不同类型水泥产品放射性核素比活度测定及辐照分析

汤寅寅，赵峰 (苏州市相城检测股份有限公司，江苏 苏州 215131)

1 引言

民用建筑工程室内环境的污染安全问题在近几年已然成为人们关注的焦点，人们对甲醛、氨、苯系物等污染物有了越来越多地认识，从而采取一系列有效的措施控制其指标，而氡由于其无色无味的特性，常被人们所忽视。在《民用建筑工程室内环境污染控制标准》（GB 50325-2020）中，氡也是室内环境七项污染物控制指标之一[1]。氡元素位于元素周期表中的第86号，是自然界唯一的天然放射性惰性气体，氡元素本身很难与其他元素发生化学反应，但其自身衰变而产生的放射性射线及其衰变产物对人体健康会产生危害[2]。

室内环境中氡主要来源于两方面：房屋地基土壤中析出的氡以及建筑装修材料析出的氡。而氡是镭、钍等放射性元素蜕变时的产物，所以只要控制好建筑物所使用的主体材料及装修材料中的镭-226、钍 -232、钾 -40，同时控制好土壤氡影响，即可使室内氡浓度符合国家规定要求[1]。水泥作为一种非常重要的建筑主体材料，其主要成分包括粘土、石灰石、石膏、矿渣及粉煤灰等，因此水泥产品也具有放射性。《民用建筑工程室内环境污染控制标准》（GB 50325-2020）中明确规定：民用建筑工程使用的水泥等无机非金属建筑主体材料，其放射性应符合现行国家标准《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566）的规定，即天然放射性核素镭 -226、钍 -232、钾 -40的放射性比活度必须同时满足 IRa≤1.0和Ir≤1.0[3]。

近几年为保护生态，节约资源，在国家相关政策的引导下，各类产业废渣材料作为混合材料被掺加至水泥产品中，获得了一定的经济效益。但水泥产品中若毫无节制地添加放射性比活度较高的产业废渣，其产品的放射性指标势必会增高，以市场上主要销售的复合硅酸盐水泥为例，其产品中工业废渣掺量普遍大于10%，最高可达50%，若不经有效的生产控制，放射性产品会通过“废渣—建筑材料—建筑物”的渠道接触人体，对身体健康产生损害，影响人们的健康安全[4]。潘自强[5]多年前曾对我国大陆88份水泥产品进行调研，结果显示226Ra含量的平均值为50Bq/kg，232Th含量的平均值为 30Bq/kg，40K含量的平均值为140Bq/kg，其中226Ra和232Th的含量较于欧洲水平相对偏高。

本文通过测试不同类型水泥产品的放射性核素比活度，对水泥产品的辐射安全性进行评估分析，从而希望能够引导大家正确选择水泥产品，降低因建筑主体材料引起的放射性污染。

2 试验方法

收集建设工程中常见不同类型的水泥产品共计9种，品牌及厂家见表1。将水泥产品70℃烘干，研磨过筛孔尺寸为0.16mm的筛，装入标准样品盒，密封10d后开始测量每种样品中的226Ra、232Th、40K的放射性比活度，测量时间为5h。测量设备为PGS-6000低本底多道γ能谱仪(配备NaI射线探测器)。

