Агрессивность подземных вод по отношению к бетону и металлам
Обновлено: 05.10.2024
К основным физическим свойствам подземных вод относят: цвет, прозрачность, температура, запах, вкус, плотность.
Подземная вода циркулирует по порам и трещинам горных пород, растворяя их, обогащая солями и газами. В связи с большим разнообразием химического состава подземные воды не имеют единой классификации.
Для записи химического состава подземных вод применяют формулу Курлова – это псевдодробь, в числителе которой записывают анионный состав воды в % - экв. в убывающем порядке, а в знаменателе – катионный (ионы, содержание которых составляет менее 10%-экв. в формулу Курлова не входят). Передодробью записывают общую минерализацию. После дроби – содержание газов и специфических элементов, температуру и Q источника в л/час.
При оценки качества воды играет значительную роль общая минерализация, рН, жесткость.
Общая минерализация – общее содержание в воде растворённых солей. Определяется путем выпаривания воды при температуре105-110 0 С. По минерализации подземные воды подразделяют на:
сверхпресные – менее 0,2г/л; соленые –10-35г/л;
пресные – 0,2-1г/л; рассолы – более 35г/л.
Для питьевых целей используют воду пресную с минерализацией до 1г/л. В отдельных случаях, по согласованию с санитарно эпидемиологической службой, используют воду с минерализацией – 1,5-2г/л (в южных пустынных районов), т.е. слабосолоноватые.
Важной характеристикой химического состава подземных вод является концентрация водородных ионов в них, т.е. величина рН. По рН судят о характеристике активной реакции воды. По рН подземные воды делятся на:
рН = 7 – нейтральные;
рН > 9 – высокощелочные.
Для питьевых целей обычно используют подземные воды с рН от 6,5 до 8,5.
Следующий существенный показатель качества подземных вод является их жесткость. Жесткость – это свойство воды, обусловленное содержанием в воде ионов Са и Мg. За единицу жесткости принимают 1мг-экв/л Са и Мg, растворенных в 1 литре воды, что соответствует 20,04мг Са или 12,16 мг Мg в 1 литре воды. По степени жесткости подземные воды классифицируют на:
умеренно жесткие (3,0-6,0);
очень жесткие (>9.0)
Питьевая вода не должна иметь жесткость более 7 мг-экв/л (в южных районах может больше, но не более 11 мг-экв/л.)
Агрессивные подземные воды по отношению к бетону и металлам
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии на цемент, растворение его, что опасно для фундаментов и различных подземных сооружений. Агрессивность зависит от кислотности
подземных вод и скорости их движения. Отмечают следующие основные виды агрессивности подземных вод по отношению к бетону или металлу:
1. Общекислотная агрессивность оценивается по величине рН:
агрессивна в глинистых грунтах.
2. Сульфатная агрессивность оценивается по содержанию в воде
иона SO4: для песков вода агрессивная при SO4>1г/л, для суглинков – SO4>1,5
3.Магнезиальная агрессивность оценивается по содержанию в
воде ионов Мg: если Мg >2г/л – вода агрессивна в песчаных грунтах, если Мg
>5г/л – в глинистых.
4. Карбонатная агрессивность оценивается по содержанию в воде углекислоты. Оценивается только в песчаных грунтах, где СО2 должно
быть не более 8 мг/л.
При наличии агрессивных подземных вод организуют специальные мероприятия по борьбе с этим явлением:
Жёсткость и агрессивность подземных вод
Жёсткость воды – свойство обусловленное содержанием ионов кальция и магния. Жёсткая вода даёт большую накипь, в сосудах.
Жёсткость выражается количеством миллиграмм эквивалент кальция и магния.
1 мг эквивалент – в 1 л воды содержатся 20,04 мг иона кальция или 12,6 магния.
В других странах 1 мг эквивалент = 28°
По жёсткости воду различают:
· средней жесткости 3 – 6 мг эквивалент
· жесткую 6 – 9 мг эквивалент
· очень жесткую > 9 мг эквивалент
Наилучшим качеством вода обладает не < 7 мг эквивалент на 1 л.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворимых в воде солей на строительные материалы, особенно на портландцемент.
В строительных нормах оценивается степень агрессивности воды и учитывается коэффициент фильтрации грунтов. Это обусловлено различием скорости движения воды, чем выше, тем больше контакт с поверхностью бетона.
