Тема 5: Влияние агрессивности грунтовых вод на фундаменты и способы определения содержания агрессивных компонентов. Коррозионная активность грунта к бетону.
Причинами прогрессирующего разрушения многих зданий и инженерных сетей, которое находит свое выражение в развитии неравномерных осадок фундаментов, их разрушении, трещинообразовании в стенах, разрушением гидроизоляции, затоплении подвалов, коррозии труб и водопроводных систем, является постепенное ухудшение состояния и свойств грунтов оснований, в т.ч. повышение агрессивности грунтовых вод и грунтов в условиях локального подтопления и загрязнения территорией. При этом негативные изменения химизма грунтовых вод и окислительно – восстановительной обстановки подземных лито – и гидросферы часто протекают одновременно с активизацией микробиологической деятельности в обводненной толще грунтов. Химические, физико – химические и биохимические процессы приводят к значительному преобразованию подземных вод, состава, состояния и свойства грунта, материалов кладки фундаментов и подвальных помещений, а также коррозии труб. Поэтому при ремонте, модернизации и реконструкции объектов возникает необходимость специального подхода к их обследованию. Следует знать, что органические соединения отходов животных и человека относятся к числу легкоокисляемых в химических реакциях и утилизируемых микроорганизмами, вследствие чего происходит быстрая трансформация окислительной обстановки в грунтовых водах и переход ее в восстановительную.
|
|
|
Загрязнение грунтовых вод за счет утечек фекальных стоков определяется их составом. Известно, что стоки характеризуются стабильным содержанием определенных компонентов: азота аммонийного – 60…130 мг/л; хлоридов – 70…190 мг/л; а также значительных объемов фосфатов, сульфатов натрия и др. Нерастворимые вещества присутствуют в виде взвесей, причем коллоидная часть фекальных вод представлена белками, жирами, углеводами.
Содержание химически активных элементов в сточных водах некоторых промышленных предприятий приведено в таблице 5.1.
Таблица 5.1
Содержание некоторых химических элементов в сточных водах предприятий, мг/л
| Рассматриваемые элементы
| Предприятия | ||||
| пивзавод | мясокомбинат | металлургический завод | |||
| CL- | 100…300 | 900…1000 | 180…200 | ||
| SO42- | 250 | 500 | 150 | ||
|
Показатель агрессивности грунтовой воды в соответствии со СНиП 2.03.11 – 85 Защита строительных конструкций от коррозии. – Мн.; Минстройархитектуры, 2001. – 68с. приведен в таблице 5.2. Характеристики грунтовой воды вблизи фекальных и ливневых канализаций при нормальной эксплуатации сведены в таблицу 5.3.
| |||||
Таблица 5.2
Показатель агрессивности грунтовой воды
| Средняя годовая температура воздуха, 0С | Характеристика грунтовых вод2 | Степень агрессивного воздействия грунтов ниже уровня грунтовых вод | Степень агрессивного воздействия грунтов выше уровня грунтовых вод3 | ||||
|
рН | Суммарная концентрация сульфатов и хлоридов, г/л | ||||||
| В зонах влажности (по СНиП II-3-79**) | При значениях удельного сопротивления грунтов, Ом | ||||||
| до 20 | св.20 | ||||||
|
До «О» | До5 | Любая | Ср* | Влажная | Ср | Ср | |
| Св.5 | До 5 | Сл** | Сухая | Сл | Сл | ||
| Св.5 | Св. 5 | Ср | Нормальная | Ср | Сл | ||
|
От 0 до 6 | До5 | Любая | С*** | Влажная | С | Ср | |
| Св.5 | До 5 | Сл | Сухая | Ср | Сл | ||
| Св.5 | Св. 5 | Ср | Нормальная | С | Ср | ||
|
Св. 6 | До5 | Любая | С | Влажная | С | С | |
| Св.5 | До 5 | Ср | Сухая | Ср | Ср | ||
| Св.5 | Св. 5 | С | Нормальная | С | Ср | ||
*Ср – среднеагрессивная; **Cл – слабоагрессивная; ***С – сильноагрессивная.
