某地下工程氡辐射涂层屏蔽效果研究
2022-10-18叶刚,邓跃全,李敏等
氡是自然界唯一的天然放射性气体，由镭衰变产生[1]。氡及其子体在人体内衰变，会破坏或改变人体 DNA，导致肺癌[2]、支气管癌、白血病[3]等疾病，是造成肺癌的第二大因素，仅次于吸烟[4-5]。GB 50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制标准》规定民用建筑氡浓度≤150 Bq/m3，WS/T 668-2019《公共地下建筑及地热水应用中氡的放射防护要求》规定地下工程氡浓度≤400 Bq/m3。氡的来源主要来自 3 方面[6]：建筑材料中析出的氡、建筑物下的地基岩层和土壤中释放氡、水源和燃料中释放氡，多数地下工程在地下深处，通风性差，岩石、地下水、混泥土、土壤等溢出的氡长期累积，造成氡辐射污染，给长期处于地下的工作者健康带来危害；目前地下工程氡的治理主要方法有通风排氡法[7]、空气净化机法[8]、防氡涂层屏蔽法[9]等。本课题组针对地下工程，获得了一种防氡效率高、绿色环保的多功能氡辐射防护涂层。本文对某地下工程试验前后氡辐射涂层屏蔽效果和自然通风对氡的影响进行了分析，获得了较好的结果。
1 试验部分
1.1 材 料
（1）FDD-1 型防氡底漆、FDD-2 型防氡面漆、DP 型地坪漆均为本项目科研新产品。
（2）滚筒、刷子、保护膜等施工工具等材料，市售。
1.2 仪 器
（1）RAD-7 型氡测试仪，美国 DURRIDGE 公司。
（2）HS01 型氡测试仪，成都核盛科技有限公司。
（3）喷涂机，瓦格纳尔喷涂设备（上海）有限公司。
（4）除湿机，杭州利烨科技有限公司。
1.3 试验方法
施工前清理施工面，用保护膜和纸胶带对工程内设施和设备进行覆盖保护，防止弄脏。
1.3.1 地砖地面施工方法
地面瓷砖表面有烧成釉料层，有较好的氡辐射屏蔽作用，经测试发现，其氡屏蔽率能达到 90%，因此仅需对瓷砖缝隙进行封堵即可，施工方案为防氡底漆+防氡面漆，采用滴管滴注施工。
1.3.2 砂浆地面施工方法
施工方案为防氡底漆+防氡面漆+地坪漆，采用滚涂为主，用刷子描齐边角线。
1.3.3 墙面和顶面施工方法
施工方案为防氡底漆+防氡面漆，墙面便于施工，墙面采用滚涂，顶面采用喷涂。
1.3.4 氡浓度测试方法
整个测量装置由 RAD7 型美产测氡仪或 HS01 型国产测氡仪、干燥管、自制有机玻璃箱构成。测量前，需把测氡仪器放到空旷室外，开启仪器净化模式，清除仪器内部残留的氡气及其子体。测定只需将测氡仪与干燥管连接并放在测定处，开启氡测试仪，按仪器说明书要求测试氡浓度，每半个小时出一个数据。
2 结果与讨论
试验共设置了 3 个测试点，分别位于某地下工程后部、中区、前部位置。
2.1 某工程氡辐射状况分析
2.1.1 地下工程 12 月氡释放情况
测定时间：2021 年 12 月 8 日；测定条件：温度为23.0 ℃ ，湿度为 22.0% RH。如图1，该地下工程后部氡浓度范围在 604～759 Bq/m3，平均浓度为 684 Bq/m3；如图2，中区氡浓度范围在 301～493 Bq/m3，平均浓度为 398 Bq/m3，少数点位＜400 Bq/m3，是由于贴了瓷砖，有一定的氡屏蔽作用；如图3，前部在进风竖井位置，氡浓度范围在 41～467 Bq/m3，测定结束时达 467 Bq/m3，在 13:22-16:53 时间段浓度较低，是因为当时风力较大，井内空气被外界空气充分交换导致，16:53 后风变得很小，氡浓度快速上升，而且测定结束时还呈上升趋势，是由于外界风交换很少，氡浓度主要受工程内岩体溢出控制所致，也说明工程内岩体会释放氡辐射，3 个测试点氡浓度与 WS/T 668-2019 规定的 400 Bq/m3相比均超标；越靠近进风口方向与外界空气交换越强，氡浓度按工程前部、中区、后部位置依次增大。
图1 地下工程后部氡浓度曲线图
图2 地下工程中区氡浓度曲线图
图3 地下工程前部氡浓度曲线图
2.1.2 地下工程中区 7 月氡释放情况
