Лаборатория геологии техногенных процессов
Максимович Н.Г., Блинов С.М. Разработка способа защиты подземных конструкций от агрессивных сред // Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве на 2001-2002 гг, 5-6 декабря 2002 г. : Науч. - практ. конф.-выставка по результатам реализации в 2002 г. Межотраслевой прогр. Сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ: Тез.докл. - М., 2002. - С.31-34.
Разработка способа защиты подземных конструкций от
агрессивных сред
Н. Г. Максимович, С. М. Блинов
Актуальность. Одним из неблагоприятных факторов, ведущих к снижению прочностных характеристик или даже к разрушению подземных конструкций, являются агрессивные среды. Защита подземных конструкций, как правило, сводится к повышению их химической устойчивости с использованием технологических приемов (специальных добавок в бетоны, повышения их плотности, нанесения гидроизоляции на их поверхность). В ряде случаев применяется замена агрессивного грунта, понижение уровня подземных вод и др. Указанные способы существенно увеличивают стоимость строительства и эксплуатации сооружений. Большая часть из них неприменима в условиях действующих производств. Практика борьбы с агрессивными средами указывает на необходимость разработки новых подходов к этой проблеме с учетом экономической и технологической целесообразности.
В результате реализации проекта разрабатывается эффективный и экономичный способ защиты подземных конструкций от сульфатной агрессивности подземных вод и грунтов, который может быть применен на объектах ФС Спецстроя РФ. Актуальность проекта для Минобразования РФ определяется использованием его результатов при подготовке 1 докторской и 1 кандидатской диссертаций. По результатам исследований 2002 г. разработаны лекционные материалы и проводятся занятия в рамках курса «Новые методы в инженерной геологии». В исследованиях участвовали студенты кафедры инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного университета. В рамках работы филиала этой кафедры студентами пройдена производственная практика, готовятся курсовые и дипломные работы.
Содержание работы. В 2002 г. проведено теоретическое обоснование предлагаемых способов, включающее анализ описанных в литературе методов борьбы с агрессивными средами, рассмотрение природных процессов-аналогов искусственного снижения агрессивных свойств среды. Выбрана площадка для разработки способа и проведено исследование инженерно-геологических условий, определены степени агрессивности грунтов и подземных вод. Произведен подбор реагентов для снижения агрессивности среды к подземным конструкциям и проведены лабораторные эксперименты.
Результаты работы. Для проведения экспериментов по разработке способа выбрана площадка химического завода, расположенная на склоне долины р. Косой (бассейн Камы). Здесь на алевролитах и углисто-глинистых сланцах карбона залегают элювиально-делювиальные глинистые грунты средней мощностью 10-20 м. При планировочных работах и формировании насыпей наряду с грунтом, перемещенным в пределах площадки, использовались породы отвалов угольных шахт Кизеловского бассейна. Грунты отвалов характеризуются высоким содержанием различных форм серы, достигающим 9 вес. %, при чем значительное ее количество входит в водорастворимые соединения. Содержание сульфатов по данным анализа водной вытяжки может достигать сотен грамм на килограмм грунта.
В результате подтопления в насыпных грунтах, на отметках выше заложения фундаментов, сформировались агрессивные к бетону подземные воды. На ряде участков содержание сульфатов превышает 4 г/л. Состав вод формируется в результате взаимодействия их с породами шахтных отвалов, что подтверждено лабораторными экспериментами. Относительно высокие значения водородного показателя обусловлены нейтрализацией кислотности при взаимодействии с глинистыми грунтами и включениями обломков карбонатных пород.
Вскрытие фундаментов и проведение работ по антикоррозийной защите в условиях действующего комплекса с непрерывным циклом практически невозможны. Водопонижение, замена грунтов, в существующих условиях неприемлемы или имеют высокую стоимость.
Известные методы снижения агрессивности сред. Практика снижения сульфатной и кислотной агрессивности среды сравнительно невелика. Изучалась возможность использования золы, получаемой при сжигании угля в качестве добавок к грунтам для нейтрализации кислотности и осаждения вредных компонентов. Положительные результаты получены при внесении щелочных добавок — извести, известняка, троны [7]. При наличии в грунтах сульфидов некоторые исследователи предлагают различные добавки для подавления их микробиологического окисления в тех случаях, когда оно является причиной появления сульфатной агрессивности [3]. Однако, эти процессы трудно управляемы.
Химические основы предлагаемого способа. Для осаждения сульфатов авторы предложили использовать растворимые соединения бария.
SO42-+Ba2+(барит)
Указанная реакция происходит практически мгновенно и не зависит от рН среды. В качестве реагента целесообразно применять гидроксид и хлорид бария. Хлорид бария имеет высокую растворимость в воде, что позволяет использовать концентрированные растворы. Растворимость гидроксида бария на порядок ниже, однако при ее использовании нейтрализуется кислая реакция среды и в подземные воды не вносятся дополнительные компоненты. Образующийся барит довольно устойчив в экзогенных условиях и практически не разрушается при выветривании. Он не токсичен, используется в буровых растворах, может применяться как наполнитель бетона, а также в медицине при рентгеновском просвечивании пищевого тракта. Загрязнения подземных вод ионами бария не ожидается ввиду повсеместного избытка сульфатов.
Результаты лабораторных работ. С целью определения возможности использования соединений бария для нейтрализации агрессивных сред и выявления оптимальных условий и параметров реализации разрабатываемого способа в лабораторных условиях исследовались отобранные на площадке три вида грунта с различным содержанием серы. Через грунт, помещенный в специальную установку, фильтровались растворы хлорида и гидроокиси бария различной концентрации, а также дистиллированная вода. Профильтровавшийся раствор анализировался на содержание сульфат-иона и рН. Всего было проведено 29 серий опытов. Установлено, что при фильтрации через грунт дистиллированной воды в раствор переходит от 19 до 62 % от общего количества серы. На основании исследований рассчитано количество солей бария, необходимое для осаждения сульфат-иона. Установлено, что при обработке грунта можно осадить до 97 % подвижных форм серы.
Направление дальнейших исследований. Для разработки предлагаемого способа и его внедрения в 2003 г. предполагается провести его опытно-промышленное опробование.
|
|
|
