建筑材料放射性的来源及检测技术分析

建筑材料放射性的来源及检测技术分析

近年来，随着人们对居住环境装饰装修要求的提高，大量的天然花岗岩和人造板石、陶瓷类建筑材料用于室内装饰，导致了室内放射性水平的增加，有关建筑材料放射性危害人体健康的问题不时见诸于媒体，居住环境已成为人们普遍关注的热点。这一现象早已引起许多发达国家的高度重视，美国、德国、俄罗斯、瑞典等国相继制定了建筑材料中天然放射性核素的限值。而我国也于2001年颁布实施了GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》的强制性国家标准，规定了无机非金属类建筑材料放射性核素限量和天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40放射性比活度的试验方法，并于2010年修订，完善检验程序。本文主要介绍了建筑材料放射性的来源及检测技术。

标签： 放射性来源;定义;危害;检测技术

一、放射性污染的定义及来源

（一）放射性的定义

放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线（如α射线、β射线、γ射线等），衰变形成稳定的元素而停止放射，这种现象称为放射性。

在自然界中，凡原子核不稳定、能自发地放出射线并能衰变成其他元素原子核的元素，称之为放射性元素，即放射性核素。放射性核素可发出α、β、γ3种射线。其中α射线由氦原子核组成，电离作用大，穿透能力小;β射线由电子组成，电离作用较α射线弱一些，而穿透能力较α射線强一些;γ射线由中子组成，电离作用较β射线弱一些，穿透能力较β射线强一些。环境中的放射性主要来源于天然辐射源和人为辐射源，其中天然辐射源是人类受照射的主要来源;天然辐射源的放射性核素赋存于宇宙及地球上的一切物质中，包括岩石、空气、水、土壤、动植物等。人为辐射源的放射性核素主要来源于生产和应用放射性物质的单位所排放出的放射性废物、核武器爆炸和核事故等产生的放射性物质以及经专门浓缩后的天然放射性物质。

放射性对人体的危害可分为外照射和内照射两类：外照射指天然辐射源和人为辐射源中的天然放射性核素所产生的β、γ射线对人体的直接照射，主要由γ射线造成;内照射指存在于空气、食品和饮水中的天然放射性核素，通过呼吸和消化系统进入人体内部而形成的照射。

（二）放射性的来源

建筑材料中的放射性核素主要来源两个方面：一是原料本身含有天然放射性核素;二是加工过程导致放射性核素富集。

1、 天然放射性来源

（1）宇宙射线由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成;

（2）天然放射性同位素。

（3）人为放射性核素的来源

（4）核试验及航天事故;

（5）核工业;

（6）工农业、医学科研等部门对放射性核素的应用;

（7）放射性矿的开采和利用。

2、加工过程导致放射性核素富集

居室内放射性核素主要来源于建筑材料、地基土壤和家用物品，其中建筑材料是产生放射性污染的主要原因。常用的室内建筑材料主要有以下几种：

（1）水泥：在水泥生产过程中，若掺入具有放性的石膏、矿渣、粉煤灰等混合材料，会使水泥具有较高的放射性。此外，若石灰岩和黏土存在于铀矿附近，也会使水泥具有较高放射性。

（2）陶瓷：主要以黏土或页岩等作坯料，在表面涂上不同颜色的釉料加工而成。其坯料随原料不同的辐射水平而有所差异，用页岩作坯料的放射性稍高于用黏土作坯料的放射性。

（3）天然石材：主要有花岗岩和大理石。其中大理石的辐射水平较低;花岗岩属火成岩中的酸性岩石，原生放射性元素的含量稍高于地壳平均值的含量。

（4）磷石膏：一种装饰材料，放射性核素含量较高，因此在选用以磷石膏为原料的室内装饰材料时，应检测放射性水平。

（5）木材：木材中的放射性是由土壤转移来的。由于土壤中天然放射性核素的含量不同，木材中的放射性也有所区别。

二、建筑材料放射性对人体的危害

建筑材料的放射性通过两个方面对人体造成危害：体外辐射和体内辐射。体外辐射是指具有强穿透力的γ光子进入人体后人体造成的伤害。体外辐射主要来源于建筑原材料中含有的化学元素，比如镭、钍等衰变产生的γ、β射线。γ射线的穿透力很强，它会穿透人体并和体内细胞发生碰撞，会破坏人体的淋巴细胞，从而使人的免疫力降低。体内辐射是指天然放射性核素通过饮食或呼吸进入人体