1. Средняя годовая температура воздуха приведена в главе СНиП 2.01.01- 82.
2. Не рассматривается воздействие геотермальных вод.
3. Для сильнофильтрующих и среднефильтрующих грунтов с коэффициентом фильтрации свыше 0,1 м/сут.
|
|
|
Примечание – Степень агрессивного воздействия данных песчаных грунтов, не содержащих ил, а также содержащих донный ил и сероводород до 20 мг/л, слабоагрессивная, содержащая сероводород свыше 20 мг/л,- среднеагрессивная.
Таблица 5.3
Показатели концентрации рН и отдельных химических элементов в грунтовых водах при нормальной эксплуатации
| Диаметр коллектора, мм | Характеристики грунтовой воды | ||
| рН | Cl- | SO42- | |
| 400 | 6,85…8,90 | 35,1…63,8 | 28,7…83,0 |
| 500 | 5,18…7,10 | 81,5…84,1 | 30,1…80,0 |
| 600 | 5,16…6,30 | 29,1…61,4 | 31,4…75,1 |
| 800 | 5,14…6,20 | 28,4…71,5 | 24,1…83,1 |
| 1000 | 5,25…6,30 | 25,3…84,1 | 29,4…71,5 |
| 2400 | 5,18…6,00 | 24,3…76,5 | 25,6…71,5 |
Как видно из приведенных результатов, вода в грунте, для данных коллекторов из железобетона не является опасной по степени агрессивности. Однако при исследовании грунтовых вод в районе примыкания и аварийным участкам получены другие результаты. В частности при протечке жидкости из трубы отмечено увеличение влаги в районе примыкания. Анализ грунтовых вод в зоне поврежденных коммуникаций показал следующее содержание рН и концентрацию хлоридов и сульфатов (таблица 5.4).
|
|
|
Таблица 5.4.
Показатели концентрации рН и отдельных химических элементов в грунтовых водах вблизи аварийных коммуникаций
| Диаметр коллектора, мм | Характеристики грунтовой воды | ||
| pH | CL- | SO42- | |
| Для песков | |||
| 500 | 7,4 | 285…306 | 514…706 |
| 800 | 7,0 | 304…412 | 603…797 |
| 1000 | 6,85 | 301…506 | 705…806 |
| Для супесей | |||
| 500 | 7,4 | 260…280 | 485…611 |
| 800 | 7,0 | 301…380 | 581…741 |
| 1000 | 7,0 | 281…480 | 651…750 |
| Для суглинков | |||
| 500 | 7,3 | 250…270 | 470…540 |
| 800 | 7,0 | 280…370 | 560…714 |
| 1000 | 7,1 | 275…460 | 630…711 |
Данные таблицы 5.4 говорят о том, что среда становится сильноагрессивной. Превышение содержания CL- и SO42- по сравнению с их содержанием в канализации объясняется капиллярным подъемом жидкости в околотрубном разрушенном пространстве и параллельным испарением ее с выпадением солей CL- и SO42- в осадок, что значительно увеличивает содержание последних как в грунте, так и грунтовой воде.
Химический состав подземных инфильтрационных вод обычно меняется в зависимости от времени года.
Подземные воды используются в основном в трех направлениях: для целей питьевого и технического водоснабжения и для целей ирригации.
В строительной практике знание подземных вод необходимо для выявления степени их агрессивности по отношению к тем или иным материалам, в частности к бетону. Наиболее приемлемой считается вода, имеющая реакцию, близкую к нейтральной, не жесткая, не имеющая свободной углекислоты и содержащая малое количество сульфатов.
Реакция воды оценивается по показателю концентрации в воде водородного иона.
Все природные воды заключают в себе некоторые количества диссоциированных водородных и гидроксильных ионов согласно уравнению Н2О↔Н+ОН.
