Раздел 3 физико-химические закономерности влияния гидросферы на состояние объектов недвижимости Тема 3.1 Физические и химические свойства воды. Агрегатные состояния и аномальные свойства воды
Вода - самое распространенное на Земле химическое соединение, благодаря которому существует органическая жизнь. Вода определяет энергетический и материальный обмен между различными сферами такого сложного объекта, как Земля, она играет важнейшую роль в поддержании равновесия между различными климатическими зонами. Этому она во многом обязана своим аномальным физическим и химическим свойствам.
Злободневной проблемой современности стало ухудшение качества природных вод и состояния водных систем в результате возросшей антропогенной деятельности (см. рисунок 3.1.1)
Рисунок 3.1.1 – Механизм антропогенного загрязнения вод
Считается, что определяющую роль в загрязнение водной среды вносит деятельность промышленных предприятий, которые направляют свои сбросы в реки и океаны. Не меньший вклад в загрязнение водной среды вносит современное сельское хозяйство с его массовым развитием животноводства, интенсивным внесением удобрений и использованием средств защиты растений. Сбросы коммунально-бытовых вод играют тоже определенную роль в формировании качественного и количественного состава поверхностных вод.
Химический состав поверхностных и подземных водных систем в районах с интенсивной антропогенной деятельностью характеризуется:
изменением концентрации компонентов природных вод, характерных для данной водной системы;
смешением направленности естественных гидрохимических процессов;
появлением веществ, не присущих данному водоему.
Общие сведения о видах влаги в конструкциях зданий. Виды влаги, встречающиеся в материалах конструкций зданий, весьма разнообразны, причем при изменениях температуры, влажности внешней среды или структуры материала (из-за ионов возникших физико-химических процессов) может изменяться как вид влаги, так и характер ее воздействия на материал.
Основными категориями влаги в материалах надземных конструкций зданий являются:
а) парообразная влага, перемещающаяся активно - от участков с высокой абсолютной упругостью водяного пара к местам с меньшей упругостью и пассивно - вместе с потоками воздуха.
б) связанная вода, в свою очередь, разделяющаяся на прочно связанную, молекулы которой прочно удерживаются адсорбционными силами, присущими частицам материала, и рыхло связанную - с ориентированным расположением молекул, что является следствием воздействия ориентированных молекул прочно связанной воды и, частично, воздействия обменных катионов.
Характерными особенностями прочно связанной воды являются: сопротивление сдвигу, малая подвижность и высокая плотность (больше единицы — примерно 1,7), что приближает ее к твердому телу. Кроме того, она имеет теплоемкость, близкую теплоемкости льда (0,5), замерзает лишь при температуре ниже -78 C°, испаряется при очень высоких температурах, не может содержать и растворять вещества, растворимые в свободной воде; она не электропроводна, и ее диэлектрическая постоянная равна 2,2. При соприкосновении прочно связанной воды с твердыми сухими частицами выделяется теплота. Рыхло связанная вода сохраняет из свойств прочно связанной воды несколько пониженную неспособность растворять растворимые в свободной воде вещества и несколько пониженную замерзаемость (при t<0 C°).
Прочно связанная вода может перемещаться только в парообразном состоянии. Рыхло связанная вода перемещается как жидкость под действием молекулярных сил сцепления между частицами материала и молекулами воды. Она передвигается в направлении от более толстых пленок к пленкам меньшей толщины, то есть из более влажных слоев к менее влажным (явление влагопроводности, переходящее при наличии температурного градиента в явление термовлагопроводности); при этом сила тяжести не оказывает влияния на скорость перемещения воды.
Рассматриваемый вид воды образуется при соприкосновении с сухими частицами материала свободной воды, а также при сорбционном процессе - поглощении указанными частицами материала водяных паров из воздуха.
в) свободная вода, не имеющая ориентировки молекул около зерен материала, хотя они и могут ориентировано располагаться вокруг ионов, находящихся в водных растворах. Свободная влага встречается главным образом в виде влаги, удерживаемой сорбционными и капиллярными силами.
Очень редко, в основном при длительном нарушении нормального эксплуатационного режима здания, возможно появление в материалах конструкций свободной воды, подчиняющейся гидравлическим законам фильтрации.
Кроме указанных видов влаги, при отрицательных температурах мы наблюдаем в материалах лед.
Основные изменения в поведении материала вызываются влагой в жидком и твердом виде, хотя в образовании и миграции влаги большая роль принадлежит водяному пару. Так, появление влаги из водяных паров на поверхности или в глубине материала является следствием конденсационных процессов.
Капиллярная вода. Капиллярная вода относится к разновидности свободной воды, способной воспринимать сжимающие и растягивающие напряжения, но, в отличие от связанной воды, не обладающей сцеплением.
С капиллярной влагой, заполняющей частично или полностью поры материала на некоторую высоту от зеркала грунтовых вод или возникающей в результате попадания в конструкцию здания атмосферной или иной влаги (грунтовой, строительной, эксплуатационной), связаны разнообразные капиллярные явления, основанные на взаимодействии молекул жидкости между собой и с твердыми телами.
В стенах зданий с явлением капиллярного поднятия воды приходится часто встречаться при неглубоком расположении уровня грунтовых вод и отсутствии или неисправности гидроизоляции между фундаментами и стенами. Капиллярная вода может подняться в каменных стенах на высоту одного этажа, вызывая постепенное разрушение их и сырость в помещениях. При достижении равновесия между весом столба воды и силой, стремящейся сократить поверхность мениска капилляра, поднятие капиллярной воды прекращается.