限制膨胀率（共4篇）
限制膨胀率 篇1
混凝土膨胀剂产品标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009已于2010年3月1日起实施, 替代原行业标准《混凝土膨胀剂》JC476-2001, 新标准中将限制膨胀率作为唯一强制性检测项目。限制膨胀率是采用千分表, 对水中养护7天及空气中养护21天的试件长度进行测量, 计算不同养护条件下的变形率。由于影响因素比较多, 测量结果的准确性和重现性均比较差。笔者根据长期从事膨胀剂检测的经验, 就其中几个关键性因素做了分析, 包括:环境相对湿度、试件表面风速、试件的温度线膨胀系数以及怎样保证长度测量值的稳定性。
1 试验及说明
1.1 恒温恒湿环境中的相对湿度及试件表面风速
限制膨胀率试件在水中养护7天后需放置在 (20±2) ℃、 (60±5) %RH恒温恒湿环境中继续养护21天, 在此环境条件下, 试件将发生干缩变形, 干缩变形量与试件的失水多少密切相关, 而环境湿度和试件表面风速是试件失水多少的外部决定因素。
1.1.1 环境相对湿度。
首先要准确的测量环境的相对湿度;其次要能够保证试件在养护期间, 环境相对湿度稳定。
目前, 多数用于测量湿度的仪器是干湿球温度计 (包括水银干湿球温度计及电子干湿球温度计) , 养护环境湿度的准确测定取决于干湿球温度计的正确使用及选择合适的校准方式。要正确的使用干湿球温度计, 首先要了解其测湿原理:用两只相同的温度计, 其中一只球部缠有湿润的纱布称为湿球温度计, 另一只用来测量空气温度称为干球温度计, 由于湿球纱布上的水分不断蒸发吸热使湿球温度下降, 结果干、湿球温度示值就出现了一个差值。这个差值的大小, 取决于水分蒸发的快慢程度, 而蒸发的快慢又取决于空气的湿度大小和当时的风速。由测试原理可知, 测定空气湿度的准确度除与干球、湿球温度计精度有关外, 与湿球温度示值是否准确也有很大关系, 而影响湿球表面良好蒸发的因素都将影响湿球示值, 这些影响因素包括湿球的表面形状、纱布的吸水能力 (应采用棉纱布, 并保持纱布清洁) 和纱布的包扎 (单层纱布, 重叠部分不应大于球部周长的三分之一) 、润湿纱布的水质 (应用蒸馏水) 、现场风速。另一影响湿度准确测定的因素是干湿球温度计的校准。干湿球湿度计的校准不应单是对干球和湿球两只温度计的精度校准, 还应对湿度示值进行校准, 即在给定的标准湿度下, 湿度计的实测示值是多少。校准点宜在所使用的温、湿度范围内选取 (如18~20℃, 55%~65%RH) , 校准报告应报出相对湿度标准值和相对湿度示值 (或被校湿度计的干、湿球温度) , 以及校准时的风速。使用时, 应考虑到校准时的风速与使用时风速的差异及校准产生的修正因子。
保证恒温恒湿室温、湿度的均匀性。当采用恒温恒湿室来养护试件时, 一般需配置空调、抽湿机、加湿器等设施保证室内环境条件。由于空调在制冷的同时有较强抽湿作用, 抽湿机的工作是抽湿和除霜交替进行的 (在抽湿状态时输出的是干热空气, 在除霜状态时出来的是冷空气) , 所以整个室内的空气是流动的, 不断进行着冷、热及干、湿交换, 通过用数字温湿度计对室内不同区域进行实时连续监测发现, 不同区域的温、湿度变化差异非常大, 要保证整个空间内的温、湿度达到标准要求几乎不可能, 只能采取措施保证样品区域的环境条件达到要求。经多次试验发现, 合理的布置样品区位置、对样品区进行有效的遮挡, 可以大大降低该区域的温、湿度波动, 此外, 选用变频空调对降低温度的波动能起到明显的效果。
如图1所示, 该恒温恒湿室面积6m2, 四周墙体和顶棚均做了隔热处理, 温度控制采用变频冷暖空调, 湿度控制采用抽湿机, 样品区的设置避开空调及抽湿机出风方向, 样品区上端 (空调的下方) 放置一块木板, 避免冷空气下沉对样品区直接影响, 样品区正面用单层棉纱作为门帘, 即可透气, 又起到减缓循环空气流速的作用。保持空调和抽湿机控制参数不变, 对比用木板和门帘遮挡前后样品区温、湿度变化, 监测数据见图2、图3。从监测到的数据结果上看, 遮挡前后温度控制均比较理想, 而湿度波动差异比较大。即使空调和抽湿机出风口没有朝向样品区域, 由于循环气流的作用, 样品区的湿度变化范围仍比较大, 湿度在52.6%~71.6%RH, 波动范围19.0%RH, 已超出标准规定的10%RH范围。而通过用木板和棉纱对样品区简单的遮挡, 能大大降低该区域的湿度波动范围, 湿度在58.5%~65.8%RH, 波动范围7.3%RH, 满足标准要求。