В нейтральной воде концентрация водородных ионов равна концентрации гидроксильных, т.е. Н=ОН.
В идеально чистой нейтральной воде на каждые 10 млг молекул воды приходится один ион водорода, т.е. концентрация водородных ионов для нейтрального раствора равна 10-7.
Величина концентрации водородных ионов выражается только показателем степени без отрицательного знака и обозначается рН. Следовательно, при концентрации рН=7 вода имеет нейтральную реакцию. При pH<7 вода приобретает кислую и при pH>7 щелочную реакцию; pH=0 соответствует кислоте в нормальном растворе, а рН=14 – щелочи в нормальном растворе. Чем меньше величина рН, тем более кислой, а следовательно, и более агрессивной становится вода.
Жесткость воды обуславливается присутствием в ней солей щелочно – земельных металлов кальция и магния. Один градус жесткости соответствует 10 млг СаО или 14 млг MgO, растворенных в 1л воды. При этом: 1) временная жесткость указывает на большее или меньшее присутствие в растворе бикарбонатов кальция и магния Ca(HCO3)2 и Mg (HCO3)2, выпадающих при кипячении в осадок; 2) постоянная жесткость обуславливается составом солей CaSO4, MgSO4, CaCL2, не выпадающих из раствора при кипячении воды; 3) общая жесткость, выражаемая в виде суммы временной и постоянной жесткости, свидетельствует об общем содержании в воде Са и Mg в виде солей одновременно сильных кислот HCL, H2SO4 и т.д. и слабых кислот Н2СО3.
Степень жесткости воды может характеризоваться следующими показателями, град:
очень мягкая ….. 0 – 4
мягкая ….. 4 – 8
средней жесткости ….. 8 – 16
жесткая ….. 16 – 25
очень жесткая ….. выше 25
Жесткость воды выражают в миллиграмм – эквивалентах на 1литр (мг. экв/л).
Величина сухого или плотного остатка, приводимого обычно в анализе воды, характеризует общую ее минерализацию. Воды считаются пресными при содержании сухого остатка до 1 г/л, солеными – в пределах от 1 до 35 г/л и рассолами – более 35 г/л.
Содержание в подземной воде SO4 в количестве более 200 мг/л делает эту воду агрессивной, в частности, по отношению к бетону. При воздействии такой воды на бетон содержащиеся в ней сульфаты взаимодействуют с известью. В результате этого взаимодействия в порах бетона образуются кристаллы гипса, в процессе роста которых бетон разрушается.
Усугубляет положение негативная роль жизнеспособности организмов в водонасыщенных песчаных отложениях, фильтрационная способность и водоотдача которых резко снижается по мере накопления бактериальной массы, что способствует переходу песков в плывунное состояние. О плывунных свойствах свидетельствует показатель седиментационного объема – устойчивость суспензий по времени. Для водонасыщенных песков, не имеющих свойства плывунов, эта величина не превышает 3,3 см3.
Таким образом, существование анаэробной обстановки ниже уровня грунтовых вод и активизация процессов в водонасыщенной дисперсной толще приводит к ухудшению физико – механических характеристик песчаных грунтов.
Среди анаэробных бактерий наиболее опасными для строительных материалов являются сульфатредуцирующие бактерии, которые способны восстанавливать сульфаты с образованием сероводорода:
Определение концентраций некоторых химических элементов проводят по методике приведенной ниже:
1. СО2 – берем 100 мл воды, прибавляем 5 капель фенолфталеина + 1 лопаточку соли, титруем 0,1NN2OH до устойчивой окраски:
CO2 = V·0,1·1000·44/100= V·44=мг/л,
где V – количество NaOH, пошедшее на титрование, мл.
2. НСО3 – берем 50 мл исследуемой воды, прибавляем 3 – 5 капель метилоранжа и титруем 0,1NNaCL до розовой окраски:
НСО3 = V·N·1000/a = мг·экв./л= V·0,1·1000/50= V·2= мг·экв./л·61=мг/л,
где V – количество NaCL, пошедшее на титрование, мл; а – количество воды, взятое на анализ, мл.
