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摘 要:本文首先对氡的性质、危害和土壤氡的定义以及土壤氡的析出途径进行的简要介绍,然后从封堵和排放等方面阐述了民用建筑工程土壤氡防治的具体措施以及注意事项,最后对民用建筑工程如何选择土壤氡防治措施进行了讨论。当前,我国的民用建筑土壤氡防治技术的研究应用还处于一个起步阶段,深入开展此方面研究,能够从源头上降低室内氡污染,减少人们受到氡的辐射危害。
关键词:民用建筑工程 土壤氡 防治
中图分类号:TU564 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0028-02
随着物质生活水平的提高和人们对氡危害的进一步了解,人们越来越关注室内氡的防治。关于环境氡的辐射照射,世界各国都给予了高度重视,在美、英等发达国家,他们已经进行了全国性的氡水平调查,并绘出了全国氡潜势图,制定了室内氡监测与防治的政策。我国分别于2000年、2005年和2010年召开了“全国天然辐射照射与控制研讨会”,力争早日绘制出我国氡水平分布的潜势图。2001年国家建设部和国家质量监督检验检疫总局颁布了室内空气质量标准GB50325-2001,其中氡是5项控制指标之一。
地基土壤中的氡是建筑低层室内氡的主要源项之一。据报到,世界平均来源于建筑物的地基和周围的土壤的氡约占室内氡的60.4%,来自建筑材料和室外空气的分别只占19.5%和17.8%[4]。因此对土壤氡的防治是室内氡防治的重点。
本文在简要介绍了氡的性质、危害和土壤氡的定义以及土壤氡的析出途径的基础上,从封堵和排放等方面对当前民用建筑工程土壤氡防治的具体措施进行了详细介绍。
1 氡及其危害
1.1 氡
氡是自然界惟一的一种天然放射性气体。氡无色、无味、无臭,在温度为-61.8℃变为液体,-71℃时变为橙黄色固体,它能溶解于水和许多其他液体,还能溶解于血液和脂肪。氡在自然界有三种放射性同位素存在,即219Rn、220Rn和222Rn。其中222Rn的半衰期为3.825d, 219Rn的半衰期为3.96s和220Rn的半衰期为55.65s,通常所说的氡主要指222Rn[11]。氡在衰变过程中放出α、β、γ粒子后衰变为各种氡子体,氡子体均为放射性粒子。
1.2 氡的危害
氡本身就具有放射性,可以对人体造成损害,其子体对人体的危害更大。氡及氡子体进入空气中后与空气中的浮游粒子结合形成放射性气溶胶漂浮在空气中,一方面可以对人体产生外照射;另一方面,这些放射性气溶胶通过人体呼吸或皮肤等途径进入人体后,对人体产生内照射,危害人体健康。科学研究表明,氡是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素,世界卫生组织把它列为19种主要的环境致癌物质之一。
2 土壤氡
2.1 定义
土壤氡是指土壤中的氡,其分为自由氡(也称游离氡)和束缚氡两部分。自由氡是指存在于土壤孔隙、裂隙之中并在自然条件能参与扩散、对流,与外界进行交换的那部分氡;束缚氡是指被牢牢地束缚在土壤颗粒内部,不能参与扩散、对流,不能与外界进行交换的那部分氡。
2.2 土壤氡的析出
土壤氡的析出是指氡气从土壤介质释放到介质表面大气中的过程。氡气从土壤中进入大气,通常可分为两大阶段:第一阶段是固体晶格中的镭原子放出α粒子而衰变成氡原子,由于核反冲作用,氡原子离开固体晶格进入连通的微裂隙中形成可迁移的氡;第二阶段是这些可迁移的氡原子在介质的孔隙、微裂隙和裂隙中通过扩散、渗流、溶解与蒸发等机制向土壤表面迁移,最终离开土壤进入周围空气。土壤氡析出的主要途径有:
(1)地面的裂缝;(2)地面土壤之间的孔隙;(3)各种穿过地面的物品与地面交界处的缝隙;(4)地下水的渗透。
3 土壤氡的防治