(波动范围:19.5~19.3℃、52.6~71.6%RH)
(波动范围:20.0~19.7℃、58.5~65.8%RH)
1.1.2 试件表面风速。
采用恒温恒湿箱养护试件时, 由于恒温恒湿箱在设计时为保证箱体内部温、湿度的均匀, 通常采用大功率的鼓风 (标准《标准恒温恒湿箱检定规程》GJB/J3827-99中, 未对风速提出要求, 计量部门在检定时一般不会对风速进行校准) 。对于试件表面风速, 标准中并未作规定, 而根据目前对多家膨胀剂产品 (产地包括深圳、武汉、安徽) 的检测情况, 其21天空气中限制膨胀率测量结束后, 试件仍表现出继续收缩特征, 可见变形仍未稳定, 由此, 养护期间的风速可能对21天龄期的干缩值产生较大的影响, 建议在以后标准修订中给出风速的上限值或延长养护龄期。在购买恒温恒湿箱时, 应向设备生产厂家提出风速的要求, 对于已购设备, 若风速过大, 可通过在箱体内加装带孔衬板的方式进行改造, 衬板开孔的大小、位置、数量应结合箱体内部构造根据试验确定, 在保证温、湿度指标符合《标准恒温恒湿箱检定规程》GJB/J3827要求的基础上, 使风速降到规定的范围。
1.2 试件的温度线膨胀系数对测试结果的影响
用于检测限制膨胀率的试件为砂浆试件, 砂浆中间埋有钢制纵向限制器具。标准规定的试件养护温度为 (20±2) ℃, 温差4℃, 砂浆的线膨胀系数与钢材接近, 约为1.2×10-5/℃, 由4℃温差带来试件的温度变形率为0.0048% (4℃×1.2×10-5/℃) 。对于标准中的I型产品, 这一变形率已达到了其7天水中限制膨胀率指标值 (0.025%) 的19.2%、21天空气中限制膨胀率指标值 (0.020%) 的24.0%。这说明即使在标准规定的温度范围内, 由于试件温差变形, 将可能对检测结果合格性判定带来相当大的影响。试验人员在测量前应注意观察试件所处的养护环境及测量环境的实际温度, 保证各龄期测量温度较为一致。保证恒温恒湿室温度稳定的有效措施是采用变频空调控制温度及做好墙体和屋面的保温隔热处理, 有条件时可将恒温恒湿室设置在地下室或采取房中房的结构。
钢制的标准杆也同样存在这种温差变形, 但由于标准杆与钢制测试架在同一温度条件下放置, 两者在工作时的温度变形可认为相互抵消, 对测量结果不会产生影响。
1.3 保证长度测量值稳定应注意的几个方面
在长度测量时, 通常采用一组试件重复测量的方式, 以检验测量的稳定性。根据经验, 正常情况, 同一试件重复测量时千分表示值变化应在0.003mm内。但经常遇到测量值重现性差, 出现这一问题可检查以下几方面:1、千分表端部测头连接松动。千分表的端部测头与连杆为螺纹连接, 长久使用可能出现连接松动;2、纵向限制器具测头不够光圆或中间钢丝变形。观察测头表面状态和手指触摸基本可检查出测头是否光圆, 对于中间杆变形检查可用卡尺测量纵向限制器两端钢板间的距离, 当两端钢板四角间的4个测量值不一致, 有可能为钢丝变形或两端钢板不平行;3、长度测量过程中试件的保湿。对于刚脱模的试件及水中取出的试件应立即用湿毛巾包裹, 除测量读数外, 均应有效包裹, 测试区应避免正对空调出风口;4、检测人员应在一定测试经验基础上保持相同的测试手法。
2 结语
(1) 养护环境湿度的准确测定取决于干湿球温度计的正确使用及选择合适的湿度计校准方式。用于包裹湿球的纱布, 应有良好的的吸水性并保持清洁, 纱布的包扎采用单层, 其重叠部分不应大于球部周长的三分之一, 润湿纱布要用蒸馏水。对于干湿球湿度计的校准, 不应仅是对干球、湿球温度精度的校准, 更应对湿度示值进行校准, 校准后的湿度计在使用时, 应注意使用时风速与校准时风速的差异, 并需运用湿度校准因子修正测量值;
