Химический состав подземных вод.

Вода как агрессивная природная среда к строительным конструкциям

Все подземные воды содержат в растворенном состоянии определенное количество солей, газов, а также органических соединений.

Растворенные в воде газы (О, СО₂, СН4, H2S и др.) обусловливают степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Количество растворенных солей не должно превышать 1 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья человека химических элементов (уран, мышьяк и др.) и болезнетворных бактерий.

В подземных водах наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. Подземные воды разделяются на пресные (до 1 г/л растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые (10—35 г/л) и рассолы (более 35 г/л). Количество и состав солей устанавливается химическим анализом в миллиграммах на литр (мг/л) или в миллимолях на литр (ммоль/л).

Присутствие солей придает воде такие свойства, как жесткость и агрессивность.

Жесткость подземных вод обусловлена количеством растворенных в воде ионов Са²⁺ и Mg²⁺ и выражается в миллимолях на литр. Различают

1. общую жесткость, вызванную содержанием в воде всех солей кальция и магния: Са(НСО₃)₂; Mg(HCO₃)₂, CaSO4, MgSO₄, CaCl₂, MgCI₂;

2. карбонатную, или временную, обусловленную содержанием бикарбонатов кальция и магния, удаляемых кипячением (выпадают в °садок в виде карбонатов);

3. некарбонатную, или постоянную, остающуюся в воде после устранения бикарбонатов. По общей жесткости природные воды разделяют на 5 групп:

Оценка воды Жесткость, ммол/л

Очень мягкая.............................. до 1,5

Мягкая............... 1.5—3,0

Умеренно мягкая...................................... 3—6

Жесткая.................................... 6—9

Очень жесткая.......................................... выше 9

Жесткие воды образуют накипь в котлах, в них плохо образуется мыльная пена и т. п.

Агрессивность подземных вод выражается в разрушающем воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности на портландцемент. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности воды по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород.

1. Агрессивность по содержанию бикарбонатной щелочности (агрессивность выщелачивания) определяется по величине карбонатной жесткости. Поземная вода агрессивна к бетону при карбонатной жесткости 4—2,14 ммоль/л (в зависимости от типа цемента в составе бетона),а при более высоких показателях вода становится неагрессивной.

2. Агрессивность по водородному показателю (общекислотная агрессивность) оценивается по величине рН. В пластах с высокой водопроницаемые она агрессивна при рН=6,7—7,0, а в слабопроницаемых— при рН=5

3. Агрессивность по содержанию свободной углекислоты (СО₂) (углевая агрессивность) устанавливается по содержанию диоксида углерода Различают свободную, связанную и агрессивную углекислоту.

Агрессивная углекислота определяется экспериментально и расчетом, вода считается агрессивной при содержании углекислоты >15 ммол/л в хорошо проницаемых грунтах и >55 ммоль/л для слабоводопроницаемых грунтов.

4. Агрессивность по содержанию магнезиальных солей определяется содержанию иона Mg²⁺. В слабофильтрующих грунтах воды агрессивны при содержании магния >2000 мг/л, а в остальных грунтах >;1000мг/л.

5. Агрессивность по содержанию едких щелочей оценивается по количеству ионов К⁺ и Na⁺. Воды агрессивны к бетону при содержании этих ионов >80 г/л в хорошо водопроницаемых и >50 г/л в слабопроницаемыхгрунтах.

6. Сульфатная агрессивность. Этот тип агрессивности определяется по содержанию ионов SО₄^2-. В высоко водопроницаемых грунтах она зависит от содержания иона С1^-. При содержании сульфат-ионов менее 250—300 мг/л во всех грунтах вода неагрессивна, во всех остальных случаях — агрессивна, даже к специальным цементам.

Агрессивность по содержанию хлоридов, сульфатов, нитратов и других солей и едких щелочей связана обычно с искусственными источниками загрязнения грунтовых вод при суммарном содержании (агрессивных ионов >10 г/л.

Агрессивность подземных вод устанавливают сопоставлением данных химических анализов воды с требованиями СНиП 2.02.11—85. Для борьбы с ней используют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных частей зданий и сооружений, понижают уровень грунтовых вод устройством дренажей и т. п.

 

4. Классификация и характеристика типов подземных вод

Подземные воды классифицируют по ги дравлическому признаку — безнапорные и напорные, и по условиям залегания в земной коре—верховодка, грунтовые воды, межпластовые воды (рис. 50). Помимо этих главных типов существует еще ряд подземных вод, таких как трещинные, карстовые, минеральные и т.

Верховодка. Верховодкой называют временные скопления вод в зоне аэрации, которые располагаются над горизонтом грунтовых вод, где часть пор грунта занята воздухом. Верховодка образуется над небольшими водоупорами типа линзы глин и суглинков в песке, над прослойками более плотных пород и т. д. (рис. 50), при инфильтрации воды в период обильного снеготаяния, дождей. В остальное время вода верховодки испаряется и просачивается в нижеследующие грунтовые воды.

В целом для верховодки характерно: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безна-порность. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и др.), она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляции.

При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным.

Грунтовые воды. Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод залегающие на первом от поверхности водоупоре.

1. Грунтовые воды безнапорны, имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом (или уровень). Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания уровня от поверхности различна — от 1 до 50 м и более. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют водоупорным ложем, а расстояние от него до

уровня подземных вод— мощностью водоносного слоя (рис. 51).

2. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков,

водоемов и рек. Территория питания совпадает с площадью распространения грунтовых вод. Грунтовая вода открыта для

загрязнения различными вредными примесями.

3. Грунтовые воды образуют потоки, которые направлены в сторону уклона водоупора (рис. 51).

4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят

геологии местности и климатических факторов.

В практике строительства чаще всего приходится встречаться именно

грунтовыми водами. Они создают большие трудности при производстве

строительных работ (заливают котлованы, траншеи и т. д.) и мешают

нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Межпластовыми водами называют водоносные горизонты, располагающиеся между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными, последние иначе называют артезианскими.

Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко,

водоносные слои заполнены водой лишь частично (рис. 51).

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных

слоев под наклоном к горизонту или в виде изгиба (складки) (рис. 50

и 52). Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.

Отдельные части водоносных слоев залегают на различных высотных

отметках. Это и создает напор подземных вод. Область питания, как

правило, не совпадает с площадью распространения межпластовых вод.

Напорность вод характеризует пьезометрический уровень. Он может

быть выше поверхности земли или быть ниже ее. В первом случае, выходя

через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором — поднимается

лишь до пьезометрического уровня.

Многие артезианские бассейны, например Доно-Донецкая впадина, занимают огромные площади, содержат ряд водоносных горизонтов являются важным источником питьевой воды.