Đề tài Nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên trong các loại vật liệu xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do chúng gây ra.

Đề tài Nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên trong các loại vật liệu xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do chúng gây ra.thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Lê Như Siêu ThS, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

2 Nguyễn Thanh Bình CN, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

3 Phan Sơn Hải ThS, NCVC Viện Nghiên cứu Hạt nhân

4 Mai Thị Hường CN, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

5 Nguyễn Thị Linh ThS, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

6 Nguyễn Văn Mai CN, NCV Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân

Tp HCM

7 Nguyễn Trọng Ngọ ThS, NCVC Viện Nghiên cứu Hạt nhân

8 Nguyễn Văn Phúc ThS, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

9 Phạm Hùng Thái ThS, NCV Viện Nghiên cứu Hạt nhân

10 Trương Ý ThS, NCVC Viện Nghiên cứu Hạt nhân

CÁC CƠ QUAN, ĐƠN VỊ PHỐI HỢP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

-1 Trung tâm Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh

2 Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội

MỤC LỤC

Trang BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABSTRACT

TÓM TẮT

MỞ ĐẦU

PHẦN I TỔNG QUAN

1.1 CÁC LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG

1.2 KHOÁNG SẢN VẬT LIỆU XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

1.3 ĐỘ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.3.1 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên

1.3.2 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ tự nhiên

1.4 NỒNG ĐỘ RADON TRONG KHÔNG KHÍ

1.5 LIỀU BỨC XẠ DO CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

1.6 SUẤT XẢ KHÍ RADON TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.7 CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ VÀ VIỆT NAM VỀ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ NỒNG ĐỘ KHÍ RADON TRONG NHÀ

Ở

1.7.1 Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn theo UNSCEAR

1.7.2 Các quy định, tiêu chuẩn về hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây

dựng của một số nước

1.7.3 Các nguyên lý bảo vệ bức xạ liên quan đến độ phóng xạ tự nhiên trong

vật liệu xây dựng của Ủy ban Châu Âu về Bảo vệ Bức xạ

1.7.4 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 397:2007, quy định mức an

toàn về hoạt độ phóng xạ tự nhiên của vật liệu xây dựng

1.7.5 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7889:2008, quy định mức nồng độ phóng xạ

2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐO SUẤT LIỀU GAMMA

2.4.1 Phương pháp đo suất liều gamma hiện trường

2.4.2 Phương pháp đo suất liều gamma dùng liều kế nhiệt phát quang

2.5 PHƯƠNG PHÁP THU GÓP VÀ XỬ LÝ MẪU VẬT LIỆU XÂY DỰNG

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 NGHIÊN CỨU CHUẨN HÓA PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ GAMMA MẪU

3.3.2 Suất liều, liều hàng năm gây ra từ vật liệu xây dựng

3.4 SUẤT LIỀU HIỆU DỤNG TẠI 2 VỊ TRÍ TP HỒ CHÍ MINH VÀ TP ĐÀ LẠT

3.5 NỒNG ĐỘ KHÍ RADON TRONG NHÀ Ở TẠI 2 VỊ TRÍ TP HỒ CHÍ MINH

VÀ TP ĐÀ LẠT

3.5.1 Nồng độ radon trong một số kiểu nhà ở tại Tp Hồ Chí Minh

3.5.2 Nồng độ radon trong một số kiểu nhà ở tại Tp Đà Lạt:

3.6 SUẤT XẢ KHÍ RADON TỪ MẪU VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC: Analog-to-digital converter (Bộ biến đổi tương tư - số)

CE: Chemical etching (Tẩm thực hóa học)

EC: European commission (Ủy ban Châu Âu)

ECE: Electrochemical etching (Tẩm thực điện hóa)

EPA: U.S Environmental Protection Agency (Cơ quan Bảo vệ Môi trường, Mỹ)

EU: European Union (Liên minh Châu âu)

ICRP: International Commission on Radiological Protection (Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Bức

xạ)

RAD7: Radon detector, model 7 (Detector đo radon cấu hình 7)

SSNTD: Solid state nuclear track detector (Detector vết hạt nhân chất rắn)

TLD: Thermoluminescence detector (Liều kế nhiệt phát quang)

TTKTHN Tp HCM: Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh

UNSCEAR: United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (Ủy ban

Khoa học Liên hợp quốc về Tác động Bức xạ)

Viện KHKTHN: Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

Viện NCHN: Viện Nghiên cứu Hạt nhân

Viện NLNTVNL: Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam

WHO: World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

Building materials are commonly originated from rocks and soils and also contain the NORMs In order to be able to assess radiological risk linking to standards and regulatories on natural radioactivity in building materials, it is important to study the levels of radiation emitted from them Investigation levels can be derived for practical monitoring purposes Because more than one radionuclide contribute to the dose, it is practical to present investigation levels in the form of an activity concentration index The activity concentration index should also take into account typical ways and amounts in which the material is used in

a building The activity concentration index shall not exceed the limited value depending on the dose criterion and the way and the amount the material is used in a building

The most important source of indoor radon is the underlying soil but in some cases the building materials may be an important source In some cases, the main part of indoor radon

on the upper floors of a building originates from building materials Typical indoor radon concentration due to building materials is about 40 Bq/m3, but in some zones and in rare cases

it may rise up to greater than 1000 Bq/m3 The amount of radium in building materials should

be restricted at least to a level where it is unlikely that it could be a major cause for exceeding the design level of 200 Bq/m3 for indoor radon in future constructions

The relationship between Ra-226 specific radioactivity in building materials and indoor radon of a room is expressed by a linear parameter of radon exhalation rate When the radon exhalation rates from all of the building materials in a house are available, the potential of indoor radon of that house can be determined

The above mentioned subjects have been studied and developed completely in many countries and there are a lot of research works issued while the data of natural radioactivity, indoor radon or radon exhalation rate of Vietnam are rarely and confusingly The project on

“Investigation and determination on natural radioactivity in commonly building materials used

in Vietnam and initial assessment on radiation exposure caused by them” has been programmed and carried out for two years in order to solve the problem; and that aims to contribute more effectively to environmental radioactivity protection affair and human health

of public and to support technical aspects in hazard exposure reduction

The established methods were applied in this investigation, included: (1) the determination method of natural radioactivity in building materials samples using by low level gamma background spectrometer; (2) the indoor radon measuring method accompanied with

RAD7; (3) the determination method of radon exhalation rate in building materials samples using solid state nuclear track detectors and/or RAD7; (4) the methods of gamma dose rate measurement with portable device and thermoluminescence dosimeter (TLD); and (5) the method of collection and preparation for building materials samples

Typical results of the project are as follows:

Summarization on the gathered information/document related to research contents of the project, included: (1) characteristic and properties of building materials; (2) building materials minerals in Vietnam; (3) natural radioactivity in building materials and indoor radon; (4) radon exhalation from building materials; (5) radiation protection principles; and (6) international and national regulatories related to this subjects

Obtaining the data of existent levels of natural radioactivity (U-238, Ra-226, Th-232 and K-40) in 218 samples over 11 kinds of building materials which are dominant used in Vietnam (cement, sand, red-clay brick, gypsum, gravel aggregate, lime/limestone, glazed tile, granite, marble); the data of indoor radon concentration and radiation doses in 40 houses (versus to climate seasons) of 2 selected sites (Hochiminh city and Dalat city); the data of radon exhalations from 50 building materials samples The obtained data in this investigation reflect

to the actual state and to be compared with the corresponding reported data of other countries The specific radioactivities of the different building materials samples varied from 0.89

÷ 412.50, 0.18 ÷ 395.28, 0.10 ÷ 266.52 and 0.8 ÷ 2006.8 Bq/kg with the average values of 55.57, 52.09, 55.70 and 593.5 Bq/kg for U-238, Ra-226, Th-232 and K-40, respectively The obtained results shown that the average specific radioactivities in investigated building materials were higher in comparison with the worldwide average concentrations of radium, thorium and potassium in the earth’s crust about of 1.30, 1.39, 1.48 times, respectively; the enhanced concentration values were sometimes felling into granite tiles, especially imported granite tiles The activity concentration index and the annual effective dose were evaluated to assess the potential radiological hazard associated with these building materials The results shown that the activity concentration indexes of some glazed tile, granite samples were exceeded unit; the activity concentration indexes of some building materials kinds with major contribution in buildings, for examples, sand, gravel aggregate, red-clay brick samples were exceeded the recommendation value The evaluated annual effective doses for a model room (dimensions of 4 m × 5 m × 2.8 m; thickness of 20 cm, and density of 2.35 g/cm3), in which the structures in a building causing the irradiation to be concerned shown that the potential of exceed the limit was possible

The dose rates of observed houses in Hochiminh city varied from 0.11 ÷ 0.16 μSv/h with the average value of 0.12 μSv/h The dose rates of observed houses in Dalat city varied from 0.19 ÷ 0.29 μSv/h with the average value of 0.23 μSv/h that was higher 1.92 times in comparison with Hochiminh city

The indoor radon of observed houses in Hochiminh city varied from 0.9 ÷ 42.4 Bq/m3with the average value of 7.4 Bq/m3 The indoor radon of observed houses in Dalat city varied from 1.4 ÷ 243.0 Bq/m3 with the average value of 29.5 Bq/m3 The obtained data shown that indoor radon increased towards the night and reached the peak of indoor radon at early morning time; the indoor radon of some observed houses in Dalat city at peaks was exceeded

in comparison with the design level (200Bq/m3) As a result, it is high potential risk of public internal dose of local people

The average values of radon mass exhalation rates of the different building materials samples were 0.0101, 0.0400, 0.0131, 0.0072, 0.0318, 0.0028, 0.0082, and 0.0051 Bq/kg/h for sand, gravel aggregate, imported granite, marble, local granite, glazed tile, red-clay brick and cement, respectively The average values of radon exhalation fraction (10-3h) were 0.4359, 0.6843, 0.4895, 0.9011, 0.4503, 0.0323, 0.1136, and 0.1413 for sand, gravel aggregate, imported granite, marble, local granite, glazed tile, red-clay brick and cement, respectively By using the obtained data of radon mass exhalation rates, indoor radon concentration was calculated for a model room (dimensions of 4 m × 5 m × 2.8 m; thickness of 20 cm, and density of 2.35 g/cm3), in which the structures in a building causing the irradiation to be concerned, and the results shown that the potential of exceed the recommendation value was possible

TÓM TẮT

Con người sống trên mặt đất luôn bị chiếu xạ (bao gồm chiếu xạ ngoài và trong) bởi các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo với liều trung bình khoảng 2,96 mSv/năm; trong đó có đến 2,42 mSv/năm (khoảng 82%) gây ra do các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu gây ra liều chiếu lên người là các đồng vị thuộc các chuỗi urani, thori và K-40 Tia bức xạ phát ra từ các đồng vị này gây nên chiếu ngoài đến người, liều này đóng góp khoảng 31% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên Bên cạnh đó, trong số các đồng vị của chuỗi urani có radon, là chất khí phóng xạ xả vào không khí, gây nên chiếu trong rất nguy hại do việc hít thở radon và con cháu của nó, liều này đóng góp khoảng 54% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Tất cả các vật liệu xây dựng đều chứa các lượng khác nhau của các nhân phóng xạ tự nhiên Trong chuỗi urani, phần chuỗi phân rã từ radi là có ý nghĩa nhất về mặt bức xạ và, bởi vậy, việc xem xét thường được thực hiện đối với radi thay vì uran Hàm lượng trung bình toàn cầu của radi, thori và kali trong vỏ quả đất khoảng 40, 40 và 400 Bq/kg, tương ứng Tiêu chuẩn đánh giá cho liều chiếu ngoài do các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng thông qua chỉ số hoạt độ I, mà khi sử dụng với số lượng lớn chỉ số này không vượt quá đơn vị Theo UNSCEAR, nguồn đóng góp đáng kể nhất của khí radon trong nhà là từ đất phía dưới nền nhà Tuy nhiên, trong một số trường hợp, vật liệu xây dựng cũng có thể là một nguồn quan trọng mà phần lớn khí radon khuếch tán vào nhà là từ chúng Hàm lượng radon trong nhà trung bình khoảng 40 Bq/m3, nhưng ở một số trường hợp, có thể lớn hơn 1000 Bq/m3 Tiêu chuẩn đánh giá cho liều chiếu trong là mức thiết kế đối với nồng độ radon trung bình hàng năm của các công trình xây dựng mới không vượt 200 Bq/m3