内对人体细胞的分子基本结构的电离，破坏分子结构和细胞而造成伤害。体内辐射主要是氡对人体的辐射，氡是一种具有放射性的天然物质，无色无味，具有易扩散、溶于水，且极易溶于脂肪的特点。氡主要是来源于一种叫做镭的化学物质，镭经过衰变会产生氡，氡进入人体呼吸道后，在未衰变前，一部分仍可随呼吸活动被呼出体外，另一部分即黏附在呼吸道上被人体吸收，除主要从呼吸道吸入以外，少数也可在咽喉部随吞咽动作进入消化道，在体内对人造成辐射，破坏人的呼吸系统。如果人体长期吸入大量的氡，它在人体内部的辐射会使细胞发生异变，进而导致肺癌。

三、建筑材料放射性的检测技术分析

（一）检测试验项目的确定

由于施工所用的建筑材料品种多，进场检测、试验材料项目要服从国家、行业及当地建设主管部门（或所属有关部门）的规定，并服从《省建筑工程竣工技术档案编制办法》。例如配制混凝土用的水泥，需按批检验其安定性、强度、凝结时间和细度;混凝土用粗骨料按常规进行颗粒级配、密度、含泥量及泥块含量、针片状颗粒含量等检验项目，如若用于≥C35的混凝土须做压碎指标，新采用的质地疏松的骨料还应做坚固性试验，活性骨料做活性试验等。对于合成高分子防水材料，按GBl8173.1-2000《高分子防水材料——第一部分片材》，应按批检验其物理性能，例如断裂拉伸强度、胶断伸长率、不透水性和低温弯折。总之，材料检测试验项目的确定应以确保工程质量为前提，只检验其原始合格证明而不按规定抽样试验，或虽抽样试验但检测项目不全，都是不符合要求的。（二）取样的数量和方法

取样要有代表性，一般是以一批材料（不同材料每批数量不同）不同部位随机抽取规定数量的样品（钢材是从规定部位截取），即不仅取样数量要正确，而且取样部位及方法也要按规定进行。试样的数量关系到试验结果的准确性，数量过少、取样部位及方法的偏差，都会使试验误差增大，甚至会得出相反的结果。但是，在实际检测中经常会出现取样不具有代表性、取样的数量不够、取样方法不正确等问题。例如袋装水泥要从该批不少于20袋水泥中任取等量样品，总质量至少12Kg。在实际工作中，多次遇到送检人员一次性提取半袋或整袋水泥作为品，经检测水泥强度值不符合标准要求的情况，后经现场按标准要求取样后复试，试验结果则完全符合国家标准;又如送检钢筋焊接试件时，有的是用工地的废钢筋头作为模拟试件或者取样方法不正确;再如钢筋气压焊焊件按标准应送检6根，3根做拉伸试验，3根做弯曲试验，而有的只送检3根试件，这样即使3根试件的拉伸试验结果全部合格，仍无法判定该批试件是否合格。

（三）检测时环境温度与湿度的控制

温度和湿度对一些建筑材料的性能有很大的影响，故在标准中对材料养护、测试时的环境条件有明确的规定，必须严格遵守。如GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》规定，试体成型时的环境温度应稳定保持在20℃±2℃，相对湿度应〉50%;试体拆模前的养护温度为20℃±1℃，相对湿度应〉90%;试体在水