(2) 对于恒温恒湿室, 在空调、抽湿机等设施的共同作用下, 室内空气是流动的, 不断进行干、湿及冷、热交换, 应采取措施确保样品区域的温、湿度稳定, 试验表明, 在采用变频空调时, 温度可得到理想的控制, 通过对样品区域简单的遮挡和纱布围护, 可明显的降低该区域湿度的波动;
(3) 注意恒温恒湿箱箱体内的风速对试件限制膨胀率值的影响, 建议标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009在以后修订中给出试件表面风速的上限值。
(4) 即使在标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009规定的养护温度范围 (20±2) ℃, 根据限制膨胀率试件本身的温度线膨胀系数 (约1.2×10-5/℃) , 4℃的温差所引起的温度变形率已达到标准中I型样品水中7天及空气中21天指标值的19.2%、24.0%, 对检测结果合格性的判定影响很大, 检测期间, 应尽可能使各龄期测量温度一致;
(5) 在测量试件长度时, 对于重复测量时示值不稳定现象, 应注意检查几方面:千分表端部测头连接松动、纵向限制器具测头不够光圆或中间钢丝变形、初始长度及水中7天长度测量过程中试件的保湿。
摘要：在依据《混凝土膨胀剂》GB23439-2009检测膨胀剂限制膨胀率时, 影响检测结果准确性的因素比较多, 本文就其中几个关键性因素做了分析, 指出养护环境湿度的准确测定取决于干湿球温度计的正确使用及选择合适的校准方式;保证恒温恒湿室样品区域湿度稳定的有效措施是对区域进行简单的遮挡和围护;应注意恒温恒湿箱箱体内的风速对试件限制膨胀率值的影响, 建议在以后修订标准中给出试件表面风速的上限值;即使在标准规定的养护温度范围内, 试件的温度线膨胀系数对检测结果依然有很大影响;保证长度测量值稳定应注意的几个方面。
关键词：混凝土,膨胀剂,限制膨胀率测量
参考文献
[1]《混凝土膨胀剂》GB23439-2009。
[2]《湿度测量方法》GB/T11605-2005
限制膨胀率 篇2
膨胀土是在地质作用下形成的多裂隙并具有显著膨胀性的特殊土体, 主要由强亲水性的蒙脱石和伊利石等粘土矿物组成, 是一种具有显著胀缩性和强度衰减性的粘土;由于膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的反复变形的特征以及由原生和次生作用形成的土体中杂乱无章的裂隙, 国际工程界称之为“隐藏的灾害”或“难以对付的土”。据美国在20世纪70~80年代的统计, 由于膨胀土的破坏性给工程带来的损失超过风灾、地震等自然灾害损失的总和[1,2,3]。膨胀土有“三性”, 即胀缩性、裂隙性和超固结性[4]。胀缩性是指由于膨胀土的粘土矿物成分、胶结物质成分和结构特征而造成的遇水膨胀、失水收缩的特性, 是膨胀土工程病害的主要根源。
对膨胀土胀缩特性的研究, 离不开膨胀率和膨胀力, 而无荷载膨胀率是在完全限制侧向变形、无垂直荷载作用条件下, 膨胀土试样吸水膨胀稳定后, 竖直方向膨胀量与试样初始高度之比, 可以很好地反映土体浸水饱和过程中整体膨胀潜势, 以及干密度与初始含水量对膨胀率的影响。
本文通过自制样的无荷膨胀率试验研究了含水率和干密度对强膨胀土的线膨胀变形特性的影响。
2试验土样及方法
2.1土样物理化学特性
本试验采用从现场取回的强膨胀土, 天然含水率ω=25.3%, 干密度ρd=1.61g/cm3, 土样的基本物理性质如表1所示。由表1可以看出, 自由膨胀率为126, 属于强膨胀土;塑性指数为48.4, 且粘粒含量特别高。土样的主要矿物成分及水理特性如表2所示。由表2看出, 蒙脱石和伊利石的含量为50%, p H值为7.68, 呈弱碱性。土样击实曲线如图1所示, 最优含水率为20.3%, 最大干密度为1.679g/cm3。
2.2 试样制备
试验土样按照《土工试验规程》 (SL237-1999) [5]规定的方法制备, 制备步骤如下:1) 将土样风干, 人工碾碎后过2mm土筛, 并测定其风干含水量;2) 按照试验要求配制初始含水率分别为14%、18%、22%、的土样;3) 根据试验要求的含水率, 制备干密度分别为1.55g/cm3、1.60g/cm3、1.65g/cm3环刀样, 环刀直径为61.8mm、高为2cm。