Mối liên hệ giữa hoạt độ riêng của Ra-226 có trong vật liệu xây dựng của một tòa nhà và nồng độ của khí radon trong nhà được biểu diễn theo tham số phụ thuộc tuyến tính là suất xả khí radon Vì vậy, xác định được tham số này trong các loại vật liệu xây dựng có thể đánh giá được nồng độ khí radon khả dĩ có trong nhà ở

Trên thế giới các vấn đề trên đã được nghiên cứu phát triển khá toàn diện, trong khi đó ở Việt Nam, các số liệu về độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng, về nồng độ khí radon trong nhà ở, về suất xả khí radon từ vật liệu xây dựng còn ít và rời rạc Vì thế, đề tài “Nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên trong các loại vật liệu xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do chúng gây ra” đã được xây dựng và thực hiện trong 2 năm nhằm góp phần cho công tác bảo vệ môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng và làm cơ sở cho các biện pháp giảm thiểu liều chiếu trong nhà

Các nội dung cụ thể được đặt ra bao gồm: (1) Phương pháp thu góp và xử lý mẫu vật liệu xây dựng; (2) chuẩn hóa phương pháp đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn phông thấp để xác định độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng; (3) phương pháp đo nồng độ radon trong không khí nhà ở dùng thiết bị RAD7; (4) phương pháp đo suất xả khí radon dùng detector vết hạt nhân chất rắn và/hoặc dùng thiết bị RAD7; và (5) phương pháp đo suất liều gamma hiện trường và liều kế nhiệt phát quang (TLD)

Các kết quả chính của đề tài có thể được tóm tắt như sau:

Thu thập tài liệu, tìm hiểu, tổng hợp một số vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài, gồm: đặc trưng, tính chất của các loại vật liệu xây dựng; các khoáng sản vật liệu

xây dựng ở Việt Nam; độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng và nồng độ khí radon trong nhà ở trong nước và thế giới; suất xả khí radon từ vật liệu xây dựng; các nguyên lý bảo

vệ bức xạ; và các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam liên quan

Thu nhận bộ số liệu về mức hiện hữu của các đồng vị phóng xạ tự nhiên (U-238, Th-232, Ra-226 và K-40) trong 218 mẫu của hơn 11 loại vật liệu xây dựng chủ yếu được sử dụng ở Việt Nam (cát, đá dăm, đá ốp lát trong nước và nhập ngoại có nguồn gốc từ granite và marble, gạch xây, gạch men, đá vôi/vôi, thạch cao, xi măng, và các loại khác); bộ số liệu về nồng độ radon, liều bức xạ trong không khí đối với 40 nhà ở (theo các mùa khí hậu) tại các vùng chọn lọc (Tp Hồ Chí Minh, Tp Đà Lạt); bộ số liệu về suất xả khí radon của hơn 50 mẫu vật liệu xây dựng Các số liệu thu nhận được phản ánh chính xác hiện trạng và được phân tích, so sánh với các nghiên cứu tương tự trên thế giới

Dải hoạt độ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong 218 mẫu vật liệu xây dựng thu góp được là 0,89 - 412,50; 0,18 - 395,28; 0,10 - 266,52 và 0,8 - 2006,8 Bq/kg với các giá trị trung bình là 55,57; 52,09; 55,70 và 593,5 Bq/kg tương ứng cho U-238, Ra-226, Th-232 và K-40 Các kết quả cho thấy hàm lượng phóng xạ tăng cao ở các loại vật liệu có nguồn gốc từ

đá granít, đặc biệt là các loại đá granít nhập ngoại Chỉ số hoạt độ và liều hàng năm do vật liệu xây dựng đã được tính toán, cho thấy chỉ số hoạt độ trong nhiều mẫu của các loại vật liệu xây dựng như gạch men, đá ốp lát có nguồn gốc từ granite vượt quá đơn vị Chỉ số hoạt độ của một

số mẫu từ các loại vật liệu đóng góp chủ yếu vào cấu trúc nhà ở như cát, đá dăm, gạch xây vượt quá tiêu chuẩn Kết quả tính toán chỉ số hoạt độ và liều hàng năm do bức xạ gamma từ vật liệu xây dựng dựa vào sự đóng góp của chúng vào cấu trúc tòa nhà đối với một phòng chuẩn cho thấy khả năng vượt quá tiêu chuẩn khi sử dụng vật liệu ở một số địa phương là khả

dĩ

Dải và giá trị trung bình của suất liều gamma trong nhà khu vực Tp Hồ Chí Minh là 0,11 ÷ 0,16 và 0,12 μSv/giờ, tương ứng Dải và giá trị trung bình của suất liều gamma trong nhà khu vực Tp Đà Lạt là 0,19 ÷ 0,29 và 0,23 μSv/giờ, tương ứng Suất liều gamma trong nhà

ở Đà Lạt, trung bình cao gấp 1,92 lần so với Tp Hồ Chí Minh

Dải và giá trị trung bình nồng độ khí radon trong nhà ở đối với khu vực Tp Hồ Chí Minh là 0,9 ÷ 42,4; và 7,4 Bq/m3, tương ứng Dải và giá trị trung bình nồng độ khí radon trong nhà ở đối với khu vực Tp Đà Lạt là 1,4 ÷ 243,0; và 29,5 Bq/m3, tương ứng Kết quả cho thấy rằng nồng độ khí radon tăng cao vào ban đêm và cao nhất vào lúc gần sáng; nồng độ radon tại nhiều địa điểm ở Đà Lạt khi ở đỉnh điểm vượt quá giới hạn (>200Bq/m3), do đó có khả năng/nguy cơ tiềm ẩn chịu liều bức xạ do chiếu trong là lớn

Suất xả khối radon trung bình từ các loại vật liệu xây dựng: cát xây, đá dăm, đá ốp lát granite nhập ngoại, đá ốp lát marble, đá ốp lát granite trong nước, gạch men, gạch xây, và xi măng là 0,0101; 0,0400; 0,0131; 0,0072; 0,0318; 0,0028; 0,0082; và 0,0051 Bq/kg/giờ, tương ứng Hệ số xả (10-3giờ) của các loại vật liệu trên là: 0,4359; 0,6843; 0,4895; 0,9011; 0,4503; 0,0323; 0,1136; và 0,1413, tương ứng Từ bộ số liệu về suất xả khối radon, nồng độ khí radon trong nhà được tính toán dựa vào sự đóng góp của chúng vào cấu trúc tòa nhà đối với một phòng chuẩn cho thấy khả năng vượt quá mức cho phép của radon khi sử dụng vật liệu của một số địa phương là có thể có, chứng tỏ có sự phù hợp giữa các giá trị tính toán và thực nghiệm

MỞ ĐẦU

Con người sống trên mặt đất luôn bị chiếu xạ (bao gồm chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong) bởi các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo với liều trung bình khoảng 2,96 mSv/năm; trong đó có đến 2,42 mSv/năm (khoảng 82%) gây ra do các đồng vị phóng xạ tự nhiên [63] Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu gây ra liều chiếu lên người là các đồng vị phóng

xạ trong các chuỗi urani, thori và K-40 Tia bức xạ phát ra từ các đồng vị này gây nên chiếu ngoài đến người, liều này đóng góp khoảng 31% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên Bên cạnh đó, trong số các đồng vị của chuỗi urani có radon, là chất khí phóng xạ xả vào không khí, gây nên chiếu trong rất nguy hại do việc hít thở radon và con cháu của nó, liều này đóng góp khoảng 54% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên [63]

Vật liệu xây dựng phần lớn được chế tạo từ đất, đá lấy ở bề mặt trái đất, do đó nó cũng chứa một lượng phóng xạ tự nhiên nhất định Đánh giá độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng, đánh giá liều chiếu đối với con người, v.v…nhằm giảm thiểu liều chiếu, bảo vệ sức khỏe cộng đồng là một vấn đề đã và đang được thế giới rất quan tâm nghiên cứu

Trên thế giới các vấn đề trên đã được nghiên cứu phát triển khá toàn diện theo các hướng sau đây: Xác định hoạt độ các đồng vị U, Th, K-40 trong các loại vật liệu xây dựng; xác định mức nồng độ khí radon trong và ngoài nhà ở, đo xả radon trong hầm mỏ, khí đất và nước bằng các kỹ thuật hạt nhân như đo radon bằng phương pháp hấp thụ trên than hoạt tính, phương pháp dùng detector vết hạt nhân chất rắn (SSNTD),v.v ; đo suất xả radon từ đất, vật liệu xây dựng, v.v vào môi trường; đánh giá sự đóng góp liều do radon vào liều bức xạ tự nhiên; cử chỉ khí radon theo thời gian; nghiên cứu vận chuyển radon bằng phương pháp thống kê số học;

áp dụng các mô hình tính toán nồng độ radon từ các nguồn xả, v.v Ngoài ra, radon cũng được nghiên cứu sử dụng như một chỉ thị cho một số quá trình môi trường, như dự báo động đất, v.v…

Việc đo đạc nồng độ khí radon trong nhà do ảnh hưởng bởi công nghiệp và khai khoáng

đã được nghiên cứu và phát triển từ rất lâu Sự ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người khi ở mức cao về nồng độ radon trong nhà đã được phát hiện ở Châu Âu và Châu Mỹ làm nhận thức của dân chúng về mức nguy hại do radon trong nhà ở ngày càng trở nên sâu sắc Ngày nay người ta đã biết rằng radon chính là nguồn nguy hại đóng góp lớn nhất từ sự chiếu xạ tự nhiên lên dân chúng và nó được xem là nguồn chính gây nên ung thư phổi do bức xạ tự nhiên (UNSCEAR 1988, 1993) Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) của Mỹ, khí phóng xạ radon là nguồn nguy hại gây chết hàng vạn người hàng năm ở Mỹ do ung thư phổi chỉ sau khói thuốc lá

Hầu hết khí radon khuếch tán vào nhà từ đất, đá của nền đất và vật liệu xây dựng theo các vết nứt của nền đất; các mối tiếp giáp trong xây dựng; các vết nứt của tường; lỗ hổng từ các ống dẫn; khoảng trống bên trong các vách tường; v.v…Nồng độ trung bình của khí radon trong nhà ở khoảng 40Bq/m3 và ở ngoài trời khoảng 10Bq/m3 (UNSCEAR-1993) Giá trị nồng

độ radon trong nhà ở được khuyến cáo theo tiêu chuẩn của Mỹ là 150Bq/m3; theo EU, ICRP, WHO, Úc và Israel là 200Bq/m3 EPA đã nghiên cứu và đưa ra các tài liệu về quy phạm và hướng dẫn như sau: (1) Các nghiên cứu về liều do radon trong nhà ở và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe dân chúng (EPA Assessment of Risks from Radon in Homes, EPA 402-R-3-003); (2) Hướng dẫn về bảo vệ bức xạ do radon trong nhà ở; các phương pháp đo đạc, đánh

giá nồng độ khí radon trong nhà ở; các khuyến cáo đối với các bước xử lý tiếp theo; hướng dẫn về liều bức xạ do radon (Citizen's Guide to Radon - The guide to protecting yourself and your family from radon, EPA 402-K02-006); (3) Hướng dẫn cho các cá nhân, tổ chức mua bán nhà, thanh tra về lĩnh vực liên quan tới khí radon trong nhà (Home Buyer's and Seller's Guide

to Radon, EPA 402-K-00-008); (4) Hướng dẫn cho các cá nhân, tổ chức có nhu cầu đo đạc và đánh giá nồng độ radon trong nhà và mức khuyến cáo về nồng độ radon (Consumer's Guide to Radon Reduction, EPA 402-K-92-003); (5) Hướng dẫn cho các tổ chức xây nhà có kiến thức

về các biện pháp giảm thiểu radon trong nhà cho những công trình xây dựng mới (Building Radon Out: A Step-by-Step Guide on How to Build Radon-Resistant Homes, EPA 402-K-01-002); (6) Tài liệu hướng dẫn cung cấp các thông tin cơ bản về các biện pháp giảm thiểu cho các công trình xây dựng dân dụng (Buying a New Home: How to Protect Your Family From Radon, EPA 402-F-98-008); (7) Sổ tay hướng dẫn cung cấp các thông tin, khuyến cáo, và hướng dẫn kỹ thuật cho các tổ chức cung ứng dịch vụ đo đạc sử dụng các phương pháp đo radon và con cháu của chúng (Indoor Radon and Radon Decay Product Measurement Device Protocols, EPA 402-R-92-004); (8) Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật cho các phương pháp đo nồng

độ radon trong nhà ở (Protocols for Radon and Radon Decay Product Measurements in Homes, EPA 402-R-93-003), v.v…

Ở Việt Nam, trước đây tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân (NCHN), nồng độ con cháu radon, thoron trong không khí phòng làm việc ở các điều kiện thông gió khác nhau và ngoài trời đã được đo đạc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (KHKTHN) đã có những khảo sát về nồng