По отношению к бетону различают виды агрессивности:
1. Общекислотная оценивается величиной рН, в песках вода агрессивна, если рН < 7 , в глинах рН < 5
2. Сульфатная содержание ионов SO4 в количестве > 200 мг/ л вода агрессивна.
Агрессивность вод устанавливается при сравнении химических анализов воды с требованием нормативов. После этого определяют меры борьбы с ней: специальных цементов, гидроизоляция, снижение уровня воды дренажными системами.
Воздействие на металлы: это окисление металлической поверхности под действием кислорода, растворенного в воде.
Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них углекислот органических и минеральных кислот, солей тяжёлых металлов, сероводорода, хлористых и других солей.
Повышение температуры подземной воды, электрические токи увеличивают коррозию.
Лекция 4. Грунты
Грунты – это горные породы, находящиеся в сфере действия инженерных сооружений. Грунтоведение изучает, в основном, нескальные грунты, такие как рыхлые и глинистые породы. Массивные (скальные) грунты достаточно прочные со строительной точки зрения. Рыхлые и глинистые грунты характеризуются отсутствием жестких связей между частицами и обладают непостоянными физико-механическими свойствами. Основой рыхлых грунтов являются твердые минеральные частицы, создающие каркас грунтов. Поры грунтов занимают газы и вода. Твердые частицы бывают органические и минеральные. Минеральные частицы состоят из первичных, которые перешли в состав грунта из материнской породы, и вторичных, образовавшихся уже после образования грунта. Первичные представляют собой обломки кварца, чешуйки слюды, вторичные – это глинистые минералы. Грунты, содержащие органические вещества называются торфом и гумусом.
Торф – полуразложившаяся масса растительных остатков.
Гумус – органо-минералогическое соединение, связанное с жизнедеятельностью микроорганизмов. Грунт характеризуется гранулометрическим составом. Это разделение частиц по крупности зерен. Крупность зерен определяет путем просеивания через сито определенного размера.
Грунты характеризуются следующими свойствами: удельным весом, пористостью. В грунте значительное место занимают поры, пустоты, трещины. Это связанно с условиями происхождения грунтов.
В зависимости от состава и строительных свойств грунты подразделяются на основные классы.
1) Скальные – магматические (гранит, диорит), метаморфические (гнейс, кварцит) и осадочные породы (известняк, песчаник).
2) Полускальные – трещиноватые, сильно выветренные скальные породы, а так же осадочные породы (гипс, мел).
3) Крупнообломочные – несцементированные породы из обломков кристаллических или сцементированных осадочных пород (щебень, гравий), содержащих более 50% (по весу) обломков размеров свыше 2 мм .
4) Песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты. не обладают свойствами пластичности и cодержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм .
5) Глинистые - связанные в сухом состоянии грунты, для которых число пластичности больше единицы (супеси, суглинки, глины).
6) Почвы – это особый вид горных пород, отличительной чертой которых является плодородие. Мощность почвенного покрова достигает десятки сантиметров, для черноземов 1…2 м.
7) Искусственные грунты – это грунты созданные в результате строительной и производственной деятельности человека, а так же грунты, свойства которых целенаправленно улучшены человеком. Они разделяются на насыпные и улучшенные.
8) Насыпные – представляют собой искусственные образования, созданные в строительных целях, являются следствием деятельности человека. Строительные насыпи создаются с заранее заданными свойствами.
Общая инженерно – геологическая классификация грунтов предоставлена в ГОСТ 25100-95, распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию, обязательную к применению при производстве инженерно-геологических изысказаний.
Классификация грунтов включает 6 таксонометрических единиц по следующим группам признаков:
Класс – по характеру структурных связей.
Группа – по происхождению.
Подгруппа – по условиям образованию.
Тип – по петрографическому составу, гранулометрическому составу и степени его неоднородности числу пластичности.
Вид – по структуре, текстуре, составу цемента, плоскости сложения, относительному содержанию и степени уплотнения от собственного веса.
Разновидность – по физическими, химическим свойствам и состоянию.
Тип скальных грунтов
Устанавливается по их петрографическому составу на основании качественных характеристик.
Грунты различают по приделу прочности в водонасыщенном состоянии Rс, мПа:
· очень прочные ………….…………. более 120
· средней прочные…………………… 50-15
· малопрочные…………………………. от 15 до 5
· пониженной прочности…………. от 5 до 3
· низкой прочности ………………. от3 до 1
· весьма низкой прочности………. менее 1
Нескальные грунты
Являются дисперсными, т.е. состоят из обломков различной крупности. Значительный диапазон размеров частиц, разнообразное соотношение компонентного состава, различная природа структурных связей и многообразие структурно – текстурных особенностей нескальных грунтов различного генезиса обуславливают исключительно широкий диапазон свойств этих грунтов, поверхность разнообразным геологическим процессам.
