13.06.2019 | Ausgabe 02/2019 (#90)

Natürliche Radioaktivität in mineralischen Baustoffen

Ab 2019 müssen Hersteller und Inverkehrbringer nachweisen, dass von Naturwerksteinen oder Fliesen keine unzulässige Strahlenbelastung ausgeht. / Foto: StudioDin/Martial Red/ Shutterstock

Bestimmte mineralische Rohstoffe, die zur Herstellung von Baumaterialien vorgesehen sind, sind von Natur aus radioaktiv. Signifikante Strahlenexpositionen in Gebäuden können die Folge sein. Gemäß der neuen Strahlenschutzverordnung müssen Hersteller und Inverkehrbringer von Bauprodukten nachweisen, dass zum Beispiel von Naturwerksteinen oder Fliesen keine unzulässige Strahlenexposition  ausgeht.

Werden Gesteine und  Erden zu Bauzwecken eingesetzt, können in ihnen enthaltene oder aus ihnen freigesetzte Radionuklide zu einer Strahlenexposition der Bevölkerung führen. Diese fällt stärker ins Gewicht, wenn  betroffene Geomaterialien innerhalb der Gebäude, zum Beispiel für den Ausbau von Aufenthaltsräumen, verwendet werden. Im Fokus stehen dabei die Radionuklide aus den radioaktiven Zerfallsreihen von Uran-238 und Thorium-232 sowie Kalium-40. Die Strahlenexposition der Bevölkerung geschieht über zwei Pfade: zum einen durch die von außenauf den Körper wirkende Gammastrahlung,  ausgehend von den Radionukliden in den Baustoffen, zum anderen durch das Einatmen des aus den Materialien freigesetzten Gases Radon-222 und seiner kurzlebigen, ebenfalls radioaktiven Zerfallsprodukte.

Mit der Novelle der Strahlenschutzgesetzgebung und dem Inkrafttreten der novellierten Strahlenschutzverordnung zum 31. Dezember 2018 unterliegen bestimmte mineralische Baustoffe einer regulatorischen Kontrolle. Als Folge müssen sie radiometrisch analysiert werden. Zudem ist nachzuweisen, dass sie den sogenannten Aktivitätsindex unterschreiten. Hintergrund: Der Aktivitätsindex ist ein normiertes Maß für die vom jeweiligen  Baustoff ausgehende Strahlung – bezogen  uf die zulässige Jahresdosis von 1 Millisievert pro Kalenderjahr (mSv/a). Hieraus ergeben sich neue Anforderungen  für Unternehmen, die Bauprodukte herstellen und/oder in Verkehr bringen.

Bauprodukte gemäß StrlSchG
Handlungsbedarf hinsichtlich der Bestimmung der natürlichen Radioaktivität besteht bei Bauprodukten, die aus bestimmten mineralischen Primärrohstoffen oder Rückständen hergestellt werden. Doch was sind Bauprodukte im Sinne des Strahlenschutzgesetzes (StrlSchG)? In § 5 Absatz 6 sind sie wie folgt definiert: Bauprodukte sind Baustoffe, Bausätze, Bauteile und Anlagen, die hergestellt werden, um dauerhaft als Wand-, Boden- oder Deckenkonstruktionen, einschließlich deren Bekleidungen, von Aufenthaltsräumen  in Gebäuden eingebaut zu werden.Keine Bauprodukte sind kleinflächig und kleinvolumig verwendete Fertigprodukte  wie Flickmörtel und Verfugungen.

