> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Агрессивные воды

Агрессивные воды

Агрессивные воды. В охват социалистического строительства СССР вовлекаются все большие и большие, не осваивавшиеся до революции пространства солончаковых пустынь, болот и морских побережий. Эго обстоятельство, равно как развитие и организация новых производств и городов, обостряет.вопрос об условиях и сроках устойчивости соорулсений в естественных минерализованных, производственных сточных и канализационных А. в Изучение характера этих вод и установление меры их агрессии является необходимым для выбора условий защиты материалов сооружений от коррозии и тем самым для экономии народно-хозяйственных средств.

и. Результат воздействия А. в на материал может проявиться как в форме физических изменений его структуры, вызванных ростом кристаллов солей, растворенных в воде в порах материала, так и в химическом превращении его компонентов, вызывающем потерю их структуры.

Наиболее резкой по последствиям является химическая агрессия вод, проявляющаяся чаще всего в бетон- I пых сооружениях в силу широкого применения бетона из портланд-цемента и сравнительно высокой его химической активности. Вследствие этого, несмотря на то, что не найден общий критерий для суждения о возможных последствиях взаимодействия вод и бетона ле только для всего их разнообразия, но и для тех, которые подвергались в этом отношении длительным исследованиям, как, например, морская вода,— необходимо оцепить те количественные методы, при помощи которых можно попытаться предсказать последствия действия А. в на цементы и бетоны.

Так, меру агрессии поды можно выразить суммой реакционных емкостей вредтго действующих на и.-цемеит ионов. Реакционная емкость есть произведение весового количества иона в воде, выраженное в долях на миллиоп частей, на реакционный коэффициент, получаемый в результате деления валентности иона на ионный пес. Так, наир., реакционный коэффициент SOt=2 : 96=0,0208; водорода 1:1=1, и так далее

Участвующие в любой, а тем более в А. в различные электролиты действуют друг на друга, взаимпо понижая активность пропорционально квадрату валептности при одинаковой концентрации их в растворе. Таким образом; мерой понижения активности (степени диссоциации) отдельных ионов является половина суммы произведении молекулярной концентрации иопа на квадрат его валентности, называемая ионной насыщенностью. При увеличении ионной насыщенности активность одновалентных ионов падает менее, чем для двухвалентных, что вызывает уменьшение степени пересыщепностп относительно их раствора и ускорение процесса растворения. Практически это значит.

что, чем более минерализована вода, тем большее растворяющее действие она произведет, наир., на пленку углекислого кальция, покрывающую бетон и отчасти его защищающую. -> Таким образом, ионная насыщенность является показателем усиления опасности от находящихся в воде ионов водорода и свободной углекислоты, причем более усиливают их агрессию иопы 80/ и Мд“, а менее Na и CV. Концентрация водородных ионов (Ря) служит, таким образом, мерой кислой агрессии воды, что при углекислотном ее характере измеряется при помощи графиков Тиль-манса и Геблейна или лучше Ауэрбаха. Присутствующая в воде свободная углекислота может усиливать начальные фазы сульфатной агрессии и ослаблять конечные, сама но себе являясь агрессивной лишь при Рн<7. Углекислота, входящая в состав бикарбонатов щелочноземельных металлов, определяет защитные свойства воды, что соответствует понятью ее временной жесткости.

Так как в формулы, определяющие меру агрессии воды, не входят показатели физико-механических факторов, то, используя их лишь для ориентировочной характеристики вод, следует выбрать те, которые просты и у которых определение величин, входящих в них, доступно. Для этого можно воспользоваться определением временной жесткости, Ря и реакционной емкости (R) ионов, вредно действующих на п.-цемент. Последняя приобретает превалирующее значение для вод с невысокой временной жесткостью и Ря<7. w

Что касается ионов, вредпо действующих на цемент, то ими являются: 1) Водородный ион и кислотный остаток всех свободных кислот, при наличии которого реакционная емкость свободной кислоты будет равна двойной реакционной емкости водородного иона; ионы 80“, 803“ ц 8“

в солях минеральных кислот; кислотные остатки уксусной, молочной, масляной, дубильных, гумусовых и др. органических кислот, дающие при взаимодействии с гидратом окиси кальция цемента растворимые или рыхлые аморфные вещества.

2) Цианиды и роданиды, дающие с Са (ОЩ% легко растворимые соли, разлагаемые СО, с выделением свободной кислоты.

3) Остаток ароматического ядра фенолов (фенил), как обладающий электроотрицательным характером и повышающий поэтому кислотные свойства раствора, переводя гидрат окиси кальция в растворимый фенолят.

4) 30% от количества белковых веществ по реакционной емкости ПСО“ и один процент их по реакционной емкости 8“, вследствие того, что они при распаде образуют углекислоту и сернистые соединения; 0,1% от количества жиров по реакционной емкости водорода, так как жиры расщепляются на глицерин и кислоты, реагирующие с гидратом окиси кальция.