Важное значение имеет гранулометрический состав дисперсных грунтов, т.е. содержание в них частиц различных размеров.
| Наименование фракций | Размер обломков, мм. |
| Валунная (глыбовая) | Более 200 |
| Галечная (щебенистая) | 10-200 |
| Гравинистая (дресвяная) | 2-10 |
| Песчаная | 0,05-2 |
| Пылеватая | 0,005-0,05 |
| Глинистая | Менее 0,005 |
Лекция 5. Геоморфология, формы рельефа
Наука, занимающаяся изучением рельефа, его происхождением и развитием называется геоморфологией.
Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его безаварийной службы.
Рельеф – это совокупность всех форм поверхности – возвышений, равнин и углублений. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми, сложными. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов на Земле.
По своему происхождению формы рельефа подразделяются в зависимости от преобладающего фактора – силы, вызвавшей образование данной формы. Прежде всего их делят на две большие группы:
– формы рельефа, обусловленные деятельностью эндогенных сил, т.е. тектоникой земной коры;
– формы рельефа, обусловленные деятельностью экзогенных сил на поверхности земли.
По происхождению все формы подразделяются на: тектонические, эрозионные и аккумулятивные.
Тектонические возникают в процессе движения земной коры, при этом образуется рельеф земли.
Эрозионные – связаны с разрушительной работой текучих вод и активно меняют свои очертания во времени.
Аккумулятивные формы – являются следствием накопления продуктов выветривания.
Формы рельефа на каждой территории встречаются в определенных сочетаниях, что придает им своеобразный облик. Рассмотрим три основных типа рельефа: равнинный, холмистый и горный.
Равнина – это тип рельефа, который отличается малыми колебаниями высот, не входящих за пределы 200 м. Подразделяются:
– по отношению к уровню моря - отрицательные (депрессии, впадины), лежащие ниже уровня моря; низменные, в пределах от 0 до 200 м над уровнем моря; возвышенные с отметками от 200 до 500 м; нагорные, имеющие отметки поверхности свыше 500 м;
– по общей форме поверхности – горизонтальные, наклонные, вогнутые и выпуклые;
– по глубине, степени и типу расчленения – плоские, нерасчлененные или слаборасчлененные, мелкорасчлененные, глубокорасчленные.
Холмистый рельеф представляют собой поверхность земли, на которой часто чередуются возвышенности (холмы) с высотами не более 200 м и понижения в виде ложбин и котловин. Холмистый рельеф нередко занимает большие площади и представляет собой переходный тип рельефа между равнинным и горным.
Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более 200 м возвышенности (горы, хребты) и понижения (долины, впадины, котловины). По происхождению горы принято делить на тектонические, вулканические и эрозионные.
Лекция 6 . Инженерно-геологические изыскания
Инженерно-геологические изыскания выполняются при проектировании различных зданий, сооружений и их комплексов. В необходимых случаях они могут быть продолжены в период строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации объектов. В состав инженерных изысканий, помимо инженерно-геологических входят и другие виды изысканий:
Инженерно-геодезические – получение топографо-геодезических материалов, данные о рельефе местности.
Инженерно-гидрометеорологические – климатические условия, гидрологический режим рек.
Инженерно-экологические – оценка и прогноз современного экологического состояния.
Инженерно-геологические изыскания (ИГИ) – производственный процесс получения, накопления и обработки инженерно-геологической информации для обеспечения строительного проектирования исходными данными об инженерно-геологических условиях района.
Объем и содержание ИГИ в каждом конкретном случае зависит от:
- категории сложности инженерно-геологических условий района (простых, средней сложности и сложные);
- степени их изученности;
- стадий (этапов) проектирования;
- вида (назначения) сооружения и уровня его ответственности.
Наиболее значительные объемы буровых, опытных и других видов работ выполняют при инженерно-геологических изысканиях для строительства зданий и сооружений повышенного уровня ответственности в сложных инженерно-геологических условиях.
Основанием для производства инженерно-геологических изысканий является договор между Заказчиком и Исполнителем инженерно-геологических изысканий.
Инженерно-геологические изыскания для строительства выполняются последовательно на различных стадиях (этапах).