độ radon trong không khí hầm mỏ và trong một số kiểu nhà ở Hà Nội

Viện KHKTHN, Viện NCHN, Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp HCM đã tiến hành sơ

bộ xác định hàm lượng các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong một vài loại vật liệu xây dựng, trong đó có đánh giá về suất xả khí radon từ vật liệu xây dựng

Viện KHKTHN đã có những nghiên cứu về xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho phương pháp ghi đo khí phóng xạ radon trong nhà ở Viện Vật liệu Xây dựng, Bộ Xây dựng đã có nghiên cứu về Dự thảo tiêu chuẩn Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng và nồng độ khí radon trong nhà ở

Như đã nói trên, ở Việt Nam các số liệu về nồng độ radon trong các loại nhà khác nhau,

số liệu về liều bức xạ do radon gây ra, số liệu về suất xả radon từ vật liệu xây dựng, v.v…còn

ít và rời rạc Việc đo đạc độ phóng xạ khí radon trong nhà ở để đánh giá liều chiếu đối với con người hướng tới việc xây dựng tiêu chuẩn phóng xạ đối với radon trong nhà, v.v…nhằm giảm thiểu liều chiếu, bảo vệ sức khỏe cộng đồng là vấn đề đã và đang được thế giới rất quan tâm nghiên cứu, do đó việc tiến hành đề tài nghiên cứu này là một nhu cầu cần thiết để góp phần khắc phục các hạn chế nói trên

Với các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên trong các loại vật liệu xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do chúng gây ra” đã được phê duyệt và thực hiện trong 2 năm (4/2007-4/2009), với kinh phí 350,0 triệu đồng

Đề tài đặt ra với các mục tiêu sau:

Cung cấp số liệu về hàm lượng các đồng vị phóng xạ tự nhiên họ Urani, họ Thori và

K-40 trong các loại vật liệu xây dựng chính

Bước đầu đánh giá liều chiếu trong nhà do các đồng vị phóng xạ tự nhiên nói trên gây

ra

Cung cấp cơ sở khoa học kỹ thuật cho dự án Tổng điều tra và Đánh giá liều chiếu dân chúng trong nhà ở Việt nam do vật liệu xây dựng

Tạo cơ sở khoa học để tiến đến xây dựng TCVN về mức nồng độ radon trong nhà nhằm giảm thiểu liều chiếu trong nhà

Để đạt các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu ứng dụng và triển khai thực nghiệm sau đây đã được tiến hành, đó là:

- Chuẩn hoá các phương pháp xác định độ phóng xạ tự nhiên của các loại vật liệu xây dựng chủ yếu: phương pháp phân tích phổ gamma; phương pháp đo suất xả khí Rn; các phương pháp đo nồng độ Rn trong không khí nhà ở, phương pháp đo suất liều gamma chiếu ngoài

- Thiết kế lấy mẫu và thu góp 120 mẫu các loại vật liệu xây dựng chính

- Xác định hàm lượng các đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232, K-40 và suất xả khí

Rn của các mẫu vật liệu xây dựng đã thu góp

- Khảo sát nồng độ Rn và suất liều hấp thụ trong không khí của một số kiểu nhà tiêu biểu tại các vùng chọn lọc

- Nghiên cứu xác lập mối tương quan nguồn - liều chiếu ngoài trong nhà cho một số mô hình xây dựng tiêu biểu

- Áp dụng các kỹ thuật thống kê tiên tiến để xử lý số liệu thực nghiệm thu nhận được

PHẦN I TỔNG QUAN

Để có thể giới hạn các nội dung trong nghiên cứu của đề tài, phần này trình bày tóm lược

một số vấn đề liên quan đến nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên trong các loại vật liệu

xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do chúng gây ra

1.1 CÁC LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG [46,60]

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành vật liệu xây dựng cũng đã phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng vật liệu ngày càng được nâng cao

Ở Việt Nam ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đã phát triển nhanh chóng; từ những vật liệu xây dựng truyền thống như gạch, ngói, đá, cát, xi măng, ngày nay ngành vật liệu xây dựng Việt Nam đã bao gồm hàng trăm chủng loại vật liệu khác nhau Có rất nhiều nhà máy mới trên khắp ba miền như xi măng Bút Sơn (1,6 triệu tấn/năm), xi măng Hải Phòng (1,4 triệu tấn/năm), xi măng Sao Mai (3,6 triệu tấn/năm), xi măng Nghi Sơn (2,27 triệu tấn/năm), v.v…

Về gốm sứ xây dựng có nhà máy ceramic Hữu Hưng, Thanh Thanh, Thạch Bàn, Việt Trì, Đà Nẵng, Đồng Tâm, Taicera ShiJar, v.v Năm 1992, chúng ta mới sản xuất được 160 nghìn m2loại ceramic tráng men ốp tường, đến nay đã cung cấp cho thị trường hơn 30 triệu m2 cácloại Các sản phẩm vật liệu trang trí hoàn thiện như đá ốp lát thiên nhiên, sản xuất từ đá cẩm thạch,

đá hoa cương, sơn silicat, vật liệu chống thấm, vật liệu làm trần, vật liệu lợp đã được phát triển với tốc độ cao

Dự kiến đến năm 2010 sản xuất được 40-45 triệu tấn xi măng; 40-50 triệu m2gạch men lát nền, ốp tường; 4-5 triệu sản phẩm sứ vệ sinh với phụ kiện đồng bộ; 80-90 triệu m2kính xây dựng các loại; 18-20 tỷ viên gạch; 30-35 triệu m2 tấm lợp; 35- 40 triệu m3đá xây dựng; 2 triệu

m2đá ốp lát; 50 nghìn tấm cách âm, cách nhiệt, vật liệu mới, vật liệu tổng hợp

Phân loại vật liệu xây dựng:

Theo bản chất, vật liệu xây dựng được phân ra 3 loại chính sau đây: (1) Vật liệu vô cơ, gồm các loại vật liệu đá thiên nhiên, các loại vật liệu nung, các chất kết dính vô cơ, bê tông, vữa và các loại vật liệu đá nhân tạo không nung khác; (2) Vật liệu hữu cơ, gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa, các loại chất dẻo, sơn, vecni, v.v ; (3) Vật liệu kim loại, gồm các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, kim loại màu và hợp kim

Theo nguồn gốc, vật liệu xây dựng vô cơ được phân ra 2 nhóm chính: vật liệu đá nhân tạo và vật liệu đá thiên nhiên Vật liệu đá nhân tạo là một nhóm vật liệu rất phong phú và đa dạng, chúng được phân thành 2 nhóm phụ: vật liệu đá nhân tạo không nung và vật liệu đá nhân tạo nung

Phân loại tính chất của vật liệu xây dựng:

Vật liệu cấu tạo đặc rất phổ biến trong xây dựng như bê tông nặng, gạch ốp lát, gạch silicat

Vật liệu cấu tạo rỗng có thể là những vật liệu có những lỗ rỗng lớn như bê tông khí, bê tông bọt, chất dẻo tổ ong hoặc những vật liệu có những lỗ rỗng bé

Vật liệu có cấu tạo dạng sợi, như gỗ, các sản phẩm có từ bông khoáng và bông thủy tinh, tấm sợi gỗ ép, v.v

Vật liệu có cấu trúc dạng lớp, như đá phiến ma, diệp thạch sét, v.v là vật liệu có tính dị hướng

Vật liệu hạt rời như cốt liệu cho bê tông, vật liệu dạng bột (xi măng, bột vôi sống) có các tính chất và công dụng khác nhau tùy theo thành phần độ lớn và trạng thái bề mặt hạt

Trong nghiên cứu này, chủ yếu tập trung vào các loại vật liệu xây dựng đóng góp nhiều nhất vào cấu trúc nhà ở của dân chúng, bao gồm:

Vật liệu đá thiên nhiên:

Đá thiên nhiên có hầu hết ở khắp mọi nơi trong vỏ trái đất, đó là những khối khoáng chất chứa một hay nhiều khoáng vật khác nhau Bằng cách gia công cơ học đá thiên nhiên, vật liệu

đá thiên nhiên được chế tạo và do đó tính chất cơ bản của vật liệu đá thiên nhiên giống tính chất của đá gốc

Tính chất cơ lý chủ yếu cũng như phạm vi ứng dụng của vật liệu đá thiên nhiên được quyết định bởi điều kiện hình thành và thành phần khoáng vật của chúng Căn cứ vào điều kiện hình thành và tình trạng địa chất có thể chia đá tự nhiên làm ba nhóm: Đá mác ma, đá trầm tích và đá biến chất

Đá mác ma

Đá mác ma được tạo thành do các khối silicat nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trên của vỏ hoặc phun trào lên mặt đất Do vị trí và điều kiện nguội của các khối mác ma khác nhau nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau Đá mác ma được phân ra hai loại là xâm nhập và phún xuất

Thành phần khoáng vật của đá mác ma rất phức tạp nhưng có một số khoáng vật quan trọng nhất, quyết định tính chất cơ bản của đá đó là thạch anh, fenspat và mica

Thạch anh (SiO2) tồn tại ở dạng kết tinh trong suốt hoặc màu trắng và trắng sữa, khối lượng riêng 2,65g/cm3; fenspat gồm fenspat kali: K2O.Al2O3.6SiO2 (octocla), fenspat natri:

Na2O.Al2O3.6SiO2 (plagiocla), fenspat canxi: CaO.Al2O3.2SiO2 Fenspat có khối lượng riêng 2,55-2,76 g/cm3; mica là những alumôsilicát ngậm nước rất dễ tách thành lớp mỏng, khối lượng riêng 2,76 - 2,72 g/cm3

Một số loại đá mác ma thường dùng làm vật liệu xây dựng:

Đá granite (đá hoa cương): là một loại đá mácma xâm nhập phổ biến có thành phần axít Granite có cấu trúc hạt trung tới thô, khi có các tinh thể lớn hơn chiếm ưu thế trong đá thì gọi

là cấu trúc porphia hay nổi ban Granite có màu hồng đến xám tối hoặc thậm chí màu đen, tùy thuộc vào thành phần hóa học và khoáng vật cấu tạo nên đá Các khối granite lộ ra trên mặt đất ở dạng khối và có xu hướng tròn cạnh khi bị phong hóa Hầu hết granite có cấu tạo khối, cứng và xù xì, và được sử dụng rộng rãi để làm đá xây dựng như: tấm ốp, lát, đá khối xây móng, tường, trụ cho các công trình, đá dăm để chế tạo bê tông v.v Tỷ trọng riêng trung bình là 2,75 g/cm3 Granite xuất phát từ tiếng Latinh là granum, nghĩa là hạt để nói đến cấu trúc hạt thô của đá kết tinh

Đá gabrô: là loại đá đặc, khối lượng riêng 2,0 - 3,5 g/cm3, được sử dụng làm đá dăm, đá tấm để lát mặt đường và ốp các công trình

Đá bazan: Là loại đá nặng nhất trong các loại đá mác ma, khối lượng riêng 2,9-3,5 g/cm3được sử dụng làm đá dăm, đá tấm lát mặt đường hoặc tấm ốp

Ngoài các loại đá đặc ở trên, trong xây dựng còn sử dụng tro núi lửa, cát núi lửa, đá bọt, túp dung nham, v.v

Tro núi lửa thường dùng ở dạng bột màu xám, những hạt lớn hơn gọi là cát núi lửa Thành phần của tro và cát núi lửa chứa nhiều SiO2ở trạng thái vô định hình Tro núi lửa là nguyên liệu phụ gia dùng để chế tạo xi măng và một số chất kết dính vô cơ khác

Đá bọt là loại đá rất rỗng được tạo thành khi dung nham nguội lạnh nhanh trong không khí Các viên đá bọt có khối lượng riêng trung bình 0,8 g/cm3, đây là loại đá nhẹ

Cát núi lửa và đá bọt thường được dùng làm cốt liệu cho bê tông nhẹ

Thành phần khoáng vật của đá trầm tích như sau: Nhóm oxyt Silic bao gồm: Ôpan (SiO2 2H2O), Chan xedon (SiO2); nhóm cacbonat bao gồm: canxit (CaCO3), khối lượng riêng 2,7 g/cm3; Đôlômít [CaMg(CO3)2], khối lượng riêng 2,8g/cm3; Magiêzít (MgCO3), khối lượng riêng 3,0 g/cm3; nhóm các khoáng sét bao gồm: Caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O), khối lượng riêng 2,6g/cm3; Montmorialonit ( 4SiO2.Al2O3.nH2O) là khoáng chủ yếu của đất sét; nhóm sunfat bao gồm: thạch cao (CaSO4.2H2O), khối lượng riêng 2,3g/cm3; Anhyđrít (CaSO4), khối lượng riêng 3,0g/cm3

Thạch cao: Được sử dụng để sản xuất chất kết dính bột thạch cao xây dựng

Đá vôi có hai loại là đá vôi rỗng và đá vôi đặc Đá vôi rỗng gồm có đá vôi vỏ sò, thạch nhũ, loại này có khối lượng riêng 0,8- 1,8 g/cm3 Các loại đá vôi rỗng thường dùng để sản xuất vôi hoặc làm cốt liệu cho bê tông nhẹ Đá vôi đặc bao gồm đá vôi canxit và đá vôi đôlômit Đá vôi can xít có màu trắng hoặc xanh, vàng, khối lượng riêng 2,2 -2,6 g/cm3 Đá vôi đặc thường dùng để chế tạo đá khối xây tường, xây móng, sản xuất đá dăm và là nguyên liệu quan trọng

để sản xuất vôi, xi măng Đá vôi đôlômit là loại đá đặc, màu đẹp, được dùng để sản xuất tấm lát, ốp, đá dăm

Đá biến chất

Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mác ma, đá trầm tích do tác động của nhiệt độ cao hay áp lực lớn

Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mácma, đá trầm tích, thậm chí cả từ

đá biến chất có trước, do sự tác động của nhiệt độ, áp suất cao (nhiệt độ lớn hơn 150 đến

200 °C và áp suất khoảng trên 1500 bar) và các chất có hoạt tính hoá học, gọi là quá trình biến chất Trong quá trình biến chất do tác động của áp lực và sự tập hợp nhiều loại kết tinh nên đá biến chất thường rắn chắc hơn đá trầm tích; nhưng đá biến chất từ đá mácma thì do cấu tạo dạng phiến mà tính chất cơ học của nó kém đá mácma Các đá biến chất chiếm phần lớn trong lớp vỏ của Trái đất và được phân loại dựa trên cấu tạo, và thành phần hóa học và khoáng vật

Một số loại đá biến chất thường dùng:

Đá marble (đá cẩm thạch): là một loại đá biến chất từ đá vôi có cấu tạo không phân phiến Thành phần chủ yếu của nó là canxit (dạng kết tinh của cacbonat canxi, CaCO3) Nó thường được sử dụng để trang trí trong các tòa nhà và một số dạng ứng dụng khác Đá hoa tinh khiết màu trắng là kết quả biến chất từ đá vôi tinh khiết Các đặc điểm vân và viền có nhiều màu sắc khác nhau của đá hoa thường do các tạp chất như sét, bột, cát, ôxít sắt, hoặc đá phiến silic tạo nên, các loại này là những hạt hoặc các lớp nguyên thủy có mặt trong đá vôi Màu xanh lục thường do sự có mặt của xecpentin, tạo ra từ đá vôi giàu magiê hoặc dolomit có chứa tạp chất silica Các loại tạp chất khác nhau được di chuyển và tái kết tinh bởi áp suất và nhiệt

độ cao của quá trình biến chất

Vật liệu gốm xây dựng:

Vật liệu nung hay gốm xây dựng là loại vật liệu được sản xuất từ nguyên liệu chính là đất sét bằng cách tạo hình và nung ở nhiệt độ cao Do quá trình biến đổi lý, hóa trong khi nung nên vật liệu gốm xây dựng có tính chất khác hẳn so với nguyên liệu ban đầu

Sản phẩm gốm xây dựng rất đa dạng về chủng loại và tính chất Theo công dụng vật liệu

gốm được chia ra:

Vật liệu xây: Các loại gạch đặc, gạch 2 lỗ, gạch 4 lỗ

Vật liệu lợp: Các loại ngói

Vật liệu lát: Tấm lát nền, lát đường, lát vỉa hè

Vật liệu ốp: Ốp tường nhà, ốp cầu thang, ốp trang trí

Sản phẩm kỹ thuật vệ sinh: Chậu rửa, bồn tắm, bệ xí

Sản phẩm cách nhiệt, cách âm: Các loại gốm xốp

Sản phẩm chịu lửa: Gạch samốt, gạch đi nát

Nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu nung là đất sét Ngoài ra tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm và tính chất của đất sét mà có thể dùng thêm các loại phụ gia cho phù hợp

Đất sét:

Thành phần chính của đất sét là các khoáng alumôsilicát ngậm nước (nAl2O3.mSiO2.pH2O) chúng được tạo thành do fenspát bị phong hóa Tùy theo điều kiện của từng môi trường mà các khoáng tạo ra có thành phần khác nhau, khoáng caolinit

2SiO2.Al2O3.2H2O và khoáng montmôrilonit 4SiO2.Al2O3.nH2O là hai khoáng quyết định những tính chất quan trọng của đất sét như độ dẻo, độ co, độ phân tán, khả năng chịu lửa v.v Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ như thạch anh (SiO2), cacbonat (CaCO3, MgCO3), các hợp chất sắt Fe(OH)3, FeS2, tạp chất hữu cơ ở dạng than bùn, v.v các tạp chất đều ảnh hưởng đến tính chất của đất sét

Tính chất chủ yếu của đất sét bao gồm tính dẻo khi nhào trộn với nước, sự co thể tích dưới tác dụng của nhiệt và sự biến đổi lý hóa khi nung Chính nhờ có sự thay đổi thành phần khoáng vật trong quá trình nung mà sản phẩm gốm có tính chất khác hẳn tính chất của nguyên liệu ban đầu Sau khi nung, thành phần khoáng cơ bản của vật liệu gốm là mulit 3Al2O3.2SiO2

(A3S2) đây là khoáng làm cho sản phẩm có cường độ cao và bền nhiệt

Một số loại sản phẩm thông dụng:

Gạch xây là loại vật liệu gốm phổ biến thông dụng nhất, nguyên liệu dùng sản xuất gạch

là đất sét Nguyên liệu dùng sản xuất ngói là đất sét có độ dẻo cao, dễ chảy; đất không chứa tạp chất cacbonat Trong sản xuất ngói có thể dùng 15 - 25% phụ gia cát, 10 - 20% phụ gia samốt Nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất gạch gốm ốp lát là loại đất sét chất lượng cao Về thành phần khoáng, đất sét tốt nhất là caolinit-thuỷ mica (hàm lượng mica lớn, thạch anh thấp), các loại đất sét caolinit-montmôrilonit (hàm lượng montmôrilonit tới 20%, hàm lượng thạch anh nhỏ) cũng là nguyên liệu để sản xuất sản phẩm sứ vệ sinh cao cấp và gạch gốm ốp lát Ngoài đất sét, trường thạch cũng là nguyên liệu thiết yếu đóng vai trò là chất chảy

Ở nước ta, đã có trên 40 cơ sở sản xuất gạch ốp lát với tổng công suất hơn 80 triệu

m2/năm đều sử dụng đất sét trong nước như Hải Dương, Quảng Ninh, Hà Bắc, Phú Thọ, Lào Cai, Hà Tây, Thanh Hoá, Đồng Nai, Sông Bé, v.v bằng công nghệ tiên tiến (nung nhanh 1 lần) của Tây Ban Nha, Italia, CHLB Đức, v.v…

Các loại gạch xây: (1) Gạch thẻ: Có kích thước 220×105×60 mm, khối lượng riêng 2,5 - 2,7g/cm3, được sử dụng rộng rãi để xây tường, cột, móng, ống khói, lát nền; (2) Gạch có lỗ rỗng tạo hình: Các loại gạch này có khối lượng riêng nhỏ hơn 1,6 g/cm3; (3) Gạch nhẹ: là tên

gọi chung cho các loại gạch có khối lượng riêng thấp hơn gạch thẻ và gạch có lỗ rỗng tạo hình Loại gạch này được chế tạo bằng cách thêm vào đất sét một số phụ gia dễ cháy như: mùn cưa, than bùn, than cám Khi nung ở nhiệt độ cao, các chất hữu cơ này bị cháy để lại nhiều lỗ rỗng nhỏ trong viên gạch Khối lượng riêng của loại gạch này khoảng 1,2-1,3 g/cm3; (4) Gạch chịu lửa: sản xuất từ đất sét phổ biến nhất là gạch samốt

Gạch ốp lát: Gạch ốp lát bao gồm nhiều loại với các công dụng khác nhau có thể có men hoặc

không có men

Gạch gốm granite: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gốm granite bao gồm đất sét, cao lanh,

fenfpat, thạch anh Hỗn hợp trên được nghiền kỹ dưới dạng hồ lỏng cho thật nhuyễn, tiếp theo hỗn hợp được sấy khô và dùng máy ép áp lực lớn (400kG/cm2) để tạo hình sản phẩm Sản phẩm được nung ở nhiệt độ 1220 - 1280oC với thời gian của mỗi chu kỳ nung từ 60 - 70 phút Granite là loại gạch đồng chất (từ đáy đến bề mặt viên gạch cùng chất liệu), độ bóng của gạch

là do mài chứ không phải tráng men như gạch gốm sứ tráng men

Gạch lát đất sét nung: Cũng là loại gạch được sản xuất từ đất sét, tạo hình bằng phương pháp

dẻo, không có phụ gia và được nung chín Gạch này thường dùng lát lớp trên của mái bê tông cốt thép hoặc lát nền nhà

Ngói đất sét: là loại vật liệu lợp phổ biến trong các công trình xây dựng, thường có các loại

ngói vẩy cá, ngói có gờ và ngói bò

Các loại sản phẩm khác

Ngoài những loại sản phẩm đã nêu ở trên, vật liệu nung còn nhiều loại sản phẩm khác được sử dụng trong xây dựng

Sản phẩm sành dạng đá: Đây là sản phẩm có cường độ cao, độ đặc lớn cấu trúc hạt bé, chống

mài mòn tốt, chịu được tác dụng của axít, chúng được dùng khá rộng rãi trong xây dựng công nghiệp, hóa học và các công trình khác

Keramzit: gồm những hạt tròn hay bầu dục được sản xuất bằng cách nung phồng đất sét dễ

chảy đồng nhất về thành phần và tính chất, có độ phân tán cao, có thành phần hoá học: Al2O3: 15-22%; SiO2: 50-60%; Fe2O3:6-12%; MgO+CaO:3-6% Keramzit được dùng làm cốt liệu nhẹ cho bê tông nhẹ Chúng có 2 loại: cát (cỡ hạt nhỏ hơn 5mm) và sỏi keramzit (các cỡ hạt 5÷10; 10÷20; 20÷30; 30÷40mm)

Chất kết dính vô cơ:

Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với nước hoặc các dung môi khác thì tạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của quá trình hóa lý tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá Do khả năng này của chất kết dính vô cơ mà người ta sử dụng chúng để gắn các loại vật liệu rời rạc (cát, đá, sỏi) thành một khối đồng nhất trong công nghệ chế tạo bê tông, vữa xây dựng, gạch silicat, các vật liệu đá nhân tạo không nung và các sản phẩm xi măng amiăng

Căn cứ vào môi trường rắn chắc, chất kết dính vô cơ được chia làm 3 loại:

(1) Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí: loại chất kết dính chỉ có thể rắn chắc và giữ

được cường độ lâu dài trong môi trường không khí như vôi, thạch cao, thủy tinh lỏng, chất kết dính magie Theo thành phần hoá học chúng được chia thành 4 nhóm: Vôi rắn trong không khí (thành phần chủ yếu là CaO); chất kết dính magie (thành phần chủ yếu là MgO); chất kết dính

thạch cao (thành phần chủ yếu là CaSO4); thuỷ tinh lỏng là các silicat natri hoặc kali (Na2O.nSiO2 hoặc K2O.mSiO2) ở dạng lỏng;

(2) Chất kết dính vô cơ rắn trong nước: loại chất kết dính không những có khả năng rắn

chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí mà còn có khả năng rắn chắc

và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường nước như vôi thủy, các loại xi măng Về thành phần hoá học chất kết dính rắn trong nước là một hệ thống phức tạp bao gồm chủ yếu là liên kết của 4 oxyt CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 Các liên kết đó hình thành ra 3 nhóm chất kết dính chủ yếu sau: Xi măng silicat, gồm xi măng pooc lăng và các chủng loại của nó (nhóm chất kết dính chủ yếu trong xây dựng); xi măng aluminat; vôi thuỷ

(3) Chất kết dính rắn trong Ôtôcla: có 2 thành phần chủ yếu là CaO và SiO2 Các chất kết dính thường gặp trong nhóm này là: chất kết dính vôi silic; vôi tro; vôi xỉ, v.v

Vôi rắn trong không khí: Nguyên liệu để sản xuất vôi là các loại đá giàu khoáng canxit

cacbonat CaCO3 như đá san hô, đá vôi, đá đôlômit với hàm lượng sét không lớn hơn 6% Trong đó hay dùng nhất là đá vôi đặc

Thạch cao xây dựng: Thạch cao xây dựng là một chất kết dính cứng rắn được trong không

khí, chế tạo bằng cách nung CaSO4.2H2O ở nhiệt độ 140-1700C đến khi biến thành thạch cao nửa phân tử nước (CaSO4.0,5H2O) rồi nghiền thành bột nhỏ

Một số loại chất kết dính vô cơ khác rắn trong không khí: (1) Chất kết dính magie thường ở

dạng bột mịn có thành phần chủ yếu là oxyt magie (MgO), được sản xuất bằng cách nung đá magiezit MgCO3 hoặc đá đôlômit (CaCO3.MgCO3) ở nhiệt độ 750 - 8500C Chất kết dính magie được dùng để sản xuất các tấm cách nhiệt, tấm lát, tấm ốp bên trong nhà; (2) Thủy tinh lỏng là chất kết dính vô cơ rắn trong không khí có thành phần là Na2O.nSiO2 hoặc

K2O.mSiO2 Thủy tinh lỏng dùng để sản xuất vữa hay bê tông chịu axít, xây dựng các bộ phận của công trình trực tiếp tiếp xúc với axít; (3) Chất kết dính hỗn hợp là loại đa dạng, trong xây dựng chất kết dính hỗn hợp được sử dụng ở dạng hỗn hợp của vôi và phụ gia vô cơ hoạt tính nghiền mịn chúng được sản xuất bằng cách nghiền chung vôi sống với phụ gia hoạt tính hoặc trộn lẫn vôi nhuyễn với phụ gia nghiền mịn Phụ gia vô cơ hoạt tính có hai nhóm chính, phụ gia vô cơ hoạt tính thiên nhiên gồm điatômit, tro núi lửa; phụ gia hoạt tính nhân tạo gồm tro xỉ trong công nghiệp nhiệt điện hoặc luyện kim; (4) Vôi thủy được sản xuất bằng cách nung đá mácnơ (chứa nhiều sét, 6-20%) ở nhiệt độ 900 - 11000C; (5) Xi măng pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80% silicat canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicat,

nó là sản phẩm nghiền mịn của clinke với phụ gia đá thạch cao (3 - 5%)

Clinke: được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sắt đã nghiền mịn đến

nhiệt độ kết khối (khoảng 1450oC) Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lượng (%) các oxyt có trong clinke, dao động trong giới hạn sau: CaO: 63 - 66%; Al2O3: 4 - 8%; SiO2: 21 - 24%; Fe2O3: 2 - 4% Nguyên liệu sản xuất clinke là đá vôi có hàm lượng canxi lớn như đá vôi đặc, đá phấn, đá macnơ và đất sét Trung bình để sản xuất 1 tấn xi măng cần khoảng 1,5 tấn nguyên liệu Tỷ lệ giữa thành phần đá vôi và đất sét vào khoảng 3:1 Ngoài hai thành phần chính là đá vôi và đất sét người ta có thể cho thêm vào thành phần phối liệu các nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hóa học, nhiệt độ kết khối và kết tinh của các khoáng

Xi măng aluminat: được sản xuất bằng cách nghiền clinke chứa aluminat canxi thấp kiềm

CaO.Al2O3 Trong xi măng còn chứa tỷ lệ nhỏ các aluminat canxi khác như CaO.2Al2O3,

2CaO.Al2O3.SiO2 và một ít khoáng belit (C2S) Để sản xuất xi măng aluminat thường dùng đá vôi và đá vôi giàu nhôm (Al2O3.nH2O) như quặng bauxit Hỗn hợp nguyên liệu được nung đến nhiệt độ kết khối (1300oC) hoặc nhiệt độ chảy (1400oC)

Xi măng nở là loại chất kết dính tổ hợp của một số chất kết dính hoặc của nhiều loại ximăng

Có nhiều thành phần gây nở, nhưng hiệu quả nhất là 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O Sự đóng góp của các thành phần vào xi măng được trình bày ở Bảng 1

Bảng 1 Sự đóng góp của các thành phần vật liệu vào xi măng

Thành phần Đá vôi Đất sét Đất đỏ quặng sắt Cát Poulzolane Thạch caoPhần đóng góp 56-64% 11-16% 2-4% 0,5-1,5% 15-20% Còn lại

Nguồn: số liệu nội bộ của Nhà máy xi măng Holcim, Kiên Giang

Vữa xây dựng là một loại vật liệu đá nhân tạo với thành phần bao gồm chất kết dính, nước,

cốt liệu nhỏ và phụ gia Đặc điểm của vữa là chỉ có cốt liệu nhỏ, khi xây và trát phải trải thành lớp mỏng, diện tích tiếp xúc với nền xây, với mặt trát và với không khí khá lớn, nước dễ bị mất đi Vữa xây dựng được thường được phân loại theo loại chất kết dính, công dụng của vữa Khi chế tạo vữa, có thể dùng tất cả các loại phụ gia như bê tông, bao gồm phụ gia vô cơ (đất sét dẻo, cát nghiền nhỏ, bột đá puzolan) hoặc phụ gia hoạt tính tăng dẻo

Một số loại vật liệu khác:

Gạch hoa xi măng lát nền dùng để lát trang trí các công trình xây dựng, sản xuất bằng

phương pháp ép bán khô hỗn hợp gồm xi măng, cát vàng Bề mặt gạch được phủ một lớp hồ xi măng trắng, bột màu và trang trí các loại hoa văn khác nhau

Gạch lát granito dùng để lát (hoặc ốp) hoàn thiện công trình xây dựng, được sản xuất bằng

cách ép bán khô hỗn hợp phối liệu bao gồm xi măng, cát vàng, hạt đá hoa, bột đá và bột màu

Gạch blốc bê tông được sản xuất theo phương pháp rung ép từ hỗn hợp bê tông cứng, thường

dùng để xây tường cho các công trình xây dựng

Gạch bê tông tự chèn là loại gạch được sản xuất theo phương pháp rung ép từ hỗn hợp bê

tông cứng Loại gạch này được dùng để lát vỉa hè, đường phố, sân bãi, quảng trường,v.v

Bê tông silicat là loại vật liệu đá nhân tạo được sản xuất từ nguyên liệu bao gồm vôi, cát, cốt

liệu đặc hoặc cốt liệu rỗng, sau khi tạo hình sản phẩm được làm rắn chắc trong thiết bị octocla

Bê tông loại này gồm bê tông silicat nặng (cốt liệu là cát và đá hoặc cát và hỗn hợp cát, sỏi),

bê tông silicat nhẹ (cốt liệu rỗng là keramzit, peclit, agloporit, v.v ) và loại tổ ong

Gạch canxisilicat là loại gạch dùng để xây các kết cấu móng, tường, cột ở những nơi khô ráo

có nhiệt độ thường, sản xuất bằng cách ép bán khô hỗn hợp phối liệu bao gồm cát thiên nhiên với vôi và được làm cứng rắn trong thiết bị otocla với nhiệt độ cao và áp suất lớn Khối lượng gạch canxisilicat ở trạng thái khô không nhỏ hơn 1,650 g/cm3

Ngói xi măng là loại sản phẩm được chế tạo bằng cách ép bán khô hỗn hợp bao gồm xi măng

và cát, dùng để lợp mái nhà

Vật liệu thuỷ tinh là một loại dung dịch rắn ở dạng vô định hình nhận được bằng cách làm quá

nguội khối silicat nóng chảy Để sản xuất thủy tinh người ta dùng cát thạch anh hạt nhỏ tinh khiết, xôđa, đôlômit, đá phấn và các phụ gia Về thành phần hóa học thủy tinh xây dựng gồm

75 - 80% SiO2 Nguyên liệu để chế tạo kính là cát thạch anh, đá vôi, xôđa và sunfat natri Nguyên liệu được nấu trong các lò nấu thủy tinh cho đến nhiệt độ 15000C

Vật liệu sơn là vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên hoặc nhân tạo được tổng hợp ở dạng lỏng

dùng để quét những lớp mỏng lên bề mặt sản phẩm nhằm chống gỉ cho kim loại, chống ẩm,

chống tác dụng phá hoại của hóa chất, v.v

Vật liệu phụ: Trong khi thi công sơn người ta thường dùng những loại vật liệu phụ sau: mattit

bồi mặt, mattit gắn, sơn lót

Vecni là dung dịch nhựa trong dung môi bay hơi Dung môi sẽ bay hơi trong quá trình tạo

màng trên bề mặt sản phẩm làm cho mặt sơn có độ bóng và độ cứng

Vật liệu chất dẻo là tên gọi của một nhóm vật liệu chất hữu cơ (nhân tạo hoặc thiên nhiên)

Thành phần của chất dẻo như sau: chất kết dính (polime), chất độn (bột vô cơ hoặc hữu cơ, sợi

vải, vẩy), chất hoá dẻo (để cải thiện khả năng tạo hình cho chất dẻo), chất rắn nhanh và chất

tạo màu

Vật liệu cách nhiệt là vật liệu được dùng để bảo vệ cho nhà, các thiết bị công nghệ, ống dẫn

và máy lạnh công nghiệp

Định mức cấp phối vật liệu: Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, định mức cấp phối bê tông

và vữa xây dựng được trình bày ở các Bảng 2&3; định mức cấp phối vật liệu xây tường được

trình bày ở Bảng 4

Bảng 2 Định mức cấp phối bê tông [9]

Mác bê tông Xi măng, kg Cát, m3 Đá, m3PCB30 150 288,025 0,505 0,913 PCB30 200 350,550 0,481 0,900 PCB30 250 415,125 0,455 0,887

Bảng 3 Định mức cấp phối vữa xây [9]

Loại xi măng Modul cát Mác vữa Xi măng, kg Vôi, kg Cát, m3

1,5÷2 75 319,26 44,88 1,07

1,5÷2,0 75 320 1,09 0,7÷1,4 75 360,04 1,05

1,5÷2,0 100 317,03 36,72 1,08

1,5÷2,0 100 320,03 1,09 0,7÷1,4 100 359,04 1,04

1,5÷2,0 125 3889,04 1,06 PC40

1.2 KHOÁNG SẢN VẬT LIỆU XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM [44]

Thực hiện việc thiết kế thí nghiệm để lấy mẫu vật liệu xây dựng, không thể không khảo sát đến khoáng sản vật liệu xây dựng ở Việt Nam Sau đây, trình bày sơ lược về khoáng sản vật liệu xây dựng ở các tỉnh trong cả nước:

An Giang có tài nguyên khoáng sản vật liệu xây dựng như đá granít (7 tỷ m3); đá cát kết (400 triệu m3); sét gạch ngói (40 triệu m3); ngoài còn có các loại puzolan, fenspat, bentonit, cát sỏi, v.v… Tài nguyên khoáng sản lợi thế của tỉnh là đá, cát, đất sét, v.v…là nguồn nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng

Bà Rịa - Vũng Tàu có nhiều loại khoáng sản vật liệu xây dựng như đá xây dựng, đá ốp lát, phụ gia xi măng, cát thủy tinh, sét gạch ngói, cao lanh, cát xây dựng, v.v…Khoảng 19 mỏ

đá xây dựng (32 tỷ tấn) phân bố hầu khắp các huyện trong tỉnh; đá ốp lát có 8 mỏ (1324 triệu

m3) chủ yếu nằm ở huyện Côn Đảo; phụ gia xi măng có 6 mỏ (44 triệu tấn) ở Long Đất, Xuyên Mộc và Bà Rịa; cát thủy tinh có 3 mỏ (41 triệu tấn) ở Xuyên Mộc và Tân Thành; ngoài

ra tỉnh còn có một trữ lượng đáng kể các loại khoáng sản khác như sét gạch ngói, cao lanh, cát xây dựng nằm rải rác ở nhiều nơi, cho phép hình thành ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng rộng khắp tỉnh

Bắc Giang có nguồn khoáng sản vật liệu xây dựng như mỏ cao lanh (3 triệu tấn) ở Yên Dũng; sét sử dụng làm gạch ngói (với 16 mỏ và điểm mỏ, tổng trữ lượng khoảng 360 triệu m3) chủ yếu ở Việt Yên, Lạng Giang, Lục Nam, Yên Thế, Hiệp Hoà; các mỏ sỏi, cuội kết ở Hiệp Hòa, Lục Nam; đá vôi (nguồn nguyên liệu sản xuất xi măng đạt khoảng 82 nghìn tấn/năm) Bắc Kạn có nguồn khoáng sản vật liệu xây dựng như đá vôi (150 triệu m3); sét (10 triệu

m3) Các ngành sản xuất vật liệu xây dựng như: xi măng, đá ốp lát, bột đá công nghiệp, rất có triển vọng ở Bắc Kạn như Công ty cổ phần xi măng Bắc Kạn (trên 40 nghìn tấn/năm)

Bắc Ninh nghèo về tài nguyên khoáng sản, chủ yếu chỉ có vật liệu xây dựng như: đất sét làm gạch, ngói, gốm, với trữ lượng khoảng 4 triệu tấn ở Quế Võ và Tiên Du; đất sét làm gạch chịu lửa ở thị xã Bắc Ninh, đá cát kết với trữ lượng khoảng 1 triệu tấn ở Thị Cầu; đá sa thạch ở

Vũ Ninh có trữ lượng khoảng 0,3 triệu m³

Bình Định có nguồn tài nguyên khoáng sản vật liệu xây dựng khá đa dạng, đáng chú ý nhất là đá granít có trữ lượng khoảng 500 triệu m3, với nhiều sắc đỏ, đen, vàng, … là vật liệu xây dựng cao cấp được thị trường trong và ngoài nước ưa chuộng Cát trắng ở Hoài Nhơn có trữ lượng 90 nghìn m3 Ngoài ra, các khoáng sản khác như cao lanh, đất sét có trữ lượng đáng

kể

Bình Dương có mỏ cao lanh (256 triệu tấn); sét gạch ngói (629 triệu m3) ở Bến Cát, Tân Uyên; đá xây dựng (220 triệu m3) ở Tân Uyên, Thuận An; cát xây dựng (25 triệu m3) ở sông Sài Gòn, cù lao Bình Chánh, cù lao Rùa và sông Thị tính

Bình Phước với nguồn nguyên liệu làm vật liệu xây dựng (đá, cát, sét, laterit, puzolan), cao lanh, đá vôi, v.v… có triển vọng và quan trọng nhất của tỉnh

Bình Thuận có nhiều khoáng sản khá đa dạng về chủng loại, trong đó các mỏ sét, đá xây dựng có giá trị thương mại và công nghiệp Khoáng vật liệu xây dựng có cát kết vôi (3,9 triệu

m3) phân bố ở Vĩnh Hảo và Phước Thế; đá san hô (Tuy Phong), sét gạch ngói phân bố ở nhiều nơi; đá xây dựng và trang trí ở Tà Kóu trữ lượng khoảng 45 triệu m3, núi Nhọn (Hàm Tân) trữ lượng 30 triệu m3

Cần Thơ có 3 mỏ sét gạch ngói chất lượng tốt (16,8 triệu m3); cát xây dựng có ở nhiều nơi, tập trung nhất ở cù lao Linh, cù lao Khế; và một số loại khoáng sản khác

Đà Nẵng, hiện nay mới chỉ phát hiện một ít tài nguyên khoáng sản là khối đá hoa cương

ở Non Nước; đá ốp lát, đá vôi ở phía tây huyện Hoà Vang; mỏ cát trắng ở Nam Ô, v.v… Đắk Lắk có nhiều loại khoáng sản với trữ lượng khác nhau Sét cao lanh trữ lượng dự đoán là 60 triệu tấn, phân bố ở M’Đrắk, Buôn Ma Thuột, Đắk Nông; sét gạch ngói dự báo trên

50 triệu tấn, phân bố ở M’Đrắk, Buôn Ma Thuột, Cư Jút và nhiều nơi trong tỉnh Ngoài ra, trên địa bàn tỉnh còn có các mỏ đá ốp lát, đá xây dựng, cát xây dựng, v.v… có trữ lượng không lớn phân bố ở nhiều nơi trong tỉnh

Đồng Nai có tài nguyên khoáng sản vật liệu xây dựng khá phong phú như đá xây dựng (khoảng 300 triệu m3) tập trung chủ yếu ở Biên Hoà, Thống Nhất, Xuân Lộc, Long Thành; cát xây dựng (38 triệu m3) chủ yếu ở sông Đồng Nai và một số sông khác; sét gạch ngói (trên 85 triệu m3) phân bố ở hầu hết các địa phương trong tỉnh; phụ gia xi măng puzolan (trên 400 triệu tấn)

Đồng Tháp chủ yếu gồm cát xây dựng các loại phân bố ở ven sông, cồn hoặc các cù lao; sét gạch ngói phân bố rộng khắp trên địa bàn tỉnh với trữ lượng lớn

Gia Lai có nhiều tài nguyên khoáng sản về vật liệu xây dựng như đá vôi (đã phát hiện được 6 điểm nhưng có triển vọng nhất là mỏ đá vôi Chư Sê); đá xây dựng ở đèo Chư Sê, Plâyku, Chư Pah; đá granít có trữ lượng 90,1 triệu m3, chủ yếu ở Chư Sê; sét gạch ngói phân

bố rộng khắp toàn tỉnh; cát xây dựng phân bố dọc sông suối, đặc biệt dọc sông Ba và có 40 mỏ loại nhỏ, chất lượng khá, đáp ứng đủ nhu cầu xây dựng cho địa phương

Hà Tĩnh có rất nhiều mỏ về vật liệu xây dựng với trữ lượng lớn như đá, cát, sỏi hiện đang được khai thác chủ yếu phục vụ cho xây dựng các công trình trên địa bàn và các vùng lân cận

Hải Dương không đa dạng chủng loại về tài nguyên khoáng sản, nhưng có một số loại trữ lượng lớn, chất lượng tốt đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp; đặc biệt là công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng Các mỏ đá vôi với tổng trữ lượng khoảng 200 triệu tấn; sét (8 triệu tấn), v.v

Khánh Hoà có nhiều loại khoáng sản như cao lanh, sét/sét chịu lửa, cát, đá vôi, san hô,

đá granite, v.v…Cát Hòn Gốm trữ lượng khoảng 1 tỷ tấn; đá granít trữ lượng 2 tỷ tấn

Kiên Giang là tỉnh có tiềm năng khoáng sản về vật liệu xây dựng như đá vôi 440 triệu tấn), đất sét để sản xuất xi măng, đất sét làm gạch ngói, gốm sứ, v.v…

Kon Tum có nguồn tài nguyên khoáng sản vật liệu xây dựng như cát sỏi, đá xây dựng phân bố ở thị xã Kon Tum, huyện Sa Thầy, đủ đáp ứng nhu cầu xây dựng của tỉnh

Lai Châu có trên 120 điểm khoáng sản với trữ lượng lớn và rất phong phú nhưng chưa được khai thác nhiều Trên địa bàn Lai Châu có nhiều núi đá vôi có thể phát triển công nghiệp sản xuất xi măng; các mỏ đá đen, đá trắng có thể sản xuất vật liệu xây dựng

Lâm đồng với nguồn khoáng sản vật liệu xây dựng có khả năng khai thác ở quy mô công nghiệp như mỏ đá xây dựng Đà Lạt, Đức Trọng, Di Linh, Bảo Lộc, v.v

Lào Cai là một tỉnh có nguồn khoáng sản phong phú với nhiều loại và trữ lượng lớn với hơn 150 điểm mỏ có giá trị công nghiệp nằm rải rác trên địa bàn toàn tỉnh Nhà máy xi măng

Lào Cai với công suất hiện nay khoảng 9,3 vạn tấn/năm; Công ty cổ phần xi măng Hoàng Liên Sơn là một đơn vị chuyên sản xuất gạch, xây, ngói lợp, gạch chịu lửa, xi măng PCB 30, tấm lợp amyăng, xi măng, có trạm nghiền clinker sản xuất xi măng với công suất 100 nghìn tấn/năm

Long An có các mỏ đất sét ở khu vực phía bắc, tuy trữ lượng không lớn nhưng có thể đáp ứng yêu cầu khai thác làm vật liệu xây dựng

Nghệ An có nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng, phong phú như đá trắng, đá granite,

đá bazan, v.v… Đặc biệt là đá vôi (trữ lượng trên 1 tỷ m3) phân bố ở Hoàng Mai (340 triệu

m3), Tràng Sơn (400 triệu m3), Len Kim Nhan (trên 250 triệu m3), Tân Kỳ (1 tỷ m3) Tổng trữ lượng đá xây dựng toàn tỉnh ước tính trên 1 tỷ m3; đá bazan có trữ lượng 360 triệu m3, v.v… Ninh Thuận có các mỏ như sét gốm ở Vĩnh Thạnh; cát kết vôi ở Sơn Hải, Cá Ná, Mỹ Tường (1,5 triệu tấn); đá vôi ở Mỹ Tường, Thái An, Cà Ná (2,5 triệu tấn); sét phụ gia, đá xây dựng, v.v… Hiện nay mới chủ yếu khai thác đá, đất sét, cát làm vật liệu xây dựng Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này còn tiềm năng, có thể khai thác để sản xuất xi măng, làm gạch ngói, đá xây dựng

Quảng Bình có nhiều nguyên liệu cho công nghiệp vật liệu xây dựng gồm đá vôi, đá sét

xi măng, sét gạch ngói, đá hộc xây dựng, đá granite, v.v… Đá vôi ( 5400 triệu tấn) phân bố chủ yếu ở Tuyên Hoá, Quảng Trạch, Bố Trạch; sét gạch ngói (8 triệu m3) phân bố ở các mỏ Đồng Hới, Lệ Thủy, Bố Trạch, Quảng Trạch, Tuyên Hoá Đá phiến sét (61 triệu tấn) phân bố

ở Tuyên Hoá, Quảng Trạch, Bố Trạch, Quảng Ninh làm phụ gia để sản xuất xi măng Đá ốp lát marble, granite phân bố ở Xuân Sơn, v.v…

Quảng Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng và phong phú: cát trắng công nghiệp, đá vôi phân bố ở khu vực phía bắc và đông bắc của tỉnh được đánh giá là giàu nhất trong các tỉnh phía nam Ngoài ra các khoáng sản khác như đá granite, đất sét, các loại nguyên liệu cung cấp cho xây dựng được phân bố ở nhiều nơi trong tỉnh

Quảng Ngãi có nguồn tài nguyên khoáng sản chủ yếu là phục vụ cho công nghiệp vật liệu xây dựng: đá granít (4 triệu tấn), cao lanh ở Sơn Tịnh (4 triệu tấn), đá xây dựng các loại (trên 7 tỷ m3) phân bố ở Đức Phổ, Trà Bồng và một số huyện khác, v.v…

Quảng Ninh có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, đa dạng, trữ lượng lớn, chất lượng cao như cao lanh, đất sét, đá vôi…Tỉnh có rất nhiều nhà máy sản xuất xi măng như: Nhà máy xi măng Hạ Long với công suất 2070 triệu tấn xi măng PCB 40/năm; nhà máy xi măng Thăng Long với công suất 2,3 triệu tấn xi măng PCB 40/năm; nhà máy xi măng Cẩm Phả với công suất 2,3 triệu tấn xi măng PCB 40/năm; công ty cổ phần Phương Mai sản xuất

Thanh Hoá có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và đa dạng với 296 mỏ và điểm khoáng sản Nhiều loại có trữ lượng lớn như: đá granite và marble (trữ lượng 2-3 tỉ m3), đá vôi làm xi măng (trên 370 triệu tấn), sét làm xi măng (85 triệu tấn) Ngoài ra, tỉnh còn có các mỏ vật liệu xây dựng như: cát có trữ lượng lớn trên sông Chu, sông Mã; các bãi cát làm bê tông ở Tòng Tân, Doanh Xá, Giàng, Tào Tru trữ lượng khoảng 286 nghìn m3; các bãi cát làm vữa trát như Tào Trung, Tào Mỹ, Yên Vực, Cự Đà, Nội lý, Sơn Vạn trữ lượng khoảng 586 nghìn m3; sét làm gạch với trữ lượng lên tới hàng trăm nghìn m3 như điểm Đồng Luộc (hơn 200 nghìn

m3 phục vụ cho xí nghiệp gạch Cẩm Trượng), điểm Thiệu Dương (400 nghìn m3), điểm Đông Ngạn (700 nghìn m3); sét xi măng ở Đông Tân (350 nghìn m3); đá phiến sét (1060 nghìn m3); các mỏ đá vôi, đá xây dựng, đá ốp lát như: đá vôi (3 triệu tấn), mỏ đá xây dựng (hàng chục triệu tấn), mỏ đá ốp lát núi Cuộc (116 nghìn m3), mỏ đá ốp lát núi Vức Đông Vinh (12394 nghìn m3), v.v

