Агрессивность воды

Агрессивность воды — причина разрушения конструкций

В процессе строительства и эксплуатации сооружений, подземных паркингов иногда возникает разрушение несущих опор зданий, фундаментов, ростверков, несущих стенок подвальных помещений.
Дело в том, что на конструктивные элементы зданий оказывается разрушающие влияние агрессивными подземными водами. Агрессивность подземных вод формируется из-за наличия в подземных водах определенного химического состава -растворенных компонентов, усиливающих растворение и выщелачивание структурных составляющих конструкций.   На картинке выше можно видеть, как выглядят опорные сваи, разрушенные подземными водами.
Агрессивные воды воздействуют на бетонные конструкции с помощью концентрации определенных химических компонентов. Также немалое влияние оказывают температура, скорость фильтрации водного раствора у поверхности конструкции. По степени воздействия на конструкции, воды подразделяются на: неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.
Критерии оценки агрессивности подземных вод и нормативы влияния подземных вод на основания сооружений приведены в СНиП 2.03.11-85.
Основным критерием оценки агрессивности подземных вод являются фильтрационные характеристики горных пород (среды инженерного освоения).
Для оценки агрессивного воздействия подземных вод, грунты разделяются на сильно- и среднефильтрующие с коэффициентом фильтрации равным или более 0,1 м/сут и слабофильтрующие (слабопроницаемые) с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут. Коэффициенты фильтрации определяются с помощью опытно-фильтрационных работ.

Типизация коррозионной активности подземных вод

Опорные конструкции в основном изготавливаются из бетона. Можно выделить три вида агрессивного воздействия воды, на бетонные конструкции.
К первому виду коррозии, оказывающему воздействие в виде выщелачивания растворимых компонентов бетона, относится бикарбонатная щелочность. Второй вид коррозии образовывает растворимые соединения, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной среды. Ко второму виду коррозии относятся: водородный показатель pH, содержание свободной углекислоты CO2, Содержание магнезиальных солей (в пересчете на ион Mg), содержание едких щелочей (в пересчете на ионы K и Na). Третий вид коррозии образовывает и накапливает в бетоне малорастворимые соли, характеризующиеся увеличением объема при переходе в твердую фазу. К третьему виду коррозии относятся содержание сульфатов (в пересчете на ионы SO4), содержание едких щелочей (хлоридов, сульфатов, нитратов).

Агрессивность по содержанию бикарбонатной щелочности

Общая щелочность воды обуславливается анионами слабых кислот: HCO3, CO3, H3SiO4 и др. Общая щелочность выражается в миллимолях кислоты, необходимой для ее нейтрализации до значений pH =4.
Оценка агрессивности воды приводится по содержанию бикарбонатной щелочности HCO3. При содержании бикарбонатной щелочности более 1,4 ммоль/л вода будет неагрессивной для всех случаев безнапорных сооружений, а при содержании более 2,0 ммоль/л – неагрессивной и для всех случаев напорных сооружений.
Бикарбонатная щелочность природных вод не может быть ниже 0,7 ммоль/л, поэтому по степени воздействия на бетон по 1 виду коррозии не нормируется как «сильноагрессивная».

Агрессивность по водородному показателю (pH)

Обычно природные воды имеют водородный показатель, изменяющийся от 6 до 8. Этот показатель снижается до величин 5,5-5 в ультрапресных подземных водах хлоридно-кальциевого типа и некоторых углекислых минеральных водах. В болотных водах pH иногда снижается до 4,5-4.
Особо низкие значения pH отмечаются для верховых болот (4,0-4,9). Для переходных болот pH составляет 5,0-5,5,для низинных 6,0-7,0.
Дождевые воды имеют pH 6, речные воды – около7, морские воды – 8-9.
В отдельных случаях встречаются сильнокислые воды, связанные с сульфидными месторождениями, в которых pH меньше 4. Низкие значения pH могут отмечаться и в водах, связанных с вулканическими проявлениями. Щелочным характером обычно обладают воды открытых пресных водоемов в летний период и воды некоторых термальных источников, где величина этого показателя превышает 9. Воды, связанные с засоленными почвами, имеют pH меньше 10.
Агрессивные свойства подземных вод к бетону проявляются при pH меньше 6,5.

Агрессивность по содержанию свободной углекислоты (CO2)

Свободная углекислота – это газ, растворенный в воде. Та часть свободной углекислоты, которая непосредственно вступает в реакцию с соединениями кальция, называется агрессивной углекислотой. Термин «агрессивная углекислота» является условным. Агрессивные свойства свободной углекислоты зависят как от количества свободной углекислоты, так и от наличия и количества ионов Ca2+,Cl- и SO4 при определенной бикарбонатной щелочности, т.е. от количества компонентов, способных связывать свободную углекислоту и уменьшать тем самым долю агрессивной углекислоты. Таким образом, следует различать свободную, связанную и агрессивную углекислоту.
Агрессивная углекислота, определяется экспериментально и путем расчета. Обычно агрессивными свойствами обладают мягкие воды, имеющие кислую реакцию, и болотные воды, содержащие органические кислоты. Агрессивные свойства подземных вод повышаются при значительной инфильтрации дождевых и талых вод.
При минимально возможных содержаниях ионов Cl и SO4 и при минимальной бикарбонатной щелочности вода является агрессивной при содержании углекислоты более 15 ммоль/л для сильно- и среднефильтрующих грунтов и более 55 ммоль/л для слабофильтрующих грунтов.

Агрессивность по содержанию магнезиальных солей

Оценивается по содержани. В пересчете на ион Mg2+. Воды агрессивны при содержании магнезиальных солей более 2000 мг/л в слабофильтрующих грунтах или более 1000 мг/л в остальных случаях.

Агрессивность по содержанию едких щелочей

Оценивается в пересчете на ионы K+ и Na+. Воды агрессивны при содержании ионов калия и натрия в слабофильтрующих грунтах более 80 г/л, в среднефильтрующих грунтах – более 50 г/л и для напорных сооружений – более 30 г/л.

Сульфатная агрессия

Этот тип агрессии оценивается по содержанию ионов SO42-. Сульфатная агрессия связана с содержанием хлора и составом бетона. При содержании сульфат — иона менее 300 мг/л во всех грунтах и менее 250 мг/л для напорных сооружений воды неагрессивны. Очень часто сульфатная агрессивность связана с местным загрязнением вод сульфатсодержащими материалами.

Агрессивность по содержанию хлоридов, нитратов и других солей едких щелочей

Эта агрессивность, как правило, связана с искусственными источниками загрязнения грунтовых вод при суммарном содержании агрессивных ионов более 10 г/л и учитывается только для испаряющих бетонных поверхностей. Для напорных сооружений этот вид агрессивности оценивается по специальным программам.

Основные признаки неагрессивной воды

В таблице 1, представленной ниже, приведены показатели агрессивной среды, при которой воды являются неагрессивной средой. В случае превышения критериев этой таблицы оценку агрессивности следует проводить в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85.