2.3试验仪器
本试验采用普通膨胀仪测定强膨胀土的无荷膨胀率, 膨胀仪如图2所示。
1.量表;2.表架;3.有孔板;4.试样;5.环刀;6.透水版;7.压板;8.水盒
3 试验结果及分析
3.1 试验结果
按照《土工试验规程》 (SL237-1999) [5]规定的试验步骤进行试验, 试验结果如图3所示。
由图3可知, 强膨胀土无荷膨胀率与时间关系曲线可以分为三个阶段:
1) 等速膨胀变形阶段, 此阶段膨胀变形速率很大, 持续时间较短, 且不同干密度试样膨胀变形速率与持续时间不同, 由图可知, 干密度较小, 膨胀变形速率最大, 且持续时间最短;等速膨胀变形阶段膨胀变形量很大, 可达到最终膨胀量的80%以上, 是工程中膨胀变形的主要阶段, 该阶段的膨胀变形足以导致其上建筑物的破坏;
2) 减速膨胀变形阶段, 此阶段试样仍产生较大吸湿膨胀变形, 但膨胀变形速率不断减小, 该阶段膨胀量通常占最终膨胀量的5%~10%;
3) 稳定膨胀变形阶段, 此阶段膨胀变形与时间关系曲线几乎水平, 膨胀变形速率可以忽略不计, 但膨胀变形量也会随之间缓慢增长。等速膨胀变形阶段, 试样处于吸湿初期, 膨胀变形速率和初始吸湿持续时间取决于试样干密度与初始含水量大小:初始含水量越低, 干密度越小, 吸湿初期膨胀变形速率越大, 初始吸湿的时间也越短;反之, 初始含水量越高, 干密度越大, 吸湿初期变形速率也就越小, 初始吸湿时间也就越长。这可能是由于干密度越小, 试样内部渗透通道越多, 通道孔径也越大, 试样得渗透性也就越好, 吸湿和膨胀变形也就越快;反之, 吸湿和膨胀变形越慢。含水量越低, 试样基质吸力越大, 试样吸湿与膨胀变形越快;含水量增高, 基质吸力下降, 吸湿速度也就变慢, 从而膨胀变形速率下降。
3.2 膨胀变形的影响因素分析
由图3可以看出, 随着干密度和初始含水率的增大, 试样达到膨胀稳定的时间越长, 而最终膨胀量随着干密度的增大而增大, 随着初始含水率的增大而减小。图4为不同干密度试样的最终膨胀量与初始含水率关系曲线, 由图可以看出, 不同干密度试样的最终膨胀量随初始含水率的增大呈线性减小, 其线性回归分析式可表达为
式 (1) 中回归系数A、B与试样干密度相关, 随着干密度的增大, 回归直线斜率减小, 系数A增大, 而系数B随干密度的变化不大, 可视为基本不变。干密度越大, 土颗粒越多, 而达到膨胀稳定时的膨胀变形量也就越大;反之依然。初始含水率越小, 试样的膨胀势越大, 而稳定时的膨胀变形量也也就会越大, 随着初始含水率的增大, 这种由于粘粒成分而产生的膨胀势减小, 而最终膨胀变形量也就减小。系数B与初始含水率和干密度没什么关系, 是土的一种性质参数, 与土的矿化成分、颗粒组成等因素有关。
4结论
通过不同干密度和初始含水率试样的无荷膨胀率试验, 研究了强膨胀土膨胀变形曲线, 并分析了影响最终膨胀变形量的影响因素, 得出以下结论:
1) 强膨胀土无荷膨胀率与时间关系曲线可以分为等速膨胀变形阶段、减速膨胀变形阶段、稳定膨胀变形阶段等三个阶段;
2) 强膨胀土干密度越大, 膨胀变形速率也越大, 达到膨胀稳定的时间也越长;初始含水率越大, 膨胀变形速率越小, 达到膨胀变形稳定的时间也越短;
3) 强膨胀土最终膨胀变形量跟干密度和初始含水率有关, 干密度越大, 最终膨胀变形量也越大, 而初始含水率越大, 最终膨胀变形量越小。
摘要：本文通过无荷膨胀率试验, 研究了强膨胀土膨胀变形曲线和最终膨胀变形量的影响因素。研究表明:干密度越大, 膨胀变形速率也越大, 达到膨胀稳定的时间也越长;而初始含水率越大, 膨胀变形速率越小, 达到膨胀变形稳定的时间也越短;干密度和初始含水率影响着强膨胀土的最终膨胀变形量。
关键词：无荷膨胀率,强膨胀土,干密度,初始含水率
参考文献
[1]刘特洪.工程建设中膨胀土问题[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]郑建龙, 杨和平著.公路膨胀土工程[M].北京:人民交通出版社, 2009.