Gammaspektrometrie-Detektor umgeben von einer Bleiburg (weißer Zylinder). Unterhalb befindet sich eine elektrische Kühlung. / Foto: TÜV SÜD

Welche Materialien sind radiologisch relevant? 
Nach Anlage 9 StrlSchG sind folgende Primärrohstoffe für die Herstellung von Gebäuden mit Aufenthaltsräumen radiologisch zu betrachten: saure magmatische Gesteine, wie beispielsweise Granit, sowie daraus entstandene metamorphe und sedimentäre Gesteine, zudem Sedimentgesteine mit hohem organischem Anteil wie Öl-, Kupfer- und Alaunschiefer sowie Travertin. Baustoffe, die aus bestimmten Rückständen hergestellt werden, müssen ebenfalls radiologisch untersucht werden. Dazu zählen beispielsweise Kiese und Sande  aus der Grundwasseraufbereitung, Nebengestein, Schlacken und Stäube aus der Gewinnung und Aufbereitung von Erzen und anderen mineralischen Rohstoffen sowie Stäube und Schlämme aus der Rauchgasreinigung bei der Primärverhüttung in der Roheisen- und Nichteisenmetallurgie. Diese und weitere Rückstände sind in Anlage 1 StrlSchG aufgelistet.

Aktivitätsindex ist ausschlaggebend
Bauprodukte dürfen ohne Einschränkung in Verkehr gebracht werden, wenn die von ihnen ausgehende Exposition der Bevölkerung den in § 133 StrlSchG festgelegten  Referenzwert für die Dosis von 1 mSv/a nicht überschreitet. Dafür sind die spezifischen Aktivitäten der Radionuklide Radium-226, Thorium-232 oder seines Zerfallsprodukts Radium-228 und  alium-40 in der Einheit Becquerel proKilogramm (Bq/kg) zu bestimmen (§ 134 StrlSchG). Entsprechend der in Anlage 17  trlSchV (§ 135 Absatz 1 Satz 3) festgelegten Berechnungsformel ist daraus der Aktivitätsindex des Baustoffs zu ermitteln. Neben den materialabhängigen radiologischen Eigenschaften sind die Dichte, die Flächendichte und auch die Dicke des Baustoffs entscheidende Einflussgrößen für die Berechnung des Aktivitätsindexes. Besondere Berechnungsgrundlagen gelten für Dünnschichtmaterialien, die eine Dicke von bis zu 0,03 Metern aufweisen.
Da diese nur in Kombination mit einer stützenden oder tragenden, den Raum begrenzenden Oberfläche (Wand, Decke oder Boden) verwendet werden, ist zur generischen Berücksichtigung der dahinter liegenden Oberfläche ein Beitrag von 0,48 zum Index zu addieren. Generell gilt: Ist der Aktivitätsindex kleiner oder gleich 1, gilt der Referenzwert für die Dosis als eingehalten.

Handlungsbedarf bei Überschreitung des Referenzwerts
Zeichnet sich die Überschreitung des Referenzwerts ab, so muss der Hersteller oder Inverkehrbringer des Bauprodukts die zuständige Behörde darüber unverzüglich informieren. Die Behörde kann innerhalb eines Monats nach Eingang der Information Maßnahmen anordnen, die zur Einhaltung des Referenzwerts notwendig sind, oder die Verwendung des Bauprodukts zur Herstellung von Gebäuden mit Aufenthaltsräumen untersagen (§ 135 Absatz 2 und 3 StrlSchG). Der Verpflichtete hat den Bauherrn, den Entwurfsverfasser und den Unternehmer im Sinne der jeweils anwendbaren Landesbauordnung hinsichtlich der getroffenen Einschränkungen zu informieren. Soweit diese Personen nicht bekannt sind, ist das Bauprodukt mit Begleitpapieren zu versehen, aus denen die Verwendungseinschränkungen hervorgehen (§ 135 Absatz 4 StrlSchG).

Naturwerksteine für den Innenausbau Naturwerksteine wie Granit erfreuen sich wachsender Beliebtheit und werden gerne beim Innenausbau als  Bodenbeläge, Fenstersimse und teilweise auch als Küchen-Arbeitsplattenverwendet. Granit ist einer der edelsten  und teuersten Naturwerksteine. Das liegt nicht nur an seinem dekorativen Aussehen, sondern auch an seinerHärte und Beständigkeit. Granit ist von seiner geologischen Entstehungher ein saures magmatisches Tiefengestein, das überwiegend aus Quarz, Feldspäten und dunklen eisenhaltigen  oder magnesiumhaltigen Mineralenbesteht. Die Zusammensetzung kann jedoch in weiten Bereichen variieren,  je nach Geologie und Herkunft. Dieswird an der unterschiedlichen Färbung und Struktur sichtbar. Der Quarzanteil  von mindestens 20 Prozent grenzt den Granit petrographisch zu anderen magmatischen Tiefengesteinen ab.