Различают следующие основные стадии работ:
- предпроектную (она включает прединвестиционную документацию, градостроительную документацию и обоснование инвестиций в строительство);
- проектную (в состав входят проект и рабочая документация для строительства сооружения).
Предпроектная документация разрабатывается с целью обоснования целесообразности строительства объекта, выбора строительных площадок и направления магистральных транспортных и инженерных коммуникаций, основ генеральных схем инженерной защиты от опасных геологических процессов и др.
При проведении инженерно-геологических изысканий на стадии проект перечень изысканий не меняется, но увеличивается детальность их проведения.
Инженерно-геологические изыскания начинают со сбора и обработки материалов изысканий и исследований прошлых лет. Важно располагать также данными о возможных деформациях зданий и сооружений и их причинах на исследуемой территории, существующих способах инженерной защиты, наличии грунтовых строительных материалов, источниках питьевого водоснабжения и др.
Все эти данные можно получить из инженерно-геологических отчетов, хранящихся в территориальных геологических фондах, техархивах трестов инженерно-геологических изысканий (ТИЗИС), проектных и строительных организаций, фондах городских и областных архитектурных управлений, и других источников.
Буровые и горнопроходческие работы являются важнейшей частью инженерно-геологических исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок выясняют геологическое строение и условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов, проводят опытные работы и стационарные наблюдения.
Агрессивность подземных вод к строительным конструкциям
Воды определенного химического состава могут оказывать разрушающее действие на бетонные и металлические конструкции, фильтры скважин, обсадные трубы, насосы и т. д. Подземная вода, разрушающая бетон и металл, считается агрессивной.
Агрессивное действие вод на бетон проявляется в растворении его основного компонента — карбоната кальция, а также в образовании солей CaSО4 • 2HL,0, MgSО4 • 2Н20 и сульфоалюминага кальция («цементная бацилла»), вызывающего вспучивание и крошение бетона.
В зависимости от присутствия в воде тех или иных компонентов различают несколько видов агрессивности подземных вод к бетону (табл. 5.3).
Таблица 5.3 - Виды агрессивности подземных вод по отношению к бетону
Степень агрессивного воздействия подземных вод на арматуру железобетонных конструкций оценивается по суммарному содержанию в них сульфатов и хлоридов.
Количественные критерии оценки вида и степени агрессивности подземных вод к бетону и железобетону приводятся в СНиП 2.03.11 — 85 «Защита строительных конструкций от коррозии».
По степени воздействия на строительные конструкции подземные воды, согласно данному СНиПу разделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. В нормах помимо химического состава воды учитывается также коэффициент фильтрации пород, толщина конструкций и марка бетона по водонепроницаемости.
Агрессивность подземных вод определяется сопоставлением данных химического анализа воды с требованиями СНиП 2.03.11—85.
Приведем пример оценки сульфатной агрессивности грунтовых вод по одной из скважин (табл. 5.4). Грунтовые воды имеют общую минерализацию 2986,0 мг/л, содержание сульфатов в пересчете на SО4 2- — 1620,5 мг/л
Меры борьбы с агрессивностью подземных вод могут быть различными: применение сульфатостойких цементов, гидроизоляция подземных частей сооружения, дренаж и др.
Агрессивное действие вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозией по отношению к железу и другим металлам. Примером может служить окисление (разъедание) металлических поверхностей с образованием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде:
Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода (с величиной общей жесткости менее 3,0 мг-экв/л) действует значительно агрессивнее, чем жесткая. Наибольшему разъеданию могут подвергаться металлические конструкции под влиянием сильно кислых (pH < 4,5) и сильно щелочных вод (pH >9,0). Коррозии способствует повышение температуры подземной воды, увеличение скорости ее движения, электрические токи.
Оценка коррозионной активности вод по отношению к некоторым металлам производится по действующему ГОСТу
Оценка агрессивных свойств вод
При определенном химическом и газовом составе подземная вода может разрушительно действовать на бетон и металлы. Ниже приведены виды агрессивности воды по отношению к бетону.
Агрессивность выщелачивания проявляется в растворении карбоната кальция, входящего в состав бетона. Эта агрессивность возможна при малом содержании в воде (0,4…1,5 ммоль/д м ). В такой воде равновесной углекислоты СО2 значительно меньше, чем , и избыток СО2 растворяет СаСО3.