В литературе существует таблица реакционных коэффициентов, на которые доляшо умножить данные анализа для оценки влияния А. в Не вдаваясь в особые детали вопроса, молено объединить все воды в три группы но степени влияния их на п.-цемент, обладающий особо ярко выраженной щелочной реакцией: а) воды с кислым характером, б) воды с щелочным характером и в) воды с нейтральным характером. Существуют специальные таблицы, в которых даны составы этих вод и меры их агрессивности.

Из таблиц следует, что характер агрессии остествоипых и производственных вод ври высоком оо уровне преимущественно сульфатный. Воды кислые диот наибольшие показатели агрессии; наименьшие — воды щелочные. Воды нейтральные или со слабо выраженной реакцией занимают промежуточноеположение; но и каждая из этих групп, при превалирующем значении органической области веществ, показывает весьма незначительную степень агрессии.

Последствия ое зависят от того, каким образом вода входит в контакт с бетоном. Именно, следует различать воду затворопия и воду окружающей среды.

Влияние качества воды, примененной для аатвореиия бетона, па устойчивость и прочность цемента можно предусмотреть или на основании оценки взаимодействия мслсдурый представляется конгломератом из кристаллообразных, гзлеообразных масс и но-разложнвшнхся зерен клинкера, достигающих 60— 70Vo от веса цемента в практически гидратизнровапиом растворе.

Возможно, что кислые воды, разрушая броневую пленку на поверхности зорен клинкера, оживляют процесс его гидратации, а следовательно и твердония. Повышенно кристаллообразования при действии на цемент щелочных вод является также причиной ускорения тв ер сепия, но и в том и другом

продуктами гидратации цемента и химическими группами воды, или па основании опытов Абрамса, затворявшего большое количество бет.х обрицов на самых разнообразных водах СЛСш.

Расчеты показывают, что для бетона марки ПО при W/C—0J потеря окиси кальция вследствие взаимодействия с р агентами вод составляет 0,0245 II % от того ое количества, которое выделяется в процессе практической гидратации цемента, что показывает ощутительные результаты лишь при весьма высокой реакционной емкости вод.

Изображая результаты опытов Абрамса кривыми, помещенными на диаграмме 1, можно прийти к следующим выводам. 13се воды но даюг понижения прочности болоо, чом на 13%, приближаясь к этому продолу независимо от их химического характера.

Кислые воды до известного продола агрессии (В =4; папр., болотные, пивовар, заводов) дают повышение прочности бетона до 5%; ыоныпео повышение прочности дают воды щелочныо (3% до В =8—9; наир., канализационные, мыловаренных заводов идр.). Наоборот, нейтральные воды и при небольших агрессивных свойствах (В =2,2) понижают прочность бетона болео чем на 5%. Такоо действие вод с различной функцией может быть понято па основании данных о cociano гцдрдтцзиров. иного цемента, цотослучао нарушзпно нормального процесса твердения заканчивается ладонном прочности бетона. Нейтральные воды но оказывают возбуждающего действия на процесс твердения, который выражается падениом прочности бетоиа. Но процесс изменения оо по времени по имоот плавпого характера, об

наруживая ряд максимумов и минимумов, как это видно из диаграммы 2.

Диаграмма показывает, что процессы, вызванные действием особых свойств воды затворения, имеют место лишь до сроков твердения бетона в 1—3 месяца. В дальнейшем, независимо от характера воды, происходит, невидимому, нормальное нарастание прочности ботоца, аоотцгзщ&й к 2 Чх года

33% от той, которая обнаружена к тому жо сроку для бетопа, затворенного на пресной воде. В сроки жо твердения до 1—3 месяцев кислые воды, повышая прочпость в первые дни твердения (оживляя цемепт), вызывают .ее снижение па 23% к 28-мидпевпому возрасту. Щелочные воды Дагог непрерывное снижение, достигающее 22% к трем месяцам твердения, и, наконец, нейтральные, резко понижая прочпость в первые сроки (за счет большей растворимости кристаллических масс, обеспечивающих тверденио), повышают ее к 7-ми дням (усиление процесса кристаллизации) и к трэм месяцам снижают прочность бетона па 19% (может быть в силу внутренних напряжений в цзмептпом камне). Эти данпыо, недостаточные для теоретического объяспопия процессов, дают возможность утверждать, что в практически важпыо -сроки твердения бетопа нет основания ожидать падения его прочности более, чем на 25% при применении любой естественной, производственной, сточной и канализацион-/ной воды в качество воды затворопия. Естественно, что это падение прочности -бетона компенсируется принимаемыми запасами прочности.

