 75%) jest podłoże gruntowe, dlatego ważne jest stosowanie rozwiązań zapobiegających infiltracji radonu z podłoża gruntowego do budynku.

3. Wysoka promieniotwórczość betonu komórkowego oraz zagrożenie promieniowaniem jonizującym dla zdrowia mieszkańców w budynkach z betonu komórkowego nie znajdują potwierdzenia. Wyniki badań stężeń naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w betonach komórkowych (piaskowych i popiołowych), a także wyniki stężeń radonu w mieszkaniach z nich wykonanych na tle opisanych pomiarów w innych materiałach budowlanych i zbudowanych z nich budynków wskazują, że betony komórkowe są materiałem zdrowym i bezpiecznym.

Przy uwzględnieniu masy materiałów widać wyraźnie, że wartość promieniowania w obiektach z rozwiązaniami z betonu komórkowego, z uwagi na jego niską gęstość, jest niższa niż wykonanych z innych materiałów budowlanych, w tym z powszechnie uznawanych za najzdrowsze wyrobów ceramicznych.

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (t.j. DzU z 2006 r. nr 156, poz. 1118 z późn. zm.).
2. Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. – Prawo atomowe (t.j. DzU z 2007 r. nr 42, poz. 276 z późn. zm.).
3. Instrukcja ITB 234/2003 „Badania promieniotwórczości naturalnej surowców i materiałów budowlanych”, Warszawa 2003.
4. Instrukcja ITB 352/98 „Metody i warunki wykonywania pomiarów stężenia radonu w powietrzu w pomieszczeniach budynków przeznaczonych na stały pobyt ludzi”, Warszawa 1998.

LISTOPAD-GRUDZIEŃ 2009

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!