Header Image

Недавно увидело свет издание, посвященное результатам исследований населения городских агломераций - Demographia World Urban Areas.

Подробнее ...
7.3 Защита подземных конструкций от агрессивных сред Печать E-mail
15.12.2014 13:36

Снижение агрессивности подземных вод и грунтов возможно с применением геохимических барьеров сульфатного класса. В качестве реагента для осаждения сульфатов предлагается использовать растворимые соединения бария, который будет их связывать в нерастворимые соединения
Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓ (барит)

Природные аналоги формирования этого геохимического барьера, характеристика и устойчивость барита рассмотрены в разделе 3. В качестве реагента целесообразно применять гидроокись и хлорид бария. Хлорид бария имеет высокую растворимость в воде, что позволяет использовать концентрированные растворы. Растворимость гидроокиси бария на порядок ниже, однако при ее использовании, в случае необходимости, нейтрализуется кислая реакция среды, и в подземные воды не вносятся дополнительные анионы.
Опытные работы по нейтрализации агрессивных сред проводились на двух участках. На первом, где подземные воды обладали сильной сульфатной агрессивностью (СНиП 2.03.11-85), пробурены две скважины: одна - для засыпки реагента, другая - для наблюдения. После засыпки хлорида бария вода в наблюдательной скважине в скором времени становится неагрессивной по отношению к бетону. К концу четвертого месяца наблюдений концентрация SO42- снизилась в 10 раз (рис. 7.12).
Второй опытный участок со средней сульфатной агрессивностью (среднее по 4 скважинам содержание SO42- - 1,22 г/л) включал канаву для засыпки реагента (гидроокиси и хлорида бария) и четыре наблюдательные скважины, расположенные ниже по потоку подземных вод. После засыпки реагента в течение более чем двух лет во всех скважинах прослеживается тенденция к уменьшению содержания SO42-, вода потеряла агрессивность (рис. 7.7). На завершающем этапе наблюдений среднее содержание SO42- составляло 0,04 г/л.
Проведенные работы показали, что подземные воды, обладавшие средней и сильной сульфатной агрессивностью, становятся неагрессивными по отношению к бетону. Содержание хлоридов и рН на протяжении всего периода наблюдений ниже значений, которые бы делали воды агрессивными по этим показателям СНиП 2.03.11-85.


Рис. 7.12. Результаты опытно-промышленных работ по снижению сульфатной агрессивности (степень агрессивности дана с учетом содержания HCO3-)

В результате внесения реагентов существенно изменилась геохимическая активность грунтов. По результатам водной вытяжки общее содержание растворимых солей в грунте на участке 2 уменьшилось в 2,5 раза и к концу наблюдений составляло 2,69 г/кг, содержание SO42- уменьшилось в 3 раза и имело значение 1,30 г/кг. Содержание растворимых солей в 1 м от канавы с реагентом не превышает 0,07 г/кг, причем в водной вытяжке преобладали гидрокарбонатные ионы и ионы кальция. Для достижения положительного эффекта потребовалось 29 кг хлорида бария или 22 кг гидроокиси бария на 1 м3 грунта. Эти значения близки к расчетам, проведенным по лабораторным данным.
Обработка массива растворимыми соединениями бария приводит к изменению минералогического состава и свойств грунтов. Со дна канавы, в которую засыпались соединения бария, был отобран желтовато-белый осадок. Рентгенометрические исследования показали, что в состав осадка входит барит 24%, кальцит 15%, витерит 30%, кварц 30%, гипс – 1%. Грунт в стенках и нижней части канавы сцементирован.
Для уточнения состава осадка, выпадающего из подземных вод при взаимодействии с соединениями бария, была отобрана вода из скважины, расположенной рядом с участком 1, имеющая следующий состав (г/л): НСО3- - 0,23, + SO42- - 4,08, Сl- - 0,03, Са2+ - 0,37, Мg+ - 0,04, Na++K+ - 1,51, NH4+ - 0,03, Fe3+ - 0,02; общая минерализация - 6,31, при рН - 5,65. В воду добавлялся избыток гидроокиси или хлорида бария. Выпавший при этом осадок собирался и исследовался рентгенографически. При использовании хлорида бария осадок состоял на 99% из барита, при осаждении гидроокисью бария происходит образование барита (72%) и витерита.
Образование витерита следует рассматривать как положительный фактор, поскольку в случае поступления в обработанный массив SO42- он будет осаждаться в виде барита.
Это обусловлено тем, что при наличии в растворе сульфат-иона идет реакция обмена, поскольку растворимость барита намного меньше витерита (Петров, Делицин, 1986; Busenberg, Flummer, 1986; Witherit BaCO3, 1987).
Формирование барита, витерита и воздействие щелочного компонента на грунт ведет к повышению его прочности. Модуль деформации обработанных суглинков увеличивается в 1,5 раза. Заполнение пор соединениями бария снижает водопроницаемость грунта. Эта особенность используется, например, при создании противофильтрационных завес. При введении в грунт хлорида бария и сульфатов кальция и магния его коэффициент фильтрации уменьшился в 240 раз (Авторское свидетельство СССР №962442, 1979).
Указанные побочные явления следует рассматривать как положительные, т.к. уменьшение водопроницаемости грунта и интенсивности водообмена снижает воздействие агрессивных вод на бетонные конструкции (СНиП 2.03.11-85), а увеличение прочности грунта повышает надежность оснований сооружений.
Использование хлорида и гидроокиси бария не приводит к негативным изменениям состава подземных вод. В скважинах, расположенных в непосредственной близости от источника, ионы бария фиксируются только в первые моменты после начала обработки массива. При использовании хлорида бария концентрация иона хлора повышается только в начальной стадии, причем его содержание значительно ниже допускаемых значений (СНиП 2.03.11-85). Увеличения водородного показателя при использовании гидроокиси бария не отмечено.
В зависимости от конкретных инженерно-геологических условий и особенностей сооружений возможны различные пути реализации разработанного способа. При неглубоком залегании подземных вод, для введения в грунт реагентов можно использовать канавы, расположенные выше по потоку подземных вод от защищаемого сооружения. В случае их глубокого залегания возможна инъекционная обработка массива. При потенциальной опасности возникновения агрессивных сред реагент может вноситься в грунт в ходе строительства.
Таким образом, проведенные опытные работы показали высокую эффективность борьбы с агрессивными к строительным конструкциям средам с использованием искусственных геохимических барьеров. Создание подобных барьеров возможно для других видов агрессивных сред.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.