民用建筑工程的土壤氡防治主要是防止土壤氡进入建筑内。其思路一般有两条,一是把建筑工程选址时选在土壤氡浓度较低的地方;二是对建筑工程采取有效土壤氡防治措施。
3.1 选址
在建筑工程选址时要尽量避免那些高本底氡地区。如,国内外研究表明在地层断裂带或者是火山活跃的地区,土壤和岩石中都含有大量氡[14],因此,建筑选址应该尽量避开这类富含放射性物质的地区;一些油气田产区以及一些金属矿区也是放射性集中的地方,建筑工程也应尽量避免这类地方。另外,从岩石类型的角度考虑,如果建在酸性岩(如花岗岩)上,内部氡浓度一般比建在沉积岩(如石灰巖、红色砂岩)上更高些,建在正变质岩(从岩浆岩经变质而成,如花岗片麻岩)要比建在副变质岩(从沉积岩经变质而成,如大理岩)上更高些。因此在建筑物选址时要尽量避免这些氡或铀、镭含量比较多的地区。
3.2 防治措施
在民用建筑项目工程开始之前,要先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,并进行实地土壤氡浓度测量,全面进行有关氡污染的论证和评价,再针对具体情况按照国家土壤氡防治标准设计相应的防治措施。
目前土壤氡的治理措施主要是从封堵和排放两条思路着手。封堵是指通过采取措施对土壤氡进入建筑物内的途径进行封堵,防止土壤氡进入到建筑物内;排放是通过采取适当的措施将土壤释放出的氡引排到建筑物外,防止其进入建筑物内。
3.2.1 封堵
对土壤氡进入建筑物内途径进行封堵的措施主要包括深挖回填、密封隔离、减少裂缝和防止地下水渗透等措施。
(1)深挖回填。深挖回填措施主要包括两种,一种是对地基土壤进行基础深挖,然后进行分层回填夯实,减少土壤之间的孔隙度,以减少土壤氡的析出;另一种是对有些地方的土壤如地质断裂带,可以进行基础深挖后换土分层回填并夯紧,而且回填土壤的内外照射指数必须符合国家要求,这样不仅可以减少土壤中的氡浓度,也可减少回填土壤间的孔隙度达到减少土壤氡析出的目的。
(2)密封隔离。密封隔离主要是用薄膜,沥青砂,或者是专用的防氡材料等密封材料在土壤表面形成密封层对土壤和建筑物内环境进行隔离,防止土壤氡进入建筑物内。另外也可以通过在地面水泥层中使用添加剂等材料,如膨胀剂等,增加水泥层的密实度,减少水泥层的孔隙度,从而减少土壤氡析出。
(3)减少裂缝。减少裂缝主要包括减少地面裂开和对已有的裂缝进行处理两方面。减少地面裂开是通过合理使用添加剂提高混凝土体稳定性及强度或在混凝土中加入钢筋和卵石等材料,减少混凝土内裂缝的发生。对已有的裂缝以及地面与墙体间的缝隙等可用水冲洗干净,待裂缝水分风干后,用空压机将和混凝土具有较强的附着力,同时具备良好的弹性和耐性的聚氨酯等材料打入缝隙内填实密封,从而防止土壤氡通过这些裂缝进入到建筑内。
(4)防止地下水渗透。在土壤氡浓度较高的地方我们要特别注意防止因地下水的渗透把土壤中的氡带进建筑物内。而且必须要针对不同的土壤氡水平,按照国家的建筑物防水标准采取地面和地下室墙体的防水措施,如:在地面和墙体里设置密封的防水层,或采用抽取地下水等方式防止地下水渗透到建筑物内。
3.2.2 排放
通过采取相关措施对土壤析出来的氡进行排放也是防止土壤氡进入建筑物内的一个重要的和有效的措施,具体的措施如下。
(1)设置集氡措施。设置集氡措施主要两种。一是在地板下面设置集氡槽。有文献报到说在居室中间挖一个1m3左右的槽,四周砌透气砖,让土壤中释放出的氡气聚集到这个槽中,然后再用一根管子把氡气引向室外排放。槽的上面一定要铺地砖等建材加以密封。这种方法能有效地降低室内空气中氡的浓度,而且经济实用;二是在地板下面设置集氡井,再用管道把氡气引向室外,并在管道中安装风机从集氡井抽气使集氡井处于负压状态,从而能让土壤氡往集氡井中释放后经风机排到室外。集氡井周围同样要用透气砖好,上面要用水泥板等材料加以密封。