2021 年 7月 13 日，分别对地下工程中区大厅和中区过道氡辐射进行了测定，如图4。该地下工程中区大厅的氡浓度范围在 2 158～2 634 Bq/m3，平均值为 2 457 Bq/m3；如图5，中区过道的氡浓度范围在 1 470～2 330 Bq/m3，平均值为 2 030 Bq/m3，与标准 WS/T 668-2019 规定的 400 Bq/m3相比，大厅氡浓度、过道氡浓度平均值分别超标准值 5 倍、4 倍，过道氡浓度比大厅氡浓度稍低，是因为过道与外界空气交换更多；氡浓度夏天最高，冬天最低，与气温呈正相关关系，7 月是 12 月的 3～4 倍，全年氡浓度处在两者之间，平均浓度范围在 684～2 457 Bq/m3，均超标。
图4 地下工程中区（大厅）氡浓度曲线图
图5 地下工程中区（过道）氡浓度曲线图
2.2 氡辐射涂层屏蔽效果分析
测定时间：2021 年 12 月 23 日；测定条件：温度为 22.3℃、湿度为 26.2% RH。完成涂装后，涂层厚度约为 0.2 mm。涂层屏蔽后：如图6，后部氡浓度范围在 65.0～156.0 Bq/m3，平均浓度为 103.0 Bq/m3；如图 7，中区氡浓度范围在 28.1～127.0 Bq/m3，平均浓度为 91.0 Bq/m3；如图8，前部氡浓度范围在 10.9～104.0 Bq/m3，平均浓度为 63 Bq/m3；工程内氡浓度大幅降低，均低于 150.0 Bq/m3民用标准要求。工程内氡浓度依然与具体位置有关，越靠近进风口方向与外界空气交换越强，氡浓度按工程前部、中区、后部位置依次增大，说明自然风对工程内氡浓度有一定的影响，越靠近进风口氡浓度越低。
图6 后部屏蔽后氡浓度曲线图
图7 中区屏蔽后氡浓度曲线图
图8 前部屏蔽后氡浓度曲线图
2.3 自然通风对某工程氡浓度的改善作用
测定时间：2021 年 12 月 14 日；测定条件：温度为22.3 ℃、湿度为 26.2% RH。测试前通了一晚上自然风，如图9 ，中区大厅氡浓度降至 50 Bq/m3以下，1.5 h 后开始缓慢上升，8 h 后达到最大值，约为 144 Bq/m3，该浓度为完全封闭情况下的工程内氡浓度，17:00 开始通自然风，0.5 h 后从 137 Bq/m3降低至 76 Bq/m3，降低约为 45%，1.5 h 后降至 47 Bq/m3，降低约为 2/3 说明自然风对工程内氡浓度影响显著。
图9 通风对中区大厅氡浓度的影响
如前所述，7 月份氡浓度是 12 月的 3～4 倍，照此推断夏天为最高值季节，乘以冬季 3～4 氡浓度的倍数，自然通风情况下该工程氡浓度也能达到 GB 50325-2020《民用建筑》规定的≤150 Bq/m3要求，不通自然风能基本达到 WS/T 668-2019《公共地下建筑》规定的≤400 Bq/m3要求。
3 结 语
（1）数据表明，12 月（冬季）氡平均浓度为 684 Bq/m3，7 月份（夏季）做有瓷砖的中区大厅氡平均浓度为 2 457 Bq/m3，全年浓度在这两次测试数据之间，均值超标较多。
（2）涂层屏蔽后，工程内氡浓度大幅降低，均低于150 Bq/m3GB 50325-2020 要求；涂层屏蔽治理后工程内氡浓度与具体位置有关，工程前部、中部和后部依次增大，平均浓度分别为 63、91、103 Bq/m3，说明氡浓度越靠近进风口越低；涂装完成后，明显感觉工程空气要清新很多，没有了一般氡辐射超标地下工程特殊的味道。
（3）自然通风对工程内氡浓度降低效果显著，0.5 h 降低一半左右，1.5 h 后降至降低 2/3 左右，达到平衡值，最低达到 21.9 Bq/m3，与外界 10 Bq/m3相当。7 月份氡浓度是 12 月的 3～4 倍，照此推断夏天为最高值季节，自然通风情况下该工程氡浓度也能达到 150 Bq/m3的民用建筑工程标准的要求，不通风能基本达到 400 Bq/m3的地下工程标准要求。
本方法能有效治理地下工程氡辐射污染，对保障广大地下工作者特别是广大国防指战员的健康有重要意义，应用前景广泛。