Углекислотная агрессивность обусловлена действием на бетон агрессивной СО2 Опасное содержание ее в воде устанавливают в зависимости от количества НСО3, минерализации воды и от условий, в которых возможно проявление агрессивности (коэффициент фильтрации, напор, сорт цемента и т.д.) При наиболее опасных условиях максимально допустимое содержание агрессивной СО2 составляет 3 мг/дм 3 , при наименее опасных – 8,3 мг/дм 3 .
Общекислотная агрессивность, характерная для кислых вод, зависит от содержания свободных водородных ионов. Этот вид агрессии возможен при рН 5,0…6,8.
Сульфатная агрессивность, обусловлена взаимодействием сульфатов, растворенных в воде, с карбонатом кальция бетона. В результате образуются СаSO4 2H2O и 3CaO Al2O3 3СаSO4 и H2O. Образование этих солей в порах бетона сопровождается резким увеличением их объема, что приводит к разрушению бетона.
Допустимое количество устанавливают с учетом условий, в которых находится сооружение, и содержания ионов хлора. При сульфостойких цементах агрессивность возможна, если в воде содержится более 250 мг/дм 3 .
Магнезиальная агрессивность проявляется в разрушении бетона водой с повышенным количеством Мg 2+ которое устанавливают в зависимости от содержания , сорта цемента, условий и конструкции сооружений.
Кислородная агрессивность свойственна водам, богатым растворенным кислородом, проявляется преимущественно на металлических конструкциях.
Ход выполнения работы
2.6.1 По данным анализов в весовой форме (приложение) рассчитать молярную и процент – молярную формы выражения химического состава воды. Результаты расчёта занести в таблицу 5.
2.6.2 Рассчитать жесткость воды, выразив её в моль и немецких градусах жесткости (таблица 5).
2.6.3 Определить минерализацию в г/дм 3 (таблица 5).
2.6.4 Определить класс, группу и тип воды по классификации И.О. Алекина. Результаты записать в виде символов (таблица 5).
2.6.5 Записать химический состав воды в виде формулы Курлова.
2.6.6 Построить треугольники анионного и катионного состава, нанести точки содержания анионов и катионов, указав номера анализов.
2.6.7 Изобразить химический состав воды на графике – квадрате П.И. Толстихина, указав номера анализов (рисунок 5).
2.6.8 Провести проверку правильности нанесения точек на графиках, с точки зрения соответствия их положения классификации О.А. Алекина.
2.6.9 Изобразить химический состав проб воды в графиках – прямоугольниках.
2.6.10 Построить гидрохимический профиль А.А. Бродского.
2.6.11Оценить пригодность воды для различных целей пользуясь таблицами и формулами приведёнными в рекомендации.
Заключение
Вода является сильнейшим растворителем горных пород и представляет раствор сложного состава с очень широким диапазоном содержания растворенных веществ как по числу, так и по концентрации. Химический состав воды определяет возможность применения её для различных целей (хозяйственно-питьевого использования, орошения), а также агрессивное свойство по отношению к цементу бетона. Количественное содержание этих ионов в исследуемой воде устанавливается методами аналитической химии.
Основываясь на знаниях, полученных по курсу «Общая химия» проделать анализ химического состава природных вод, уметь графически изображать их результаты, оценивать пригодность для различных целей.
Библиографический список
1 Короновский Н. В. Геология: учебник для студ. вузов, обуч. по экологическим спец.: допущено УМО по образованию/ Н. В. Короновский, Н. А. Ясаманов. - 5-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 446 с.
2 Суворов А. К. Геология с основами гидрологии: учеб. пособие для студ., обуч. по спец. 320400 "Агроэкология" и 310100 "Агрохимия и агропочвоведение"/ А. К. Суворов. - М.: КолосС, 2007. - 207 с.
3 Короновский Н. В. Историческая геология: учебник для студ. вузов, обуч. по спец. "Геология": допущено М-вом образования РФ/ Н. В. Короновский, В. Е. Хаин, Н. А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 458 с.
4 Практическое руководство по общей геологии: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 011100 "Геология" : допущено УМО по образованию/ [А. И. Гущин и др.] ; под ред. Н. В. Короновского. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2007. - 158 с.
5 Толстой М.П., Малыгин В.А. Геология и гидрогеология. М.: Недра, 2002.
6 Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Павлинов, А.Е. Михайлов, Д.С. Кизевальтер и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 2004. – 149 с.
7 Абдрахманов Р. Ф. Гидрогеоэкология Башкортостана/ Р. Ф. Абдрахманов; РАН, Уфимский научный центр, Ин-т геологии, Башкирский ГАУ. - Уфа: Информреклама, 2005. - 344 с.
