ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Анализ химического состава подземных вод открывает пути для изучения генезиса, пригодности для различных потребителей, определения уровня их агрессивности для бетонных и металлических конструкций. Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

Весовая форма — представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дм³ или 1 кг воды. В зарубежной литературе результаты анализа могут быть приведены в частях на миллион (ррm), что соответствует концентрации мг/дм³. Эквивалентная форма записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить uенезис вод. В расчетах используется форма записи: мг/дм³.

При выражении содержания какого-либо иона в эквивалентной форме перед символом иона ставится знак г, например, гСа²⁺, гНСО^3- и т. д. На основе эквивалентной формы выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дм³) равна сумме концентраций анионов. Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю участия того или иного иона в формировании ионно-солевого состава воды. Для вычисления процентного содержания анионов (катионов) их сумму принимают за 100% и рассчитывают процент содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации.

Минерализация воды (М) — это сумма минеральных веществ в граммах или миллиграммах, содержащихся в 1 дм³ воды. Для определения М суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

Жесткость воды определяется содержанием в ней солей Са²⁺ и .Mg²*. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую), некарбонатную, неустранимую (постоянную) жесткости.

Общая жесткость Ж_О определяется как сумма мг-экв ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в 1 дм³ воды и слагается из карбонатной Ж_К и некарбонатной Ж_НК жесткости:

  Ж_О = Ж_К + Ж_НК ,

  Ж_О = Ca²⁺ + Mg²⁺ .

Оценка агрессивности подземных вод. Агрессивность воды связана с присутствием в ней ионов водорода, свободного диоксида углерода, сульфатов и магния. Агрессивные свойства воды проявляются по отношению к бетону и металлам.

Агрессивность воды по отношению к бетону выражается в разрушительном воздействии подземных вод определенного состава на бетонные сооружения. Оценка качества воды по отношению к бетону производится по нормам и техническим усло­виям Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды». Эти нормы учитывают воздействие на бетон следующих видов агрессивности: выщелачивающую, углекислую, общекислотную, сульфатную и магнезиальную.

1.Выщелачивающая агрессивность связана с выщелачиванием карбонатов, главным образом кальция. Если вода, контактирующая с бетоном, содержит низкие концентрации Са²⁺, а также (HCO₃)^- и (СOз)^2-, то карбонат кальция бетона переходит в раствор. В зависимости от типа цемента в составе бетона вода считается агрессивной при карбонатной жесткости меньшей 0,54 -2,14 мг-экв/дм³ .

2.Углекислотная агрессивность обусловлена высокими концентрациями растворенной в воде углекислоты CO₂. Эта агрессивность проявляется как в отношении металла (коррозия), так и бетона. Разрушение бетона, как и при выщелачивающей агрессивности, сводится к растворению карбоната кальция. Воды, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 мг-экв/дм³, следует считать агрессивными, независимо от всех других показателей.

3.Общекислотная агрессивность воды связана с повышенной концентрацией водорода (пониженная величина рН). При этом бетон разрушается из-за растворения в кислой среде защитной карбонатной корки. Вода считается агрессивной для всех типов цементов: при рН < 7, если карбонатная жесткость меньше 8,6 мг-экв/дм³; при рН < 6,7, если карбонатная жесткость больше 8,6 мг-экв/дм³ (в пластах высокой проводимости). Для слабопроницаемых пластов вода считается агрессивной при рН<5.

4.Сульфатная агрессивность обусловлена присутствием в воде иона (SO₄)^2-. Этот вид агрессивности проявляется в кристаллизации в бетоне новых соединений и выщелачивании бетона. По сульфатной агрессивности для обычных цементов воду относят к слабоагрессивной при содержании иона (SO₄)^2- от 250 до 800 мг/дм³ и к агрессивной при содержании более 800 мг/дм³ . В породах высокой проводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при следующих попарных содержаниях ионов (в мг/дм³_):

Сl^-                            0-3000       3001-5000 5000

(SO₄)^2- 250-500  501-1000   1000

В породах слабой водопроводимости вода считается агрессивной при содержании иона (SO₄)^2- > 1000 мг/дм³, а для бетонов на пуццолановом, шлаковом и песчано-пуццолановом портландцементе — при содержании иона (SO₄)^2- > 4000 мг/дм³, независимо от содержания С1^-.

1.Магнезиальная агрессивность вызывает разрушение и вспучивание бетонных конструкций. Для портландцемента, находящегося в сильно проницаемых породах, вода считается агрессивной при содержании иона Mg²⁺ > 5000 мг/дм³, для других видов цемента — при содержании ионов Mg²⁺ и (SO₄)^2-, превышающем следующие попарные соединения ионов (в мг/дм³):

(SO₄)^2-  0-1000 1001-2000 2001-3000 3001-4000

Mg²⁺                     5000   3001-5000 2001-3000 1000-2000

Агрессивность воды по отношению к металлу связа­на с корродирующей способностью вод. Агрессивными по отношению к металлу являются воды: углекислые; сероводо­родные кислые; обогащенные кислородом. Корродирующая способность воды может быть определена при помощи коэффициента коррозии: — для вод с кислой реакцией

К _K = гН⁺ + гА1³⁺ + rFe²⁺ +

+ rMg²⁺- r(CO₃)^2— - r(HCO₃)^-;

— для щелочных вод

По величине коэффициента коррозии различают следующие группы вод (содержание Са²⁺ в мг/дм³):

- коррозирующие, К _K > 0;

- полукоррозирующие, К _K < 0, но К _K + 0,05Са²⁺ > 0;

- некоррозирующие, К _K + 0,05Са²⁺ < 0.