[3]王钊, 刘祖德.鄂北岗地膨胀土特性及渠道滑坡防护与整治的研究总报告[R].武汉:武汉水利电力学院, 1991.
[4]包承纲.非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题[J].岩土工程学报, 2004, 26 (1) :1-15.
冰淇淋膨胀率测定方法的探讨 篇3
冰淇淋的膨胀率是指混合料在凝冻操作时,空气被混合于冰淇淋中,成为微小的气泡,而使冰淇淋的体积增加,而增加的体积百分率就是冰淇淋的膨胀率。冰淇淋溶剂膨胀可使混合原料凝冻与硬化后得到优良的组织与形体,使其品质比不膨胀的或膨胀不够的冰淇淋适口,且更为柔润与松软。又因空气微泡均匀地分布于冰淇淋组织中,有稳定和阻止热传导的作用,可使冰淇淋成形硬化后较持久不融。但如对冰淇淋的膨胀率控制不当,则得不到优良的品质。膨胀率过高,则组织较松软;过低时,则组织坚实。因此膨胀率是衡量冰淇淋质量极为重要的一项指标。为保障冰淇淋的质量,为监督部门提供必要的技术支持。
冰淇淋膨胀率的测定通常使用SB/T10009-2008上的体积法及蒸馏水定容法,而这两种方法都存在缺点,本文对这两种方法的特点进性分析,得到一种更为实用的检测方法。
1 实验部分
1.1 试剂
1.1.1 乙醚:(分析纯)。
1.1.2 蒸馏水
1.2 仪器和设备
1.2.1 容量瓶:200ml、250ml。
1.2.2 滴定管:0-50ml、最小刻度0.1ml。
1.2.3 单标移液管:2ml。
1.2.4 长颈玻璃漏斗:直径75mm。
1.2.5 薄刀。
1.2.6 电冰箱:可达-18℃。
1.2.7 电热恒温水浴器:室温-100℃。
1.2.8 电子天平:精度0.01g。
1.2.9 不锈钢叉子。
1.2.1 0 塑料烧杯:500ml。
1.3 样品准备
将冰淇淋、薄刀及不锈钢叉子置于电冰箱中,冷至-18℃以下。
1.4 分析步骤
1.4.1 冰淇淋原料密度的测定
(1)将250ml容量瓶及玻璃漏斗放在电子天平上并清零。
(2)用预冷的薄刀迅速切取约20~30g冰淇淋放到容量瓶上的玻璃漏斗中(冰淇淋雪糕用薄刀沿雪糕棍切开),记录其质量m1。
(3)另外用200ml容量瓶准确量取200ml蒸馏水,分数次缓慢地加入漏斗中,使试样全部移入容量瓶。然后将容量瓶放在45±5℃的水浴器中保温,待泡沫基本消除后,冷却至与加入的蒸馏水相同的温度。用单标移液管吸取2ml乙醚,迅速注入容量瓶内,去除溶液中剩余的泡沫,用滴定管滴加蒸馏水,至容量瓶刻度为止,记录滴加蒸馏水的体积V。冰淇淋体积V1=250-200-2-V
1.4.2 冰淇淋密度的测定
(1)将盛有约300ml蒸馏水的烧杯,连同蒸馏水冷却至0~4℃,放在天平上并清零。
(2)用预冷的薄刀迅速切取约20~30g冰淇淋,用预冷的叉子叉捞,放进烧杯中,使刚好完全浸没于液面下2~3mm,记录天平读数V2(根据阿基米德原理,当水的密度为1g/cm3时,冰淇淋试样克服浮力浸没于水中的体积在数值上等于其排开同体积水的质量)。
(3)取下不锈钢叉子,使冰淇淋浮在水面,待稳定后记录天平读数m2。
1.5 结果计算
计算公式:
式中:X-样品的膨胀率,%
2 结果与讨论
2.1 SB/T10009-2008上采用蒸馏水定容法原理:取一定体积的冰淇淋融化,加乙醚消泡后滴加蒸馏水定容,根据滴加蒸馏水的体积和加入乙醚的体积,计算冰淇淋体积的比例。浮力法原理:根据阿基米德原理,当水的密度为1g/cm3时,冰淇淋试样克服浮力浸没于水中的体积在数值上等于其排开同体积水的质量,同时称取该冰淇淋试样的质量并测定冰淇淋混合原料(融化后冰淇淋)的密度,由三个参数计算冰淇淋的膨胀率。
2.2 蒸馏水定容法对于组织松软、体积过大的冰淇淋比较适用,但不适应于组织硬度较大,体积过小的冰淇淋。浮力法在测量冰淇淋混合原料的密度时比较困难。在样品的均匀性、代表性上,组合型雪糕不同部位的原料是不同的,密度自然也不相同,则对于整支冰淇淋雪糕来说,按SB/T10009-2008标准取一定体积的样品是不均匀不具有代表性的。
2.3 结合以上两种方法原理,以浮力法测定样品密度p1,以蒸馏水定容法测定样品原料密度p2,根据冰淇淋密度变化计算膨胀率。而对于样品不均问题,则使用刮刀沿雪糕棍一分为二,一份以浮力法测定样品密度p1,一份以蒸馏水定容法测定样品原料密度p2。
2.4 计算公式的由来
冰淇淋膨胀率是指冰淇淋形成后体积增加的百分比,即:
3 结束语
文章通过对SB/T10009-2008的两种方法进行分析比较,结合冰淇淋生产原理,找到一种更加实用准确的检测方法,更好的为冰淇淋监管工作提供必要的技术支持。
摘要：探讨冰淇淋膨胀率检测的两种方法,通过比较其优缺点,得出更加实用的检测方法,并对取样均匀性给出具体方法,为冰淇淋的质量监督工作提供可靠依据。
关键词：冰淇淋膨胀率,浮力法,蒸馏水定容法,样品均匀性
参考文献
[1]张丽君,等.冷冻饮品分析方法[M].北京:中国标准出版社,2008.
[2]张丽君,等.冷冻饮品冰淇淋[M].北京:中国标准出版社,2008.
掺渣建筑材料的氡析出率限制 篇4
关键词：氡析出率,内照射,天然辐射,照射有效剂量,掺渣建筑材料
1 引言
最新调查资料表明:我国居民所受天然辐射照射比上世纪70年代至90年增加0.8m Sv/a[1]。其中主要原因是居民受到居室内氡及其子体有效剂量增加, 除了与城市建筑密集度增高、空调使用等因素外, 一个重要原因就是大量的工业废渣被用于建筑材料, 特别是一些建筑材料采用了发泡等技术, 使得建筑材料的氡析出率增加, 导致居室内氡浓度增加。国外学者通过试验证实:现代住宅内氡气来源于建筑材料氡析出率控制值, 通过调研和实际测量的贡献占60%~70%[2,3]。本文结合我国城镇住房典型结构, 依据现有法律法规要求, 推导不同产地的掺渣建筑材料的氡析出率分析, 初步确定理论推导值的合理性。
2 掺渣建筑材料氡析出率的确定
2.1 我国城镇住房典型居室
根据大量调查, 我国城镇住房典型居室结构如图1所示[4]。内部的几何尺寸为 (4×3×2.8) m3, 其中住宅内有一面墙有一面积为 (2.4×1.8) m2窗户, 在对面一侧有 (0.9×2.0) m2一扇门, 假定在图示位置窗户附近有一进风口, 门附近有出风口, 其尺寸为 (20×20) cm2。
2.2 保守的估算模式2.3.1理论推导模式
在如图1所示的典型居室, 如果房间尽可能密封的情况下, 并假定居室内氡浓度主要来源于建筑材料, 居室内氡浓度的变化可以用公式1表示:
(1) 式中, 等号右边的第一项为氡的产生项, 主要来源于掺渣建筑材料。i类建筑材料的氡析出率和表面积分别为, 房间的有效体积为V;方程中右边第二项气体泄漏导致的损失量 (由于居室内氡浓度累积增加而通过裂隙渗透量) , 其中q为房间的渗透率 (与换气率直接相关) ;方程右边的第三项为由于氡衰变减少项, λ为氡的衰变常数;左边表示氡浓度变化率, C为氡浓度, 为居室外浓度, t为时间。
