Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Грунтоведение

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

Химические свойства грунтов характеризуют происходящие в них химические изменения, их способность участвовать в химических взаимодействиях с различными веществами. Они проявляются во всевозможных химических реакциях, протекающих в грунтах, но наиболее важными из них являются растворимость грунтов, особенности кислотно-основных свойств, их химическая агрессивность.

Растворимость грунтов, ее основные характеристики и методы их определения

Растворимостью грунтов называется их способность образовывать с другими веществами растворы, т. е. гомогенные смеси переменного состава. Количественно растворимость характеризуется максимальным количеством грунта (или минерала), способным растворяться в данном растворителе при определенных Р и Т, т. е. концентрацией насыщенного, или равновесного, раствора, измеряемой, например, в мг/л, в молярной (моль/м3) или моляльной (кмоль/1000 кг) формах. Растворимость минералов и веществ в грунтах удобно также характеризовать произведением растворимости (ПР) - произведением молярных концентраций (активностей) катионов и анионов минерала или вещества в его насыщенном растворе [50].

В инженерно-геологических целях важно знать наиболее растворимые разности, к которым относятся, прежде всего, галоидные грунты, содержащие галит, сильвин, некоторые типы карбонатных грунтов (известняк, доломит, мел, мергель), сульфатные грунты, содержащие гипс, ангидрит, а также засоленные грунты и др. Во всех случаях примесь в грунтах хорошо растворимых в воде минералов класса простых солей с ионным типом связей и обладающих сравнительно невысокими энергиями кристаллических решеток повышает их растворимость.

К засоленным грунтам следует относить грунты, в которых содержание легко- и среднерастворимых (водорастворимых) солей превышает величины, указанные в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Минимальное содержание легко- и среднерастворимых солей в грунтах [111]

Наименование засоленных грунтов

Минимальное суммарное содержание солей в % от веса воздушно-сухого грунта

Крупнообломочный:

при Содержании песчаного заполнителя 40 % и более

3

при содержании заполнителя в виде суглинка 30 % и более

10

при содержании заполнителя в виде супеси 30 % и более

5

Песок

3

Супесь

5

Суглинок

10

К легкорастворимым солям относятся: хлориды NaCl, К.С1, СаСЬ, MgCb; бикарбонаты: NaHCC>3, Са(НСОз), Mg(HC(>3); карбонат натрия NaiCCb; сульфаты магния и натрия MgSOa, NaiSOj. К среднерастворимым солям относятся гипс CaSOj • 2НСЬ и ангидрит CaSCb.

Засоленные грунты приурочены к пустынным и полупустынным, реже - к степным зонам, то есть к районам с отрицательным водным балансом, а также к участкам, расположенным в зонах гипергенеза горных пород, содержащих нестойкие компоненты (сульфатные, галлоидные и др.). Они слагают солончаки, солоди, солонцы, такыры, которые различаются составом и содержанием легкорастворимых солей и формируются на пониженных элементах рельефа: шлейфах склонов, низменностях, берегах соленых озер и лиманов, во впадинах на поймах, в днищах степных блюдец суффозионного происхождения, где минерализованные воды стоят близко к земной поверхности (1...3 м).

Содержание водорастворимых солей в грунтах зоны аэрации зависит от многих факторов, прежде всего от климатических условий, которые определяют количество выпадающих осадков, способных вымывать соли. Процесс засоления грунтов проявляется в следующих условиях:

  • • при горизонтальной миграции солей и осаждении их из подземных вод в районах юр и предгорий, в субаэральных дельтах и предгорных равнинах;
  • • в результате вертикальной миграции солей при испарении поровых растворов; вследствие выветривания горных пород, содержащих нестойкие компоненты (карбонатные, сульфатные, галлоидные горные породы);
  • • при фильтрации через грунты жидких отходов из шламонакопителей, солеотвалов, растворонесущих коммуникаций промышленных предприятий и т. п.

Засоленные грунты, залегающие в основании сооружений на континентальном шельфе, как правило, не оказывают негативного воздействия на устойчивость сооружений, поскольку в морских условиях невозможно их рассоление и возникновение деформаций суффозионного сжатия.

Засоленные грунты характеризуют следующие показатели [111):

  • • степень растворимости в воде (q$r)
  • • степень засоленности (Dsal);
  • • абсолютное суффозионное сжатие (Δhsf);
  • • относительное суффозионное сжатие (esf);
  • • начальное давление суффозионного сжатия (psf);
  • • степень выщелачивания солей (β).

Степень растворимости в воде qsr, г/л, - характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве водорастворимых солей. По степени растворимости грунты подразделяют согласно табл. 7.2.

Таблица 7.2

Классификация грунтов по степени растворимости в воде

Разновидность грунтов

Количество воднорастворимых солей </,,, г/л

Нерастворимый

q„<0.01

Труднорастворимый

0.01 <<qг< 1

Среднерастеоримый

1 <<q'-< 10

Легкорастворимый

10 <q„.< 100

Сильнорастворимый

q„> 100

Степенью засоленности Dsal %, называется отношение массы водорастворимых солей в определенном объеме грунта к массе сухого грунта данного объема. По степени засоленности D грунты подразделяются согласно табл. 7.3 (113].

Степенью выщелачивания солей β называется отношение массы выщелоченных из грунта солей к их начальной массе.

Абсолютным суффозионным сжатием Δhф мм, называется уменьшение первоначальной высоты образца грунта за счет химической суффозии при постоянном вертикальном давлении и непрерывной фильтрации воды или растворов, фильтрация которых возможна в основании сооружения.

Относительным суффозионным сжатием es/ называется отношение абсолютного суффозионного сжатия к высоте образца грунта природной влажности при природном давлении.

Начальным давлением суффозионного сжатия pd, МПа, называется минимальное давление, при котором проявляется суффозионное сжатие грунта.

Таблица 7.3

Классификация грунтов по степени засоленности [34]

Разновидность

грунтов

Степень засоленности грунтов D , %

легко растворимыми солями

среднерастворимыми (гипс, ангидрит) солями

хлорндное суль- фатно-хлоридное засоление

сульфатное.

хлоридно-

сульфатное

засоление

суглинок

супесь

песок

Незасоленный

<0,5

<0,5

D sal 5 5

D sal 5 5

ІЛ

Слабозасоленный

0.5 < D sal <2,0

0.5 < D sal < 1.0

5< D sal< 10

5 < D sal < 10

3<D sal<7

Среди езасоленный

2,0 < D"/ < 5.0

1.0 < D sal < 3.0

10 < D sal 5 20

10 < D sal <20

7<D sal< 10

Сильнозасолен 11 ы й

5,0 < D sal < 10,0

3,0 < D sal <8,0

20 < D sal <35

20 < D sal <30

10 < D sal < 15

Избыточно

Засоленный

Аа/>10,0

D sal > 8,0

D> 35

D sal >30

D sal> 15

Последние три характеристики (Дh, ef/, psj) определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионно-фильтрационных приборах (см. п. 8.3.2.2), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при нагружении его вертикальной нагрузкой. Для детального изучения отдельных участков строительной площадки показатели определяют полевыми испытаниями статической нагрузкой с длительным замачиванием основания. При наличии результатов полевых испытаний и опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях указанные характеристики допускается определять только лабораторными методами. Нормативные значения характеристик засоленных грунтов £х/ и pst вычисляют как средние значения результатов их определений. Расчетные значения допускается принимать равными нормативным (yg= 1).

При проведении инженерно-геологических изысканий в районах распространения засоленных грунтов следует устанавливать качественный состав и количественное содержание водорастворимых солей и их способность к растворению.

Определение содержания солей в грунтах. Содержание легкорастворимых солей следует определять с помощью водной вытяжки, а среднерастворимых - с помощью солянокислой вытяжки.

Водная вытяжка. Отбирают среднюю пробу грунта (300...500 г), растирают и просеивают через сито с отверстиями в 1 мм. Определяют гигроскопическую влажность грунта. Отбирают "среднюю аналитическую пробу" 50 или 100 г (в зависимости от качественно-количественной пробы на СГ и S04'“). К навеске прибавляют пятикратное (1:5) количество дистиллированной воды, лишенной СО: (если в грунте содержится большое количество сульфата натрия, то лучше приготовить вытяжку 1:10). Смесь взбалтывают в течение 5 мин, после чего вытяжку полностью отфильтровывают через фильтр из плотной бумаги. Анализ водной вытяжки производят по общепринятым методикам с определением величины сухого остатка, pH и содержания ионов СОз2 , НСОз", СГ, S042-, Са2', Mg2+, Na К+ в мг-экв на 100 г породы или в процентах к массе породы.

Солянокислая вытяжка. Из воздушно-сухого грунта, просеянного через сито 0,25 мм, берут навеску 2,5 г из расчета на абсолютно сухую массу. Разрушают карбонаты крепкой соляной кислотой (1:1). Замачивают навеску в 125 см2 соляной кислоты 0,2 н концентрации (соотношение грунта к кислоте 1:50), тщательно перемешивают и оставляют на 12 ч. Затем раствор отфильтровывают в мерную колбу (250 мл). Остаток на фильтре промывают соляной кислотой (0,2 н) до отрицательной реакции на Са2' и S04 . Фильтр с осадком прокаливают в тигле и определяют силикатную часть грунта. Фильтрат в колбе доливают до отметки дистиллированной водой и используют для дальнейших определений. По результатам анализа солянокислой вытяжки определяют содержание гипса, а также сульфат-, кальций- и магний-ионов в процентах к массе абсолютно сухого грунта.

Состав и содержание легкорастворимых солей следует определять по результатам анализов водных вытяжек по следующим стандартам: сухой остаток и pH - по ГОСТ 26423, ионов карбонатов и бикарбонатов - по ГОСТ 26424, иона хлорида - аргентометрическим методом или ионометрическим титрованием по ГОСТ 26425, иона сульфата - весовым способом по ГОСТ 26426, ионов кальция и магния - комплексометрическим методом по ГОСТ 26428, ионов калия и натрия - по ГОСТ 26427 с применениям пламенного фотометра.

Для исследования состава поровых вод их следует выделять из грунта следующими методами (в зависимости от влажности, консистенции и гранулометрического состава грунтов): центрифугированием, отжатием под давлением, замещением порового раствора нейтральной жидкостью и др.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы