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研究工程建筑中地下水危害
摘要:地下水是很重要的水資源,它與地表水不同,對人類(lèi)的水源提供具有很重要的意義,然而在工程建設中,由于地下水的特殊性和其化學(xué)成分,對鋼筋混泥土具有很大的侵蝕性。采用化學(xué)分析方法對地下水進(jìn)行分析,獲取水中的物質(zhì)定量指標, 評價(jià)其對工程建筑的作用和影響。關(guān)鍵詞:地下水;化學(xué)分析;侵蝕性;影響
0前言
地下水與地表水不同,它是埋藏在地表以下的土中孔隙和裂隙、巖石空隙當中的水。多呈液態(tài)存在,它是構成水圈的重要水體之一,水量很大僅次于海洋�？傮w說(shuō)來(lái),地下水是水資源的重要組成部分,地下水是淡水的主要來(lái)源,地下水對社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義。人類(lèi)的經(jīng)濟活動(dòng)加速著(zhù)地下水環(huán)境的惡化,引起一系列地質(zhì)災害。一般講,地質(zhì)災害有突發(fā)性和緩慢性?xún)深?lèi)。地下水開(kāi)發(fā)利用所導致或誘發(fā)的地質(zhì)環(huán)境惡化,往往是緩慢性的地質(zhì)災害,因此,過(guò)去常常被人們所忽視,這是非常危險的。即從工程建設的角度來(lái)看,地下水的活動(dòng)不僅對巖石和土產(chǎn)生機械破壞,而且作為一種溶劑還會(huì )使土體和巖石的強度和穩定性消弱,以至于產(chǎn)生滑坡、地基沉陷、道路凍脹和翻漿等不良現象,給各類(lèi)工程建筑以及其正常使用造成危害;同時(shí),地下水中含有的侵蝕性物質(zhì)如CO32-、Cl-、SO2-4等對混凝土產(chǎn)生化學(xué)侵蝕作用,致使其結構遭到破壞,對工程建筑造成不利的影響。
1地下水的物理性質(zhì)
由于地下水在運動(dòng)過(guò)程中與各種巖土體相互作用,而巖土中的可溶性物質(zhì)(很多是礦物)隨水遷移、聚集,使地下水成為一種復雜的溶液,這種復雜的地下水溶液通常具有溫度、顏色、透明度、氣味、味道和導電性等等的物理性質(zhì)。
2地下水的化學(xué)成分
第一,地下水中常見(jiàn)的氣體有:O2、N2、H2S、CO2等,一般地,地下水中氣體含量不高,但是氣體分子能夠很好地反映地球化學(xué)環(huán)境。
第二,地下水中含有的離子有:地下水中含量最多、分布最廣的離子有七種,即:Cl-、SO2-4、HCO3-、Na 、K 、Ca2 、Mg2 。隨著(zhù)地下水礦化度的類(lèi)型的不同,地下水中占主要地位的離子或分子也隨之發(fā)生變化。
第三,地下水中的化合物有:Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等。
3地下水的主要化學(xué)性質(zhì)
由于地下水具有如上的物理性質(zhì)和化學(xué)成分,因此在地下水中通常具有如下的化學(xué)性質(zhì):
第一,地下水的礦化度。
水中所含離子、分子及化合物的總量稱(chēng)為水的總礦化度,低礦化度的水中常以含有HCO3-為主,中等礦化度水常以含有SO2-4為主;高礦化度的水常以含有Cl-為主,同時(shí)根據礦化度的高低,將水分為淡水、微咸水、咸水、鹽水和鹵水五類(lèi)。應該強調指出的是高礦化度的水能降低水泥混凝土的強度,腐蝕鋼筋等等。
第二,地下水的酸堿度。
地下水的酸堿度用水的PH值來(lái)表示,常溫常壓下當PH值小于5時(shí),水為強酸性水;PH值在5—7之間為弱酸性水,PH值為7時(shí),為中性的水;PH值在7—9之間時(shí)為弱堿性水;PH值大于9時(shí)為強堿性水。
第三,地下水的硬度。
通常情況下水的硬度按水中的Ca2 、Mg2 離子的含量的多少可以分為以下三種情況:
(1)總硬度,它是指水在未被煮沸時(shí)Ca2 、Mg2 離子的總含量。