(1) 式满足初始条件:t=0时, 室内、外的氡浓度相同, 即C=C0。
解此一次线性微分方程方程, 得
2.3.1保守简化模式
如果不考虑室外浓度, 假定居室内温度没有变化。一般居室的通风率λv在0.1~1h-1, 房屋内的六个面的氡析出率是相同的。则长期平衡时, 公式 (4) 氡浓度与氡析出率的关系可以用以下方程表示[4]:
公式 (5) 中, C为居室内控制的氡浓度;Ei为i面的氡的析出率;Fi为i面的表面积;V为典型居室内的体积;λ为氡的衰变常数;为换气率。假定六个面的氡析出率相同, 窗户 (一般用玻璃制成) 和门 (一般用木头制成) 中氡的析出率近似为零。
根据我国新建住房平衡当量氡浓度控制标准为100Bqm-3[5], 居室的氡平衡因子为0.4[4,6,7], 典型房间有效面积56.28m2 (表面积中扣除了两个通风口面积和门窗) , 体积33.6m3, 室外空气氡浓度取10Bqm-3, 根据公式 (5) , 假定房间内门窗氡析出率为0 (实际上, 窗户一般安装玻璃, 玻璃的氡析出率相对于墙体材料而言, 是很小的。门一般是木制, 本身镭含量很低, 氡析出率也很低) , 同时假定各面氡析出率相同, 则当渗透率取不同值, 计算的氡析出率见表1。
从表1中可以看出, 随着房间渗透率 (与换气率有关) 的增加, 推算的掺渣建筑材料的氡析出率也随之增加。由于新建住房的通常换气率在0.5h-1 (渗透率一般在0.5h-1) , 推荐氡析出率的限制值为20 m Bqm-2s-1。
2.3 模型验证
2.3.1 典型居室测量
为了验证保守推导模型, 分别在丰台区卢沟桥晓月苑和迁禧家园选定刚刚验收不久两家居室进行氡析出率和浓度测量。氡析出率布样主要针对地板和墙壁, 氡浓度测量取样点在居室内的正中央, 距离地板高度为1.5m。测量数据及相关参数见表2。
从表2测量数据表明:地面的氡析出率略高于墙面的氡析出率, 主要是因为墙面中采用了白灰进行粉刷, 阻止了混凝土中氡的析出。根据这些测量数据, 初步分析可以得出白灰的氡析出率低于混凝土的氡析出率。
2.3.2 保守的模型验证
我们假定换气率为0.5h-1 (近似静风) 自20cm×20cm的窗户的通风口进入, 居室尺寸表3实际尺寸计算, 代入公式 (5) , 理论计算氡浓度见表3。
从以上模拟计算中可以看出, 模拟的计算值略高于测量值, 相对误差即 (计算值-测量值) /计算值约在10%-15%, 说明模拟计算值基本上与测量值相符的。
3 结论和建议
3.1 结论
结合我国实际城镇住房的特点, 考虑辐射防护和我国法规要求, 利用保守模型计算提出适合我国的掺渣建筑材料氡表面析出率的限制值为20Bqm-2s-1。从辐射防护角度和循环经济角度考虑, 控制这样氡析出率的建议值是合理的。
3.2 建议
(1) 尽管对氡析出率的测量方法很多, 但各种测量方法、适用条件、校正方法等存在差异, 规范经济适用的对建筑材料表面氡析出率测量方法和取样方法。
(2) 在建筑材料放射性核素限制中增加建筑材料氡析出率控制指标。
参考文献
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