Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тюменский государственныЙ
архитектурно-строительный университет
Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов
Игашева С.П., Гейдт Л.В.
Инженерная геология
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
«Определение агрессивности воды
по отношению
к бетонным конструкциям»
для студентов строительных специальностей
очной и заочных форм обучения
Тюмень, 2009
УДК
ББК
Игашева С.П., Гейдт Л.В. Инженерная геология: Методические указания к практической работе дисциплины «Инженерная геология» для студентов строительных специальностей дневной и заочных форм обучения - перераб. и доп. – Тюмень: РИЦ ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2009. – 20 с.
Методические указания разработаны на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Инженерная геология» для студентов строительных специальностей. Cодержит теоретический материал по теме «Агрессивность природных вод», методические указания к практической работе «Определение агрессивности воды по отношению к бетонным конструкциям», контрольные вопросы.
Рецензент: Ю.В.Кравцов, ведущий научный сотрудник
ООО «Тюменгипрогаз», к.г.-м. н.
Тираж 300 экз.
ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
Игашева С.П., Гейдт Л.В.
Редакционно-издательский центр ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
Содержание
Введение............................................................................................................................4
Практическая работа Определение агрессивности воды
по отношению к бетонным конструкциям
1 Теоретическая часть Агрессивность природных вод, её виды и значение
для объектов народного хозяйства………....................5
2 Практическая часть Определение агрессивности воды по результатам
химического анализа.........................................................7
2.1 Методика определения агрессивности воды-среды по отношению
к различным типам цемента…........................................................7
2.1.1 Нормы общекислотной агрессивности воды-среды................................9
2.1.2 Нормы выщелачивающей агрессивности воды-среды..........................10
2.1.3 Нормы углекислой агрессивности воды-среды.....................................11
2.1.4 Нормы сульфатной агрессивности воды-среды (1)..............................13
2.1.5 Нормы сульфатной агрессивности воды-среды (2)..............................14
2.1.6 Нормы магнезиальной агрессивности воды-среды...............................15
2.2. Пример определения агрессивности воды-среды по отношению
к различным типам цемента..............................................................16
2.3 Задание к практической работе………….......................................................17
2.4 Контрольные вопросы …………………………………………......................18
Список литературы........................................................................................................19
Введение
Тюменская область обладает весьма значительными водными ресурсами. Их формируют реки, озёра, болота, искусственные водоёмы и подземные воды. При работе на столь переувлажнённой территории перед будущими инженерами-строителями неизбежно встанет вопрос защиты строительных конструкций от агрессивного действия природных вод.
В настоящих указаниях отражена методика оценки агрессивности воды как среды по отношению к бетонным конструкциям. В теоретической части методических указаний излагаются основные понятия раздела «Агрессивность природных вод», а именно: раскрывается значение самого термина, перечисляются виды агрессивности и указываются их особенности. Далее для каждого вида агрессивности в табличной форме приведены нормы содержания в воде ионов различных элементов, при превышении которых вода считается агрессивной по отношению к различным цементам.
Особенностью данной работы является то, что студенты не проводят лабораторных анализов, а оперируют готовыми данными, которые в строительной практике предоставляются гидрогеологическими лабораториями.
Под руководством преподавателя студенты должны получить навыки расчётов, используя вышеназванные таблицы, а так же пример определения агрессивности воды заданного состава в соответствии с номером своего варианта. Завершается практическая работа ответами на контрольные вопросы.
Методические указания соответствуют программе ФАО и могут быть использованы студентами дневной, заочной и заочной ускоренной форм обучения всех строительных специальностей (ПГС, ПСК, ЭУН, ГСХ, АД, ВиВ, ТГВ, ООС) как во время аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы.
Практическая работа
Определение агрессивности воды
по отношению к бетонным конструкциям
1 Теоретическая часть
Агрессивность природных вод,
её виды и значение для объектов народного хозяйства
Состав воды принято представлять формулой Н2О. Но природные воды не встречаются в чистом виде, в их состав входят растворённые соли, газы, органические вещества и коллоиды. Фактически они представляют собой сложный раствор, т. к. могут содержать более 60 химических элементов.
Химический тип воды определяется преобладающими ионами. Более 90 процентов всех компонентов составляют Сl-, SO42-, СО3-, Nа+, Мg2+, Са2+, К+. Железа, нитритов, нитратов, брома, радиоактивных элементов и других - меньше, но они оказывают существенное влияние на оценку пригодности вод для различных целей.
Использование подземных вод в различных отраслях народного хозяйства требует тщательного изучения их химического состава. Такие сведения чрезвычайно важны для строителей, так как подземные воды определённого состава могут оказывать разрушительное воздействие на различные строительные материалы, в том числе на бетонные сооружения и металлические конструкции. Эта разрушительная способность воды получила название АГРЕССИВНОСТИ.
Виды агрессивности различны в отношении воздействия на бетон, среди них выделяются:
общекислотная ← рН < 5;
выщелачивающая ← низкое содержание НСО3;
углекислая ← наличие СО2;
сульфатная ← повышенное содержание SО42+;
магнезиальная ← повышенное содержание Мg2+.
Гидрогеологическими исследованиями установлена закономерность, в соответствии с которой распределение агрессивных вод в земной коре зависит от климатических условий местности. Поэтому можно заранее прогнозировать наличие того или иного вида агрессивности.
Грунтовые воды северных районов и заболоченных территорий России часто содержат продукты разложения торфа и других органических веществ. Входящий в их состав ион водорода Н+ может разъедать бетон, вытесняя содержащийся в нём кальций - общекислотная агрессивность (таблица 1).
Во многих местностях, преимущественно в зонах леса и лесостепи, в составе грунтовых вод часто содержатся гидрокарбонатный ион НСО3- и свободная углекислота СО2, переводящие кальций из бетона в раствор. Такие воды обладают выщелачивающей (таблица 2) и углекислой (таблицы 3 и 3а) агрессивностью по отношению к бетону.
В зонах степи, полупустыни и пустыни, особенно в районах распространения солончаков, в составе грунтовых вод присутствуют сульфат-, хлор- и магний ионы. Сульфат ион SО42- взаимодействует с бетоном, причем образуются новые соединения со значительно (в 2,5 раза) увеличивающимся объёмом - «цементная бацилла», что приводит к постепенному разрушению бетона. Это сульфатная агрессивность (таблицы 4, 5). Ион магния Мg2+, вытесняя из бетона кальций, тоже разъедает его - магнезиальная агрессивность (таблица 6).
Газы (особенно кислород), углекислота, сероводород, а так же различные твердые вещества, растворённые в воде, воздействуют на металлические части конструкций. Наиболее агрессивными по отношению к железным конструкциям являются воды, содержащие кислород и свободную углекислоту. Они обладают кислой реакцией (рН< 7). Разрушающее воздействие агрессивных вод на металлические части конструкций называют коррозией. Наибольшую опасность она представляет для свинцовой оболочки кабелей, а также стальных подземных и подводных частей сооружений.
Коррозионную активность оценивают по СН 266-63 «Правила защиты подземных металлических сооружений от коррозии». Оценка качества воды по отношению к бетону проводится по нормам и техническим условиям: Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды», СН 249-63 «Признаки и нормы агрессивности воды-среды для железобетонных конструкций».
Воздействие агрессивных вод часто превращается в серьёзную технико-экономическую проблему. Например, при откачке из горных выработок (шахт, канав, скважин) вод, обладающих кислотными свойствами, стоимость водоотлива возрастает в 10-15 раз по сравнению с водоотливом в аналогичных горно-геологических условиях при нейтральных водах. Центробежный насос, работающий на нейтральных водах до 2000-3000 часов, при откачке кислотных вод (рН < 3) выходил из строя через 40 - 45 минут. Поэтому неизбежно возникает вопрос о мерах, смягчающих или полностью исключающих агрессивность действия воды.
Теоретически доказана возможность нейтрализации подземных вод кислого состава с помощью порошка известняка или другой карбонатной породы. При бурении скважин, содержащих агрессивные воды, в ряде случаев применяют асбоцементные обсадные трубы. На шахтах при наличии кислых вод применяют кислотоупорное оборудование.
Широко развита в строительной и горнотехнической практике борьба с агрессивностью подземных вод путем устройства дренажей (системы подземных каналов, служащих для понижения уровня подземных вод и осушения территорий) и различных водопонизительных установок.
В ряде случаев для защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивного воздействия воды применяют гидроизоляцию - устраивают водонепроницаемые покрытия (оболочки), наносимые непосредственно на поверхности или прокладки внутри конструкций.
В бетонных конструкциях к числу эффективных мер защиты относится выбор специальных видов цемента, устойчивых против агрессивного воздействия воды: пуццолановый, шлакопортландцемент и др.
2 Практическая часть
Определение агрессивности воды
по результатам химического анализа
2.1 Методика определения агрессивности воды-среды
по отношению к различным типам цемента
Начертить таблицу и перечислить пункты, по которым будет проведено исследование (таблица 7) .
В соответствии со своим вариантом (таблица 8) заполнить раздел «Результаты лабораторных исследований».
Проанализировать таблицы №№1-6 и выбрать из них те числа, которые бы соответствовали заданным условиям. За отправные точки при этом берутся характер конструкции (напорная или безнапорная), её толщина и коэффициент фильтрации грунта. Найденные на пересечении этих параметров числа занести в раздел «Нормы» для того или иного типа цемента.
При безнапорной конструкции толщиной 2 м и коэффициенте фильтрации грунта 5 м/сут нормы рН составляют 5,2 для обычного и сульфатостойкого портландцемента и 5,5 для обычного и сульфатостойкого пуццоланового и шлакопортландцемента.
Если в таблице норм вместо числа встречается надпись «не нормируется», это значит, что для данной конструкции при данном коэффициенте фильтрации вода не будет агрессивна в любом случае.
В разделе «Нормы» будут заполнены лишь 5 строк из 10 (по количеству видов агрессивности).
Дальнейшие действия по определению агрессивности воды в отношении различных типов цемента заключаются в простом сравнении результатов лабораторных исследований с нормами. При этом необходимо учитывать условия, приведённые для каждой таблицы норм.
В условии (таблица 1) указано, что «При значении рН ниже приведённых величин (5,2 и 5,5) вода считается агрессивной. Но результат лабораторных исследований для данного случая составляет 7,4. Поэтому данная вода общекислотной агрессивностью не обладает.
Остальные виды агрессивности оцениваются аналогично, лишь в некоторых случаях получение норм требует элементарных расчётов.
Результатом работы будет вывод о наличии каких-либо видов агрессивности по отношению к конкретным видам цемента.
Исходя из этого, должны быть рекомендованы соответствующие меры защиты сооружения от агрессивного воздействия воды.
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1.1 Таблица 1 - НОРМЫ ОБЩЕКИСЛОТНОЙ АГРЕССИВНОСТИ ВОДЫ-СРЕДЫ
Условия омывания бетона (окружающая среда) |
Наименьший поперечный размер конструкции (толщина), м |
Безнапорные сооружения |
Напорные сооружения |
||
Обычный и сульфатостойкий портландцементы |
Обычный и сульфатостойкий пуццолановые и шлако-портландцементы |
Обычный и сульфатостойкий портландцементы |
Обычный и сульфатостойкий пуццолановые и шлако-портландцементы |
||
Открытый водоём или грунт с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут |
Менее 0,5
От 0,5 до 2,5
Более 2,5
|
6,7
6,2
5,7 |
6,7
6,4
6,0 |
7,0
6,5
6,0 |
7,0
6,7
6,2 |
Грунт с коэффициентом фильтрации от 10 до 0,1 м/сут
|
Менее 0,5
От 0,5 до 2,5
Более 2,5 |
6,2
5,2
не нормируется |
6,4
5,5
не нормируется |
6,4
5,7
5,2 |
6,6
6,0
6,2 |
Грунт с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут
|
Менее 0,5
От 0,5 до 2,5
Более 2,5 |
Не нормируется
Не нормируется
Не нормируется |
Не нормируется
Не нормируется
Не нормируется |
5,2
не нормируется
не нормируется |
5,5
не нормируется
не нормируется |