Thừa Thiên - Huế có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và đa dạng với hơn 100 điểm khoáng sản như đá vôi, đá granít, cao lanh, sét, v.v… Các mỏ đá vôi (trên 1000 triệu tấn) phân bố ở mỏ Long Thọ (14 triệu tấn), Phong Xuân (200 triệu tấn), Văn Xá (230 triệu tấn), Nam Đông (500 triệu tấn) Mỏ đá granít đen và xám ở Phú Lộc trữ lượng lớn Các mỏ cát (trên

50 triệu tấn) phân bố ở vùng cát ven biển, đầm phá, v.v… Sét (trên 15 triệu tấn) phân bổ nhiều nơi trong tỉnh

Tiền Giang có các mỏ sét sử dụng cho công nghiệp

Tp Hồ Chí Minh có nguồn khoáng sản vật liệu xây dựng chủ yếu là sét gạch ngói, cát, sạn, sỏi

Trà Vinh có các mỏ cát xây dựng (810 nghìn m3); cát san lấp với khả năng khai thác

30-50 nghìn m3/năm và một số loại đất sét làm nguyên liệu sản suất gạch, ngói; v.v…

Vĩnh Long chỉ có nguồn cát và đất sét làm vật liệu xây dựng - đây là nguồn có ưu thế lớn nhất của tỉnh Vĩnh Long về nguồn tài nguyên khoáng sản

Vĩnh Phúc là một tỉnh có một nguồn khoáng sản đáng kể Đối với nhóm vật liệu xây dựng bao gồm đất sét làm gạch ngói, đá xây dựng, cuội cát sỏi (35 mỏ và điểm quặng): sét gạch ngói ở Xuân Hoà, Quất Lưu, Đầm Vạc (51,8 triệu m3), puzơland phân bố ở Vĩnh Yên, Hương Canh, Mậu Thông (4,2 triệu tấn), các mỏ đất sét lớn như Đầm Vạc, Quất Lu, Bá Hiến; cát cuội sỏi xây dựng (4,75 triệu m3); đá xây dựng và đá ốp lát (tổng trữ lượng 307 triệu m3) Yên Bái là tỉnh có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú về chủng loại, đa dạng về quy mô Theo số liệu điều tra có nhiều điểm sét, trong đó đáng chú ý là mỏ sét gốm bản Đông dùng sản xuất đồ gốm và gạch ngói Mỏ sét Bái Dương, điểm sét ở Xuân An, Cường Nỗ đang được khai thác Đá vôi và đá hoa phân bố rộng khắp ở Lục Yên, Yên Bình, Văn Chấn, Văn Yên, Trấn Yên Đá vôi của Yên Bái chất lượng tốt, có khả năng khai thác làm vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng và đá vôi nghiền công nghiệp và phục vụ xuất khẩu tốt

1.3 ĐỘ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.3.1 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên [42]

Trong tự nhiên có những đồng vị đã có sẵn tính phóng xạ, đó là các đồng vị phóng xạ tự nhiên Về nguồn gốc phát sinh, người ta chia chúng thành 3 nhóm:

+ Nhóm thứ nhất: Theo quan điểm hiện nay, các đồng vị thuộc nhóm này liên quan đến

sự tổng hợp chung khi hình thành thái dương hệ Chu kỳ bán rã của các hạt nhân này vào cỡ tuổi trái đất (cỡ 5 × 109 năm) Nhóm này bao gồm các đồng vị U-238, U-235, Th-232, K-40, Rb-87, Sn-124, v.v và một số hạt nhân rất hiếm khác

+ Nhóm thứ hai sinh ra do sự phân rã và phân chia tự phát của nhóm thứ nhất Số đồng

vị thuộc nhóm này có thể lên đến vài chục, chu kỳ bán rã từ bé hơn 1s đến 104 - 105 năm + Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên còn lại thuộc nhóm thứ ba Chúng sinh ra do những nguyên nhân ngoài trái đất như do tương tác của các tia vũ trụ năng lượng cao với khí quyển như: H-3, Be-7, Be-10, C-14, v.v Một số đồng vị khác còn sinh ra do sự bắt nơtron hay có nguồn gốc từ các thiên thạch trong vũ trụ đi vào trái đất

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên tạo thành dãy cơ bản là U-238 , U-235 và Th-232, chúng tạo thành các dãy tương ứng là dãy Urani, Actini và Thori Sơ đồ phân rã của 3 họ này được trình bày trên Hình 1 Số khối của các đồng vị trong cùng một họ tuần hoàn theo công thức A=4n+C, trong đó C=2, 3, 0 tương ứng với các họ Urani, Actini và Thori

Dãy phân rã phóng xạ Urani (U-238): Hạt nhân U-238, qua 14 phân rã phóng xạ, trở thành đồng vị chì bền Pb-206 Trong dãy này, có Ra-226 (T1/2 = 1600 năm) là đồng vị được quan tâm hơn cả do nó và con cháu của nó (như khí phóng xạ Rn-222 với T1/2 = 3,82 ngày) đóng góp rất lớn vào liều chiếu xạ lên người

Dãy phân rã phóng xạ Actini (U-235): Hạt nhân U-235, qua 11 lần phân rã phóng xạ để cuối cùng trở thành đồng vị chì bền Pb-207 Trong dãy này, có Rn-219 là khí phóng xạ với chu kỳ bán rã rất ngắn (T1/2 = 3,96 giây), vì vậy nó ít được quan tâm khảo sát về mặc bức xạ Dãy phân rã phóng xạ Thori (Th-232): Hạt nhân Th-232, qua 10 lần phân rã phóng xạ, trở thành đồng vị bền Pb-208 Trong dãy này, có Rn-220 là khí phóng xạ (T1/2 = 54,5 giây) cũng là đồng vị được quan tâm nghiên cứu

Ba họ phóng xạ này có các đặc điểm sau:

• Nói chung, tất cả các dãy trên đều bắt đầu bằng đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán

rã lớn, có thể so sánh với thời gian tồn tại của trái đất (U-238:T1/2= 4,5×109 năm, U-235 : T1/2=7×108 năm và Th-232 :T1/2=1,4×1010 năm) Do vậy, đối với Th-232, hầu như không giảm trong quá trình tồn tại của trái đất Trong lúc đó, hạt nhân đầu tiên U-238 bị phân rã một phần, còn hạt nhân U-235 bị phân rã đáng kể Chính vì vậy trong vỏ trái đất rất nhiều Thorium; còn U-235 có hàm lượng bằng

138 lần bé hơn hàm lượng U-238

• Mỗi họ phóng xạ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon Trong trường hợp họ Urani, khí Rn-222 được gọi là radon; trong họ Thori, khí Rn-220 được gọi là thoron; còn trong họ Actini khí Rn-219 được gọi là actinon Là dạng khí phóng xạ, nên chúng dễ dàng khuếch tán và thoát ra khỏi môi trường tồn tại, vì vậy trong môi trường sự mất cân bằng phóng xạ giữa các đồng vị xảy ra bởi các đồng vị này

• Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ đều là chì: Pb-206 trong họ Urani, Pb-207 trong họ Actini và Pb-208 trong họ Thori

235 U (AcU) 7.04×10 8 y

231 Th (UY) 25.52h

α

β

227 Th (RdAc) 18.718d

232 Th 1.41×10 10

β

228 Th (RdTh) 1.9131y

89 Ac α

227 Ac 21.773y

α α

β

228 Ac (MsTh 2 ) 6.13h

α

88 Ra

226 Ra (Ra) 1.60×10 3 y

α

223 Ra (AcX) 11.435d

228 Ra (MsTh 1 ) 5.76y

224 Ra (ThX) 3.66d

87 Fr α

223 Fr (AcK) 21.8m

86 Rn

222 Rn 3.8235d

219 Rn (An) 3.96s

220 Rn (Tn) 55.6s

85 At α

β

218 At ∼2s

α

β

215 At ∼10 -4 s

α

β

216 At 3×10 -4 s

84 Po

218 Po (RaA) 3.05m

α

β

214 Po (RaC’) 1.64×10 -4 s

β

210 Po (RaF) 138.38d

215 Po (AcA) 1.78×10 -3 s

α

β

211 Po (AcC’) 0.5163s

216 Po (ThA) 0.15s

α

β

212 Po (ThC’) 3×10 -7 s

83 Bi α

β

214 Bi (RaC) 19.7m

α

β

210 Bi (RaE) 5.01d

α

α β

211 Bi (AcC) 2.15m

α

α β

212 Bi (ThC) 60.60m

α

82 Pb

214 Pb (RaB) 26.8m

α

β

210 Pb (RaD) 22.3y

α

β

206 Pb (RaG)

211 Pb (AcB) 36.1m

α

β

207 Pb (AcD)

212 Pb (ThB) 10.64h

α

β

208 Pb (ThD)

81 Tl

210 Tl (RaC’’) 1.30m

206 Tl (RaE’’) 4.20m

207 Tl (AcC’’) 4.77m

208 Tl (ThC’’) 3.053m

Hình 1 Sơ đồ phân rã của các chuỗi U-238, U-235 và Th-232

1.3.2 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Cử chỉ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên trong đất, đá:

Hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên trong đá, đất được qui định bởi hoạt độ của đá mẹ và tập hợp các quá trình tạo thành đất Hàm lượng của U, Th, K cực đại ứng với đất giàu đá macma axit và sét đồng thời còn liên quan chặt chẽ với thành phần cơ giới của đất, chẳng hạn như hàm lượng U, Th, K sẽ tăng theo mức tăng của nhóm sét (kích thước hạt cỡ 0,01mm) do khả năng hấp thụ cao của hạt sét Đối với các loại đất được tạo ra trên cùng một loại đá mẹ, sự phụ thuộc trên hầu như tuyến tính

Mặc dù có khối lượng nguyên tử khác nhau không đáng kể (1-2%) nhưng ở điều kiện bình thường, tỉ số các đồng vị của nhiều nguyên tố phóng xạ thường bị thay đổi Điều này chủ yếu là do chu kỳ bán rã khác nhau của các đồng vị và vị trí của chúng trong mạng tinh thể của khoáng vật Thông thường các sản phẩm con linh động hơn so với các nguyên tố mẹ do chúng thường nằm ở chỗ sai hỏng của mạng tinh thể Bằng nhiều nghiên cứu trên các đối tượng có nguồn gốc quả đất và ngoài vũ trụ người ta đã thấy tỉ số U-238 và U-234 là không đổi và bằng 138/1 Tỉ số hàm lượng U-238 và U-234 chỉ bất biến đối với khoáng vật nguyên sinh Đối với các khoáng thứ sinh cũng như đối với nước tỉ số này dao động và còn đang được khảo sát trên từng trường hợp cụ thể

Trong dãy U-238 các nhóm và các đồng vị riêng biệt dưới đây được tách ra, mà giữa chúng thường quan sát thấy dịch chuyển của cân bằng phóng xạ :

- Nhóm Uran (238, Th-234, Pa -234 và 234): Cân bằng phóng xạ giữa 238 và

U-234 được khôi phục sau khoảng 1,2 × 106 năm

- Th-230 (Ioni ): Cân bằng giữa Th-230 và U-234 được khôi phục sau 4×105 năm

- Ra-226: Cân bằng phóng xạ giữa Ra và Ioni được khôi phục sau 6×103 năm

- Nhóm Rn (Rn-222, Po-218, Pb-214, Bi-214, Po-214) xảy ra cân bằng chỉ sau vài giờ

- Nhóm Pb ( Pb-210, Bi-210, Po-210, Tl-206) xảy ra cân bằng sau 2 năm

Mức độ bảo toàn đá mẹ ảnh hưởng lớn đến trạng thái cân bằng phóng xạ giữa U và Ra Như trong granite, xienit, tỉ số U/Ra rất gần với giá trị cân bằng Trong dãy Th (do tính chất ít hoà tan của các khoáng vật Th và chu kỳ bán rã không dài của các đồng vị) đa số các trường hợp đều xảy ra cân bằng phóng xạ giữa các thành viên trong dãy

Hoạt độ các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng

Tất cả các vật liệu xây dựng đều chứa các lượng khác nhau của các nhân phóng xạ tự nhiên Các vật liệu bắt nguồn từ đá và đất chủ yếu chứa các nhân phóng xạ tự nhiên của các chuỗi urani (238U) và thori (232Th), và đồng vị 40K Trong chuỗi urani, phần chuỗi phân rã bắt đầu từ rađi là có ý nghĩa nhất về mặt bức xạ và, bởi vậy, việc xem xét thường được thực hiện đối với rađi thay vì uran Hàm lượng trung bình toàn cầu của rađi, thori và kali trong vỏ quả đất khoảng 40 Bq/kg, 40 Bq/kg và 400 Bq/kg, tương ứng [63]

