Föreläsning om radon med Magnus Döse, RISE, 26 mars 2021.

1. Research Institutes of Sweden
Magnus Döse – RISE
Strålning från betong – är det ett problem?
Reducing Radon Gas Emissions in Concrete- En del resultat från
doktorandstudier vid RISE
RISE infrastruktur & Betongbyggande, materialdesign

2. ▪ Kan man redan i produktionsskedet uppnå en hög kvalitet ur
radonsynpunkt för många prefab-produkter?
▪ Avseende miljöcertifiering för nya byggnader, såsom Miljöbyggnad 3.1
och krav för material vid inomhusbyggnation, kategoriseras en radonhalt
i inomhusluften enligt:
• < 60 Bq/m3 är enligt kategori ”GULD”.
• < 100 Bq/m3 är enligt kategori ”SILVER”
• < 200 Bq/m3 är enligt kategori ”BRONS”
2
Bakgrund till studierna?

3. • Utgångspunkter, begränsningar, recept
• Metodik
• Hydratation? Spelar det in på radonavgången?
• Relativa fukthalten i betongen, RF. Spelar det någon roll för radonavgången?
• Hur stor del av betongens tjocklek bidrar till radonavgången? – Diffusionsmätningar och
diffusionslängd, L
• Kan man använda tillsatsmaterial (SCMs) för att sänka radonavgången ?
• Tillsatsmedel (hydrofoba), påverkar det radonavgången?
• Kapillärporstruktur i pastan och koppling till radonavgång?
• Karbonatisering, påverkar det radonavgången?
• Sprickor – påverkar det radonavgången?
• Lappkastet/regelverk - gammastrålning
3
Innehåll för dagen
Reducing Radon Gas Emissions in Concrete – frågor som söker svar?

4. 4
Utgångspunkt, begränsningar och recept
Aggregates Binder
SCMs (Supplementary Cementitious
Materials)
Admixtures
Recipes
Abbreviations
in
text
Aggregate
1
Aggregate
2
Cement
Fly
ash,
class
F
Fly
ash,
microsite
Slag
Micro-silica
Hydrophobic
agents
(%) (%) (%) (%) (%)
Granite Diabase
CEM I -
52.5R
H1 H2 H3
1 C X 100
2 C-H1 X 100 X
3 C-H2 X 100 X
4 C-H3 X 100 X
5 C-F15-MF20 X 65 15 20
6 C-MF35 X 65 35
7 C-S65 X 35 65
8 C-SF10 X 90 10
9 C-SF30 X 65 35
10
C-FM15-SF10-
H1 X 75 15 10 X
11 CGB X 100
12 CGB-H1 X 100 X
• För 10 olika betongrecept –
samma ballast
• Alltid samma bindemedel som
bas (Skövde -CEM I 52,5 R)
• Flygaska från två leverantörer
• Slag (GGBS) från Bremen
• Silikastoft från Elkem (940)
• ALLTID VBT 0,55

5. Metodik - arbetsgång

6. Metodik - mätningar
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
radonhalt
((Bq/m
3
)
Minutes (min)
Radongashalt (i luft) i kammare (Bq/m3)
Sample C -
measurement
points - RH 50 %
y = 93,087x + 45
R² = 0,9553
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
0 1 2 3 4 5 6
Radonhalt
((Bq/m
3
)
timmar
Radongashalt (i luft) – sekundär kammare (Bq/m3)
Rullande
Medeltal -
30 min
ሻ
𝐸 = (𝑉 × 𝐶 t Τ
ሻ ( 𝐴 × 𝑡

7. Relativ fuktighet i betong – hur vet Vi att det stämmer?
Salt 20ºC 25ºC
K2Co3 43.2 % 43.2 %
NaBr 59.1 % 57.6 %
NaCl 75.6 % 75.3 %
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
2017-06-14
2017-09-22
2017-12-31
2018-04-10
2018-07-19
2018-10-27
2019-02-04
2019-05-15
2019-08-23
Weight
loss
(gram)
Dates
C
C-H1
C-H2
C-H3
C-F15-MF20
C-MF35
C-S65
C-SF10
C-SF30
C-FM15-SF10-H1
CGB
CGB-H1

8. Gammastrålning och radon?
Recipe Measured value Calculated Uncertainity (+-)
40
K 226
Ra 232
Th I-index 40
K 226
Ra 232
Th
C 1070 179 152 1.71 110 20 16
C-H1 1070 189 149 1.73 180 24 22
C-H2 1150 218 175 1.99 170 50 26
C-H3 1050 174 146 1.66 170 21 22
C-F15-MF20 1070 199 148 1.76 110 22 16
C-MF35 1090 201 154 1.80 110 23 17
C-S65 1040 198 154 1.78 170 24 23
C-SF10 1030 179 151 1.70 150 42 22
C-SF30 1060 184 146 1.70 110 21 16
C-FM15-
SF10-H1 1050 180 143 1.67 170 22 21
CGB 253 6,5 6,1 0.14 42 0,8 0.9
CGB-H1 257 6,8 6,4 0.14 37 1.1 0.7

9. Resultat
9

10. Hydratation och influens på radonavgång?
Jämförande provning vid RF 85 %
i klimatkammare
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7
Radon
exhalation
((Bq/m2)/h)
Month
C
C-H3
C-F15-
FM20
C-65S
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 25 50 75 100 125 150 175 200
%
(relative
contributions)
Time (days)
Capillary
pores
Gel pores

11. Relativa fukthalten i betongen. Spelar det någon roll för radonavgången?
▪ RF mättes vid 3 olika
tillfällen på
▪ Mätning på 10 mm
och 25 mm djup för
de olika
betongrecepten
▪ RF 75 %
▪ RF 60 %
▪ RF 45 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Radon
exhalation
rate
((Bq/m
2
)/h)
Concrete recipes

12. Diffusion och koppling till
radonavgången?
▪ Mätning utförs av diffusion när
jämvikt uppnåtts i primär kammaren
▪ Diffusion mått på flödeshastighet av
radon
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 100 200 300 400 500 600 700
Activity
(Bq)
hours
𝐿 =
𝐷
𝜆
𝐽 =
𝐶 𝑥 𝑉
𝑡 𝑥 𝐴
𝐽 = −𝐷
𝑑𝐶
𝑑𝑥 𝑥=𝑑

13. Diffusion och radonavgång
13
0
5
10
15
20
25
30
Radon
diffusion
length,
L
(m)
Concrete recipe
Radon diffusion
length - RH 75
%
Radon diffusion
length - RH 60
%
Radon diffusion
length - RH 45
%
L = 50 % minskad aktivitet
L x 2 = 75 % minskad aktivitet
L x 3 = 87,5 % minskad aktivitet
L x 4 = 93,25 % minskad aktivitet
L1
L2
L3

14. Kan man använda tillsatsmaterial (SCMs) för att sänka radonavgången ? – RF 75 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
radon
exhalation
rate
((Bq/m
2
)/h)
Concrete recipes
(RF 75 %)
Skillnad i
aktivitetskoncentration ca 200
Bq/m3
Omsättning hus 0,5
omsättning/h
Skillnad effektiv dos ~5 mSv
per år

15. Kan man använda tillsatsmaterial (SCMs) för att sänka radonavgången ? – RF 60 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
radon
exhalation
rate
((Bq/m
2
)/h)
Concrete recipes
(RF 60 %)

16. Kan man använda tillsatsmaterial (SCMs) för att sänka radonavgången ? – RF 45 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
radon
exhalation
rate
((Bq/m
2
)/h)
Concrete recipes
(RF 45 %)

17. •
Tillsatsmedel (hydrofoba), påverkar det radonavgången? RF 75 %, RF 60 % och
RF 45 %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
radon
exhalation
rate
((Bq/m
2
)/h)
Concrete recipes

18. Porositet, hur påverkar det? – Cement paste
Mercury Intrusion Porosimetry (MIP)
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 10 100 1000 10000
porosity
(%)
pore radius (nm)
C
C-F15-FM20
C-FM35
C-S65
C-SF-10
C-SF30
C-FM15-SF30-H1
0
20
40
60
80
100

19. Karbonatisering under projektets gång
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
Carbonation
depth
(mm)
Concrete recipe
Mean-value
Max value

20. • Karbonatisering, påverkar det radonavgången?
0
2
4
6
8
10
12
14
0 1 2 3 4 5 6
Carbonation
depth
(mm)
Months
C
C-H1
C-F15-
MF20
C-S65
Provning – 4
olika recept
1 % CO2 – 3
månader
2 CO2 – 2
månader

21. Radonavgång, karbonatisering, olika trender?
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6
Radon
exhalation
((Bq/m
2
)/h)
Month
C
C-H1
C-F15-FM20
C-65S

22. Påverkan av sprickor?
• Två olika recept
• OPC (OPC 1-1, 1-2)
• HYDROFOB (HC 1-1, 1-2)
• RF ~60 % ( 1 års uttorkning i kammare)
• 6 mm’s längd stål-fibrer

23. Prisms OPC 1-1 OPC 1-2 CH - 1-1 CH - 1-2
Prist. Cracks Prist. Cracks Prist. Cracks Prist. Cracks
Exhalation
rate
((Bq/m2)/h)
38.2 67.3 36.1 78.6 31.9 114.6 26.3 79.5
Difference
(%)
76 118 259 202
Påverkan av sprickor?
Resultat
• Lägre initiala resultat för Hydrofob-betong
• Avsevärt högre radonavgång efter inducerade sprickor i Hydrofob-betong

24. Emanation?
24
Emanation = andel radon atomer som
avgår till den fria luften utifrån dess
fulla potential (om allt avgår till luften)
E = (V/Cmax)/M x 226-Ra
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0
20
40
60
80
100
Emanation
(%)
Relative humidity (RH %)
C
C-H1
C-H2
C-H3
C-F15-MF20
C-MF35
C-S65
C-SF10
C-SF30
C-FM15-SF10-
H1
CGB

25. Summering
25
0
20
40
60
80
100
120
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
222
Rn
production
(Bq/m
2
)/h
Relative humidity ( RH %)
Radon release
rate - emanation
cofficient €
Transport of
radon - diffusion
cofficient (D)
Total 222Rn
production
(Exhalation)

26. Lappkastet – Regelverk radon/gammastrålning
Definition Unit (dose) Unit Value Regulatory framework
Levels of ionizing γ-
radiation within a
specified room
Effective dose m/Sv per year 1
Regulations,
Strålskyddsförordningen 2108:506
and Eu´s Basic Safety Standards
(EC, 2014)
Levels of ionizing
radiation (γ-
energies) within a
room
Ambient dose
(H10)
µSv/h 0,3
Regulations from the Swedish
National Board of Housing, Building
and Planning (2011) and the
Swedish Radiation and Safety
regulatory act 2018:506 (2018)
Levels of radon gas
in new buildings
Dose in air
(activity
concentration)
Bq/m3 200
Levels of radon gas
proposed by the
European Union
(BSS)
Dose in air
(activity
concentration)
Bq/m3 300
Eu´s Basic Saftety Standard (EC,
2014)
Kopplar till det snart ”ö-kända”
I-index (referensvärde)
Gällande gränskrav och referensnivåer

27. Förordningar och föreskrifter - 2018
• I-index? Klarar Vi det?
3 kap. Optimering

28. I-index och dos – verktyg för utvärdering
• En kommande svensk standard för mätning gammastråning/marknadskontroll är
sannolikt godkänd inom kort ----frivillig---men utförs med ackrediterad metod

29. Sammanfattning
❑ Generellt, radonhalten minskar tydligt med minskade RF i betongen.
❑ Generellt har tillsatsmaterial än positiv effekt för att minska radonavgång.
❑ Generellt har hydrofoba tillsatsmedel än positiv effekt för att minska radonavgången.
❑ Karbonatisering bidrar till en ökad radonavgång vid höga RF för SCMs. Tvärtom för Portlandcement.
❑ Diffusionskofficienten ökar med minskade RF i betongen.
❑ Sprickor i betong kan utgör grund för ansenlig höjning av radonhalten i inomhusmiljön.
❑ Beräkning av diffusionslängd kan utgöra grund för att beräkna förutsättningar för en bra betong och dess r
radonavgång och hur lämpliga åtgärder bör utföras.
❑ Result med MIP av cementpastan/betong indikerar tydligt att en hög andel mycket små kapillärporer bidrar
till en låg diffusion och lägre radonavgång i betong jämfört med ett vanligt recept där bara OPC-cement
ingår.
❑ Diffusion och radonavgång samspelar, en hög diffusion är dock ej liktydigt med hög radonavgång.
❑ Gammastrålning, I-index, indikator – reella kravet är 1 mSv per år i effektiv dos – gammastrålning.
❑Radon – 200 Bq/m3 – här kan sannolikt ”bästa miljö-kategorier” uppnås om man använder rätt betongmix.

30. ▪Tack !
▪Frågor ?
30