(2)设置架空层。设置架空层是指在土壤表面和地板之间设置高度为250mm的夹层,主要方式也有两种。一种是夹层里为空层,在架空层的边缘用管道将架空层与建筑物外的大气相连通,并采用风机使架空层里处于负压,土壤氡析出后就会在此架空层中积累,然后同过管道把氡气引向建筑物外排放;另一种是在架空层中填充卵石,并用管道将架空层与建筑物外的大气相连通,同时在架空层的边缘设置百叶窗等进气装置,且在地垄墙上预留孔洞保证架空层中空气流通,以降低架空层中的氡浓度,达到防止土壤氡进入建筑物内的目的。
(3)通风。通风是降低建筑物内氡浓度的有效措施,建筑物在采用了土壤氡防治措施以外还应保持建筑物内有着良好通风,因此在建筑物的设计和建造时安装通风系统,以便保持建筑物内有着良好的通风效果,以达到良好氡防治效果。
4 结语
综合目前情况来看,民用建筑工程土壤氡的防治措施比较多,从理论上说能满足封堵和排放的要求的措施都可用于民用建筑工程土壤氡防治,但从施工和成本来考虑就应针对具体情况而采取相应的防治措施。目前我国在土壤氡防治技术方面还比较缺乏经验,现在国家科技部、国家环保局等部门通过立项、示范工程等方式促进土壤氡防治技术的研究。相信随着土壤氡防治技术研究的不断深入、相应环境法规的不断完善等,我国民用建筑工程中的土壤氡污染将会得到有效控制。
参考文献
[1] BRE. Sumps: a BRE Guide to Remedial Measures in Existing Dwellings (Building Research Establishment, Garston) BR211(1992).
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,等.GB 50325-2001.民用建筑工程室内环境污染控制规范[S].北京:中国标准出版社,2001.
[3] UNSCEAR.UNSCEAR 1993年报告—电离辐射源与效应[R].北京:原子能出版社,1995.
[4] 程冠,程建平,郭秋菊.土壤氡析出率影响因素及估算模型[J].中华放射医学与防护杂志,2006.
关键词:民用建筑工程 土壤氡 防治
中图分类号:TU564 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0028-02
随着物质生活水平的提高和人们对氡危害的进一步了解,人们越来越关注室内氡的防治。关于环境氡的辐射照射,世界各国都给予了高度重视,在美、英等发达国家,他们已经进行了全国性的氡水平调查,并绘出了全国氡潜势图,制定了室内氡监测与防治的政策。我国分别于2000年、2005年和2010年召开了“全国天然辐射照射与控制研讨会”,力争早日绘制出我国氡水平分布的潜势图。2001年国家建设部和国家质量监督检验检疫总局颁布了室内空气质量标准GB50325-2001,其中氡是5项控制指标之一。
地基土壤中的氡是建筑低层室内氡的主要源项之一。据报到,世界平均来源于建筑物的地基和周围的土壤的氡约占室内氡的60.4%,来自建筑材料和室外空气的分别只占19.5%和17.8%[4]。因此对土壤氡的防治是室内氡防治的重点。
本文在简要介绍了氡的性质、危害和土壤氡的定义以及土壤氡的析出途径的基础上,从封堵和排放等方面对当前民用建筑工程土壤氡防治的具体措施进行了详细介绍。
1 氡及其危害
1.1 氡
氡是自然界惟一的一种天然放射性气体。氡无色、无味、无臭,在温度为-61.8℃变为液体,-71℃时变为橙黄色固体,它能溶解于水和许多其他液体,还能溶解于血液和脂肪。氡在自然界有三种放射性同位素存在,即219Rn、220Rn和222Rn。其中222Rn的半衰期为3.825d, 219Rn的半衰期为3.96s和220Rn的半衰期为55.65s,通常所说的氡主要指222Rn[11]。氡在衰变过程中放出α、β、γ粒子后衰变为各种氡子体,氡子体均为放射性粒子。
1.2 氡的危害
氡本身就具有放射性,可以对人体造成损害,其子体对人体的危害更大。氡及氡子体进入空气中后与空气中的浮游粒子结合形成放射性气溶胶漂浮在空气中,一方面可以对人体产生外照射;另一方面,这些放射性气溶胶通过人体呼吸或皮肤等途径进入人体后,对人体产生内照射,危害人体健康。科学研究表明,氡是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素,世界卫生组织把它列为19种主要的环境致癌物质之一。
2 土壤氡
2.1 定义
土壤氡是指土壤中的氡,其分为自由氡(也称游离氡)和束缚氡两部分。自由氡是指存在于土壤孔隙、裂隙之中并在自然条件能参与扩散、对流,与外界进行交换的那部分氡;束缚氡是指被牢牢地束缚在土壤颗粒内部,不能参与扩散、对流,不能与外界进行交换的那部分氡。
2.2 土壤氡的析出
土壤氡的析出是指氡气从土壤介质释放到介质表面大气中的过程。氡气从土壤中进入大气,通常可分为两大阶段:第一阶段是固体晶格中的镭原子放出α粒子而衰变成氡原子,由于核反冲作用,氡原子离开固体晶格进入连通的微裂隙中形成可迁移的氡;第二阶段是这些可迁移的氡原子在介质的孔隙、微裂隙和裂隙中通过扩散、渗流、溶解与蒸发等机制向土壤表面迁移,最终离开土壤进入周围空气。土壤氡析出的主要途径有:
(1)地面的裂缝;(2)地面土壤之间的孔隙;(3)各种穿过地面的物品与地面交界处的缝隙;(4)地下水的渗透。
3 土壤氡的防治
民用建筑工程的土壤氡防治主要是防止土壤氡进入建筑内。其思路一般有两条,一是把建筑工程选址时选在土壤氡浓度较低的地方;二是对建筑工程采取有效土壤氡防治措施。
3.1 选址
在建筑工程选址时要尽量避免那些高本底氡地区。如,国内外研究表明在地层断裂带或者是火山活跃的地区,土壤和岩石中都含有大量氡[14],因此,建筑选址应该尽量避开这类富含放射性物质的地区;一些油气田产区以及一些金属矿区也是放射性集中的地方,建筑工程也应尽量避免这类地方。另外,从岩石类型的角度考虑,如果建在酸性岩(如花岗岩)上,内部氡浓度一般比建在沉积岩(如石灰巖、红色砂岩)上更高些,建在正变质岩(从岩浆岩经变质而成,如花岗片麻岩)要比建在副变质岩(从沉积岩经变质而成,如大理岩)上更高些。因此在建筑物选址时要尽量避免这些氡或铀、镭含量比较多的地区。
3.2 防治措施
在民用建筑项目工程开始之前,要先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,并进行实地土壤氡浓度测量,全面进行有关氡污染的论证和评价,再针对具体情况按照国家土壤氡防治标准设计相应的防治措施。
目前土壤氡的治理措施主要是从封堵和排放两条思路着手。封堵是指通过采取措施对土壤氡进入建筑物内的途径进行封堵,防止土壤氡进入到建筑物内;排放是通过采取适当的措施将土壤释放出的氡引排到建筑物外,防止其进入建筑物内。
3.2.1 封堵
对土壤氡进入建筑物内途径进行封堵的措施主要包括深挖回填、密封隔离、减少裂缝和防止地下水渗透等措施。
(1)深挖回填。深挖回填措施主要包括两种,一种是对地基土壤进行基础深挖,然后进行分层回填夯实,减少土壤之间的孔隙度,以减少土壤氡的析出;另一种是对有些地方的土壤如地质断裂带,可以进行基础深挖后换土分层回填并夯紧,而且回填土壤的内外照射指数必须符合国家要求,这样不仅可以减少土壤中的氡浓度,也可减少回填土壤间的孔隙度达到减少土壤氡析出的目的。
(2)密封隔离。密封隔离主要是用薄膜,沥青砂,或者是专用的防氡材料等密封材料在土壤表面形成密封层对土壤和建筑物内环境进行隔离,防止土壤氡进入建筑物内。另外也可以通过在地面水泥层中使用添加剂等材料,如膨胀剂等,增加水泥层的密实度,减少水泥层的孔隙度,从而减少土壤氡析出。
(3)减少裂缝。减少裂缝主要包括减少地面裂开和对已有的裂缝进行处理两方面。减少地面裂开是通过合理使用添加剂提高混凝土体稳定性及强度或在混凝土中加入钢筋和卵石等材料,减少混凝土内裂缝的发生。对已有的裂缝以及地面与墙体间的缝隙等可用水冲洗干净,待裂缝水分风干后,用空压机将和混凝土具有较强的附着力,同时具备良好的弹性和耐性的聚氨酯等材料打入缝隙内填实密封,从而防止土壤氡通过这些裂缝进入到建筑内。
(4)防止地下水渗透。在土壤氡浓度较高的地方我们要特别注意防止因地下水的渗透把土壤中的氡带进建筑物内。而且必须要针对不同的土壤氡水平,按照国家的建筑物防水标准采取地面和地下室墙体的防水措施,如:在地面和墙体里设置密封的防水层,或采用抽取地下水等方式防止地下水渗透到建筑物内。
3.2.2 排放
通过采取相关措施对土壤析出来的氡进行排放也是防止土壤氡进入建筑物内的一个重要的和有效的措施,具体的措施如下。
(1)设置集氡措施。设置集氡措施主要两种。一是在地板下面设置集氡槽。有文献报到说在居室中间挖一个1m3左右的槽,四周砌透气砖,让土壤中释放出的氡气聚集到这个槽中,然后再用一根管子把氡气引向室外排放。槽的上面一定要铺地砖等建材加以密封。这种方法能有效地降低室内空气中氡的浓度,而且经济实用;二是在地板下面设置集氡井,再用管道把氡气引向室外,并在管道中安装风机从集氡井抽气使集氡井处于负压状态,从而能让土壤氡往集氡井中释放后经风机排到室外。集氡井周围同样要用透气砖好,上面要用水泥板等材料加以密封。
(2)设置架空层。设置架空层是指在土壤表面和地板之间设置高度为250mm的夹层,主要方式也有两种。一种是夹层里为空层,在架空层的边缘用管道将架空层与建筑物外的大气相连通,并采用风机使架空层里处于负压,土壤氡析出后就会在此架空层中积累,然后同过管道把氡气引向建筑物外排放;另一种是在架空层中填充卵石,并用管道将架空层与建筑物外的大气相连通,同时在架空层的边缘设置百叶窗等进气装置,且在地垄墙上预留孔洞保证架空层中空气流通,以降低架空层中的氡浓度,达到防止土壤氡进入建筑物内的目的。
(3)通风。通风是降低建筑物内氡浓度的有效措施,建筑物在采用了土壤氡防治措施以外还应保持建筑物内有着良好通风,因此在建筑物的设计和建造时安装通风系统,以便保持建筑物内有着良好的通风效果,以达到良好氡防治效果。
4 结语
综合目前情况来看,民用建筑工程土壤氡的防治措施比较多,从理论上说能满足封堵和排放的要求的措施都可用于民用建筑工程土壤氡防治,但从施工和成本来考虑就应针对具体情况而采取相应的防治措施。目前我国在土壤氡防治技术方面还比较缺乏经验,现在国家科技部、国家环保局等部门通过立项、示范工程等方式促进土壤氡防治技术的研究。相信随着土壤氡防治技术研究的不断深入、相应环境法规的不断完善等,我国民用建筑工程中的土壤氡污染将会得到有效控制。
参考文献
[1] BRE. Sumps: a BRE Guide to Remedial Measures in Existing Dwellings (Building Research Establishment, Garston) BR211(1992).
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,等.GB 50325-2001.民用建筑工程室内环境污染控制规范[S].北京:中国标准出版社,2001.
[3] UNSCEAR.UNSCEAR 1993年报告—电离辐射源与效应[R].北京:原子能出版社,1995.
[4] 程冠,程建平,郭秋菊.土壤氡析出率影响因素及估算模型[J].中华放射医学与防护杂志,2006.