Các kết quả nghiên cứu về hoạt độ phóng xạ của vật liệu xây dựng ở nước ngoài: Hoạt

độ phóng xạ riêng trung bình và cực đại trong các vật liệu xây dựng phổ biến và các phụ phẩm công nghiệp đã sử dụng làm vật liệu xây dựng ở các nước thuộc Liên minh Châu Âu (EU) được tổng hợp và trình bày trong Bảng 5 Hoạt độ riêng trung bình và dải hoạt độ (Bq/kg) của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong đá granite, cát xây dựng, đá xây dựng và xi măng ở một

số nước trên thế giới được trình bày ở các Bảng 6, 7, 8 và 9

Bảng 5 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình và cực đại trong các vật liệu xây dựng phổ biến và

các phụ phẩm công nghiệp đã sử dụng làm vật liệu xây dựng ở các nước EU [21]

Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình (Bq/kg)

Hoạt độ phóng xạ riêng cực đại (Bq/kg) Vật liệu

Các phụ phẩm công nghiệp phổ biến

được sử dụng làm vật liệu xây dựng

Thạch cao phụ phẩm 390 20 60 1100 160 300

Bảng 6 Hoạt độ riêng trung bình và dải hoạt độ (Bq/kg) của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

trong đá granite ở một số nước trên thế giới [3, 4, 7, 11, 16, 18, 53]

Bảng 7 Hoạt độ riêng trung bình và dải hoạt độ (Bq/kg) của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

trong cát xây ở một số nước trên thế giới [3, 4, 15, 38]

Bangladesh 131,37 14,53 ÷ 248,2 126,9 34,78 ÷ 219 346,17 303,1 ÷ 389,2 Brazil 176,24 5 ÷ 4043 1536,6 3,5 ÷ 55537 218,74 25 ÷ 888

Bảng 8 Hoạt độ riêng trung bình và dải hoạt độ (Bq/kg) của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

trong gạch xây ở một số nước trên thế giới [2, 3, 4, 6, 7, 25, 29, 38]

Ra-226 Th-232 K-40

Bảng 9 Hoạt độ riêng trung bình và dải hoạt độ (Bq/kg) của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

trong xi măng ở một số nước trên thế giới [3, 4, 15, 38]

Bảng 10 Hoạt độ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong một số vật liệu xây dựng ở

Việt Nam [39, 58]

Hoạt độ phóng xạ (Bq/kg) Loại mẫu

Đá granite Quảng Nam 37 ± 12 90 ± 6 1384 ± 106

Đá granite Gia Lai 1 86 ± 21 181 ± 11 1940 ± 39

Đá granite Gia Lai 2 90 ± 7 168 ± 8 1598 ± 97

1.4 NỒNG ĐỘ RADON TRONG KHÔNG KHÍ

Như đã đề cập ở trên, do có chu kỳ bán rã lớn nhất trong các khí phóng xạ còn lại, nên khí Rn-222 có khả năng phân tán xa hơn nhiều so với Rn-220 và Rn-219 và vì vậy nó được quan tâm hơn cả về mặt bức xạ

Do có sự vận động bên trong vỏ trái đất, trong lòng đất tồn tại các dòng khí lưu chuyển trong đất đá với tốc độ chậm, đi từ dưới lên trên mặt đất Các dòng nước ngầm, đới dập vỡ, đứt gẫy, v.v là những yếu tố thuận lợi để phân tán khí phóng xạ trong đất đá đi xa nguồn cung cấp Nguồn cung cấp khí phóng xạ trong không khí chủ yếu là từ đất đá do khuếch tán và đối lưu khí radon Trong không khí ngoài trời, sự phân tán của khí phóng xạ phụ thuộc vào tốc

độ và hướng gió Nồng độ của khí phóng xạ cũng thấp hơn rất nhiều so với trong đất đá, trung bình khoảng 10 Bq/m3 [63]

Theo UNSCEAR 1993, nguồn đóng góp đáng kể nhất của khí radon trong nhà là từ đất phía dưới nền nhà Tuy nhiên, trong một số truờng hợp, vật liệu xây dựng cũng có thể là một nguồn quan trọng, phần lớn khí radon khuếch tán vào nhà là từ vật liệu xây dựng Hàm lượng radon trong nhà trung bình khoảng 40 Bq/m3, nhưng ở một số trường hợp, có thể tăng cao hơn

1000 Bq/m3 [21] Nồng độ radon tích tụ trong các công trình xây dựng và nhà ở ảnh hưởng theo nhiều yếu tố như: Hàm lượng Ra-226 có trong lớp đất phía dưới, độ xốp của vật liệu, các khe hở do cấu trúc địa chất, sự khác nhau giữa áp suất “khí đất” với không khí trong nhà, mức thông thoáng khí của tòa nhà, v.v Các nguồn đóng góp khí radon vào không khí được trình bày ở Hình 2

Đối với thoron, vật liệu xây dựng là nguồn lớn nhất của khí thoron trong nhà Tuy nhiên, hoạt độ riêng của thoron thông thường khá thấp nên người ta chỉ quan tâm đến thoron khi vật liệu xây dựng chứa hàm lượng Th-232 cao

Hình 2 Các nguồn đóng góp khí radon vào không khí [64]

Trên thế giới, vần đề này đã được nghiên cứu, phát triển hoàn thiện và cũng đã đưa ra các tài liệu quy phạm và hướng dẫn như sau: (1) EPA Assessment of Risks from Radon in Homes, EPA 402-R-3-003: Các nghiên cứu về liều do radon trong nhà ở và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe dân chúng; (2) Citizen's Guide to Radon - The guide to protecting yourself and your family from radon, EPA 402-K02-006: Hướng dẫn về bảo vệ bức xạ do radon trong nhà ở; các phương pháp đo đạc, đánh giá nồng độ khí radon trong nhà ở; các khuyến cáo đối với các bước xử lý tiếp theo; hướng dẫn về liều bức xạ do radon; (3) Home

Buyer's and Seller's Guide to Radon, EPA 402-K-00-008: Hướng dẫn cho các cá nhân, tổ chức

mua bán nhà, thanh tra về lĩnh vực liên quan tới khí radon trong nhà; (4) Consumer's Guide to

Radon Reduction, EPA 402-K-92-003: Hướng dẫn cho các cá nhân, tổ chức có nhu cầu đo đạc

và đánh giá nồng độ radon trong nhà và mức khuyến cáo về nồng độ radon; (5) Building

Radon Out: A Step-by-Step Guide on How to Build Radon-Resistant Homes, EPA

402-K-01-002: Hướng dẫn cho các tổ chức xây nhà có kiến thức về các biện pháp giảm thiểu radon trong

nhà cho những công trình xây dựng mới; (6) Buying a New Home: How to Protect Your

Family From Radon, EPA 402-F-98-008: Tài liệu hướng dẫn cung cấp các thông tin cơ bản về

các biện pháp giảm thiểu cho các công trình xây dựng dân dụng; (7) Indoor Radon and Radon

Decay Product Measurement Device Protocols, EPA 402-R-92-004: Sổ tay hướng dẫn cung

cấp các thông tin, khuyến cáo, và hướng dẫn kỹ thuật cho các tổ chức cung ứng dịch vụ đo đạc

sử dụng các phương pháp đo radon và con cháu của chúng; (8) Protocols for Radon and Radon

Decay Product Measurements in Homes, EPA 402-R-93-003: Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật cho

các phương pháp đo nồng độ radon trong nhà ở

Các kết quả nghiên cứu về nồng độ radon trong nhà ở của một số nước trên thế giới và

Việt Nam được trình bày ở Bảng 12 Số liệu về nồng độ radon trong nhà ở phục vụ cho việc

lập bản đồ cho toàn nước Nhật và Mỹ được trình bày trên các Hình 3 và 4

Bảng 12 Các kết quả nghiên cứu về nồng độ radon trong nhà ở của một số nước trên thế giới

và Việt Nam [19, 22, 27, 36, 37, 39, 45, 52]

Tên nước Số nhà

được đo đạc Trung bình số học Trung bình hình học chuẩn của Độ lệch

trung bình hình học

Phần trăm

số liệu vượt quá

Australia 3413 11 8 2,1 <0,1 Belgium 300 48 37 1,9 1,7 Canada 13457 33 15 3,6 2,3 Denmark 496 53 29 2,2 2,2 Finland 3074 123 84 2,1 12,3 France 1548 85 52 2,3 7,1

Greece 571 92 68 2,9 3,3 Hungary 122 55 42

Hình 3 Bản đồ về hoạt độ Rn trong nhà trung bình hàng năm cho toàn nước Nhật [5]

Hình 4 Bản đồ về hoạt độ Rn trong nhà trung bình hàng năm cho toàn nước Mỹ [64]

1.5 LIỀU BỨC XẠ DO CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

Con người sống trên mặt đất luôn bị chiếu xạ (bao gồm chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong) bởi các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo với liều trung bình khoảng 2,96 mSv/năm; trong đó có đến 2,42 mSv/năm (khoảng 82%) gây ra do các đồng vị phóng xạ tự nhiên (Hình

5)

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu gây ra liều chiếu lên người là các đồng vị phóng

xạ trong các chuỗi urani, thori và K-40 Tia bức xạ phát ra từ các đồng vị này gây nên chiếu ngoài đến người, liều này đóng góp khoảng 31% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên Bên cạnh đó, trong số các đồng vị của chuỗi urani có radon, là chất khí phóng xạ xả vào không khí, gây nên chiếu trong rất nguy hại do việc hít thở radon và con cháu của nó, liều này đóng góp khoảng 54% vào liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Liều hiệu dụng hàng năm do chiếu ngoài bởi vật liệu xây dựng được trình bày ở Bảng

13 Số liệu này giải thích rằng, một người sống trong một phòng làm bằng bê tông có hàm lượng phóng xạ trung bình 40, 30 và 400 Bq/kg đối với Ra-226, Th-232 và K-40, tương ứng, nhận một liều hiệu dụng hàng năm khoảng 0,25 mSv (không tính đến liều nhận được do bức

xạ phông trung bình) Mức tăng cao hoặc được nâng cao của các nhân phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng có thể gây ra liều khoảng vài mSv/năm Theo nghiên cứu của Cơ quan bảo

vệ môi trường Mỹ (EPA), bản đồ về suất liều chiếu do các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong nền đất, đá trên toàn nước Mỹ được trình bày trên Hình 6

Liều chiếu trong gây ra bởi hô hấp khí radon (Rn-222), thoron (Rn-220) và các sản phẩm phân rã sống ngắn của chúng Khí radon là thành phần của chuỗi phân rã phóng xạ của urani, luôn có mặt trong vật liệu xây dựng Vì radon là một khí trơ nên nó có thể di chuyển khá tự do qua môi trường xốp như các vật liệu xây dựng đi đến bề mặt và xâm nhập vào không khí trong nhà

Radon, 45%

Y học hạt

nhân, 3%

Sản phẩm tiêu dùng, 3%

Hình 6 Bản đồ suất liều gamma do các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong nền đất, đá trên toàn

nước Mỹ [64]

Bảng 13 Liều gamma chiếu ngoài hàng năm gây ra bởi các vật liệu xây dựng (số liệu về nền

phông trung bình sinh ra từ vỏ quả đất là 50 nGy/giờ) [21]

Các cấu trúc trong tòa nhà

gây ra chiếu xạ: Liều vượt trung bình năm

Sàn, trần và tường nhà (tất

cả các cấu trúc) < phông 0,25 mSv 1,1 mSv 2,3 mSv Sàn và tường nhà (trần gỗ) < phông 0,10 mSv 0,74 mSv 1,6 mSv

Chỉ sàn nhà (nhà gỗ có sàn

bê tông) < phông < phông 0,11 mSv 0,41 mSv Việc hít phải khí radon và con cháu của nó làm gia tăng nguy cơ gây ra ung thư ở cơ quan hô hấp Do chu kỳ bán rã sinh học hiệu dụng của chúng trong người là tương đối lớn, phần lớn các con cháu của khí radon được hấp thu bởi cơ quan hô hấp và chúng lại phân rã, phát ra tia gamma, các hạt beta, alpha năng lượng cao Các hạt alpha này nhanh chóng dừng lại ở các mô, tập trung phần lớn năng lượng của chúng tại đây và có thể gây ra ung thư cho các

cơ quan này Theo nghiên cứu của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA), số liệu so sánh số người chết do ung thư bởi bức xạ từ khí radon trong nhà với các tai nạn khác được trình bày ở

Hình 7