б) дополнительный
1 Кац Д. М. Основы геологии и гидрогеология: учебник для студ. высш. с.-х. учеб. заведений по спец. 1511 - "Гидромелиорация"/ Д. М. Кац. - 2-е изд., перераб. и доп.. - М.: Колос, 1981. - 351 с.
2 Абдрахманов Р.Ф. Техногенез в подземной гидросфере Предуралья // УАЦ РАН, Уфа, 1993.
3 Ершов В. В. Основы геологии: Учеб. для негеол. спец. вузов/ В. В. Ершов, А. А. Новиков, Г. Б. Попова. - М.: Недра, 1986. - 310 с.
4 Кейльман Г. А. Основы геологии: Учебник/ Г. А. Кейльман, В. Б. Болдырев. - 2-е изд.,перераб.и доп.. - М.: Недра, 1991. - 287 с.
5 Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970 г. – 442 с.
6 СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. М.: Госкомэпидемнадзор России, 2001, 111 с.
7 Резников А.А., Муликовская Е.Н., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. М.: Недра, 1970 г. – 488 с.
Физические и химические свойства подземных вод, их жесткость, агрессивность
При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органолептические свойства воды. Органолептические свойства могут резко ухудшаться при попадании в воду естественным или искусственным путем различных примесей.
Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенностей геологического строения, климатических условий и т. д. Различают воды холодные (температура от 0 до 20 °С), теплые, или субтермальные, воды (20—37 °С), термальные (37—100 °С), перегретые (свыше 100 °С). Очень холодные подземные воды циркулируют в зоне многолетней мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7—11 °С.
Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают механические примеси. Прозрачность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с составом растворенных веществ: соленый — от хлористого натрия, горький — от сульфата магния и т. д. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения (сероводород и др.) или гниющих органических веществ.
Плотность воды — масса воды, находящаяся в единице ее объема. Максимальная она при температуре 4 °С. При повышении температуры до 250 °С плотность воды уменьшается до 0,799 г/см3, а при увеличении количества растворенных в ней солей повышается до 1,4 г/см3. Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающим, на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 105 Па. Коэффициент сжимаемости подземных вод составляет 2,5 • 10~5. 5 • 10-5 Па, т. е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод.
Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость подземных вод уменьшается.
Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в них солей и выражается величинами удельных сопротивлений от 0,02 до 1,00 Ом м.
Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газообразной эманации радия-радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации — сотые и тысячные доли (мг/л) некоторых радиоактивных элементов — могут быть вредными для здоровья человека.
Жесткость и агрессивность подземных вод связаны с присутствием солей. Жесткость воды — это свойство, обусловленное содержанием ионов кальция и магния, т. е. связанная с карбонатами, и вычисляется расчетным путем по общему содержанию в воде гидрокарбонатных и карбонатных ионов. Жесткая вода дает большую накипь в паровых котлах, плохо мылится и т. д. В настоящее время жесткость принято выражать количеством миллиграмм-эквивален-тов кальция и магния.В других странах жесткость измеряют в градусах (1 мг-экв = 28°). По жесткости воду разделяют на мягкую (менее 3 мг-экв или 8,4°), средней жесткости (3—6 мг-экв или 8,4°), жесткую (6—9 мг-экв или 16,8—25,2°) и очень жесткую (более 9 мг-экв или 25,2°). Наилучшим качеством обладает вода с жесткостью не более 7 мг-экв. Жесткость бывает постоянной и временной. Временная жесткость связана с присутствием бикарбонатов и может быть устранена кипячением. Постоянная жесткость, обусловленная серно-кислыми и хлористыми солями, кипячением не устраняется. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности, на портландцемент. Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород.
По отношению к бетону различают следующие виды агрессивности подземных вод:
• общекислотная — оценивается величиной pH, в песках вода считается агрессивной, если pH < 7, а в глинах — рН< 5;
• сульфатная — определяется по содержанию иона SO^-; при содержании SO2- в количестве более 200 мг/л вода становится агрессивной;
• магнезиальная — устанавливается по содержанию иона Mg2+;
• карбонатная — связанная с воздействием на бетоны агрессивной углекислоты, этот вид агрессивности возможен только в песчаных породах.
Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Примером может служить окисление (разъедание) металлических поверхностей с образованием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде: 2Fe + 02 = 2FeO
Читайте также: