9.1.13. Жесткость воды

Жесткость воды – это свойство, обусловленное солями кальция и магния. Жесткая вода не дает пены при намыливании, образует накипь в паровых котлах; она непригодна для сахарной, кожевенной и многих других отраслей промышленности. Различают пять видов жесткости: общую, устранимую, постоянную, карбонатную и остаточную.

Общая жесткость обусловлена содержанием в воде всех солей кальция и магния – Са (НСО₃)₂;

Мg (НСО₃)₂; СаSО₄, МgSО₄, МgСО₃, МgСl₂, СаСl₂.

Устранимая (временная) и карбонатная вызывается наличием карбонатов и бикарбонатов кальция и магния. Карбонатная жесткость устанавливается расчетом, а устранимая устраняется при кипячении. Устранимая жесткость всегда меньше карбонатной.

Постоянная жесткость равна разности между общей и устранимой жесткостью.

Остаточная жесткость равна разности между общей и карбонатной жесткостью. Раньше жесткость воды выражалась в немецких градусах (1⁰ принимался равным 10 мг СаО в 1 л воды). В настоящее время - в мг-экв кальций и магний.

По классификации О.А. Алекина по степени жесткости воды разделяются на 5 групп (в мг-экв):

1 - очень мягкие (до 1,5),

2 - мягкие (1,5-3,0),

3 - умеренно жесткие (3,0-6,0),

4 - жесткие (6,0-9,0),

5 - очень жесткие (>9,0).

Для питьевых целей используются подземные воды с жесткостью до 7-20 мг-экв, а в некоторых случаях и еще более жесткие воды.

9.1.14. Агрессивность воды

Это способность воды разрушать различные сооружения. Различают: углекислотную, выщелачивающую, общекислотную, сульфатную, магнезиальную и кислородную агрессивности.

Углекислотная агрессивность состоит в разрушении бетона в результате растворения СаСО₃ под действием агрессивной СО₂.

СаСО₃ + Н₂СО₃ ↔ Са²⁺ + 2НСО₃^-

Этот процесс обратим, и вправо до конца не доходит, так как часть Н₂СО₃ остается после реакции в свободном состоянии и называется равновесной углекислотной. Если содержание СО₂будет больше, чем необходимое для равновесия, то при соприкосновении такой воды с СаСО₃ происходит его растворение, т.е. реакция идет слева направо и до тех пор, пока не наступит равновесие. Израсходованная СО₂ на эту реакцию и называется СО₂ агрессивной.

Наиболее точным методом учета количества СО₂ агрессивной является экспериментальный, основанный на определении щелочности воды до и после взаимодействия с измельченным мрамором. Результаты выражают соединением СО₂ агрессивной и количеством СаСО₃, растворимым в 1л воды.

По нормам ГОСТ 4796-49 и дополнению ВНИИГиМ максимальным содержанием СО₂ агрессивной, допустимым при наиболее опасных условиях – 8,3 мг/л.

Агрессивность выщелачивания происходит за счет растворения СаСО₃ и вымывания из бетона Са(ОН)₂. В зависимости от содержания цемента и условий, в которых находится сооружение, вода, согласно нормам, обладает выщелачивающей агрессивностью при минимальном содержании НСО₃ от 0,4 до 1,5 мг-экв.

Общекислотный вид агрессивности связан с кислотностью воды (рН). При рН = 5,0-6,8 – вода агрессивна.

Сульфатная агрессивность имеет место при повышенном содержании SО₄. При взаимодействии воды с бетоном при кристаллизации образуются соли (гипс, соль Деваля и др.), производящие вспучивание и разрушение бетона. Степень агрессивного воздействия сульфатных вод определяется условиями, в которых находится сооружение, и содержанием ионов хлора. В случае сульфатостойких цементов нижний предел содержания SО₄ = 4000 мг/л, а при обычных – 250 мг/л.

Магнезиальная агрессивность возникает при высоком содержании ионов магния, предельное содержание которого зависит от конструкции сооружения, сортов цемента и содержания SО₄ (750мг/л). Сульфатная и магнезиальная агрессии устанавливаются по нормам или экспериментально – по изменению прочности в данной воде образцов, сделанных из определенных сортов цемента.

Кислородная агрессия вызывается растворенным в воде кислородом и имеет место главным образом при эксплуатации металлических конструкций, например, водопроводных труб. Кислород активно образует ржавчину, являясь окислителем по схеме:

2 Fе + О₂ = 2 FеО; 4 FеО + О₂ = 2 Fе₂О₃; Fе₂О₃ + 3 Н₂О = 2 Fе(ОН)₃