(2)暫時(shí)硬度,它是指水在被煮沸時(shí)水中的Ca2 、Mg2 離子因失去CO2生成沉淀碳酸鹽而失去的Ca2 、Mg2 離子的數量。
(3)永久硬度是指水經(jīng)過(guò)煮沸后,仍然留在水中的Ca2 、Mg2 離子的含量,也就是總硬度與暫時(shí)硬度的差值。
總的說(shuō)來(lái),地下水的礦化度、酸堿度和硬度對水泥混凝土的強度都有影響。
4地下水的其他侵蝕性
具體地說(shuō),即為侵蝕性的CO2和游離的CO2。
CO2是地下水中的氣體成分之一。以氣體狀態(tài)存在于水中的CO2稱(chēng)為游離的CO2,由于CO2的存在使水呈酸性。當水中游離的CO2的量增加時(shí),水溶解碳酸鹽的能力就相應的增強,其反應式即為:
CaCO3 H2O CO2Ca(HCO3)2Ca2 2HCO-3
實(shí)際上式是互逆反應。當水中含有一定數量的HCO-3時(shí),必須有相當的游離CO2與之保持平衡,這部分游離的CO2稱(chēng)為平衡CO2。如果水中游離CO2含量多于平衡的需要,則有過(guò)剩的或多余的便可以溶解CaCO3并生成HCO-3,使反應向右進(jìn)行,直到新的平衡為止。新生成的HCO-3又需要一定數量的游離CO2與之平衡,這部分CO2一定從上述超過(guò)平衡所需的CO2中來(lái),因此原來(lái)超過(guò)平衡所需的游離CO2,一部分與新生的HCO-3相平衡,另一部分則消耗于對碳酸鹽的溶解,這后一部分的CO2就被稱(chēng)之為侵蝕性CO2。由此可見(jiàn),不是所有的游離CO2都能和碳酸鹽起作用,能溶解碳酸鹽的只是其中的一部分。實(shí)際上,地下水中只要有一定數量的侵蝕性CO2,便具有碳酸性侵蝕,它就可以溶解碳酸鹽類(lèi)巖石,腐蝕破壞水泥混凝土構件。
另外,SO2-4與混凝土中的某些成分相互作用,生成含水硫酸鹽結晶,體積膨脹,使混凝土結構破壞,,也稱(chēng)為結晶式侵蝕,如生成CaSO4、2H2O時(shí),體積增大一倍,生成MgSO4、7H2O時(shí),體積增大4.3倍。另外,鎂鹽和混凝土中的Ca(OH)2作用,形成Mg(OH)2和易溶于水的CaCl2,而使混凝土結構破壞。
5地下水對工程建筑的危害
(1)地下水位的變化,對工程建筑的危害影響極大,如地下水位上升,可引起淺基礎地基承載力的降低,在有地震砂土液化的地區會(huì )引起液化的加劇,巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩等不良的地質(zhì)作用。再有,在寒冷地區產(chǎn)生地下水的凍脹影響。其實(shí)就建筑物本身而言,若是地下水位在基礎底面以下壓縮層內發(fā)生上升變化,水浸濕和軟化巖土,因而使地基土的強度降低,壓縮性增大,建筑物則會(huì )產(chǎn)生過(guò)大的沉降,導致地基嚴重變形。尤其是對于結構
不穩定的土(例如濕陷性黃土,膨脹土等)這種現象更為嚴重,對設有地下室的建筑的防潮和防濕也均為很不利。
(2)地下水侵蝕性的影響主要體現在水對混凝土、可溶性石材、管道以及金屬材料的侵蝕和危害。突出表現在地下水的侵蝕性和地下水中的化學(xué)性質(zhì)的積極作用,在工程上帶來(lái)很大的危害,侵蝕性在或快或慢的進(jìn)行,改變了各種建筑材料的使用預期。
(3)在飽和的砂性土層中施工,由于地下水的水力狀態(tài)的改變,使土顆粒之間的有效應力等于零,土顆粒懸浮于水中,隨著(zhù)水一起流出的現象被稱(chēng)為流砂。這種不良地質(zhì)作用的影響主要表現為在工程施工過(guò)程中會(huì )造成大量的土體流動(dòng),致使地表塌陷或建筑物的地基破壞,會(huì )給工程帶來(lái)極大的困難,或者直接影響建筑工程及附近建筑物的穩定。
(4)如果地下水滲流水力坡度小于臨界水力坡度,那么雖然不會(huì )產(chǎn)生流砂現象,但是土中細小顆粒仍有可能穿過(guò)粗顆粒之間的孔隙被滲流帶
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