3. Ca+Mg – берем 50 мл исследуемой воды, насыпаем 1 лопаточку индикатора ЕТ – ОО + NaCL+ 5мл буферного раствора. Раствор должен быть фиолетовым. Если получится другой цвет, то добавляем 5 мг гидроксамония и титруем трилоном Б до голубовато – синей окраски:
Ca+Mg – V·2=мг/л·2,8=град.,
где V – количество трилона Б, ушедшее на титрование, мл.
4. Mg++ - к 50мл воды приливаем несколько капель метилоранжа и титруем 0,1NNaCL до перехода окраски в розовую, затем приливаем Na2C2O4 – 3-4 мл. (щавелекислый натрий – насыщенный раствор). Удаляем СО2 продуванием или кипячением, затем приливаем 3 – 5 капель фенолфталеина. Приливаем 0,1NNaOH до изменения окраски в розовый цвет. Затем добавляем несколько капель 0,1NNaCL до желтой окраски. Титруем стеориновокислым калием до изменения окраски в ярко – розовую:
Mg= V·N·12,16·1000/a= мг/л, Mg= V·N·1000/a=мг.экв./л
5. Ca" – расчетный способ – результат определения (Ca+Mg), мг.экв/л, разделить на 3 равно n.
Са=n·2=мг.экв./л·20,04 мг/л
Если нет реактивов, нужных для определения Mg", его можно рассчитать: Mg= (Ca+Mg)мг.экв/л – Са(мг.экв/л)=мг.экв/л·12,6=мг/л.
6. CL' – к 50 мл. исследуемой воды добавляем 3 – 5 капель1%-го хромовокислого калия (KCr2O4), титруем 0,1N раствором азотнокислого серебра (AgNO3) до изменения окраски в бурый цвет:
CL' = V·N·1000·35,46/a= мг/л : 35,46= мг.экв/л,
где V – количество AgNO3, ушедшее на титрование, мл; N – нормальность AgNO3; a – количество воды, взятое на анализ, мл; 35,46 – эквивалентный вес CL.
7. NH4 – в пробирку наливаем 5 мл исследуемой воды, добавляем несколько крупинок сегнетовой соли, затем приливаем 0,5 мл раствора Несслера. Взбалтываем в течение 4 – 5 мин и сравниваем со стандартной шкалой (результат – в мг/л).
8. SO4 – в мерную колбу отфильтровываем через фильтр «красная лента» 100мл исследуемой воды, ставим на плитку и выпариванием доводим его объем до 50…70 мл. В горячем состоянии подливаем раствор 2 – 3 каплями концентрированной соляной кислоты, прибавляем 5 капель метилового спирта. В горячем состоянии подкисляем раствор 2 – 3 каплями концентрированной соляной кислоты, прибавляем 5 капель метилоранжа и при перемешивании вливаем 10 – 15 мл 10%-го раствора хлористого бария (BaCL2). Раствор BaCL2 должен быть подогретым предварительно на водяной бане.
Раствор с осадком оставляем на теплой плитке на 3 часа, а затем на ночь на холоде. На следующий день фильтруем через фильтр «синяя лента». Промываем осторожно фильтр, доливая в него дистиллированную воду до отрицательной реакции на CL (≈150 мл). Фильтр с осадком кладем в тигель и прокаливаем в муфельной печи при 8000С. Затем взвешиваем (обычно на следующий день) тигель на аналитических весах до пятого значка и рассчитываем по формуле:
SO4= P·1000·0,4115=мг/л : 48,03мг.экв./л,
где Р – масса прокаленного осадка минус фильтр (0,00016); 0,4115 – переводной коэффициент сульфата бария на барий.
На основании полученных результатов выдается заключение о химическом составе грунтовой воды.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 354; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!