中养护的温度控制在20℃±1℃。又如弹性体改性沥青防水卷材（SBS）等防水材料，其性能对环境温度较为敏感，进行拉伸试验时要求室温控制在23℃±2℃。

（四）试验机加荷速度的控制

在常温试验情况下，如果在测试材料力学性能时加荷速度较快，试件的变形将滞后于加在其上的荷载，测出的强度值就会高于材料固有的强度。例如在测试钢筋的屈服点时如果加荷速度较快，屈服点值会有所提高;测定水泥、混凝土、砖等试件的抗折、抗压时，加荷速度的快慢对测定结果都有影响。因此，应严格按照材料的相关标准和操作规程操作试验机，加荷要连续均匀，当试件开始迅速变形接近破坏时，停止调整试验机油门，直至测出试件最大的荷载值。在进行钢筋拉伸试验时，当拉伸到出现颈缩时可逐渐减小油门，使颈缩现象缓慢发展直至试件断裂，以减轻试验机的振动和响声。一般情况下，标准中的加荷速度是以应力（N/mm2、KN/mm2等）为单位的，为了更加直观方便，也可以折算为试验机度盘上的格数。如在采用2000KN的压力机进行混凝土试件的抗压试验时，试验机共有3个量程：铊A的量程为0～500KN，lKN/格;铊A+B的量程为0～1000KN，2KN/格：铊A+B+C的量程为0～2000KN，4KN/格。其他如钢筋的力学试验，也可绘制类似的表格贴在试验机上。

（五）减少试验误差

1、在試验过程中，虽然严格按标准的规定进行，但由于试验操作者的熟练程度、材料的匀质性、设备仪器、环境条件等因素的影响，总会使试验结果出现误差，若该误差不超出标准规定的范围是允许的。试验通常有3种误差，第1种是同一组试件之间的误差，若该误差超出范围，试验应重做。例如混凝土试件的抗压、抗折强度值中，有两个测定值与中间值的差值均超过中间值的15%，则该组试验无效;第2种是同一个样品分成2个或3个试样，用相同的方法在同一仪器上分别试验，所得出的结果之间的误差，称为平行试验误差。例如砂的筛分析，两次试验求得的细度模数之差≯0.20，表现密度两次试验之差≯20Kg/m3等;第3种误差是用同一材料、同一样品在不同试验设备上所获得的试验结果的误差，称为再现性误差或对比试验误差。一般是将水泥、钢材等较匀质材料的样品等分为两份，1份交当地权威性的测试中心，另1份本单位留存，分析比较两个测试单位的试验结果，如果相对误差较大，应找出原因并采取措施加以改进。根据需要，这种试验每年可进行1～2次，以提高试验质量。这里应该指出的是，有个别的试验室在进行钢筋拉伸试验时，只拉伸到试件出现颈缩而不拉断裂是不正确的，这种情况不属于试验误差。

2、钢筋不拉断，其测得的伸长率要比规定的试件断后的伸长率低，这是与标准规定相违背的。对于钢筋焊接件，由于不测定伸长率，可在试件出现颈缩现象后停机。

（六）试验数据的取舍

由于各种原因，有时同一组试件试验结果的离散性较大。为了保证试验结果

的准确性，标准对一些材料的试验结果有取舍的要求。例如水泥胶砂强度抗折试验，当3个强度值中有超出平均值±10%的时需剔除该数值，计算平均值;混凝土和砂浆的抗压试件强度平均值的计算等，也都有各自的数据取舍方法。计算后的数据的修约方法按GB/T8107～87《数据修改的规则》进行，并按标准规定保留相应的位数，其尾数要按“四舍六入五单双法”处理。例如GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》规定，钢材（包括钢筋）的性能试验结果，应按照相关产品标准的要求进行修约。如果未规定具体要求的，强度值～<200N/mm2时，修约间隔1N/mm2;强度值在200～1000N/mm2时，修约间隔5N/mm2;强度值〉1000N/mm2时，修约间隔ION/mm2。修约间隔为5N/mm2时，其简易方法是：要修约的尾数位数值≤2.5的修约为0;尾数位数值在2.5～7.5时，修约为5;尾数位≥7.5时修约为10。例如某钢筋试验后计算的6=487.8MPa，修约后6=490MPa。又如砂的表观密度测定，根据GB/T14684-2001健筑用砂表观密度、堆积密度、空隙率》的规定，需做两次试验，每次试验后计算得到的表观密度属中间过程，不应对每次试验后计算得到的表观密度值修约成尾数为0，只需对两次结果的平均值的尾数修约为0即可，否则会增大数值传递过程中的误差，影响试验结果。有时试验结果还会出现比预期的值过高或过低、同一组试件数据相差悬殊、同一试件各项性能指标相互矛盾等异常现象，这需要认真对待，查明原因，并及时复试和复验。