Im Hintergrund die Bleiburgabschirmung (blau) des Detektors zur Verringerung der Untergrundstrahlung. Vorne: Versorgungseinrichtung für Flüssigstickstoff, der den Detektor auf ca. -190°C herunterkühlt. / Foto: TÜV SÜD

Granit und verwandte
Gesteine sind Spitzenreiter  Durch den relativ hohen Uran-, Thorium-, und Kaliumgehalt besitzen Granite im Vergleich mit anderen Gesteinen eine deutlich höhere natürliche (geogene) Radioaktivität. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) hat mit Unterstützung des Deutschen Naturwerkstein- Verbands e.V. eine Reihe marktgängiger Fliesen und anderer Plattenmaterialien unterschiedlicher Herkunft auf die Gehalte natürlicher Radioaktivität untersucht und aus Sicht des Strahlenschutzes bewertet. Die höchsten Gehalte – vor allem in Bezug auf Kalium-40 – wurden in Graniten, porphyrischen Graniten, metamorph überprägten Graniten – sogenannten Gneisen – und Granodioriten ermittelt (Bild 1). Signifikant niedriger sind die Gehalte in anderen magmatischen Gesteinen (Gabbros und Basalte) und in bestimmten Gesteinen sedimentären Ursprungs, wie beispielsweise Kalk und Marmor. Die sich aus den normierten Aktivitätsindices ergebenden Strahlendosen lagen bei der Mehrzahl der untersuchten Gesteinsproben unterhalb von 1 mS v/a, bei manchen Proben aber auch deutlich über 2 mSv/a. Die letztgenannten Materialien wären damit für die Verwendung von Gebäuden mit Aufenthaltsräumen im Innenbereich meldepflichtig.

Messungen bringen Klarheit und Sicherheit 
Ist ein Bauprodukt aufgrund der eingesetzten mineralischen Primärrohstoffe  oder Rückstände von den gesetzlichen Anforderungen betroffen, ist der erste Schritt vor dem Inverkehrbringen die Radionuklidanalyse. Die Messungen sind an einer oder mehreren repräsentativen Proben in einem akkreditierten Labor durchzuführen. Überschreitet der ermittelte Aktivitätsindex die gesetzlich vorgeschriebene Schwelle, sind weitere Schritte einzuleiten, die im Einzelfall abgestimmt werden müssen.

Mit der Analyse sind Hersteller und Inverkehrbringer auf der sicheren Seite. Sie sind dadurch auch in der Lage, Gewährleistungsansprüche abzuwehren,   ie durch den Einbau von – aus radiologischer Sicht – nicht zulässigen Geomaterialien entstehen könnten. Denn im schlimmsten Fall müssten bereits verbaute Bauprodukte wieder entfernt und durch unkritische Materialien ersetzt werden, was mit erheblichem Aufwand und hohen Kosten verbunden wäre.

Die TÜV SÜD Industrie Service GmbH verfügt über akkreditierte und umfang reich ausgestattete Messlabore für die Radiometrie von Baustoffen (Bilder 2, 3 und 4). Erfahrene Experten analysieren  dort nicht nur die geogene Radioaktivität in mineralischen Materialien. Sie geben zudem auf entsprechende Anfrage hin Auskunft über den Aktivitätsindex und über zusätzliche Eigenschaften der Primärrohstoffe wie Festigkeit oder Lebensdauer. Konformitätserklärungen und Nachweise hinsichtlich der neuen Strahlenschutzgesetzgebung für Hersteller, Händler und Importeure sind weitere Leistungen.


Newsletter
Ja, ich möchte den Newsletter von greenBUILDING abonnieren