Если вода является средой для бет.ого сооружения, то А. в усиливают степень выщелачивайся гидрата окиси кальция из бетопа, разрушают ого структуру и вызывают образование высокообъомпых кристалличе--ских (гипс) или лишенных структуры (гидрат окиси магния и прочие) веществ, что, вызывая коррозию бетона, молсет повести к падению его прочности. Общепризпаппых мнений относительно устойчивости бетона в А. в не ‘существует, равно как и данных, по которым молспо было бы судить о продельном сроке службы бетона в той или другой А. в Следует сказать лишь, что, на основании последних исследований проф. Г. К. Дементьева над крупными бет.ми сооружениями, характер коррозии бетона является избирательным, так что разъедание бетона проявляется в локализованных участках и, если последние по являются такими деталями, от целости которых зависит существование конструкции, то их коррозия по грозит устойчивости сооружения. С другой стороны, во многих бет.х сооружениях существуют весьма ответственные детали, которые могут быть поражены коррозией и при слабой агрессин воды, если бетон не будет ей сопротивляться, при чэм установлено (и избирательный характер коррозии это подтвер-ждаот), что она поражает бетон особого качества, оставляя совершенно здоровыми прилегающие к каверне участки бетона, имеющего, очевидно, другие свойства, пе-,смотря на кажущееся однообразие и одно--лромепность укладки бетона. Но если наряду с пораженными участками бетона сосуществуют в тех лее условиях в непосредственной близости здоровые участки, то логика вещей говорит за то, что и весь бетон сооружения мог бы быть здоровым и что имеино в пем существуют условия сопротивления коррозии, открытие которых и их мобилизация дают гарантью устойчивости бетона в среде А. в без применения каких бы то ни было мор защиты бетопа. Значение этих условий много действительное для сопротивления любой агрессии воды, чем сама мера этой агрессии. Кратко, эти условия сводятся к достижению плотного ботона, лишенного внутренних неравномерных напряжений, то есть не жирного, эластичного и однородного в конструкции, служба которой не перенапрягает материал. Выполнение этих условий зависит от подбора цемента, инертных, состава бетона, способа его изготовления, качества вспомогательных средств (опалубки) и плотности поверхности бетона, устойчивость которого в А. в зависит от удачного подбора указанных условий для характера сооружении и воспринимаемой им нагрузки в каждом копкретпом случае.

Тахсим образом, влияние А. в., как среды, не может быть выражено каким-либо универсальным способом, тем более что весьма многие А. в обладают свойствами не только разрушающими бетон, но и защищающими его,— например, воды с высокой временной жесткостью. Сам же процесс коррозии в этом случае переходит в противоположный, ибо агрессоры воды по отношению к цементу не являются таковыми по отношению в продуктам его перерождения, которые, будучи химически инертными и выполнив свою разрушающую роль в начале процесса коррозии, в дальнейшем могут быть скреплены инертными же отложениями других агентов А. в Вследствие этого процесс действия А. в имеет периодический характер по времени и, как это доказапо опытом, может укрепить бетой, если первоначальный эффект пе заключался в разрушении сооружения. В качестве первого приблюкения для самой ориентировочной оценки влпяпия А. в., как воды среды, па бетон можно воспользо-

101

ваться соотношением

U, LJZ/1-f-l

где и — процент от полной устойчивости сооружения, а 11 — реакционная емкость вредно действующих на портланд-цемент ионов А. в.

Литература. Г. К. Дементьев, «Коррозия неметаллических строительных материалов». М.; его же, «Условия устойчивости бетона в минерализованных водах», «Нефтяное Хозяйство», № 9, М., 1929; его же, Труды I Всес. Водогтр. и Сан.-Тохн. Съезда, 1925, М.; его же, Труды IV Весе. Съезда промыптл. строит, материалов, 1926, Л.; его же, «Цемент и буровые воды», «Азерб. Нефт. Хозяйство», 1928, Баку; его же, «Условия устойчивости бетона в грунтовых водах Баку», Труды Аз. Науч. Нефт. И-та, Xе 89, 1928, Баку; Е. И. О плов, «Агрессивность естественных вод», 1932, М.; П. Бем, «Промышленные сточмые воды», 1932, М.-Л.; 1Сафронова, «Характеристика сточпыхвод различных; производств», Информац. Бюллет. ВПИИВСГ, май—июнь, 1933, М.; Зилъбер, «Исследование сточных вод», 1927, Харьков; В. А. Дроздов, «Сточные воды мапуфактурч. иромышл.», 1915, Петроград; Ф. А. Данилов, «Биологическаяочистка городских, домовых и фабричных сточных вод», 190S, Ь .;его же, «Сточные воды пивоваренных заводов», 1896, М.; A. JI. Лидов, «Сточные воды отбельных, красильных и ситцепечатных фабрик, их очистка и обезвреживание», 19)5, Харьков; D. А. АЬгатя, «Tests of impare waters for mixing concrete», 1924; Bur char z, «Zement», № 5, 1927; K. Biehl, «Zement», № 29, 1928.

Г. Дементьев.