Введение к работе
Актуальность темы. В результате аварии на ЧАЭС во внешнюю среду поступило более 50 млн Бк различных радионуклидов и до настоящего времени масштабы загрязнения полностью не установлены Территория юго-западных районов Брянской области особенно сильно пострадала от радиоактивного воздействия Радиоактивному загрязнению подверглись огромные площади, в том числе и месторождения сырьевых строительных материалов и древесина Из оборота выведено более 144 тыс га лесохозяйственных угодий, 432 тыс га лесов, переселено на новое место жительство 116 тыс человек Не решена проблема обеспечения населения безопасным для проживания жильем в условиях радиационного загрязнения территорий
Наибольшие дозы радиационного облучения население получает от строительных материалов, сырьем которых являются горные породы, имеющие природную радиоактивность Радиационное облучение от естественных радионуклидов (ЕРН) Ra-226, Th-232 и К-40 создает суммарную дозу облучения, которая с течением времени приводит к возникновению различных заболеваний Это обусловлено тем, что население проводит в помещениях 80% своего времени
Кроме естественных, свой вклад в радиационный фон вносят и искусственные (техногенные) радионуклиды, такие как 137Cs и ^Sr
Актуальной проблемой, вызывающей большой научный интерес является поиск новых эффективных путей, позволяющих снизить радиационный уровень, как природного минерального и органического сырья, так и строительных материалов и изделий из них
Работа выполнялась в рамках НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», шифр 01 03 05
Цель диссертационной работы. Разработка эффективных способов снижения радиоактивности сырья и получение строительных материалов с низкой удельной активностью по цезию-137
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи
выявить закономерности распределения цезия-137 в минеральном и
органическом сырье,
установить особенности накопления и перераспределения цезия-137 в
процессе переработки сырья в строительные материалы,
разработать технологические приемы снижения удельной активности ,
цезия-137 в минеральном и органическом сырье,
разработать составы и технологии производства строительных
материалов с низкой радиоактивностью по цезию-137
Научная новизна работы. Установлены закономерности распределения Cs-137 в составе минерального и органического сырья различного состава и
С\
происхождения, его перераспределение при переработке и технологии, позволяющие получать материалы и изделия с низкой радиоактивностью Выявлены особенности концентрирования цезия-137 в минеральном и органическом сырье во времени Показано, что удельная активность цезия-137 в минеральном сырье через 15-20 лет после аварии на ЧАЭС снизилась в 3-12 раз и составляет от 2 до 44,6 Бк/кг, а в органическом древесном сырье возросла в 2-100 раз и варьирует от 37 до 10100 Бк/кг в зависимости от зоны загрязнения почвы
Выявлен механизм процесса декантации минерального и органического сырья водой, солями хлористого натрия и кальция, сульфата натрия и калия, слабокислыми растворами кислот Доказано, что соляная, щавелевая и уксусная кислоты, приводят к разрыхлению структуры на поверхности минерального заполнителя, ослаблению связей и более интенсивному вымыванию цезия-137 по сравнению с водой и водными растворами солей Это позволяет снизить радиоактивность сырья до 80-95%, а бетона - до 40%
Установлены зависимости удельной активности цезия-137 от удельной поверхности минерального и органического заполнителя Показано, что за счет отсеивания пылеватых частиц и мелких фракций можно снизить концентрацию 137Cs сырья до 40-60%, а бетона на 20-40%
Установлена зависимость между объемной усадкой сырья и коэффициентом концентрирования цезия-137, которая носит линейный характер и позволяет на стадии проектирования оценить радиоактивность изделий после обжига
Установлены зависимости между химическим составом, строением,
характером поверхностного слоя древесного заполнителя и удельной
активносіью цезия-137 при декантации водой и водными растворами солей
Доказано, что наиболее интенсивно вымывание Cs -137 при декантации
органического сырья водой и растворами солей происходит из лиственных
пород (береза, осина), по сравнению с хвойными (ель, сосна) и смешанными
породами (береза+сосна) А гидротермальная обработка древесного
заполнителя (при 60С в течение 15-20 мин) приводит не только к снижению
его радиоактивности (до 90%), но и к повышению плотности и прочности
арболита
Выявлены закономерности и обоснованы принципы подбора составов и технологий производства строительных материалов с минимальной радиоактивностью и оптимальными физико-механическими показателями
Установлено влияние предложенной комплексной химической добавки, состоящей из нефтяного шлама 7% и хлорида кальция 2% на повышение прочности ( с В 2,5 до В 3,5) и снижение водопоглощения (в 1,7-2,0 раза) арболита на различных видах заполнителя
Практическое значение работы. Разработаны эффективные технологии снижения удельной активности цезия-137 и получения строительных материалов с низкой радиоактивностью Предложены технологические приемы, снижающие концентрацию цезия-137 более чем в 1,5-2 раза в минеральном и органическом сырье, растворах, тяжелом и легком бетоне, керамических и других строительных материалах
Предложена классификация органического древесного сырья по степени декантации водой и водными растворами солей, позволяющая получать материалы низкой радиоактивности
Предложена комплексная добавка, состоящая из нефтяного шлама 7% и хлорида кальция 2%, позволяющая повысить прочность арболита с В2,5 до В3,5 и снизить его водопоглощение в 1,7- 2,0 раза
Разработаны эффективные составы и технологии арболита на различных видах древесного заполнителя с удельной активностью цезия-137 менее 370 Бк/кг
Предложен метод определения концентрации цезия-137 в керамических изделиях по усадке глинистого сырья, что позволяет на стадии проектирования оценить радиоактивность изделий после обжига
Внедрение результатов работы. Выполненные исследования и разработанные нормативные документы позволили апробировать технологии и материалы с низкой удельной активностью цезия-137
Разработаны «Рекомендации по снижению облучения населения цезием-13 7, содержащимся в строительных материалах»
Разработаны технологический регламент и технические условия на производство арболита
Осуществлено опытно - промышленное внедрение арболита на цементном вяжущем с низкой удельной активностью цезия-137 на ООО «Комплекс» (г Брянск)
Теоретические положения диссертационной работы, а также
результаты экспериментальных исследований используются для курса
лекций строительных специальностей 290600 — Производство
строительных материалов изделий и конструкций, 291000 - Автомобильные дороги, 280202 - Инженерная защита окружающей среды
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в 2002 - 2006 годах на конференциях различного уровня, в том числе международной научно - технической конференции «Современные проекты, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно - коммунального хозяйства» (Брянск, 2002, 2003, 2006 г г ), международной научно — практической конференции МАНЭБ (Санкт - Петербург (2003 - 2004 г г), международной научно -практической конференции «Радиационная гигиена» (Санкт - Петербург, 2004 г), международной научно-практической конференции «Аграрний форум-2006» (Сумы, 2006)
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в журнале по списку ВАК На защиту выносятся:
закономерности распределения Cs -137 в минеральном и органическом сырье,
полученный баланс Cs -137 в процессе технологической переработки и основанные на этом методы расчета содержания техногенных радионуклидов в готовых материалах и изделиях,
- составы и технологии получения строительных материалов на основе
минерального и органического сырья с низкой удельной активностью
цезия-13 7, а также результаты внедрения
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