水泥产品类型、品牌及生产厂家 表1

3 结果与分析

3.1 核素比活度及内、外照射指数

9 种水泥样品的226Ra、232Th、40K的放射性比活度及内、外照射指数见表2。

由表2的数据可以看出，9种不同品牌水泥的内照射指数和外照射指数均符合国家标准的要求：IRa≤1.0，Ir≤1.0。内照射指数和外照射指数呈现的趋势大致为：矿渣硅酸盐水泥＞粉煤灰硅酸盐水泥＞普通硅酸盐水泥＞复合硅酸盐水泥＞白色硅酸盐水泥，其中矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥的226Ra、232Th、40K含量明显比其他三种类型的水泥要高。同一水泥品牌厂家生产的不同类型的水泥产品放射性核素有明显区别：石井牌粉煤灰水泥中的226Ra含量要高于同品牌的普通硅酸盐水泥，这是因为粉煤灰水泥中添加了含镭量较高的粉煤灰（掺加量按重量百分比计为20%～40%），可见掺合料的添加对水泥产品的核素含量造成了较大的影响。9号样品的核素含量在这9种水泥产品中最低，白水泥是以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量较少的熟料，再添加适量的石膏磨细而制成，而放射性铀系和钍系一般与铁矿共生，所以白水泥的核素含量较低。

3.2 镭当量浓度

由于该试验中样品的核素含量分布不均匀，需要引用一个常用的辐射指数来对比评估各种不同类型水泥产品的实际核素水平及相应的辐射危险程度，这个辐射指数通常叫做镭当量浓度，用Raeq来表示，镭当量浓度是将建筑材料中232Th和40K均以相当于226Ra含量的数值来表示的放射性指标，计算公式为：Raeq=CRa+1.423CTh+0.088CK[6]。

由建筑主体材料的外照射指数应≤1.0，可以得出镭当量浓度的限量值应为370 Bq/kg，上述水泥产品的镭当量浓度换算值见表3。由表3可见，所有水泥产品的镭当量浓度均小于370 Bq/kg，符合国家要求，且其变化趋势与内、外照射指数的变化趋势相同：矿渣硅酸盐水泥＞粉煤灰硅酸盐水泥＞普通硅酸盐水泥＞复合硅酸盐水泥＞白色硅酸盐水泥。

3.3 居民年外照射有效剂量实际值D1及居民接受有效剂量E

为更加直观地评估居民实际使用的房间中，由建筑主体和装修材料造成的辐射吸收剂量，本文借鉴欧洲委员会采用的辐照模型及计算方案[7]：标准混凝土房间尺寸为4m×5m×2.8m，四周墙壁厚度及密度分别为20cm和2350kg/m3，居民年外照射有效剂量按D（nGy/h）=0.92 CRa+1.1CTh+0.08CK来计算，在此计算数据的基础上，扣除按我国人口加权的原野天然辐射剂量均值62.1nGy/h[8]，可得到由建筑主体和装修材料致使居民年外照射有效剂量的实际值，本文以D1（nGy/h）来表示，9种不同类型水泥产品的居民年外照射有效剂量实际值见表3。

根据联合国原子辐射效应委员会（UNSCEAR）[9]推荐的人类年室内暴露时间为 8760h（24h×365d），居民年外照射有效剂量与居民接受有效剂量E的转换因子取0.7Sv/Gy，室内居留因子取0.8，那么居民接受有效剂量E按公示E（mSv/y）=D1×0.7×0.8×8760×10-6来计算，结果列入表3。

9种水泥产品的放射性比活度及内外照射指数 表2

9种水泥产品的镭当量浓度、室内空气吸收剂量及年吸收剂量 表3

以水泥作为建筑主体材料的建筑物，居民接受有效剂量的控制上限为0.3 mSv/y[10]。由表3数据可以看出，9种产品中，普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥均符合指标，而矿渣硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥均超标。结合本文3.1章节结论，可以看出，水泥产品的内、外照射指数虽符合国家安全标准，但在建设工程中若不加限制地采用矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥作为建筑材料，可能会使建筑物的辐照水平提升，从而对居民造成辐照危害。

4 结论

9种不同类型水泥产品的内、外照射指数均符合国家规定，其中矿渣硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥的核素含量远高于其他类型硅酸盐水泥，同时这两种水泥产品的居民接受有效剂量均超出了欧洲会员会的安全推荐值。因此在建设工程中，需谨慎使用放射性含量较高的矿渣及粉煤灰硅酸盐水泥，否则可能会造成建筑物辐照水平的升高。